Dấu hiệu bánh xe đẩy bị hỏng và những rủi ro khi tiếp tục sử dụng

Điều này xảy ra vì lực của người đẩy không chỉ dùng để dịch chuyển khối hàng. Một phần lực phải thắng biến dạng của bánh, ma sát trong ổ trục, ma sát tại vùng tiếp xúc với sàn, lực cản xoay của bánh dẫn hướng và lực phát sinh khi bánh vượt qua khe, gờ hoặc bề mặt không bằng phẳng.

Do đó, tải trọng danh nghĩa của bánh chỉ cho biết bánh có thể chịu được bao nhiêu tải trong những điều kiện xác định. Thông số này không cho biết trực tiếp xe sẽ nhẹ hay nặng khi đẩy. Hai loại bánh cùng khả năng chịu tải vẫn có thể tạo ra lực đẩy rất khác nhau.

Cần phân biệt ba loại lực khi vận hành xe đẩy

Khi đánh giá một bộ bánh xe, không nên dùng một khái niệm “lực đẩy” chung cho mọi trạng thái. Người vận hành thực tế phải vượt qua ba nhóm lực khác nhau.

Lực khởi động

Lực khởi động là lực lớn nhất cần dùng để đưa xe từ trạng thái đứng yên sang chuyển động. Giá trị này thường cao hơn lực duy trì vì bánh và ổ trục chưa chuyển động, vùng tiếp xúc giữa bánh với sàn đang chịu biến dạng tĩnh, còn các bánh xoay có thể chưa cùng hướng với hướng đẩy.

Nếu bốn bánh xoay đang quay về nhiều hướng khác nhau, lần đẩy đầu tiên còn phải tạo mô-men làm các càng bánh xoay lại. Vì vậy, xe có thể rất nặng trong vài centimet đầu tiên nhưng nhẹ hơn sau khi các bánh đã thẳng hàng.

Lực duy trì chuyển động

Sau khi xe đã lăn ổn định, người vận hành chủ yếu phải thắng lực cản lăn và tổn thất trong ổ trục. Lực này chịu ảnh hưởng mạnh của:

·         Tổng tải đặt lên các bánh

·         Đường kính bánh

·         Độ biến dạng của lớp lăn

·         Vật liệu bánh và vật liệu sàn

·         Loại ổ trục

·         Tình trạng bề mặt sàn

·         Độ đồng tâm và tình trạng mài mòn của bánh

Về nguyên lý, lực cản lăn tăng khi tải trọng tăng hoặc khi tổn thất biến dạng tại vùng tiếp xúc tăng. Tuy nhiên, lực đẩy không nhất thiết tăng theo đúng một tỷ lệ cố định trong mọi điều kiện vì bánh mềm, sàn mềm hoặc ổ trục quá tải có thể biến dạng phi tuyến.

Lực đổi hướng

Lực đổi hướng là lực cần để điều khiển xe vào cua hoặc xoay tại chỗ. Lực này phụ thuộc vào kết cấu càng xoay, độ lệch tâm của bánh, đường kính vòng bi xoay, số bánh xoay và cách phân bố tải.

Một xe có lực cản lăn thấp vẫn có thể khó điều khiển nếu càng xoay bị kẹt, độ lệch tâm không phù hợp hoặc tải dồn quá nhiều lên một bánh. Blickle cũng xác định lực khởi động, lực lăn và lực xoay phụ thuộc đáng kể vào lớp lăn, ổ trục, đường kính bánh, tải trọng tổng và tình trạng bề mặt di chuyển.

Đường kính bánh càng lớn, lực đẩy thường càng giảm

Đường kính là một trong những yếu tố có ảnh hưởng rõ nhất đến cảm giác nặng hoặc nhẹ khi đẩy xe.

Bánh lớn giảm ảnh hưởng của biến dạng

Khi chịu tải, bánh và mặt sàn đều biến dạng ở một mức nhất định. Biến dạng này làm điểm đặt phản lực của sàn dịch chuyển so với tâm bánh, tạo ra mô-men cản lăn.

