Những yêu cầu của bánh xe xoay chịu lực

Vì vậy, yêu cầu kỹ thuật không thể dừng ở câu hỏi “bánh chịu được bao nhiêu kg”. Một bánh xe xoay chịu lực phù hợp phải đồng thời đáp ứng tải động đủ lớn, độ cứng mặt lăn phù hợp và cụm xoay đủ ổn định trong đúng điều kiện tốc độ, mặt sàn và chướng ngại thực tế.

Tải trọng phải được xác định theo tải động khi vận hành

Thông số quan trọng nhất đối với thiết bị có di chuyển là tải trọng động, không phải chỉ tải trọng tĩnh. Theo hướng dẫn kỹ thuật của Blickle, tải động công bố cho bánh xe hoặc caster được xác định bằng thử nghiệm trên bàn quay; tải tĩnh được đánh giá riêng, trong đó có xem xét mức biến dạng của mặt lăn sau khi chịu tải trong một khoảng thời gian.

Điều này giải thích tại sao một bánh có tải tĩnh rất cao vẫn chưa chắc phù hợp với một xe thường xuyên di chuyển. Khi bánh lăn qua khe sàn, gờ hoặc chướng ngại, lực tác dụng không còn giống trạng thái đứng yên.

Tải yêu cầu cho mỗi bánh có thể biểu diễn:

T = (E Z) / n × S

Trong đó:

· E là khối lượng bản thân của thiết bị

· Z là tải hàng lớn nhất

· n là số bánh thực sự tham gia chịu tải

· S là hệ số an toàn theo điều kiện sử dụng

Blickle đưa ra hệ số tham khảo từ 1,0–1,5 cho vận chuyển thủ công trong nhà với chướng ngại thấp hơn 5% đường kính bánh; 1,5–2,2 khi vận chuyển thủ công ngoài trời với chướng ngại lớn hơn 5%; 1,4–2,0 cho vận chuyển cơ giới trong nhà và 2,0–3,0 cho vận chuyển cơ giới ngoài trời trong điều kiện tương ứng.

Ví dụ, một xe và hàng có tổng khối lượng 800 kg, dùng bốn bánh, làm việc thủ công trong nhà. Nếu điều kiện thực tế cho phép sử dụng hệ số 1,5 thì tải yêu cầu tối thiểu theo phép tính này là:

800 / 4 × 1,5 = 300 kg/bánh

Tuy nhiên, bốn bánh không phải lúc nào cũng chia tải đúng 25% mỗi bánh. Hamilton Caster lưu ý rằng với xe bốn bánh trên bề mặt không phẳng, có thể có thời điểm chỉ ba bánh tiếp xúc tốt với mặt sàn; vì vậy hãng sử dụng cách lấy tổng tải chia cho ba để xác định mức tải tối thiểu trong trường hợp này.

Như vậy, yêu cầu đúng là tải động danh định của mỗi bánh phải lớn hơn hoặc bằng tải thiết kế trên bánh sau khi đã tính đến sự phân bố tải và điều kiện vận hành, thay vì đơn giản lấy tổng tải chia đều cho số bánh.

Độ cứng mặt lăn phải cân bằng chịu tải và khả năng lăn

Độ cứng thường được biểu thị bằng Shore A hoặc Shore D nhưng không tồn tại một giá trị Shore duy nhất bắt buộc cho mọi bánh xe xoay chịu lực. Độ cứng chỉ là một yếu tố trong hệ vật liệu, đường kính, chiều rộng bánh và kết cấu lõi.

Blickle xếp polyurethane khoảng 75 Shore A vào nhóm mềm hơn và polyurethane khoảng 92 Shore A vào nhóm cứng hơn. Hamilton Caster cho biết các dòng polyurethane của hãng thường sử dụng ba vùng độ cứng: 82–85 Shore A, 90–95 Shore A và loại rất cứng 70 Shore D. Hamilton cũng chỉ ra xu hướng chung là mặt lăn cứng hơn có thể mang tải cao hơn và dễ lăn hơn, trong khi vật liệu mềm hơn có lợi hơn khi gặp mảnh vụn hoặc cần giảm tác động lên bề mặt.

