ผลทดสอบประสิทธิภาพรอก – Testing Pulley Efficiency

การทดแรงโดยการใช้ระบบรอก ตัวเลขที่ได้แสดงสัดส่วนของแรงกระทำ ที่ออกจากตัวรอก output force : แรงดึงที่ใช้ input force. ตัวอย่างเช่น ระบบทดแรง 3:1 เกิดแรงกระทำ 3 เท่า เมื่อเทียบกับแรงที่ใช้ยกหรือดึง 1 หน่วย หากคนดึงออกแรงดึง 10 หน่วย จะมีแรงยกหรือดึงจากการทดระบบรอกเพิ่มขึ้น 30 หน่วย ซึ่งสามารถทำให้คนหนึ่งคน ยกน้ำหนักได้มากกว่าการใช้วิธียกอื่นๆ ซึ่งเรียกว่า “ความได้เปรียบเชิงกล Mechanical Advantage หรือการทดแรงด้วยระบบรอก”

ในหนังสือคู่มือ การกู้ภัยโดยใช้ระบบเชือก Rope Rescue, การเข้าถึงพื้นที่ด้วยระบบเชือก Rope Access, หรือคู่มือการยึดโยงเชือกแบบต่างๆ มักจะแสดงตัวเลขการทดแรง โดยส่วนมากเราจะเห็นตัวเลข 3:1, 4:1, 5:1, 9:1 หรือตัวเลขในการทดแรงแบบอื่นๆ ตัวเลขเหล่านี้คือ “เลขในอุดมคติของการทดแรง” ซึ่งจะต้องได้แรงเต็มโดยสมบูรณ์ และไม่ถูกลดทอนจากปัจจัยอื่นใด แต่เนื่องจากการทดแรงที่เกิดขึ้นจริง จะมีแรงกระทำภายนอกระบบ เช่น แรงเสียดทานเข้ามาเกี่ยวข้องเสมอ

เมื่อเราดึงเชือกผ่านรอก แรงดึงบางส่วนจะหายไปจากแรงเสียดทาน ตัวเลขที่แสดง “ประสิทธิภาพรอก” จะแสดงถึงจำนวนเปอร์เซ็นต์ของแรง ที่คงอยู่และไม่สูญเสียไป โดยตัวเลขประสิทธิภาพเกิดขึ้นจากปัจจัยหลายอย่าง ที่ส่งผลร่วมกันทั้งโครงสร้างการผลิตรอก, โครงสร้างของเชือกที่ใช้ในการทดแรง, ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเชือก ที่สัมพันธ์กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของล้อรอก ซึ่งประสิทธิภาพที่หายไป บางส่วนเกิดจากการออกแบบผลิตภัณฑ์ของโรงงานผู้ผลิต (องค์ประกอบในการผลิตรอก, วิธีการผลิตระะบบล้อรอก ฯ) และวิธีการใช้งานรอกของผู้ใช้ (การเลือกขนาดและชนิดของรอก ให้เหมาะสมกับเชือก รวมถึงวิธีการยึดโยงเพื่อติดตั้งระบบรอกทดแรง) ข้อกำจัดด้านประสิทธิภาพเหล่านี้ ทำให้ลดน้อยลงได้ แต่ไม่สามารถกำจัดออกไปจากระบบได้ทั้งหมด

เราทดสอบโดยใช้รอกและอุปกรณ์ ซึ่งทำหน้าที่คล้ายรอกหลายชนิด บนตัวอย่างที่มาจากหลากหลายโรงงานผู้ผลิต ที่มีชื่อเสียงและได้มาตรฐาน เพื่อหาค่าประสิทธิภาพของรอก โดยการยกและผ่อนน้ำหนักวัตถุคงที่ที่ 50 กิโลกรัม วัดผลแรงดึงทั้งเข้าและออกจากตัวรอกชนิดต่างๆ ในการทดลองครั้งแรก เราใช้เชือก Teufelberger ขนาด 10.5 มม. รุ่น Platinum PES/PA การทดลองครั้งที่ 2 เราใช้เชือก Teufelberger ขนาด 8 มม. รุ่น Sirius Reep Cord และ การทดลองครั้งที่ 3 เราเลือกใช้เชือก Teufelberger แบบไม่มีแกนในขนาด 3 มม. รุ่น T-12 วัสดุ Technora ซึ่งได้ผลตังตารางด้านล่างนี้

