Tải trọng danh định bánh xe đẩy có ý nghĩa gì?

Điểm quan trọng hơn là tải trọng danh định của một bánh không đồng nghĩa với tải trọng cho phép của cả xe đẩy. Khi tính khả năng chở của xe, còn phải xét khối lượng bản thân xe, tải hàng lớn nhất, số bánh thực sự đang chịu tải, độ bằng phẳng của sàn, tốc độ, chướng ngại, nhiệt độ và hệ số an toàn. Đây chính là khoảng cách giữa một thông số catalogue và tải làm việc có thể áp dụng trong thực tế.

Tải trọng danh định là giới hạn công bố của một bánh hoặc cụm caster

Trước tiên cần xác định thông số đang nói đến bánh rời hay cả cụm caster. Một caster hoàn chỉnh gồm bánh, trục, ổ lăn và giá đỡ cố định hoặc xoay. Khả năng chịu tải cuối cùng của cụm không chỉ phụ thuộc vào vành và lớp chạy của bánh mà còn phụ thuộc vào trục, ổ lăn, kết cấu giá và cụm xoay. Hướng dẫn kỹ thuật của Elesa Ganter vì thế tách việc xác định khả năng chịu tải của bánh khỏi bước kiểm tra khả năng chịu tải của cả cụm bánh–giá đỡ.

Do đó, nếu catalogue ghi một caster chịu tải 200 kg, không nên suy ra rằng mọi bánh rời có cùng đường kính cũng chịu được 200 kg, hoặc ngược lại. Cần đọc đúng đối tượng mà nhà sản xuất đang định mức.

Trong tài liệu kỹ thuật, tải có thể được biểu diễn bằng lực, đơn vị N. Trong catalogue thương mại, nhà sản xuất cũng thường trình bày khả năng chịu tải theo kg để thuận tiện cho việc lựa chọn. Điều cần giữ nhất quán không phải cách ghi đơn vị mà là loại tải và điều kiện đi kèm con số đó. Elesa Ganter, chẳng hạn, định nghĩa tải động bằng N trong hướng dẫn kỹ thuật, trong khi nhiều bảng sản phẩm bánh xe lại công bố khả năng chịu tải bằng kg.

Con số tải trọng danh định được xác lập trong điều kiện nào?

Đối với bánh và caster công nghiệp dùng ở tốc độ thấp, ISO 22883:2004 quy định yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu thử cho các ứng dụng công nghiệp đẩy tay hoặc kéo bằng động lực với tốc độ đến 1,1 m/s, tương đương 4 km/h. ISO cho biết phiên bản này đã được rà soát và xác nhận năm 2022, nên hiện vẫn là tiêu chuẩn đang có hiệu lực. Phạm vi của nó không bao gồm mọi loại bánh xe, chẳng hạn bánh cho đồ nội thất, ghế xoay, một số thiết bị cơ sở y tế hay giường bệnh.

Điều này cho thấy tải trọng danh định luôn có boundary, tức giới hạn áp dụng. Với bánh vận chuyển công nghiệp được thử theo DIN EN 12532/ISO 22883, Blickle công bố các điều kiện thử chính gồm tốc độ 4 km/h, nhiệt độ từ 15°C đến 28°C, mặt thử cứng và nằm ngang, 15.000 vòng quay và tối thiểu 500 lần vượt chướng ngại. Chiều cao chướng ngại bằng 5% đường kính đối với lớp chạy mềm dưới 90 Shore A và 2,5% đối với lớp chạy cứng từ 90 Shore A trở lên.

Elesa Ganter mô tả điều kiện tương tự: thử ở 4 km/h, 15.000 vòng quay, 500 lần vượt chướng ngại, trên mặt nền cứng, nhẵn và nằm ngang, với chu kỳ chạy và nghỉ xác định.

Như vậy, một bánh được công bố tải động 300 kg không có nghĩa rằng nó chắc chắn chịu 300 kg như nhau khi chạy nhanh hơn, va mạnh vào bậc cao, hoạt động trên sàn nhiều ổ gà hoặc ở nhiệt độ ngoài phạm vi thiết kế. Con số danh định có ý nghĩa khi điều kiện thực tế đủ gần với điều kiện mà con số đó được xác lập.

Vì sao không thể cộng tải danh định của các bánh để ra tải xe?

Cách tính đơn giản nhất là lấy tải danh định của một bánh nhân với số bánh. Ví dụ bốn bánh 200 kg sẽ cho 800 kg. Cách suy luận này chỉ đúng khi bốn bánh thực sự chia tải đều và các điều kiện vận hành không làm phát sinh tải bổ sung.

