แบ็กโฮ  ( Backhoe)

                รถแบ็กโฮทำงานขุด เจาะ ทุบ และยกน้ำหนักมากๆได้อย่างสบาย นิยมใช้ในงานก่อสร้าง อาทิเช่น  ตึก ถนน  และ  ขุดร่องสวน เป็นต้น

            คำว่า “แบคโฮ” มาจากคำในภาษาอังกฤษ “backhoe” ซึ่งได้มาจากการรวมคำสองคำ คือ “back” ที่แปลว่าด้านหลัง และ “hoe” ที่แปลว่าจอบหรือเสียม หรือ ขุด พรวน (ถ้าใช้เป็นคำกิริยา) เมื่อรวมกันแล้วก็หมายถึง รถที่ด้านหลังมีแขนกลใช้สำหรับขุด 

            ที่จริงแล้วชื่อเต็มของรถชนิดนี้คือ “backhoe loader” ซึ่งในภาษาไทยเรียกอย่างเป็นทางการว่า “รถตักหน้า ขุดหลัง” หรือมักเรียกกันง่ายๆว่า “รถแบคโฮ”

แบ็กโฮคืออะไร

            แบ็กโฮ เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางเทคโนโลยีที่น่าสนใจยิ่ง    ประกอบด้วยส่วนสำคัญดังนี้

·       แทรกเตอร์ (Tractor)

·       โลดเดอร์ (Loader)

·       แบ็กโฮ (backhoe)

            แต่ละส่วนมีหน้าที่แตกต่างกันไป   ในสถานที่ก่อสร้างผู้ใช้งานมักใช้ทั้งสามส่วนไปพร้อมๆกัน  ดังเช่น เมื่อขุดด้วยแบ็กโฮ แล้วก็ทำการขนออกจากบริเวณนั้น โดยใช้ โลดเดอร์ เป็นต้น

1.      แทรกเตอร์  (Tractor)

            คือส่วนที่เป็นตัวรถ  ออกแบบให้เคลื่อนที่ได้อย่างคล่องแคล่วในทุกสถานที่  ได้กำลังจากเครื่องดีเซลเทอร์โบชาร์จ  ล้อมีลายดอกลักษณะเป็นลอน  สามารถตะกรุยดินได้   ห้องควบคุมสร้างอยู่บนส่วนนี้  มีอุปกรณ์บังคับภายใน

2.      โลดเดอร์  (Loader)

            ตัวโลดเดอร์ อยู่หน้ารถ  ส่วน แบ็กโฮ อยุ่หลังรถ   ทั้งส่วนทำงานแตกต่างกัน โลดเดอร์มีลักษณะเหมือนถังขนาดใหญ่  ติดตั้งอยู่ทางด้านหน้าของรถ มีหน้าที่ขน แต่ไม่ได้มีหน้าที่ขุด ส่วนใหญ่ใช้ขนย้ายวัสดุที่มีลักษณะเป็นผง หรือเป็นก้อนเล็กๆ  เช่น หิน ดิน  และทรายเป็นต้น   ผู้ควบคุมจะบังคับโลดเดอร์ ให้กวาดสิ่งต่างๆที่อยู่บนพื้น  ไปไว้ในโลดเดอร์

3.      แบ็กโฮ  ( Backhoe)

ใช้เป็นชื่อของรถคันนี้  มีหน้าที่ขุด และยกขึ้น แบ็กโฮประกอบด้วยส่วนประกอบ  3  ส่วนคือ

·       บูม  (boom)

·       สติกส์  (Stick)

·       บักเก็ต  (Bucket)

            แบ็กโฮ  มีลักษณะคล้ายกับแขนของคน   โดยแยกออกเป็น 3 ส่วนคือ  แขนส่วนบน  ( จากข้อศอกถึงไหล่) เทียบได้กับบูม  แขนส่วนล่าง (  จากข้อศอกจนถึงมือ) เทียบได้กับสติกส์   และ  มือ  เทียบกับบักเก็ต

            แบ็กโฮใช้ในการขุดหลุมได้ทุกชนิด   เช่น ขุดรอกคูน้ำ   ทำร่องน้ำ  และขุดถนน   เป็นต้น  เมื่อจะใช้ส่วนที่เป็นแบ็กโฮ  ผู้ควบคุม  จะหมุนที่นั่งให้กลับไปทางด้านหลัง

ขาพยุง  ( stabilizer  legs)