Với cùng mức biến dạng, bánh có bán kính lớn cần lực tiếp tuyến nhỏ hơn để thắng mô-men cản. Có thể hình dung quan hệ gần đúng:

[

F \approx \frac{M_c}{r}

]

Trong đó:

·         (F) là lực cần để bánh lăn

·         (M_c) là mô-men cản do biến dạng và ma sát

·         (r) là bán kính bánh

Nếu các điều kiện khác gần như không đổi, tăng bán kính bánh sẽ làm giảm lực cần thiết. Đây là lý do các hướng dẫn công thái học thường khuyến nghị dùng bánh có đường kính lớn để giảm lực đẩy. CCOHS nêu rằng tăng đường kính bánh nhìn chung làm giảm yêu cầu về lực; OSHA cũng khuyến nghị xe đẩy sử dụng bánh lớn, có lực cản lăn thấp.

Bánh lớn vượt khe và gờ dễ hơn

Khi gặp gờ sàn, khe thang máy hoặc mối nối, bánh phải chuyển động theo hướng đi lên thay vì chỉ lăn ngang. Bánh càng nhỏ thì gờ càng lớn so với bán kính bánh, khiến hướng phản lực từ điểm tiếp xúc tạo ra thành phần cản lớn hơn.

Ví dụ, một gờ cao 10 mm tương đương:

·         20% bán kính đối với bánh đường kính 100 mm

·         10% bán kính đối với bánh đường kính 200 mm

Bánh 200 mm vì thế thường vượt cùng một gờ dễ hơn bánh 100 mm. Mức giảm lực thực tế còn phụ thuộc độ cứng bánh, hình dạng gờ, tốc độ và tải trên từng bánh nên không thể chỉ dựa vào tỷ lệ đường kính để tính chính xác.

Bánh lớn không phải lúc nào cũng tối ưu

Tăng đường kính có thể làm xe cao hơn, nặng hơn và cần nhiều không gian lắp đặt hơn. Bánh lớn cũng có thể tăng chi phí hoặc không phù hợp với thiết bị cần trọng tâm thấp.

Vì vậy, đường kính nên được chọn theo trở ngại thực tế trên tuyến vận chuyển, không chỉ theo tải trọng. Sàn nhẵn trong nhà có thể sử dụng bánh nhỏ hơn; tuyến có khe, gờ hoặc bề mặt không đều cần ưu tiên bánh lớn hơn.

Vật liệu và độ cứng quyết định mức biến dạng của bánh

Lớp lăn càng biến dạng nhiều dưới tải, năng lượng mất đi sau mỗi vòng quay càng lớn. Vì vậy, vật liệu bánh ảnh hưởng trực tiếp đến lực đẩy.

Bánh cứng thường có lực cản lăn thấp

Nylon, gang, thép và polyurethane cứng thường biến dạng ít hơn cao su mềm. Trên sàn cứng, nhẵn và sạch, chúng thường tạo lực cản lăn thấp hơn, đặc biệt khi vận chuyển tải nặng.

CCOHS cho biết bánh hoặc lốp cứng hơn nhìn chung làm giảm yêu cầu về lực.

Tuy nhiên, bánh quá cứng truyền rung và va đập mạnh hơn vào xe, hàng hóa và người vận hành. Chúng cũng có thể gây tiếng ồn hoặc làm hỏng những loại sàn không phù hợp.

Bánh mềm tăng độ êm nhưng thường cần lực lớn hơn

Cao su và các elastomer mềm có khả năng hấp thụ rung, giảm tiếng ồn và bảo vệ mặt sàn. Đổi lại, vùng tiếp xúc của bánh thường biến dạng lớn hơn, làm tăng tổn thất trễ của vật liệu và lực cản lăn.