Trong thực tế, với bốn bánh trở lên, tải tác dụng lên từng bánh có thể khác nhau. Sai số chiều cao lắp đặt, độ võng của khung, trọng tâm hàng lệch hoặc mặt sàn không phẳng có thể khiến một bánh chịu ít tải trong khi các bánh còn lại phải gánh nhiều hơn. Blickle vì vậy lưu ý rằng tải trên từng bánh có thể khác khi sử dụng từ bốn bánh/caster trở lên.

Công thức xác định tải yêu cầu cho mỗi bánh

Một cách tính kỹ thuật được Blickle sử dụng là:

Tải yêu cầu mỗi bánh = (khối lượng xe tải hàng lớn nhất) ÷ số bánh thực sự chịu tải × hệ số an toàn

Trong đó hệ số an toàn dùng để bù cho sự khác biệt giữa điều kiện thực tế và điều kiện chuẩn, chẳng hạn chất lượng mặt sàn, tốc độ, chướng ngại và phân bố tải.

Ví dụ, xe nặng 50 kg và chở tối đa 250 kg có tổng khối lượng làm việc 300 kg. Nếu bốn bánh luôn chia tải hoàn toàn đều, tải trung bình chỉ là 75 kg/bánh. Nhưng 75 kg không phải mức định mức nên chọn ngay, vì chưa có dự phòng cho phân bố tải không đều và điều kiện chuyển động thực tế.

Một quy tắc kinh nghiệm được một số nhà sản xuất caster sử dụng cho xe bốn bánh là tính tổng tải trên ba bánh thay vì bốn bánh nhằm dự phòng trường hợp sàn không phẳng làm một bánh tạm thời mất hoặc giảm tiếp xúc. Với tổng tải 300 kg, cách tính này tạo yêu cầu cơ sở 100 kg/bánh trước khi xem xét thêm các điều kiện khắc nghiệt khác. Đây là quy tắc thiết kế bảo thủ, không phải công thức thay thế mọi hướng dẫn cụ thể của nhà sản xuất.

Tải trọng động khác tải trọng tĩnh như thế nào?

Đây là một trong những điểm dễ gây hiểu sai nhất khi đọc thông số bánh xe.

Tải trọng tĩnh mô tả tải mà bánh đang đứng yên có thể chịu mà không xuất hiện biến dạng vĩnh viễn làm suy giảm khả năng hoạt động. Tải trọng động lại gắn với việc bánh đang lăn và phải chịu đồng thời tải trọng, biến dạng lặp lại, lực phát sinh khi vượt chướng ngại và các tác động của chuyển động. Elesa Ganter phân biệt rõ hai đại lượng này trong hướng dẫn lựa chọn bánh.

Vì vậy, tải tĩnh cao không thể tự động được dùng làm tải chở cho một xe thường xuyên di chuyển.

Một sản phẩm thực tế cho thấy mức chênh lệch này rất rõ. Caster TENTE Zeta đường kính 125 mm được nhà sản xuất công bố tải tĩnh 1.400 kg, tải động 700 kg ở 4 km/h nhưng chỉ 560 kg ở 6 km/h. Cùng một sản phẩm, khả năng chịu tải công bố thay đổi theo trạng thái và tốc độ làm việc.

Ví dụ này cũng minh họa vì sao câu hỏi “bánh chịu được bao nhiêu kg?” chưa đủ để lựa chọn. Cần hỏi tiếp bao nhiêu kg khi đứng yên hay khi chạy, và chạy ở điều kiện nào.

Khi nào tải sử dụng phải thấp hơn tải trọng danh định?

Tải trọng danh định trở nên ít đại diện hơn khi điều kiện sử dụng rời xa điều kiện thử. Tốc độ cao hơn làm tăng ứng suất lặp và năng lượng va đập. Sàn gồ ghề hoặc bậc cao tạo tải xung kích lớn hơn. Phân bố hàng không đều làm một số bánh chịu tải cao hơn giá trị trung bình. Nhiệt độ và môi trường cũng có thể làm thay đổi đặc tính của lớp chạy, ổ lăn hoặc các bộ phận khác của caster.