Model	Sheave Diameter	Platinum 10.5mm	Reep Cord 8mm	T-12 3mm
Various Carabiners		46-50%	55-57%
DMM Revolver	0.4 in			77%
Climbing Technology RollNLock	0.9 in	69%	74%	79%
DMM Pinto	0.8 in	70%
CTOMS Prodigy	0.8 in		83%
Climbing Technology Orbiter M	0.7 in	72%
Edelrid Spoc	0.8 in	77%	87%	91%
Rock Exotica Double 6	0.9 in		86%	92%
DMM Revolver Rig	1.0 in	80%	86%
Petzl Micro Traxion	1.1 in	82%	87%	95%
Climbing Technology Uplock	1.0 in		87%
ARS Magnapulley	1.0 in	82%	88%
DMM Rigger	1.1 in	82%
Rock Exotica Omni-Block 1.1	1.1 in	84%	89%	94%
Rock Exotica Omni-Block 1.5	1.5 in	89%	92%
DMM Impact XS	2.0 in	89%
Rock Exotica Kootenay	2.2 in	89%
Climbing Technology Orbiter S	1.5 in	90%
Rock Exotica Omni-Block 2.0	2.0 in	92%	94%	98%
Rock Exotica Omni-Block 2.6	2.6 in	94%
Rock Exotica Omni-Block 4.5	4.5 in	95%

 

คำว่า “อัตราการทดแรงที่เกิดขึ้นจริง” คือผลการคำนวนการทดแรงทั้งระบบ ซึ่งรวมผลของแรงเสียดทาน โดยการรวมเอาค่าประสิทธิภาพรอก เข้าไว้ในการคำนวนหาอัตราการทดแรง ทำให้เราได้ตัวเลขอัตราการทดแรง ที่ใกล้เคียงการใช้งานจริงมากยิ่งขึ้น

ตัวเลขด้านล่าง ชี้ให้เห็นความแตกต่างของการรวมผลที่ได้รับ จากการทดลองก่อนหน้านี้ และค่าประสิทธิภาพรอก ที่ส่งผลต่ออัตราการทดแรงหลายรูปแบบ เมื่อใช้เชือก Teufelberger ขนาด 10.5 มม. รุ่น Platinum PES/PA

Model	Efficiency	2:1	3:1	4:1	5:1	9:1
Various Carabiners	48%	1.48	1.71	1.82	1.87	2.93
DMM Pinto	70%	1.70	2.19	2.53	2.77	4.80
Climbing Technology Orbiter M	72%	1.72	2.24	2.61	2.88	5.01
DMM Revolver Rig	80%	1.80	2.44	2.95	3.36	5.95
Rock Exotica Omni-Block 1.1	84%	1.84	2.55	3.14	3.64	6.48
Rock Exotica Omni-Block 1.5	89%	1.89	2.68	3.39	4.01	7.19
Climbing Technology Orbiter S	90%	1.90	2.71	3.44	4.10	7.34
Rock Exotica Omni-Block 2.0	92%	1.92	2.77	3.55	4.26	7.65
Rock Exotica Omni-Block 2.6	94%	1.94	2.82	3.65	4.43	7.97

 

