Bánh xe cao su chịu lực phù hợp mức tải nào?
Vì vậy, câu hỏi quan trọng không chỉ là “bánh cao su chịu được bao nhiêu kg”, mà là cụm bánh cụ thể chịu được bao nhiêu kg trong đúng điều kiện vận hành thực tế. Tải trọng công bố còn liên quan đến tải động hay tải tĩnh, đường kính và bề rộng bánh, kết cấu lõi, ổ bi, càng bánh, tốc độ di chuyển, mặt sàn và hệ số an toàn.
Mức tải thực tế của bánh xe cao su chịu lực
Nếu xét các dòng bánh cao su công nghiệp dành cho vận chuyển tải trung bình đến tải nặng, mức vài trăm kilogram trên mỗi bánh là phổ biến trong nhiều cấu hình, còn các dòng cao su đàn hồi có lõi thép hoặc gang và kết cấu chuyên dụng có thể tiến đến khoảng 1.000 kg/bánh hoặc cao hơn. Tuy nhiên, đây là dải tham khảo theo từng series sản phẩm chứ không phải tiêu chuẩn mặc định cho mọi bánh xe cao su.
Ví dụ cho thấy sự khác biệt khá lớn giữa các cấu hình. Trong dòng Blickle SE, bánh Ø125 mm rộng 53 mm có tải động 320 kg ở 4 km/h; Ø160 mm rộng 50 mm đạt 450 kg; Ø200 mm rộng 50 mm đạt 600 kg; còn bánh Ø250 mm rộng 80 mm đạt 1.000 kg. Điều này cho thấy chỉ gọi chung là “bánh xe cao su chịu lực” chưa đủ để xác định tải cho phép.
Khi lựa chọn cho xe đẩy hoặc thiết bị, cần đối chiếu tải định mức của đúng mã bánh hoặc cả cụm caster. TENTE cũng lưu ý bánh phải được kết hợp với housing/càng có mức tải tương ứng để đạt tải cho phép của toàn bộ cụm.
Những yếu tố quyết định khả năng chịu tải
Khả năng chịu tải không chỉ đến từ phần cao su tiếp xúc với mặt sàn. Một bánh xe hoàn chỉnh gồm mặt lăn hoặc lốp, lõi hoặc vành bánh và bộ phận ổ trục; khi lắp thành caster còn có thêm càng, cụm xoay và liên kết lắp đặt. Các thành phần này cùng tham gia truyền lực từ thiết bị xuống mặt sàn.
Đường kính và bề rộng mặt lăn
Trong cùng một dòng sản phẩm, tăng kích thước có thể cho phép tăng tải, nhưng quan hệ này không đơn giản là “bánh càng lớn càng chịu tải cao”. Dòng TENTE FVP là một ví dụ: Ø200 mm được công bố 600 kg, Ø250 mm là 810 kg và Ø300 mm đạt 960 kg.
Bề rộng cũng tạo khác biệt đáng kể. Với Blickle SE cùng đường kính 200 mm, cấu hình rộng 50 mm có mức 600 kg ở 4 km/h, trong khi phiên bản rộng 80 mm đạt 850 kg. Vì vậy hai bánh có cùng đường kính vẫn có thể mang tải khác nhau nếu bề rộng, lõi hoặc kết cấu ổ trục khác nhau.
Loại cao su, lõi bánh, ổ bi và càng bánh
Cao su đặc thông thường, cao su đàn hồi và cao su nhiệt dẻo không có cùng đặc tính tải. Blickle mô tả cao su đặc đàn hồi là vật liệu có khả năng chịu tải cao hơn cao su đặc tiêu chuẩn đồng thời duy trì độ êm và lực cản lăn thấp. Dòng SE dùng cao su đàn hồi khoảng 65 Shore A trên lõi thép hàn và ổ bi để phục vụ tải nặng.
Tuy nhiên, độ cứng cao su không thể được dùng riêng để suy ra tải trọng. Cùng một compound cao su, tải định mức vẫn thay đổi theo đường kính, chiều rộng, lõi bánh và ổ trục. Khi bánh được lắp thành caster, càng bánh cũng phải có rating phù hợp; tải của riêng bánh không nên được mặc nhiên xem là tải cho phép của cả cụm.
