Những nguyên nhân gây tiếng ồn bánh xe đẩy

Vì vậy, cùng một chiếc xe có thể chạy khá êm trên sàn nhẵn nhưng trở nên ồn trên nền có khe nối; hoặc cùng một mặt sàn nhưng bánh cứng lại phát ra tiếng lớn hơn bánh có lớp lăn đàn hồi. Các nhà sản xuất bánh xe công nghiệp cũng xem độ cứng lớp lăn, khả năng vận hành êm, bảo vệ mặt sàn và lực cản lăn là những đặc tính có quan hệ trực tiếp khi đánh giá bánh xe.

Mức ồn vì thế cần được nhìn như một hệ thống gồm vật liệu bánh – ổ bi – tải trọng – kích thước bánh – tình trạng cơ khí – đặc điểm mặt sàn, thay vì chỉ quy nguyên nhân cho riêng ổ bi hoặc riêng chất liệu bánh.

Vật liệu và độ cứng bánh quyết định khả năng hấp thụ rung

Vật liệu lớp lăn là một trong những yếu tố trực tiếp nhất ảnh hưởng đến tiếng ồn bánh xe đẩy. Khi bánh đi qua các sai lệch rất nhỏ trên bề mặt sàn, phần lốp phải biến dạng để vượt qua chúng. Vật liệu mềm có khả năng biến dạng đàn hồi và hấp thụ một phần năng lượng va đập; vật liệu cứng truyền tỷ lệ năng lượng lớn hơn vào tâm bánh, càng bánh và khung xe.

Blickle nêu nguyên tắc rằng xe thường vận hành êm hơn khi sử dụng bánh đường kính lớn với lớp lăn mềm và dày; lớp lăn cứng về nguyên tắc tạo mức tiếng ồn cao hơn lớp lăn mềm. Ngoại lệ là bánh cứng vẫn có thể chạy tương đối êm khi tải nhẹ và bề mặt di chuyển mềm, chẳng hạn thảm.

Có thể thấy sự khác biệt về độ cứng qua các cấu hình bánh thương mại. Dòng cao su mềm VWPP của Blickle có độ cứng khoảng 50 Shore A, trong khi cao su đàn hồi POEV khoảng 65 Shore A và một số lớp lăn polyurethane nhiệt dẻo khoảng 80 Shore A. Đây không phải các ngưỡng tuyệt đối để dự đoán số decibel, nhưng cho thấy phạm vi độ cứng rất khác nhau giữa các nhóm vật liệu và vì sao khả năng giảm rung của chúng không giống nhau.

TENTE cũng mô tả lớp lăn cao su mềm có khả năng làm giảm rung và tiếng ồn lăn, đặc biệt trên các bề mặt cứng, nhẵn như gạch hoặc bê tông đánh bóng. Ngược lại, hợp chất cứng hơn thường đánh đổi một phần độ êm để lấy hiệu quả lăn hoặc độ bền phù hợp với điều kiện sử dụng.

Điều này giải thích vì sao bánh gang, thép hoặc polyamide cứng dễ tạo âm thanh rõ trên sàn cứng. Colson thậm chí khuyến cáo bánh gang và bánh thép rèn không phải lựa chọn thích hợp khi tiếng ồn là mối quan tâm chính.

Tuy nhiên, không thể kết luận đơn giản rằng “bánh càng mềm càng tốt”. Khi tải trọng quá lớn, lớp lăn mềm biến dạng nhiều hơn; khả năng lăn, sinh nhiệt và tuổi thọ cũng trở thành những giới hạn cần cân nhắc. Nguyên nhân tiếng ồn phải được đánh giá trong đúng điều kiện tải và mặt sàn.

Ổ bi và cụm càng xoay tạo tiếng khi ma sát hoặc độ rơ tăng

Ổ bi không chỉ ảnh hưởng đến lực cần thiết để đẩy xe. Trạng thái của ổ bi còn quyết định bánh quay đều hay phát sinh rung, va chạm và chuyển động không ổn định.

