Tiêu chí chọn bánh xe đẩy sử dụng trên nền bùn đất

Về nguyên tắc, nên ưu tiên bánh có đường kính lớn, bề rộng tiếp xúc đủ lớn, lốp cao su khí nén hoặc lốp chống xẹp có độ đàn hồi, hoa lốp mở và kết cấu càng bánh chắc chắn. Tuy nhiên, không có một kích thước cố định phù hợp cho mọi xe. Việc lựa chọn phải dựa trên tổng tải trọng, số bánh thực sự chịu tải, độ mềm của nền, chiều sâu bùn, quãng đường di chuyển và nguy cơ đâm thủng lốp.

Vì sao bánh xe thông thường dễ bị sa lầy trên nền bùn đất?

Nền bê tông có khả năng chống lún cao nên bánh xe nhỏ và hẹp vẫn có thể lăn tương đối ổn định. Trên nền bùn đất, tải trọng của xe lại tập trung xuống một diện tích tiếp xúc nhỏ. Khi áp lực tại vùng tiếp xúc vượt khả năng chịu lực của nền, đất bị biến dạng và bánh chìm xuống.

Bánh càng lún sâu thì lực cản lăn càng lớn. Người vận hành không chỉ phải đẩy xe tiến về phía trước mà còn phải liên tục đưa bánh vượt qua phần đất bị dồn lên trước bánh. Vì vậy, một bánh có tải trọng danh định cao khi thử trên nền cứng chưa chắc đã hoạt động tốt trên nền mềm.

Bùn còn tạo ra ba vấn đề khác:

·         Hoa lốp bị lấp đầy, làm mất khả năng bám

·         Đất ướt bám quanh trục hoặc mắc giữa bánh và càng

·         Các ổ bi, khớp xoay và bề mặt kim loại bị nhiễm nước, hạt mài và ăn mòn

Do đó, tiêu chí chọn bánh xe cho nền bùn phải xét cả tương tác giữa bánh và mặt đất, không thể chỉ nhìn vào tải trọng ghi trong catalogue.

Đường kính bánh phải đủ lớn để giảm lún và vượt địa hình

Đường kính là một trong những thông số quan trọng nhất đối với bánh xe đẩy ngoài trời. Bánh lớn có góc tiếp cận vật cản nhỏ hơn, nhờ đó vượt qua rãnh bánh, mô đất, đá nhỏ và phần bùn bị dồn phía trước dễ hơn. Các dòng bánh địa hình thương mại thường sử dụng đường kính lớn hơn bánh công nghiệp trong nhà; một số dòng tải nặng dùng bánh từ 10 đến 21 inch để vận hành trên bề mặt gồ ghề.

Đường kính lớn còn tăng khoảng sáng dưới gầm xe. Đây là yếu tố cần thiết khi nền có rãnh sâu hoặc bùn bám thành lớp dày. Nếu bánh quá nhỏ, càng bánh, trục hoặc đáy xe có thể cạ xuống đất trước khi bánh vượt qua chướng ngại.

Tuy nhiên, tăng đường kính cũng kéo theo một số giới hạn:

·         Chiều cao tổng thể của xe tăng

·         Bán kính quay của cụm bánh xoay lớn hơn

·         Càng bánh và vị trí lắp phải chịu mô-men uốn lớn hơn

·         Khối lượng và chi phí của cụm bánh tăng

Vì vậy, nên chọn bánh lớn nhất mà kết cấu xe, chiều cao làm việc và không gian quay cho phép, thay vì chỉ chọn theo thói quen hoặc theo kích thước của bánh cũ.

Mặt lốp cần rộng để giảm áp lực tác dụng lên nền

Bánh xe đi nền mềm cần có diện tích tiếp xúc đủ lớn. Khi cùng một tải trọng được phân bố trên mặt lốp rộng hơn, áp lực trung bình truyền xuống nền giảm, nhờ đó bánh ít chìm hơn. Đây là lý do bánh địa hình thường có thân lốp rộng hơn bánh dùng trên sàn nhà xưởng.

Tuy nhiên, “càng rộng càng tốt” không phải lúc nào cũng đúng. Mặt lốp quá rộng có thể làm cụm bánh xoay khó đổi hướng khi xe đang chịu tải. Trong lúc bánh xoay tại chỗ, các vùng khác nhau trên vệt tiếp xúc phải trượt tương đối trên mặt đất, làm lực đánh lái tăng.

Do đó, bề rộng bánh cần cân bằng hai mục tiêu:

·         Đủ rộng để hạn chế lún

·         Không quá rộng đến mức làm xe nặng lái hoặc khó quay

Nếu xe chủ yếu chạy thẳng trên đường bùn dài, có thể ưu tiên bánh rộng và sử dụng nhiều bánh cố định. Nếu xe phải đổi hướng thường xuyên trong không gian hẹp, cần đánh giá thêm lực xoay và cách bố trí bánh.