Tải tĩnh và tải động khác nhau thế nào?
Một nguyên nhân phổ biến khiến bánh xe bị chọn thiếu tải là nhầm tải tĩnh với tải động. Tải tĩnh phản ánh khả năng chịu trọng lượng khi thiết bị chủ yếu đứng yên, còn tải động liên quan đến bánh đang lăn và phải chịu thêm tác động từ chuyển động, chướng ngại và biến thiên tải. Blickle cho biết tải động của bánh và caster được xác định bằng thử nghiệm trên băng thử quay theo các tiêu chuẩn DIN EN 12527–12533 và ISO 22878–22884; tải tĩnh được đánh giá riêng, trong đó có xem xét mức biến dạng của mặt lăn sau thời gian chịu tải.
Khoảng cách giữa hai thông số có thể đáng kể. Một caster TENTE Galea dùng mặt lăn cao su nhiệt dẻo, đường kính 125 mm, được công bố tải động 100 kg ở 3 km/h nhưng tải tĩnh 200 kg. Con số này chỉ áp dụng cho cấu hình cụ thể đó, nhưng nó minh họa vì sao không thể lấy tải tĩnh làm tải vận chuyển.
Với xe đẩy thường xuyên di chuyển, thông số cần ưu tiên là tải động tại tốc độ vận hành tương ứng. Tải tĩnh chủ yếu hữu ích khi đánh giá trạng thái thiết bị đứng yên trong thời gian dài.
Tốc độ và mặt sàn ảnh hưởng đến tải ra sao?
Tải trọng trên catalogue luôn gắn với điều kiện thử nhất định. Với bánh và caster vận chuyển công nghiệp, Blickle nêu điều kiện DIN EN 12532/ISO 22883 gồm tốc độ 4 km/h, nhiệt độ khoảng 15–28°C và bề mặt cứng, nằm ngang. Với mặt lăn mềm dưới 90 Shore A, chướng ngại thử có chiều cao bằng 5% đường kính bánh.
Khi tốc độ tăng, tải cho phép có thể giảm mạnh. Ví dụ bánh cao su đàn hồi Blickle SE Ø200 × 50 mm được công bố 600 kg ở 4 km/h nhưng còn 350 kg ở 10 km/h; phiên bản Ø250 × 80 mm giảm từ 1.000 kg ở 4 km/h xuống 600 kg ở 10 km/h. Vì vậy không nên dùng rating ở tốc độ thấp để thiết kế cho xe kéo hoặc thiết bị chạy nhanh hơn.
Mặt sàn xấu, ổ gà, gờ cao và vận hành bằng động cơ cũng làm tăng yêu cầu dự phòng. Blickle khuyến nghị hệ số an toàn khoảng 1,0–1,5 cho vận chuyển thủ công trong nhà với chướng ngại nhỏ; 1,5–2,2 cho vận chuyển thủ công ngoài trời; 1,4–2,0 cho vận chuyển cơ giới trong nhà và 2,0–3,0 cho cơ giới ngoài trời có chướng ngại lớn. Các hệ số này nhằm bù cho điều kiện thực tế khác điều kiện thử chuẩn và không bao gồm hao mòn mặt lăn.
Do đó, một bánh được công bố 500 kg không đồng nghĩa rằng nó luôn phù hợp với tải thực tế 500 kg. Nếu xe chạy nhanh, thường xuyên qua khe sàn hoặc chịu va đập, tải thiết kế trên mỗi bánh cần thấp hơn giới hạn danh nghĩa hoặc phải chọn bánh có rating cao hơn.
Cách tính tải cần thiết cho mỗi bánh xe
Tải cần thiết nên được tính từ khối lượng bản thân thiết bị, tải hàng lớn nhất, số bánh thực sự chịu tải và hệ số an toàn. Blickle hướng dẫn lấy tổng khối lượng thiết bị và tải bổ sung, chia cho số bánh/caster chịu lực rồi nhân với hệ số an toàn phù hợp điều kiện sử dụng.