Về đặc tính cơ học, Blickle phân biệt khá rõ các kiểu ổ: bạc trượt có hệ số ma sát bất lợi hơn và lực cản khởi động, lực cản lăn tương đối cao; ổ con lăn có lực cản thấp và khe hở hướng kính nhỏ; ổ bi cầu cho đặc tính khởi động và lăn tốt nhất trong các cấu hình được hãng so sánh, đồng thời có khe hở ổ nhỏ.

Điều đó không có nghĩa mọi bánh dùng bạc trượt đều gây ồn hoặc cứ dùng ổ bi cầu là xe sẽ im lặng. Tiếng ồn tăng đáng kể hơn khi ổ hoặc trục xuất hiện những trạng thái như khe hở do mòn, chuyển động không đồng tâm, bề mặt lăn bị hư hại hoặc vật cản làm bánh quay không đều. Khi đó lực tác dụng lên bánh không còn liên tục mà biến thành các xung lực nhỏ lặp lại theo vòng quay.

Cụm càng xoay cũng có thể trở thành nguồn phát rung độc lập. Thiết kế càng của Blickle sử dụng hai vòng bi ở đầu xoay và nhấn mạnh việc giảm độ rơ của đầu xoay để đạt chuyển động trơn hơn. Điều này cho thấy độ rơ trong cơ cấu xoay là một biến số cơ học cần kiểm tra khi xe phát tiếng lúc đổi hướng.

Có thể nhận biết tương đối nguồn tiếng bằng điều kiện xuất hiện: nếu tiếng lặp lại theo mỗi vòng quay ngay cả trên sàn nhẵn, cần chú ý bánh, trục và ổ; nếu tiếng rõ nhất khi đổi hướng, cụm càng xoay trở thành nghi vấn lớn hơn. Đây là cách khoanh vùng nguồn rung, không phải chẩn đoán tuyệt đối.

Mặt sàn quyết định mức va đập truyền vào bánh

Một bánh xe không có một mức tiếng ồn cố định trong mọi môi trường. Bề mặt mà bánh chạy trên đó là phần còn lại của cặp tiếp xúc tạo rung.

Sàn nhẵn làm bán kính lăn thực tế của bánh thay đổi ít trong quá trình di chuyển. Khi gặp khe gạch, mối nối, mép kim loại, vết nứt hoặc bề mặt nhám, bánh phải liên tục đi lên và rơi xuống các sai lệch hình học nhỏ. Mỗi lần như vậy tạo ra lực va đập truyền từ lớp lăn vào tâm bánh và khung xe.

Vì vậy, tác động của mặt sàn luôn phải được xem cùng độ cứng bánh. Blickle chỉ ra rằng bánh cứng có thể vẫn vận hành êm trên bề mặt mềm, trong khi bánh lớn có lớp lăn mềm và dày thường tạo điều kiện tốt hơn cho vận hành êm.

TENTE cũng mô tả khả năng giảm rung của cao su mềm đặc biệt hữu ích trên các nền cứng như gạch hoặc bê tông bóng.

Điểm thường bị hiểu sai là chỉ nhìn sàn bằng mắt và cho rằng “sàn phẳng” đồng nghĩa với “sàn không gây ồn”. Với bánh xe nhỏ hoặc rất cứng, các khe nối và độ nhám không đáng kể đối với người đi bộ vẫn có thể tạo chuỗi va đập đủ lớn để kích thích rung của xe.

Tải trọng và đường kính bánh làm thay đổi mức rung khi lăn

Tải trọng làm thay đổi lực ép tại vùng tiếp xúc giữa bánh và mặt sàn. Khi xe mang tải, cùng một khe hoặc gờ sàn có thể tạo xung lực lớn hơn so với lúc xe rỗng. Nếu vật liệu, kích thước bánh và tải thực tế không phù hợp với nhau, tiếng va đập và rung truyền lên kết cấu có thể rõ hơn.

