Mối liên hệ giữa mặt sàn và lực đẩy khi sử dụng xe đẩy

Trên sàn cứng, phẳng và liên tục, bánh xe ít biến dạng, xe dễ khởi động và duy trì chuyển động hơn. Khi sàn mềm, gồ ghề, có rãnh, dốc hoặc chứa vật cản, một phần lực đẩy bị tiêu hao để làm biến dạng bánh xe, vượt chướng ngại hoặc chống lại thành phần trọng lực. Vì vậy, hai xe có cùng tải trọng vẫn có thể đòi hỏi lực đẩy rất khác nhau khi hoạt động trên hai loại mặt sàn khác nhau.

Lực đẩy xe hàng gồm những thành phần nào?

Khi đánh giá việc đẩy xe, cần phân biệt lực khởi động và lực duy trì.

Lực khởi động là lực cần thiết để đưa xe từ trạng thái đứng yên sang chuyển động. Giá trị này thường cao hơn vì người vận hành phải thắng lực cản ban đầu của bánh xe, ổ trục, bánh xoay và các biến dạng tại điểm tiếp xúc với sàn.

Lực duy trì là lực cần để giữ xe tiếp tục di chuyển ở tốc độ tương đối ổn định. Trên một tuyến đường bằng phẳng, lực này chủ yếu dùng để thắng lực cản lăn. Khi xe đi lên dốc, vượt khe hoặc đổi hướng, lực thực tế có thể tăng cao hơn mức duy trì thông thường.

Có thể mô tả gần đúng lực đẩy theo quan hệ:

Lực đẩy ≈ lực cản lăn lực do độ dốc lực vượt vật cản lực tăng tốc

Trong đó, mặt sàn ảnh hưởng trực tiếp đến ít nhất ba thành phần đầu tiên. Vì vậy, không thể đánh giá mức độ nặng nhọc của công việc chỉ bằng khối lượng xe và hàng.

Các giới hạn lực đẩy trong hướng dẫn công thái học cũng không đồng nghĩa với giới hạn khối lượng xe. Một xe nặng nhưng sử dụng bánh phù hợp trên sàn tốt có thể dễ di chuyển hơn xe nhẹ chạy trên sàn xấu. CCOHS lưu ý rõ rằng giới hạn lực người lao động nên tác dụng không thể được chuyển đổi trực tiếp thành giới hạn khối lượng được phép đẩy.

Sàn cứng và phẳng làm giảm lực cản lăn

Khi bánh xe lăn, cả bánh và mặt sàn đều có thể bị biến dạng. Năng lượng dùng cho quá trình biến dạng này không được hoàn trả hoàn toàn, tạo nên lực cản lăn.

Trên sàn bê tông nhẵn, gạch công nghiệp cứng hoặc bề mặt epoxy phẳng, mức biến dạng của sàn thường nhỏ. Nếu bánh xe đủ cứng và ổ trục hoạt động tốt, vùng tiếp xúc không bị lún sâu nên xe cần ít lực hơn để duy trì chuyển động.

Ngược lại, sàn mềm hoặc có độ đàn hồi lớn khiến bánh xe lún xuống bề mặt. Bánh phải liên tục “leo” khỏi vùng lún do chính tải trọng tạo ra. Hiện tượng này làm tăng cản lăn, đặc biệt khi xe chở nặng hoặc dùng bánh có đường kính nhỏ.

Về nguyên lý, lực cản lăn có thể biểu diễn gần đúng bằng:

Frr = Crr × N

Trong đó:

·         Frr là lực cản lăn

·         Crr là hệ số cản lăn của tổ hợp bánh xe và mặt sàn

·         N là lực ép vuông góc lên mặt sàn, gần bằng trọng lượng toàn bộ xe trên mặt phẳng ngang

Điều này cho thấy khi tải trọng tăng, ảnh hưởng của một mặt sàn có hệ số cản lăn cao cũng tăng theo. Một khác biệt nhỏ về chất lượng sàn có thể trở thành chênh lệch lực đẩy đáng kể khi tổng khối lượng xe lên đến hàng trăm kilôgam.

Độ gồ ghề, khe nối và vật cản làm tăng lực đẩy cực đại

Độ nhám vi mô và độ gồ ghề có ảnh hưởng khác nhau.

Độ nhám vừa phải có thể giúp giày của người vận hành bám sàn tốt hơn. Tuy nhiên, các mấp mô lớn, khe giãn nở, mép gạch, nắp rãnh, dây điện hoặc mảnh vụn lại tạo thành chướng ngại đối với bánh xe.

Khi gặp một gờ, bánh xe phải đi lên thay vì chỉ lăn ngang. Người vận hành phải tạo thêm lực để nâng một phần trọng lượng của xe. Lực tăng thêm phụ thuộc vào:

·         Chiều cao của gờ

·         Đường kính bánh xe

·         Tổng tải trọng

·         Độ cứng của bánh

·         Góc bánh tiếp cận vật cản

·         Số bánh đồng thời chạm gờ

Bánh nhỏ chịu ảnh hưởng mạnh hơn vì cùng một gờ sẽ chiếm tỷ lệ lớn hơn so với bán kính bánh. Theo hướng dẫn của HSE dành cho lồng hàng và giá có bánh xe, lực cần để vượt một bậc nhỏ với bánh đường kính 100 mm có thể cao hơn khoảng 20% so với bánh 125 mm.