            อยู่ด้านหลัง  เป็นขา  2  อัน  มีหน้าที่ยันพื้น   เพื่อให้เกิดความสมดุล  ขณะที่แบ็กโฮกำลังขุดดิน   ถ้าไม่มีขายันไว้   แรงของการขุด ทำให้รถเขย่า และสั่น    ขายัน ช่วยรักษาสมดุล   และทำให้แทรกเตอร์มั่นคง ไม่ลื่นไถลลงไปในหลุม

            ขายันมี  2  ชนิด   ขึ้นอยู่กับสถานที่ใช้งาน  1.  กราวด์ชูว์  (Ground  shoe)  เหมาะกับพื้นที่เป็นดิน  มันจะเจาะเข้าไปยืดกับพื้น 2.  รับเบอร์แพดชูว์ (Rubber-paddedshoe) เหมาะกับพื้นถนน เพราะ สามารถเกาะกับพื้นถนนได้เป็นอย่างดี

ทำไมแบ็กโฮจึงเป็นที่นิยม

            รถแบ็กโฮนับตั้งแต่สร้างขึ้นมา เป็นเวลากว่า 40  ปี  ปรากฎว่าเป็นที่นิยมกันมาก   บริษัท Caterpillar  หนึ่งในผู้ผลิตรายใหญ่  กล่าวว่า ปี  1985  ปีเดียวยอดขายมากกว่า  100,000  คัน  ข้อดีก็คือ  สามารถทำงานทั้งขุดและขนพร้อมกันได้   จึงใช้งานได้หลากหลาย  ยกตัวอย่างเช่น   องค์การโทรศัพท์ต้องการขุดถนนเพื่อวางท่อและสายเคเบิล  จะเป็นการสะดวกมากที่ใช้แบ็กโฮเพียงตัวเดียว   ไม่ต้องใช้เครื่องขุด   ตัก  และยังต้องเครื่องขน อย่างละตัว  ทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายและสิ้นเปลืองเวลามาก

            รถแบ็กโฮมีขนาดไม่ใหญ่นักเมื่อเทียบกับเครื่องจักรแบบอื่น  ทั้งยังเคลื่อนที่ได้ง่าย และคล่องตัว   วิศวกรจึงนิยมใช้

            แบ็กโฮให้แรงขุด 67.6  กิโลนิวตัน  ยกขึ้นได้สูง  7.9  เมตร  ส่วนโลดเดอร์สามารถขนย้ายน้ำหนักได้ถึง  4  ตัน  โดยบรรจุได้ถึง  1.3  คิว ( ลูกบาศก์เมตร) 

การทำงานของแบ็กโฮ

กำลังจากไฮดรอลิค

            รถแบ็กโฮใช้เวลาเพียง  15  นาทีในการขุดหลุมลึก  เมตรครึ่ง   ยาว  4  เมตร  กำลังของมันได้มาจากของไหล  โดยปั๊มของไหลเคลื่อนย้ายลูกสูบ

            แนวคิดของไฮดรอลิคเป็นสิ่งมหัศจรรย์ของฟิสิกส์  และเป็นความก้าวหน้าอันยิ่งยวดทางวิศวกรรม  ฟิสิกส์ราชมงคลจะอธิบายพื้นฐานของไฮดรอลิคให้ท่านได้ทราบว่าเป็นอย่างไร

            แนวคิดของระบบไฮดรอลิค  ใช้ของเหลวส่งถ่ายแรงจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง   ของเหลวนั้นเป็นของเหลวที่อัดตัวไม่ได้  (Incompressible  fluid )   ส่วนใหญ่จะใช้น้ำมัน   รูปที่  2   แสดงระบบไฮดรอลิคแบบง่ายๆ

 

 ระบบไฮดรอลิค

            ในรูป  ลูกสูบ  2   อัน (สีแดง)   เลื่อนอยู่ภายในกระบอกสูบที่บรรจุน้ำมัน (สีน้ำเงิน)   กระบอกทั้งสองต่อกันด้วยท่อที่บรรจุน้ำมัน   ถ้าคุณใส่แรงกดกับลูกสูบซ้ายในรูปภาพ   แรงจะถูกส่งถ่ายไปที่ลูกสูบขวาโดยผ่านทางน้ำมันที่อยู่ภายในท่อ เพราะว่าน้ำมันไม่สามารถอัดตัวได้    ทำให้แรงทั้งหมดถูกส่งไป      ที่น่าทึ่งก็คือ ท่อที่เชื่อมระหว่างกระบอกสูบทั้งสอง ไม่จำเป็นจะต้องเป็นท่อตรง  สามารถโค้งงออย่างไรก็ได้    และกระบอกสูบตัวที่สองจะมีจำนวนกี่อันก็ได้  แรงจะถูกส่งถ่ายจากกระบอกสูบตัวแรก  ไปที่ยังกระบอกสูบทุกอัน  ด้วยแรงที่เท่ากันทุกกระบอกสูบ   ไม่ใช่น้อยลงตามจำนวนของกระบอกสูบ