Với ứng dụng công nghiệp tải lớn trên sàn tương đối cứng và bằng phẳng, polyurethane khoảng 90–95 Shore A là một vùng độ cứng thường gặp, nhưng đây không phải tiêu chuẩn tối thiểu bắt buộc. Một ví dụ thực tế của TENTE dùng bánh polyurethane 92 Shore A, đường kính 125 mm, có tải tĩnh 500 kg và tải động 250 kg ở 4 km/h. Một thiết kế khác cũng dùng polyurethane 92 Shore A nhưng đường kính 200 mm và kết cấu nặng hơn đạt tải tĩnh 2.000 kg, tải động 1.200 kg ở 4 km/h.

Hai trường hợp cùng 92 Shore A nhưng khả năng chịu tải chênh lệch rất lớn. Vì thế, không thể lấy độ cứng Shore để suy ra tải trọng của bánh.

Đáng chú ý, trong điều kiện thử được Blickle công bố cho DIN EN 12532/ISO 22883, mặt lăn được phân thành loại mềm dưới 90 Shore A và loại cứng từ 90 Shore A trở lên để xác định chiều cao chướng ngại thử tương ứng. Đây là một ngưỡng phục vụ điều kiện thử, không phải quy định rằng bánh chịu lực bắt buộc phải đạt ít nhất 90 Shore A.

Cụm xoay phải đủ cứng vững và duy trì hướng ổn định

Khả năng chịu tải của phần bánh chưa đủ để bảo đảm toàn bộ caster hoạt động ổn định. Tải còn truyền qua trục bánh, càng, ổ xoay, tấm gá và kết cấu liên kết với thiết bị.

Một thông số quan trọng là offset, tức khoảng cách ngang giữa tâm trục xoay đứng và trục bánh. Blickle giải thích rằng offset giúp bánh xoay tự do và tạo đặc tính chạy thẳng ổn định. Trong điều kiện phù hợp, offset lớn hơn cũng có thể làm giảm lực cản khi đổi hướng.

Tuy nhiên, không có một trị số offset duy nhất phù hợp cho mọi bánh. Nó phải tương thích với đường kính bánh, tải, kích thước cụm xoay và không gian quay của thiết bị. Chẳng hạn, một caster công nghiệp nặng TENTE đường kính 200 mm sử dụng offset 59 mm, hai dãy bi của cụm xoay được gia cường và ổ bi chính xác ở bánh; đây là cấu hình của một thiết kế cụ thể chứ không phải trị số chuẩn cho mọi caster.

Về mặt yêu cầu, cụm xoay chịu lực cần bảo đảm ba đặc tính: đủ cứng để tải không làm biến dạng kết cấu, đủ chính xác để hạn chế chuyển động lắc không mong muốn và đủ trơn để bánh có thể tự định hướng khi thay đổi hướng di chuyển. Vì những đặc tính này phụ thuộc cấu tạo, không nên đánh giá độ ổn định chỉ bằng độ cứng của vật liệu bánh.

Đường kính bánh, ổ bi và mặt sàn ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định

Cùng một tải trọng, bánh đường kính lớn thường thuận lợi hơn về lực lăn và khả năng vượt chướng ngại. Blickle xác định các yếu tố giúp giảm lực cản lăn gồm đường kính bánh lớn, mặt lăn cứng, độ đàn hồi phù hợp, ổ bi và bề mặt sàn cứng, phẳng; lực cản xoay còn chịu ảnh hưởng bởi độ cứng, hình dạng mặt lăn và offset.

Mối quan hệ với chướng ngại thể hiện khá rõ trong điều kiện thử công nghiệp. Với DIN EN 12532/ISO 22883, Blickle công bố chiều cao chướng ngại thử bằng 5% đường kính bánh đối với mặt lăn dưới 90 Shore A và 2,5% đường kính đối với mặt lăn từ 90 Shore A trở lên.

Điều đó cho thấy không thể đánh giá một bánh chỉ trong trạng thái chạy trên nền hoàn toàn phẳng. Khe nối, gờ cửa, nền bê tông không đồng đều hay vật cản nhỏ đều có thể tạo tải va đập và làm thay đổi trạng thái của cụm xoay.

Ổ bi cũng phải được xem là một phần của yêu cầu chịu lực. Ổ phù hợp giúp giảm ma sát khi bánh lăn và khi cụm xoay đổi hướng; ngược lại, tải cao kết hợp với ma sát lớn khiến lực đẩy và mô-men tác dụng lên càng, cụm xoay và kết cấu xe tăng lên. Vì vậy, tải trọng, đường kính, ổ bi và mặt sàn phải được đánh giá như một hệ thống thay vì các thông số độc lập.