Đây là lý do xe có thể lăn khá nhẹ trên phần lớn tuyến đường nhưng đột ngột trở nên rất nặng tại cửa thang máy, khe nối sàn hoặc đoạn chuyển tiếp giữa hai vật liệu. Trong đánh giá an toàn, các đỉnh lực ngắn này không nên bị che khuất bởi giá trị lực trung bình của cả tuyến đường.

Độ dốc có thể lấn át ảnh hưởng của độ nhám

Khi đẩy xe lên dốc, người vận hành phải thắng thêm thành phần trọng lực hướng xuống dốc. Với độ dốc nhỏ, lực tăng thêm có thể ước tính gần đúng:

F dốc ≈ m × g × độ dốc

Trong đó độ dốc được viết dưới dạng số thập phân.

Ví dụ, một xe có tổng khối lượng 200 kg sẽ phát sinh thêm khoảng:

·         19,6 N trên dốc 1%

·         39,2 N trên dốc 2%

·         58,9 N trên dốc 3%

Các giá trị này mới chỉ phản ánh tác động của độ dốc, chưa bao gồm cản lăn, lực khởi động, bánh xe bị lệch hướng hoặc các chướng ngại trên đường.

Khi xuống dốc, lực đẩy về phía trước có thể giảm nhưng yêu cầu kiểm soát xe lại tăng. Người vận hành phải giữ hoặc hãm xe để tránh tăng tốc ngoài ý muốn. Vì vậy, không nên xem đường xuống dốc là điều kiện “nhẹ hơn” theo nghĩa an toàn lao động.

HSE khuyến nghị xem xét độ ổn định của tải khi xe phải đi qua đoạn dốc, góc cua hoặc bề mặt gồ ghề, đồng thời kiểm tra tình trạng bánh xe và phanh.

Sàn trơn làm giảm khả năng truyền lực của người đẩy

Một mặt sàn có thể tạo cản lăn thấp nhưng vẫn khiến việc đẩy xe nguy hiểm nếu người vận hành không có đủ độ bám chân.

Để đẩy xe về phía trước, bàn chân phải truyền lực ngược xuống sàn. Ma sát giữa giày và sàn tạo phản lực giúp cơ thể giữ thăng bằng và tác dụng lực lên tay cầm. Khi sàn ướt, dính dầu, phủ bụi mịn hoặc có vật liệu rời, giới hạn ma sát này giảm xuống.

Hậu quả là người vận hành có thể:

·         Trượt chân khi tạo lực khởi động

·         Không kiểm soát được xe khi đổi hướng

·         Phải nghiêng người nhiều hơn để tạo cùng một lực

·         Khó giữ xe khi đi xuống dốc

·         Mất thăng bằng khi bánh xe đột ngột mắc vào khe hoặc vật cản

Vì vậy, “sàn trơn giúp bánh lăn nhẹ” không phải là một kết luận đầy đủ. Điều kiện vận hành tốt phải đồng thời bảo đảm cản lăn thấp cho xe và độ bám phù hợp cho người đẩy.

Tác động của mặt sàn phụ thuộc vào loại bánh xe

Mặt sàn và bánh xe phải được xem như một hệ thống. Không có loại bánh tối ưu cho mọi bề mặt.

Bánh cứng thường biến dạng ít nên có cản lăn thấp trên sàn cứng, nhẵn. Đổi lại, bánh có thể truyền rung động mạnh hơn và khó vượt qua gờ hoặc bề mặt xấu.

Bánh mềm hấp thụ va đập tốt hơn nhưng biến dạng nhiều hơn dưới tải. Trên sàn phẳng, sự biến dạng này có thể làm tăng lực duy trì. Nếu bánh hơi bị non hoặc bị ép bẹp dưới tải nặng, diện tích tiếp xúc tăng và xe càng khó lăn.

Đường kính bánh lớn giúp bánh vượt khe, mấp mô và vật cản dễ hơn. CCOHS khuyến nghị sử dụng bánh đường kính lớn để giảm yêu cầu lực; bánh hoặc lốp cứng thường làm giảm lực, trong khi mặt lăn rộng thường làm tăng lực cần thiết.

Do đó, khi lực đẩy tăng bất thường, việc chỉ sửa mặt sàn hoặc chỉ thay bánh xe có thể chưa đủ. Cần kiểm tra sự tương thích giữa độ cứng bánh, đường kính bánh, tải trọng và điều kiện tuyến đường.

Vì sao lực khởi động thường nhạy với tình trạng sàn?