แรง F ของลูกสูบหลัก  จะถูกส่งถ่ายไปให้ลูกสูบรอง  2  ตัวด้วยแรงที่เท่ากันทุกกระบอกสูบ

            ในระบบไฮดรอลิค  การเพิ่มแรงให้มากขึ้น  ทำได้ง่ายมาก   1.  เพิ่มจำนวนลูกสูบ  หรือ  2.  เพิ่มพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบรองให้ใหญ่ขึ้น

แรงจะเพิ่มขึ้น  9  เท่า

            สมมติให้ลูกสูบทางซ้ายมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง  2  นิ้ว  (5.08 cm)   ขณะที่ลูกสูบทางขวามีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง  6  นิ้ว  (15.24 cm)  พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบทั้งสองคำนวณได้จากสูตร  Pi x r2  ดังนั้นพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบซ้าย  =  3.14   ส่วนพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบขวา =  28.26     พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบขวาจะมากกว่าพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบซ้ายอยู่  9   เท่า  นั่นก็หมายความว่า   แรงที่เกิดจากลูกสูบทางขวาจะมากกว่าแรงที่เกิดจากทางซ้าย  9 เท่าด้วย    ถ้าคุณออกแรงกดขนาด  10  กิโลกรัม ทางลูกสูบซ้าย   จะเกิดแรงขนาด  90  กิโลกรัมบนลูกสูบขวา     หรือถ้าคุณกดลูกสูบทางซ้ายลง  9  นิ้ว  (22.86 cm)   ลูกสูบทางขวาจะขึ้น  1   นิ้ว (2.54 cm) 

จากหลักการฟิสิกส์ของของไหล ทำให้แบ็กโฮมีกำลังมหาศาล

            

             รถแบ็กโฮดังรูปบน  ใช้ปั๊มไฮดรอลิคความดัน  30,000  ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว  กระบอกสูบ มีเส้นผ่าศูนย์กลาง  5.25  นิ้ว  ให้แรง  70,000  ปอนด์

วาวล์ไฮดรอลิค

            จากหลักการของไฮดรอลิคที่ว่า   เมื่อออกแรงดันที่ลูกสูบเล็ก  จะได้แรงดันมากขึ้นที่ลูกสูบตัวใหญ่   ยกตัวอย่าง ระบบเบรกไฮดรอลิคของรถยนต์   ส่วนในแบ็กโฮ ต้องมีปั๊มสร้างความดันให้กับของไหลอยู่ตลอดเวลา   อุปกรณ์นี้เรียกว่า ปั๊มไฮดรอลิค

            ปั๊มไฮดรอลิคได้กำลังจากเครื่องยนต์ดีเซล  โดยมีหลักการพื้นฐานว่า  อัตราเร็วของน้ำมันมากให้แรงดันได้น้อย  แต่ถ้า อัตราเร็วของน้ำมันน้อย ให้แรงดันได้มาก    ระบบวาวล์เป็นตัวควบคุมทิศทางการไหลของลูกสูบ

ปั๊มของแบ็กโฮ  จะปั๊มน้ำมันไหลผ่านระบบวาวล์เข้าไปที่ท่อ

            ที่เราได้อธิบายตั้งแต่ต้น เป็นระบบง่ายๆ  เคลื่อนที่ไปทางเดียว   แต่ขณะที่แบ็กโฮกำลังทำงาน  กระบอกสูบมีการยืดออกและหดเข้าอยู่ตลอดเวลา    ดังนั้นถ้าต้องการให้เคลื่อนที่กลับ  ต้องมีวาวล์เปลี่ยนทิศทางการไหลของน้ำมัน  ก่อนอื่นเราดูภาพตัดของกระบอกไฮดรอลิค

ลูกสูบไฮดรอลิค  หรือ ไฮดรอลิคแรม ( Hydraulic ram)