Đó là lý do hệ số an toàn phải gắn với điều kiện ứng dụng thay vì chọn tùy ý. Trong hướng dẫn của Blickle, điều kiện chuẩn được mô tả là mặt sàn nhẵn, tốc độ khoảng 4 km/h, tải phân bố đều, chuyển động thẳng và nhiệt độ môi trường 15–28°C. Nhà sản xuất khuyến nghị hệ số khoảng 1,0–1,5 cho vận chuyển thủ công trong nhà với chướng ngại thấp hơn 5% đường kính bánh, nhưng khoảng 1,5–2,2 cho vận chuyển thủ công ngoài trời có ổ gà hoặc chướng ngại lớn hơn 5% đường kính. Đây là hướng dẫn của một nhà sản xuất, không phải hệ số bắt buộc áp dụng cho mọi caster trên thị trường.

Một giới hạn khác thường bị bỏ qua là độ mòn. Blickle lưu ý các hệ số an toàn nêu trong hướng dẫn của họ không tính đến hao mòn lớp chạy. Vì vậy, bánh đã làm việc lâu ngày không thể được đánh giá chỉ bằng tải trọng danh định lúc mới xuất xưởng.

Nói cách khác, tải trọng danh định nên được xem là điểm xuất phát có kiểm chứng, còn tải cho phép của ứng dụng phải được xác định sau khi xem xét điều kiện làm việc thực tế.

Cách sử dụng tải trọng danh định khi chọn bánh xe đẩy

Để sử dụng đúng thông số tải trọng danh định bánh xe đẩy, nên đi từ tải của hệ thống đến tải yêu cầu của từng bánh, thay vì nhìn một con số catalogue rồi suy ngược ra khả năng chở của xe. Hướng dẫn kỹ thuật của cả Blickle và Elesa Ganter đều đặt việc xác định tải và điều kiện vận hành trước bước lựa chọn bánh/caster.

1. Tính tổng tải lớn nhất, gồm khối lượng bản thân xe, phụ kiện gắn trên xe và tải hàng lớn nhất dự kiến

2. Xác định số bánh thực sự có thể cùng chịu tải, không mặc định mọi bánh luôn chia tải tuyệt đối đồng đều

3. Chọn đúng loại thông số, ưu tiên tải động nếu xe được sử dụng để di chuyển và kiểm tra riêng tải tĩnh nếu xe phải đứng lâu dưới tải lớn

4. Đối chiếu điều kiện công bố, đặc biệt là tốc độ, mặt sàn, chướng ngại, nhiệt độ và chế độ vận hành

5. Áp dụng dự phòng phù hợp, bằng số bánh chịu tải bảo thủ hoặc hệ số an toàn theo hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất, tránh cộng chồng các hệ số một cách máy móc

6. Kiểm tra tải của cả cụm caster, không chỉ tải của bánh rời, vì giá đỡ, trục, ổ lăn và cụm xoay cũng nằm trong đường truyền lực

7. Chọn mức danh định không thấp hơn tải yêu cầu đã tính, đồng thời ưu tiên điều kiện bất lợi nhất nếu các tiêu chí cho kết quả khác nhau

Elesa Ganter cũng khuyến nghị khi nhiều điều kiện vận hành dẫn đến các yêu cầu khác nhau đối với cùng một bánh hoặc caster, phương án cuối cùng nên dựa trên điều kiện bảo thủ nhất.

Cách tiếp cận này giải quyết một hiểu nhầm phổ biến: tải trọng danh định không phải tải hàng được phép chất trực tiếp lên xe. Nó là thông số đầu vào để tính toán. Một xe bốn bánh có bánh danh định 200 kg không mặc nhiên trở thành xe tải 800 kg; tải cho phép còn phụ thuộc trọng lượng xe, số bánh thực sự chịu tải và điều kiện vận hành.

Tải trọng danh định bánh xe đẩy cho biết mức tải mà một bánh hoặc một cụm caster được công bố có khả năng chịu trong các điều kiện xác định. Ý nghĩa của thông số này chỉ đầy đủ khi đi kèm loại tải, tốc độ, điều kiện thử và phạm vi ứng dụng. Các tiêu chuẩn như ISO 22883 và phương pháp thử của nhà sản xuất cho thấy khả năng chịu tải động được xác lập trong những điều kiện kiểm soát cụ thể, chứ không phải như một giới hạn tuyệt đối cho mọi tình huống sử dụng.

Khi đưa con số đó vào thiết kế xe đẩy, cần tính từ tổng khối lượng của xe và hàng, xác định số bánh thực sự chịu tải, xét sự phân bố tải không đều và áp dụng mức dự phòng phù hợp với điều kiện vận hành. Vì vậy, cách dùng đúng tải trọng danh định không phải là “nhân tải một bánh với số bánh”, mà là xác định tải yêu cầu thực tế của từng caster rồi chọn mức danh định đủ lớn để đáp ứng yêu cầu đó trong điều kiện sử dụng cụ thể.