Lốp phải có độ đàn hồi và khả năng bám phù hợp

Lốp khí nén

Lốp khí nén có khả năng biến dạng theo bề mặt, hấp thụ va đập và tạo vùng tiếp xúc lớn. Các nhà sản xuất bánh xe công nghiệp thường khuyến nghị loại này cho môi trường ngoài trời có bùn, sỏi, cỏ hoặc mặt nền không bằng phẳng.

Ưu điểm chính gồm:

·         Hấp thụ rung và va đập tốt

·         Bám nền ướt và nền gồ ghề tốt hơn bánh cứng

·         Bảo vệ hàng hóa, khung xe và người vận hành

·         Dễ vượt qua đá, rãnh và vật cản nhỏ

Đổi lại, lốp khí nén cần được duy trì đúng áp suất do nhà sản xuất quy định. Áp suất quá thấp làm lốp biến dạng nhiều, tăng lực cản lăn và có thể làm hỏng săm hoặc thành lốp. Áp suất quá cao làm giảm độ êm và thu nhỏ khả năng thích ứng với nền mềm.

Lốp đặc đàn hồi hoặc lốp chống xẹp

Nơi có nhiều đinh, đá sắc, phế liệu xây dựng hoặc không thể kiểm tra áp suất thường xuyên nên cân nhắc lốp chống xẹp, lốp bán khí nén hoặc lốp đặc có độ đàn hồi cao.

Loại này tránh được tình trạng thủng lốp và giảm thời gian dừng xe, nhưng thường cứng hơn lốp khí nén. Khi độ đàn hồi giảm, rung động truyền vào xe tăng và khả năng “ôm” địa hình có thể kém hơn.

Lựa chọn thực tế nên dựa trên đánh đổi:

·         Ưu tiên độ êm và lực bám: Chọn lốp khí nén

·         Ưu tiên chống thủng và ít bảo trì: Chọn lốp chống xẹp

·         Ưu tiên tải lớn nhưng nền tương đối chặt: Có thể dùng lốp đặc đàn hồi

Không nên dùng bánh nylon, gang hoặc polyurethane cứng loại nhỏ cho bùn mềm chỉ vì chúng có tải trọng danh định cao. Những vật liệu này phù hợp hơn với mặt nền cứng, nơi biến dạng nền không phải vấn đề chính.

Hoa lốp phải tạo lực kéo và có khả năng tự thoát bùn

Mặt lốp trơn có thể vận hành nhẹ trên sàn cứng nhưng dễ trượt khi gặp bùn. Bánh dùng ngoài trời nên có hoa lốp đủ sâu và các rãnh mở để tạo cạnh bám vào đất.

Một thiết kế hoa lốp phù hợp cần đáp ứng:

·         Có các gờ tạo lực kéo theo hướng chuyển động

·         Khoảng cách giữa các gờ đủ lớn để bùn thoát ra

·         Không tạo hốc kín khiến đất ướt tích tụ

·         Giữ được khả năng bám khi bánh quay chậm dưới tải

Nếu rãnh quá nhỏ, bùn sẽ lấp đầy và biến mặt lốp có gai thành một bề mặt gần như trơn. Nếu gai quá thưa hoặc quá cao, xe có thể rung mạnh khi đi qua đoạn nền cứng.

Với xe đẩy không có động lực, hoa lốp quá “hung hãn” cũng làm lực cản tăng. Vì vậy, cần chọn kiểu gai vừa đủ cho mức độ trơn và độ sâu của bùn, thay vì sử dụng lốp địa hình nặng cho mọi trường hợp.

Tải trọng phải được tính theo điều kiện động, không chỉ theo khối lượng hàng

Tải tác dụng lên bánh gồm trọng lượng bản thân xe, hàng hóa và lực phát sinh khi bánh rơi xuống rãnh, va vào đá hoặc xe bị nghiêng. Trên nền bùn không bằng phẳng, tải thường không phân bố đều cho tất cả các bánh.

Tải thiết kế sơ bộ cho mỗi bánh có thể được xác định theo công thức:

Tải trên mỗi bánh = Tổng khối lượng xe và hàng × Hệ số điều kiện / Số bánh thực sự cùng chịu tải

Trong đó, hệ số điều kiện phải phản ánh tốc độ, mức độ gồ ghề, tần suất va đập và cách vận hành. Không nên mặc định rằng xe bốn bánh luôn chia đều tải cho cả bốn bánh, vì khi đi qua rãnh hoặc mô đất có thể chỉ ba bánh tiếp xúc ổn định.