Sự đánh đổi cơ bản là:

·         Bánh cứng ưu tiên lực lăn thấp và khả năng chịu tải

·         Bánh mềm ưu tiên độ êm, độ bám và bảo vệ sàn

·         Polyurethane phù hợp có thể tạo điểm cân bằng giữa hai nhóm yêu cầu

Không nên kết luận chỉ từ tên vật liệu. Hai bánh polyurethane có thể có độ cứng, công thức vật liệu và hình dạng lớp lăn khác nhau nên lực cản cũng khác nhau. Chẳng hạn, một dòng polyurethane độ cứng 92 Shore A được Blickle công bố có hình học lớp lăn giúp giảm lực cản lăn tới 40% so với một số dòng polyurethane khác của chính hãng. Đây là số liệu so sánh theo cấu hình sản phẩm cụ thể, không phải mức giảm mặc định của mọi bánh polyurethane.

Bánh hơi có thể tăng lực khi chở nặng

Bánh hơi vượt chướng ngại tốt và hấp thụ rung hiệu quả, nhưng áp suất không đủ sẽ làm lốp bẹt, tăng diện tích tiếp xúc và tăng lực cản. CCOHS lưu ý bánh hơi không phù hợp với tải nặng nếu sự nén lốp làm lực vận hành tăng đáng kể; OSHA cũng cảnh báo lốp thiếu hơi hoặc có áp suất không đều làm xe khó điều khiển hơn.

Bề rộng bánh, hình dạng mặt lăn và ổ trục cũng làm thay đổi lực đẩy

Đường kính và vật liệu chưa đủ để dự đoán đầy đủ khả năng vận hành. Hình học bánh và kết cấu ổ trục có thể làm thay đổi đáng kể lực cần dùng.

Bánh rộng không đồng nghĩa với lăn nhẹ hơn

Mặt lăn rộng giúp phân bố tải trên diện tích lớn hơn, giảm áp suất lên sàn và hạn chế lún trên bề mặt mềm. Nhưng trên sàn cứng, bánh rộng có thể làm tăng vùng biến dạng và tăng lực cản khi đổi hướng.

CCOHS nhận định mặt lăn rộng hơn nhìn chung làm tăng yêu cầu về lực.

Vì thế:

·         Bánh hẹp thường phù hợp với sàn cứng, nhẵn khi cần lực lăn thấp

·         Bánh rộng có lợi trên sàn mềm hoặc khi cần giảm áp suất bề mặt

·         Xe phải xoay tại chỗ nhiều cần xem xét kỹ lực ma sát ngang của bánh rộng

Biên dạng mặt lăn ảnh hưởng vùng tiếp xúc

Mặt lăn hơi cong thường tạo vùng tiếp xúc nhỏ hơn mặt lăn phẳng, từ đó có thể giảm lực cản lăn và lực xoay trên sàn cứng. Ngược lại, mặt lăn phẳng tăng độ ổn định và phân bố tải nhưng có thể đòi hỏi lực điều khiển cao hơn.

Biên dạng phải được đánh giá cùng vật liệu và tải. Một mặt lăn cong nhưng quá mềm vẫn có thể bẹt mạnh dưới tải và mất lợi thế về diện tích tiếp xúc.

Ổ bi giúp giảm tổn thất tại trục

Ổ bi phù hợp thường tạo lực ma sát thấp hơn bạc trượt, đặc biệt khi xe chạy thường xuyên, tải lớn hoặc cần lực khởi động thấp. Ổ con lăn có khả năng chịu tải tốt nhưng đặc tính lực lăn còn phụ thuộc kích thước, chất bôi trơn và độ kín.

Bạc trượt có kết cấu đơn giản và chịu môi trường bẩn tốt, nhưng thường không phải lựa chọn tối ưu khi mục tiêu chính là giảm lực đẩy. Trong mọi trường hợp, ổ trục bị khô, rỉ, nhiễm bụi hoặc siết quá chặt đều có thể làm mất lợi thế của một bánh xe tốt.

Càng xoay và cách bố trí bánh quyết định khả năng điều khiển

Xe đẩy không chỉ chuyển động theo đường thẳng. Vì vậy, lực xoay và tính ổn định hướng phải được cân bằng với khả năng cơ động.