เราทดลองติดตั้งรอกที่ต่างชนิดกัน ประกอบร่วมกันเป็นระบบทดแรง โดยการวางตำแหน่งของรอก ส่งผลสำคัญต่อค่าของแรงกระทำที่เกิดขึ้นจริง ดังตารางแสดงอัตราการทดแรงแบบ 3:1 โดยใช้รอกที่แตกต่างกัน 2 แบบ เราใช้รอกและห่วงเกี่ยวแต่ละชนิดในแนวนอนของตาราง วางตำแหน่งเดียวกับรอกตัวแรกที่อยู่ใกล้มือดึง ตามมาด้วยรอกและห่วงเกี่ยวแต่ละชนิดในแนวตั้งของตาราง วางตำแหน่งเดียวกับรอกตัวที่อยู่ใกล้วัตถุที่จะทำการยกหรือผ่อนลง

	Carabiner	Pinto	Orbiter M	Revolver Rig	Omni 1.1	Omni 1.5	Orbiter S	Omni 2.0	Omni 2.6
Carabiner	1.71	2.04	2.07	2.18	2.24	2.32	2.33	2.36	2.39
Pinto	1.82	2.19	2.22	2.36	2.43	2.51	2.53	2.56	2.60
Orbiter M	1.83	2.20	2.24	2.38	2.44	2.53	2.55	2.58	2.62
Revolver Rig	1.86	2.26	2.30	2.44	2.51	2.60	2.62	2.66	2.69
Omni-Block 1.1	1.88	2.29	2.32	2.47	2.55	2.64	2.66	2.69	2.73
Omni-Block 1.5	1.91	2.32	2.36	2.51	2.59	2.68	2.70	2.74	2.78
Orbiter S	1.91	2.33	2.37	2.52	2.60	2.69	2.71	2.75	2.79
Omni-Block 2.0	1.92	2.34	2.38	2.54	2.61	2.71	2.73	2.77	2.80
Omni-Block 2.6	1.93	2.36	2.40	2.55	2.63	2.73	2.75	2.78	2.82

 

จะเห็นความแตกต่างของอัตราการทดแรงจริงที่เกิดขึ้นอย่างชัดเจน เมื่อเราเปลี่นขนาดเชือกที่ใช้ในการทดลอง โดยใช้เชือกขนาดเล็ก เช่น เชือก Teufelberger ขนาด 8 มม. รุ่น Sirius Reep Cord ทำระบบทดแรง 3:1

	RollNlock	Revolver Rig	Edelrid Spoc	ARS Magna	Omni 1.1	Omni 1.5	Omni 2.0
RollNlock	2.29	2.50	2.51	2.53	2.55	2.60	2.64
Revolver Rig	2.38	2.60	2.62	2.64	2.66	2.71	2.75
Edelrid Spoc	2.38	2.61	2.63	2.65	2.66	2.72	2.76
ARS Magnapulley	2.39	2.62	2.64	2.65	2.67	2.73	2.77
Omni-Block 1.1	2.40	2.63	2.64	2.66	2.68	2.74	2.78
Omni-Block 1.5	2.42	2.65	2.67	2.69	2.71	2.77	2.80
Omni-Block 2.0	2.44	2.67	2.69	2.71	2.73	2.78	2.82

 

อัตราการทดแรงที่แท้จริง ขึ้นอยู่ปัจจัยแวดล้อมที่เกี่ยวข้องมากมาย ถึงแม้ว่าจะรู้ค่าประสิทธิภาพรอกแล้วก็ตาม เราก็คำนวนได้เพียงค่าประมาณการณ์ หากยังไม่ได้นำผลรวมจากการทำระบบทดแรงเต็มรูปแบบมาคำนวน ก็จะยังไม่สามารถสรุปค่าจากการทดแรงที่แท้จริงได้ ยิ่งทดลองก็ยิ่งเห็นชัดว่า ตัวแลขการทดแรงที่เรามักเรียนกันในตำรา เป็นตัวเลขในอุดมคติ ที่แตกต่างจากการคำนวนหาอัตราการทดแรง เมื่อประกอบระบบรอกขึ้นใช้จริง