Ví dụ, xe có tổng khối lượng 300 kg không nên chọn bốn bánh loại 75 kg rồi coi như vừa đủ. Cần có dự phòng cho tải lệch và tải va đập, đồng thời kiểm tra tải trọng của toàn bộ cụm gồm bánh, trục, ổ bi, càng, mâm xoay và bu-lông lắp.

Nếu xe được kéo bằng máy, chạy nhanh hoặc làm việc liên tục, phải dùng thông số tải động theo đúng tốc độ vận hành. Nhà sản xuất RWM cũng lưu ý rằng tải đối với xe được dẫn động, bánh đường kính lớn hoặc ứng dụng tải nặng cần được xác nhận riêng thay vì áp dụng trực tiếp mức tải thông thường.

Càng bánh và cơ cấu xoay phải chịu được va đập, tải ngang

Nền gồ ghề tạo tải ngang và mô-men uốn lớn hơn sàn phẳng. Khi bánh lọt vào rãnh nhưng thân xe vẫn tiếp tục chuyển động, càng bánh có thể bị xoắn hoặc mở rộng. Vì vậy, cụm bánh cần có:

·         Càng thép đủ dày hoặc kết cấu hàn gia cường

·         Trục bánh có đường kính phù hợp

·         Mâm lắp và bu-lông đủ khả năng chịu lực

·         Khớp xoay có ổ bi hoặc rãnh bi chịu tải

·         Khoảng hở giữa bánh và càng đủ lớn để bùn không làm kẹt bánh

Đối với tải nặng hoặc nền có nhiều ổ gà, cụm xoay kingpinless hoặc mâm xoay tải nặng thường chống tải ngang tốt hơn các càng dập mỏng. Các thiết kế bánh địa hình chuyên dụng cũng sử dụng càng gia cường, ổ trục tải nặng và mâm xoay nhiều rãnh bi để duy trì khả năng điều hướng dưới va đập.

Ổ trục phải được bảo vệ khỏi nước, bùn và hạt mài

Bùn không chỉ gây cản lăn ở mặt lốp. Khi xâm nhập vào ổ trục, đất cát hoạt động như hạt mài, làm mòn bề mặt lăn, phá hủy chất bôi trơn và khiến bánh nặng dần theo thời gian.

Cụm bánh làm việc thường xuyên ngoài trời nên ưu tiên:

·         Vòng bi có phớt hoặc nắp chắn

·         Mâm xoay kín hoặc được che chắn

·         Đầu bơm mỡ tại các vị trí cần bảo dưỡng

·         Trục và chi tiết lắp có khả năng chống ăn mòn

·         Cấu tạo dễ tháo vệ sinh

Lớp mạ kẽm hoặc sơn phủ giúp hạn chế ăn mòn thông thường. Với môi trường liên tục ẩm ướt, có phân bón, nước mặn hoặc hóa chất, cần đánh giá vật liệu chống ăn mòn cao hơn, chẳng hạn thép không gỉ ở những vị trí phù hợp.

Không nên hiểu “vòng bi kín” là hoàn toàn không cần bảo trì. Sau khi xe đi qua bùn sâu, vẫn cần kiểm tra bùn quấn quanh trục, tình trạng phớt, độ rơ và khả năng quay của bánh.

Cách bố trí bánh ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điều khiển

Xe sử dụng bốn bánh xoay có thể linh hoạt trên sàn phẳng nhưng dễ lạng hướng và khó kiểm soát trên nền bùn. Mỗi bánh phải tự tìm hướng trong khi bùn liên tục tạo lực cản không đều, khiến xe có xu hướng xoay ngang.

Một số bố trí phù hợp hơn gồm:

·         Hai bánh cố định và hai bánh xoay cho xe đẩy thủ công thông thường

·         Bánh xoay có khóa hướng để vừa cơ động vừa giữ đường chạy thẳng

·         Nhiều bánh cố định cho xe chủ yếu di chuyển trên tuyến thẳng

·         Cụm bánh kép khi cần tăng ổn định, với điều kiện không làm áp lực nền tăng quá mức

Khóa hướng và phanh bánh là hai chức năng khác nhau. Khóa hướng giữ càng bánh theo một phương nhất định; phanh bánh giữ xe đứng yên. Trên nền dốc hoặc trơn, cần kiểm tra cả khả năng giữ bánh lẫn khả năng chống xoay của cụm càng.

Khoảng hở và khả năng tự làm sạch không được bỏ qua

Một bánh có hoa lốp tốt vẫn có thể ngừng quay nếu bùn bị nén chặt giữa lốp và càng. Vì vậy, khoảng hở quanh bánh phải đủ để bùn, cỏ và sợi thực vật đi qua hoặc được lấy ra dễ dàng.