Tốc độ càng cao càng phải kiểm tra lại tải cho phép

Tải trọng ghi trên catalogue chỉ có ý nghĩa khi đi kèm điều kiện tốc độ thử. Đây là điểm dễ bị bỏ qua khi lựa chọn bánh xe xoay chịu lực.

ISO 22883:2004 quy định các yêu cầu kỹ thuật và thử nghiệm cho bánh xe và caster trong ứng dụng công nghiệp được đẩy bằng tay hoặc kéo bằng động lực ở tốc độ đến 1,1 m/s, tương đương 4 km/h. ISO cho biết tiêu chuẩn này vẫn ở trạng thái được công bố sau lần xác nhận gần nhất. ISO 22878:2004 quy định phương pháp và thiết bị thử hiệu năng bánh xe và caster.

Ảnh hưởng của tốc độ có thể thấy trực tiếp trên dữ liệu một caster TENTE đường kính 200 mm: tải tĩnh của thiết kế là 2.000 kg, tải động ở 4 km/h là 1.200 kg, nhưng khi tốc độ tăng lên 6 km/h, tải động giảm còn 1.000 kg.

Đối với bánh thiết kế cho tốc độ cao hơn 4 km/h, hệ tiêu chuẩn chuyển sang DIN EN 12533/ISO 22884; danh mục ISO hiện liệt kê ISO 22884 cho các ứng dụng trên 1,1 m/s và đến 4,4 m/s, tức tối đa 16 km/h trong phạm vi tiêu chuẩn.

Do đó, một caster đạt tải 1.000 kg ở trạng thái tĩnh hoặc ở tốc độ thấp không thể mặc nhiên được coi là caster 1.000 kg cho mọi tốc độ vận hành.

Yêu cầu kỹ thuật nên được chốt bằng bốn điều kiện

Khi xác định một bánh xe xoay chịu lực có thực sự đáp ứng yêu cầu hay không, nên kiểm tra đồng thời bốn nhóm tiêu chí thay vì chỉ nhìn vào một con số trên catalogue:

· Tải: Tải động danh định phải bằng hoặc lớn hơn tải thiết kế trên mỗi bánh sau khi xét tổng khối lượng, số bánh thực sự chịu tải, tốc độ, độ phẳng của sàn và hệ số an toàn phù hợp

· Độ cứng: Chọn độ cứng mặt lăn theo sự cân bằng giữa tải, lực lăn, rung động và bảo vệ mặt sàn; không dùng Shore A hoặc Shore D như đại diện trực tiếp cho tải trọng

· Độ ổn định xoay: Cụm càng, ổ xoay, ổ bi, tấm gá và offset phải tạo được chuyển động xoay tự định hướng ổn định dưới tải thực tế; offset và cấu tạo ổ xoay phải được xem cùng với đường kính bánh và kết cấu tổng thể

· Điều kiện thử: Khả năng chịu tải phải được xác nhận ở tốc độ và nhóm ứng dụng phù hợp, ưu tiên thông số đã được thử theo các tiêu chuẩn dành cho bánh xe và caster như ISO 22878 và ISO 22883 khi thuộc phạm vi áp dụng

Một bánh xe xoay chịu lực đạt yêu cầu không phải là bánh có độ cứng cao nhất hay tải tĩnh lớn nhất. Yêu cầu cốt lõi là tải động của bánh phải đủ cho tải thiết kế thực tế; độ cứng mặt lăn phải phù hợp giữa khả năng chịu tải, lực lăn và mặt sàn; còn cụm xoay phải đủ cứng vững, có hình học offset và hệ ổ phù hợp để duy trì khả năng tự định hướng ổn định.

Trong ứng dụng công nghiệp, vùng polyurethane khoảng 90–95 Shore A có thể xuất hiện phổ biến ở các bánh tải lớn, nhưng đó chỉ là một lựa chọn vật liệu, không phải ngưỡng bắt buộc. Quyết định cuối cùng vẫn phải dựa trên tải động tại tốc độ sử dụng, kết cấu toàn bộ caster và điều kiện thử tương ứng, thay vì dựa vào riêng tải tĩnh hoặc độ cứng Shore.