Bốn bánh xoay cho khả năng cơ động cao

Xe dùng bốn bánh xoay có thể di chuyển ngang và xoay trong không gian hẹp. Tuy nhiên, khi bắt đầu đẩy, các bánh có thể phải tự căn lại theo hướng chuyển động. Quá trình này làm lực khởi động tăng, đặc biệt khi xe nặng hoặc đứng trên sàn có ma sát cao.

Nếu độ lệch tâm của càng quá nhỏ, bánh khó tạo mô-men tự căn hướng. Nếu độ lệch tâm quá lớn, bánh có thể phản ứng nhanh nhưng chiếm nhiều không gian xoay và làm xe kém ổn định hơn trong một số điều kiện.

Hai bánh cố định và hai bánh xoay giữ hướng tốt hơn

Cấu hình hai bánh cố định kết hợp hai bánh xoay thường giúp xe chạy thẳng ổn định và dễ kiểm soát trên hành lang dài. Đổi lại, xe không thể di chuyển ngang và cần bán kính quay lớn hơn.

Cấu hình phù hợp phụ thuộc tuyến vận chuyển:

·         Lối đi dài và ít đổi hướng ưu tiên khả năng giữ hướng

·         Khu vực chật hẹp ưu tiên khả năng cơ động

·         Xe dài hoặc tải lớn cần tránh cấu hình khiến người vận hành phải liên tục chỉnh hướng

Phân bố tải không đều làm một số bánh bị quá tải

Lực đẩy không chỉ phụ thuộc tổng khối lượng mà còn phụ thuộc tải thực tế trên từng bánh. Nếu sàn không phẳng hoặc khung xe bị võng, tải có thể không chia đều cho bốn bánh.

Một bánh chịu tải cao hơn sẽ biến dạng nhiều hơn, làm ổ trục chịu lực lớn hơn và tăng lực xoay. Vì vậy, khi chọn tải trọng danh nghĩa, nhà sản xuất thường sử dụng công thức có hệ số dự phòng thay vì đơn giản chia tổng tải cho số bánh.

Mặt sàn và tình trạng bánh có thể làm mất hiệu quả thiết kế

Một bộ bánh có lực cản thấp trong điều kiện thử nghiệm vẫn có thể vận hành nặng trên sàn thực tế.

Sàn mềm làm bánh lún

Trên thảm, cao su mềm hoặc bề mặt phủ đàn hồi, bánh tạo ra một vùng lún phía trước. Người đẩy phải liên tục đưa bánh “leo” khỏi vùng lún này. Bánh nhỏ, hẹp và cứng có thể lún sâu; trong trường hợp đó, tăng đường kính hoặc bề rộng có thể quan trọng hơn việc tăng độ cứng.

Do vậy, nguyên tắc “bánh hẹp và cứng luôn nhẹ hơn” chỉ đúng chủ yếu trên sàn cứng, nhẵn.

Khe, gờ và vật cản làm lực tăng đột ngột

Lực duy trì trên nền phẳng có thể thấp nhưng lực cực đại khi vượt khe lại rất cao. Người sử dụng thường cảm nhận chính các đỉnh lực này, không phải giá trị trung bình trên toàn tuyến.

Khi khảo sát xe đẩy, cần ghi nhận:

·         Khe cửa và khe thang máy

·         Gờ chuyển tiếp giữa hai loại sàn

·         Rãnh thoát nước

·         Độ dốc

·         Mảnh vụn hoặc vật cản trên sàn

·         Những đoạn phải đổi hướng gấp

Bánh mòn hoặc kẹt làm tăng lực rõ rệt

Mặt lăn bị bẹt, bánh không tròn, ổ trục rơ, càng xoay bị rỉ và sợi dây quấn quanh trục đều làm tăng lực vận hành. OSHA lưu ý thiết bị vận chuyển có bánh hoạt động không đúng khiến công việc di chuyển vật liệu khó hơn mức cần thiết.

Bảo trì vì thế là một phần của kiểm soát lực đẩy, không chỉ là biện pháp kéo dài tuổi thọ bánh.