Đường kính bánh cũng ảnh hưởng đến cách bánh vượt qua chướng ngại. Một bánh lớn có hình học thuận lợi hơn khi đi qua cùng một sai lệch của mặt sàn, vì vật cản chiếm tỷ lệ nhỏ hơn so với bán kính bánh. Đây cũng phù hợp với hướng dẫn của Blickle rằng phương tiện nhìn chung êm hơn với bánh lớn cùng lớp lăn mềm, dày.

Tải trọng còn phải được đặt trong giới hạn của từng cấu hình bánh. Ví dụ, các dòng bánh công nghiệp có cùng vật liệu nhưng khác đường kính, ổ bi và kết cấu có tải trọng danh định rất khác nhau; do đó không thể lấy độ cứng vật liệu làm biến số duy nhất khi đánh giá tiếng ồn. Bảng thông số của Blickle thể hiện đồng thời đường kính, tải trọng, độ cứng, khả năng vận hành êm, lực cản lăn và kiểu ổ bi chính vì các đặc tính này có liên hệ với nhau trong ứng dụng thực tế.

Vì vậy, hiện tượng xe chạy êm khi không tải nhưng ồn mạnh khi chất hàng là dấu hiệu cần đánh giá cả tải trên từng bánh, kích thước bánh và điều kiện mặt sàn, thay vì chỉ thay ổ bi.

Bánh mòn và liên kết cơ khí làm tiếng ồn tăng theo thời gian

Nếu một xe từng vận hành êm nhưng ngày càng ồn dù tuyến đường và tải trọng không thay đổi, nguyên nhân có nhiều khả năng liên quan đến sự thay đổi trạng thái của chính cụm bánh.

Lớp lăn mòn không đều làm bán kính bánh thay đổi trong mỗi vòng quay. Khi đó tâm bánh dao động theo phương đứng và tạo rung tuần hoàn. Vật lạ bám vào mặt bánh cũng có thể tạo hiệu ứng tương tự: mỗi lần vùng có dị vật tiếp xúc sàn sẽ tạo một xung va đập.

Ở bánh có lớp lăn liên kết với lõi bánh, chất lượng liên kết cũng có ý nghĩa. Colson cho biết một thiết kế bánh của hãng sử dụng liên kết nóng chảy nhằm ngăn tách lớp và giảm tiếng ồn liên quan đến hư hỏng kiểu liên kết cơ học. Điều này cho thấy tiếng phát sinh không nhất thiết đến từ vật liệu lăn; chuyển động tương đối giữa lớp lăn và phần lõi cũng có thể trở thành nguồn rung.

Tương tự, độ rơ ở trục hoặc đầu xoay cho phép các chi tiết dịch chuyển rồi va vào nhau dưới tải. Trong trường hợp này, thay riêng vật liệu bánh có thể không giải quyết được nguyên nhân gốc.

Cách phân biệt nguồn gây tiếng ồn bánh xe đẩy

Cách hiệu quả để tìm nguyên nhân không phải là nghe tiếng và đoán vật liệu, mà là quan sát khi nào tiếng xuất hiện và nó thay đổi ra sao khi điều kiện vận hành thay đổi.

Nếu tiếng giảm mạnh khi chuyển từ nền gồ ghề sang nền nhẵn, tương tác bánh–mặt sàn là yếu tố lớn. Nếu một xe dùng bánh cứng ồn hơn rõ rệt so với xe có lớp lăn đàn hồi trong cùng điều kiện, độ cứng và khả năng hấp thụ rung của vật liệu đáng được ưu tiên kiểm tra. Các tài liệu kỹ thuật của Blickle và TENTE đều liên hệ lớp lăn mềm với khả năng giảm rung hoặc vận hành êm hơn.