            ภายในกระบอกบรรจุด้วยน้ำมันทั้งสองด้านของลูกสูบ  ที่ปลายทั้งสองข้างต่อเข้ากับสายไฮดรอลิค  เมื่อความดันของน้ำมันทางฝั่งขวามาก (สีน้ำเงิน)  ลูกสูบจะเลื่อนไปทางซ้าย   และถ้าความดันทางฝั่งซ้ายมาก (สีส้ม)  ลูกสูบจะเลื่อนไปทางขวา   ฉะนั้น  ถ้าเราต้องการให้ลูกสูบเลื่อนไปทางซ้าย ให้ปั๊มน้ำมันเข้าทางขวาของกระบอก    หรือลูกสูบเลื่อนไปทางขวา ให้ปั๊มน้ำมันเข้าทางซ้าย เป็นต้น 

            แบ็กโฮใช้  สพูลวาวล์ (Spool vavle)  เปลี่ยนทิศทางการไหลของน้ำมันที่ได้จากปั๊ม   ภาพด้านล่างคุณจะได้เห็นหลักการทำงานของระบบวาวล์

วาวล์ช่วยให้ลูกสูบสามารถเลื่อนไปได้ทั้งสองทิศทาง

            ปั๊มดูดน้ำมันจากถัง  และดันน้ำมันผ่านสายไฮดรอลิคไปยังวาวล์   เมื่อผู้ควบคุมโยกจอยสติก  วาวล์จะเลื่อน และเปลี่ยนทิศทางของน้ำมันความดันสูงไปยังอีกข้างหนึ่งของลูกสูบ   และผลักให้ลูกสูบเลื่อนไปทางด้านความดันต่ำ    น้ำมันด้านนี้ไหลกลับไปที่ถัง

จอยสติกใช้ควบคุมวาวล์ไฮดรอลิค

            ผู้ควบคุมจะโยกจอยสติก  เพื่อควบคุมวาวล์  ตรงนี้แล้วแต่ผู้ผลิตว่า จะออกแบบการโยกแบบใด  และควบคุมให้แบ็กโฮทำงานในลักษณะใด

ท่อไฮดรอลิค  เดินผ่านแขน  ไปยังลูกสูบไฮดรอลิค

            การทำงานของแขนแบ็กโฮ เหมือนกับแขนมนุษย์มาก   โดยการเปรียบเทียบ  แขนบูม   สติก (Stick)  และถังขุด (Bucket)  ได้กับ แขนส่วนล่าง   ส่วนบน และมือ ตามลำดับ 

            ทุกกระบอก ควบคุมด้วยวาวล์  ถ้าคุณจะใช้แบ็กโฮขุด  ต้องใช้วาวล์อย่างน้อย  4  ตัว ( ลูกสูบ 4  อัน)   ภาพเคลื่อนไหวด้านล่าง  แสดงการขุดของแบ็กโฮ

กระบอกไฮดรอลิคทำหน้าที่ได้เหมือนแขนของมนุษย์

            แบ็กโฮติดลูกสูบไฮดรอลิคอีก  2  อัน  อยู่ที่ฐานของแขนบูม   ยึดกับแทรกเตอร์  มีหน้าที่สวิงแขนไปซ้ายหรือขวาก็ได้  ให้เข้ากับจังหวะการจ้วงตักของถังขุดด้วย

            การวัดประสิทธิภาพอย่างหนึ่งของแบ็กโฮเรียกว่า ความสามารถในการขุด  (Dig  depth)  คือ  ความลึกของหลุมที่แบ็กโฮสามารถจะขุดได้  ทั่วๆไป  ความลึกอยู่ระหว่าง  3  ถึง 5  เมตร 

            ตัววัดประสิทธิภาพอีกตัวหนึ่งก็คือ กำลังม้า  (Horse power)    ซึ่งจะเป็นการวัดอัตราการทำงาน   กำลังม้าของแบ็กโฮก็คือกำลังของเครื่องยนต์  ยิ่งขุดหลุมลึกมากเท่าไร  ยิ่งต้องใช้กำลังมากขึ้นเท่านั้น  ตัวอย่างเช่น    ระยะขุดลึก  14  ถึง  15  ฟุต  ต้องใช้กำลัง  70  ถึง  85  แรงม้า   ถ้าเป็นสถานที่ก่อสร้างขนาดใหญ่ ที่ขุดหลุมลึกกว่า  17  ฟุต  กำลังของเครื่องยนต์ต้องไม่น้อยกว่า  100  แรงม้า