Cách chọn bánh để giảm lực đẩy trong điều kiện thực tế

Không thể xác định bánh phù hợp chỉ bằng khối lượng hàng. Quy trình lựa chọn nên bắt đầu từ điều kiện vận hành.

Xác định ba mức lực cần đo

Nên sử dụng lực kế để đo:

1.    Lực cực đại khi bắt đầu chuyển động

2.    Lực trung bình khi xe lăn ổn định

3.    Lực cực đại khi đổi hướng hoặc vượt chướng ngại

Lực phải được đo bằng newton thay vì suy ra trực tiếp từ khối lượng xe. CCOHS nhấn mạnh giới hạn lực đẩy và kéo không phải là giới hạn khối lượng hàng; không thể dùng hai đại lượng này thay thế cho nhau.

Ví dụ, xe có khối lượng toàn bộ 500 kg không có nghĩa người vận hành phải tạo lực ngang tương đương 500 kg. Trên nền phẳng, bánh chịu tải theo phương thẳng đứng, còn người đẩy chủ yếu phải thắng các lực cản. Tuy nhiên, cùng xe 500 kg có thể nhẹ trên sàn epoxy nhẵn nhưng rất nặng trên thảm, qua khe hoặc khi các bánh xoay bị kẹt.

Chọn theo thứ tự ưu tiên kỹ thuật

Để giảm lực đẩy, có thể xem xét lần lượt:

1.    Tăng đường kính bánh trong giới hạn không gian cho phép

2.    Chọn vật liệu và độ cứng phù hợp với loại sàn

3.    Chọn biên dạng và bề rộng mặt lăn phù hợp

4.    Sử dụng ổ trục có tổn thất thấp và đủ khả năng chịu tải

5.    Chọn cấu hình bánh cố định, bánh xoay theo tuyến vận chuyển

6.    Bảo đảm tải được phân bố đều

7.    Loại bỏ khe, gờ và vật cản nếu có thể

8.    Thiết lập lịch vệ sinh, bôi trơn và thay bánh

Thử nghiệm dưới tải thực tế trước khi tiêu chuẩn hóa

Thông số trong catalogue thường được xác định trong điều kiện thử cụ thể. Lực vận hành tại hiện trường còn phụ thuộc xe, sàn, tốc độ, cách xếp hàng và tình trạng bảo trì.

Vì vậy, phương án đáng tin cậy nhất là lắp thử bộ bánh lên xe đại diện, chất đúng tải vận hành và đo lực trên toàn bộ tuyến đường. Khi so sánh hai phương án, cần giữ nguyên tải, xe, sàn, tốc độ và vị trí đo.

Nếu lực vẫn cao sau khi tối ưu bánh, cần xem xét giảm tải mỗi chuyến, cải tạo tuyến đường hoặc dùng thiết bị hỗ trợ truyền động. OSHA ghi nhận các giải pháp xe có động cơ được sử dụng để loại bỏ lực khởi động lớn khi di chuyển xe và giá hàng nặng.

Bánh xe đẩy quyết định lượng lực bị tiêu hao trước khi tải hàng thực sự di chuyển. Đường kính lớn giúp giảm ảnh hưởng của biến dạng và vượt chướng ngại tốt hơn; vật liệu cứng thường giảm lực cản trên sàn nhẵn; bánh mềm tăng độ êm nhưng có thể cần lực lớn hơn; ổ bi, càng xoay, bề rộng mặt lăn và cách bố trí bánh tiếp tục chi phối lực khởi động, lực lăn và lực đổi hướng.

Vì vậy, lựa chọn bánh không nên chỉ dựa vào tải trọng chịu được. Một bộ bánh phù hợp phải đồng thời đáp ứng tải, loại sàn, chướng ngại, tần suất đổi hướng, yêu cầu bảo vệ sàn và giới hạn lực của người vận hành. Kết quả cuối cùng cần được xác nhận bằng phép đo lực trên xe và tuyến vận chuyển thực tế.