Khi đánh giá thiết kế, cần kiểm tra:

·         Khoảng hở phía trên lốp

·         Khoảng cách giữa hai bên lốp và càng

·         Khe quanh trục và bạc lót

·         Khả năng tiếp cận để xịt rửa

·         Vị trí có thể quấn cỏ, dây hoặc rễ cây

Tấm chắn kín đặt quá sát bánh có thể giữ bùn lại thay vì bảo vệ cơ cấu. Trong môi trường đất sét dính, một cụm bánh đơn giản, thoáng và dễ rửa thường đáng tin cậy hơn kết cấu có nhiều hốc kín.

Quy trình chọn bánh xe đẩy đi nền bùn đất

Có thể lựa chọn theo trình tự sau:

1.    Xác định tổng tải trọng lớn nhất

2.    Bao gồm xe, hàng, phụ kiện và tải phát sinh trong quá trình sử dụng

3.    Đánh giá nền di chuyển

4.    Phân biệt đất nén chặt, đất ẩm, bùn nông, bùn sâu, nền có đá sắc hoặc rãnh lớn

5.    Chọn đường kính bánh

6.    Ưu tiên đường kính lớn khi nền gồ ghề, có rãnh hoặc yêu cầu khoảng sáng cao

7.    Chọn bề rộng lốp

8.    Tăng bề rộng khi nền mềm và nguy cơ lún cao, nhưng phải kiểm tra lực đánh lái

9.    Chọn cấu tạo lốp

10.  Dùng lốp khí nén khi cần độ êm và bám; dùng lốp chống xẹp khi nguy cơ thủng cao

11.  Chọn hoa lốp

12.  Ưu tiên rãnh mở, có khả năng tạo cạnh bám và thoát bùn

13.  Kiểm tra tải động của toàn bộ cụm

14.  Không chỉ kiểm tra riêng tải trọng của bánh

15.  Kiểm tra khả năng chống bùn và nước

16.  Xem xét phớt ổ bi, vật liệu càng, lớp phủ và khoảng hở tự làm sạch

17.  Chọn cách bố trí bánh

18.  Cân bằng giữa khả năng quay, khả năng giữ hướng và độ ổn định

19.  Thử xe trong điều kiện thực tế

20.  Chạy thử với tải gần mức lớn nhất trên đoạn nền đại diện trước khi sử dụng hàng loạt

Những sai lầm thường gặp khi lựa chọn

Chỉ chọn theo tải trọng ghi trên bánh

Tải trọng catalogue thường được xác định trong những điều kiện nhất định. Nền lún, tải lệch và va đập có thể làm điều kiện thực tế khắc nghiệt hơn nhiều.

Dùng bánh nhỏ nhưng tăng độ cứng

Bánh cứng có thể lăn nhẹ trên bê tông, nhưng trên bùn nó dễ chìm và truyền va đập mạnh vào xe. Độ cứng không thay thế được đường kính và diện tích tiếp xúc.

Chọn lốp quá rộng mà không xét khả năng quay

Bề rộng lớn giảm lún nhưng có thể làm bánh xoay nặng, nhất là khi xe chịu tải cao và phải đổi hướng tại chỗ.

Dùng hoa lốp dày nhưng rãnh quá kín

Hoa lốp chỉ hữu ích khi bùn có đường thoát. Gai bị lấp đầy sẽ nhanh chóng mất tác dụng.

Bỏ qua khoảng hở giữa bánh và càng

Đây là nguyên nhân phổ biến khiến bánh đang tốt vẫn bị khóa cứng sau một thời gian đi qua bùn dính.

Bánh xe đẩy sử dụng trên nền bùn đất cần được xem như một cụm địa hình hoàn chỉnh, không phải một bánh xe công nghiệp thông thường có kích thước lớn hơn. Cấu hình phù hợp phải kết hợp đường kính lớn, mặt lốp đủ rộng, vật liệu đàn hồi, hoa lốp thoát bùn, tải trọng động có dự phòng, càng bánh gia cường và ổ trục được bảo vệ.

Trong đa số ứng dụng đẩy tay ngoài trời, lốp khí nén hoặc lốp chống xẹp dạng khí nén, đi cùng bánh đường kính lớn và hoa lốp mở, là hướng lựa chọn hợp lý. Tuy nhiên, kích thước và tải trọng cuối cùng phải được xác định từ điều kiện nền, tổng tải, bố trí bánh và mức độ bảo trì có thể thực hiện. Thử nghiệm có tải trên đúng nền sử dụng vẫn là bước đáng tin cậy nhất trước khi chốt cấu hình.