Nếu tiếng vẫn lặp lại đều khi chạy trên sàn nhẵn, cần kiểm tra độ tròn của bánh, tình trạng bề mặt lăn, trục và ổ. Nếu tiếng chủ yếu xảy ra lúc bánh đổi hướng, nên chuyển trọng tâm sang cơ cấu càng xoay và độ rơ của đầu xoay. Các thiết kế càng có hai vòng bi và độ rơ thấp được sử dụng chính để tạo đặc tính xoay trơn hơn.

Nếu tiếng chỉ tăng khi xe được chất tải, tải trên bánh, độ biến dạng lớp lăn và khả năng vượt các khuyết tật mặt sàn cần được xem xét cùng nhau.

Do đó, không có một nguyên nhân riêng lẻ giải thích mọi trường hợp tiếng ồn bánh xe đẩy. Vật liệu quyết định mức hấp thụ rung; ổ bi và cơ cấu xoay quyết định độ trơn và độ rơ; mặt sàn tạo kích thích va đập; còn tải trọng, kích thước và tình trạng mòn quyết định mức năng lượng được truyền vào toàn bộ xe. Chỉ khi xem các yếu tố này như một hệ thống mới có thể xác định đúng nguồn gây ồn thay vì thay linh kiện theo phỏng đoán.

Bánh xe đẩy phát sinh nhiều tiếng ồn nhất khi năng lượng rung không được lớp lăn hấp thụ mà truyền mạnh vào tâm bánh và khung xe, hoặc khi ổ bi, trục và càng xoay tạo thêm ma sát, độ rơ hay va đập. Bánh cứng trên nền cứng, gồ ghề thường bất lợi về độ êm hơn bánh có lớp lăn đàn hồi; trong khi ổ bi và cơ cấu xoay xuống cấp có thể khiến ngay cả bánh mềm cũng phát tiếng.

Vì thế, vật liệu bánh, ổ bi và mặt sàn là ba nhóm nguyên nhân trung tâm nhưng không hoạt động độc lập. Tải trọng, đường kính bánh và tình trạng mòn có thể khuếch đại hoặc làm giảm ảnh hưởng của cả ba. Việc xác định tiếng xuất hiện theo vòng quay, khi đổi hướng, khi qua khe sàn hay chỉ khi chở tải sẽ giúp thu hẹp nguyên nhân nhanh và chính xác hơn.

Vì sao cùng một bánh xe nhưng chạy trên sàn này êm, sàn khác lại ồn?

Vì mặt sàn thay đổi mức kích thích va đập tác dụng lên bánh. Khe nối, độ nhám và gờ nhỏ làm bánh dao động nhiều hơn; tác động này đặc biệt rõ với bánh cứng. Bánh mềm có khả năng hấp thụ một phần rung nên thường ít nhạy hơn với nền cứng không hoàn toàn phẳng.

Ổ bi tốt có làm bánh xe hoàn toàn không phát tiếng không?

Không. Ổ bi có đặc tính lăn tốt và khe hở nhỏ giúp giảm một nguồn ma sát và chuyển động không ổn định, nhưng tiếng vẫn có thể xuất phát từ vật liệu bánh, mặt sàn, tải trọng hoặc độ mòn. Blickle đánh giá ổ bi cầu có đặc tính khởi động và lăn tốt hơn bạc trượt, nhưng đó chỉ là một phần của toàn bộ hệ thống bánh xe.

Bánh polyurethane có luôn êm hơn bánh cao su không?

Không thể kết luận chỉ dựa vào tên vật liệu. Độ cứng cụ thể, chiều dày lớp lăn, kết cấu lõi bánh, tải trọng và mặt sàn đều ảnh hưởng đến kết quả. Các dòng bánh thương mại cho thấy ngay trong từng nhóm vật liệu đã tồn tại nhiều mức độ cứng và cấu hình ổ khác nhau.