Công thức tính
Có thể biểu diễn nguyên tắc đó như sau:
T = ((E Z) / n) × S
Trong đó, T là tải tối thiểu cần thiết cho mỗi bánh hoặc caster, E là khối lượng bản thân thiết bị, Z là tải hàng tối đa, n là số bánh thực sự chịu lực và S là hệ số an toàn. Blickle đồng thời lưu ý với hệ thống từ bốn bánh trở lên, tải thực tế trên từng bánh có thể không phân bố hoàn toàn bằng nhau.
Ví dụ tính cho xe đẩy 4 bánh
Giả sử xe đẩy nặng 100 kg, chở tối đa 700 kg và có bốn bánh chịu tải. Nếu xe được đẩy thủ công trong nhà trên sàn tương đối bằng phẳng, chọn hệ số 1,25 nằm trong khoảng khuyến nghị 1,0–1,5 thì tải thiết kế là:
((100 700) / 4) × 1,25 = 250 kg/bánh
Trong trường hợp này, nên chọn mỗi cụm bánh có tải động tối thiểu 250 kg trong đúng điều kiện tốc độ sử dụng, thay vì chỉ chọn loại có rating 200 kg vì phép chia đơn giản 800/4 cho kết quả 200 kg.
Nếu cùng chiếc xe hoạt động ngoài trời và thường xuyên đi qua mặt sàn xấu, lấy hệ số 1,8 trong khoảng 1,5–2,2 thì yêu cầu tăng lên 360 kg/bánh. Chính điều kiện vận hành có thể khiến hai xe có cùng tổng tải 800 kg phải sử dụng hai cấp bánh hoàn toàn khác nhau.
Giới hạn sử dụng bánh xe cao su chịu lực
Ưu điểm của cao su chịu lực không chỉ nằm ở tải trọng. Các dòng cao su tải nặng được lựa chọn khi khả năng hấp thụ rung, bảo vệ mặt sàn và vận hành êm cũng quan trọng. TENTE mô tả bánh cao su tải nặng với lõi gang hoặc thép và mặt lăn cao su lưu hóa là giải pháp kết hợp khả năng mang tải với đặc tính giảm chấn và bảo vệ sàn.
Đổi lại, không nên mặc định rằng cứ gắn nhãn “chịu lực” thì bánh sẽ phù hợp với mọi tải nặng. Rating phải đáp ứng đồng thời tải động, tốc độ, điều kiện mặt sàn và tải của cả cụm càng. Khi yêu cầu tính toán vượt quá rating của dòng cao su đang xét, giải pháp đúng là tăng cấp tải, thay đổi kích thước hoặc cấu hình bánh, tăng số điểm chịu lực hoặc chuyển sang loại bánh được thiết kế cho điều kiện đó.
Đặc biệt với vận hành tốc độ cao, giới hạn này càng rõ. Cùng một bánh cao su đàn hồi có thể chịu 600 kg ở 4 km/h nhưng chỉ còn 350 kg ở 10 km/h, nên việc chọn bánh theo tải mà bỏ qua tốc độ có thể tạo ra sai số lớn trong thiết kế.
Bánh xe cao su chịu lực có thể phục vụ từ tải vài trăm kilogram đến khoảng 1 tấn hoặc hơn trên mỗi bánh ở những cấu hình chuyên dụng, nhưng mức tải phù hợp phải được xác định theo đúng mã bánh và điều kiện sử dụng, không theo tên vật liệu chung. Đường kính, bề rộng, cao su, lõi bánh, ổ bi, càng, tải động, tốc độ, mặt sàn và hệ số an toàn đều ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.
Khi chọn cho xe hoặc thiết bị cụ thể, cách đáng tin cậy nhất là tính tải yêu cầu trên mỗi bánh từ tổng khối lượng thực tế, áp dụng hệ số an toàn phù hợp rồi đối chiếu với tải động của toàn bộ cụm bánh-càng tại tốc độ vận hành dự kiến.