Khi xe đang đứng yên, bánh xoay có thể chưa hướng theo chiều chuyển động. Lúc người vận hành bắt đầu đẩy, các bánh này phải xoay quanh trục đứng để tự căn hướng, đồng thời bắt đầu lăn quanh trục ngang.

Nếu sàn lõm, bánh bị kẹt trong khe hoặc tải phân bố không đều, lực khởi động có thể tăng mạnh. Xe bốn bánh xoay cũng có thể xuất hiện hiện tượng các bánh “đấu hướng” với nhau trước khi ổn định.

Sau khi xe đã chuyển động thẳng, lực thường giảm vì:

·         Bánh đã căn đúng hướng

·         Biến dạng ban đầu đã được vượt qua

·         Quán tính giúp chuyển động liên tục

·         Người vận hành không còn phải thắng trạng thái đứng yên

Bởi vậy, đo lực duy trì nhưng bỏ qua lực khởi động có thể đánh giá thấp yêu cầu thực tế. Tương tự, đo trên đoạn sàn đẹp nhất không phản ánh đầy đủ tuyến đường nếu công việc còn phải đi qua khe cửa, đoạn dốc hoặc khu vực xuống cấp.

ISO 11228-2 là tiêu chuẩn quốc tế dành cho đánh giá hoạt động đẩy và kéo bằng toàn thân; tiêu chuẩn xem xét các yếu tố rủi ro quan trọng thay vì quy đổi đơn giản từ khối lượng hàng sang mức an toàn. Phiên bản ISO 11228-2:2007 hiện có sửa đổi Amd 1:2022.

Cách đánh giá ảnh hưởng của mặt sàn tại nơi làm việc

Cách đáng tin cậy nhất là đo lực trên đúng xe, đúng tải và đúng tuyến đường thực tế. Có thể dùng lực kế đẩy–kéo gắn tại tay cầm để ghi nhận lực khởi động và lực duy trì.

Việc kiểm tra nên bao phủ:

1.    Đo xe không tải để nhận biết vấn đề từ bánh và ổ trục

2.    Đo xe ở tải vận hành điển hình

3.    Ghi lực khởi động từ trạng thái đứng yên

4.    Ghi lực duy trì trên đoạn sàn phẳng

5.    Đo tại khe nối, cửa, góc cua và đoạn dốc

6.    Kiểm tra cả chiều đi và chiều về

7.    Lặp lại phép đo để phát hiện biến động bất thường

Kết quả đo phải được đánh giá cùng tần suất thao tác, quãng đường, tư thế, chiều cao tay cầm, khả năng quan sát và đặc điểm người lao động. Công cụ RAPP của HSE được thiết kế để nhận diện rủi ro trong các công việc đẩy và kéo xe, xe nâng tay, lồng hàng hoặc thiết bị có bánh xe.

Không nên đặt một ngưỡng lực duy nhất cho mọi công việc. Mức chấp nhận còn phụ thuộc vào lực khởi động hay duy trì, tần suất đẩy, quãng đường, thời gian nghỉ, tư thế và nhóm lao động cần được bảo vệ.

Biện pháp giảm lực đẩy liên quan đến mặt sàn

Ưu tiên đầu tiên là cải thiện toàn bộ tuyến đường, không chỉ khu vực xe thường dừng.

Các biện pháp có giá trị trực tiếp gồm:

·         Sửa các vị trí lún, nứt và chênh cao

·         Làm phẳng khe nối hoặc bổ sung tấm chuyển tiếp

·         Loại bỏ dây, mảnh vụn và vật cản khỏi lối đi

·         Giữ sàn khô, sạch dầu và có độ bám phù hợp

·         Hạn chế độ dốc hoặc thay đổi tuyến vận chuyển

·         Chọn bánh có đường kính và độ cứng phù hợp với bề mặt

·         Bảo dưỡng ổ trục, bánh xoay và phanh

·         Giảm tải mỗi chuyến khi không thể cải thiện tuyến đường

·         Cân nhắc xe trợ lực khi sàn rất không bằng phẳng hoặc tải thường xuyên tạo lực lớn

Các hướng dẫn công thái học của CCOHS cũng đề xuất cân nhắc xe có động lực hỗ trợ khi mặt sàn rất không bằng phẳng.

Mặt sàn ảnh hưởng đến lực đẩy xe hàng thông qua ba cơ chế chính: thay đổi lực cản lăn, tạo thêm lực do độ dốc hoặc vật cản, và giới hạn độ bám của người vận hành. Sàn cứng, phẳng, liên tục và sạch thường giúp giảm cả lực khởi động lẫn lực duy trì. Sàn mềm, gồ ghề, có khe, dốc hoặc trơn có thể làm tăng lực, tạo đỉnh tải đột ngột và giảm khả năng kiểm soát xe.

Vì tác động này phụ thuộc đồng thời vào tải trọng, bánh xe và tuyến đường, khối lượng hàng không phải chỉ báo đủ để đánh giá. Phương pháp phù hợp là đo lực trên điều kiện vận hành thực tế, xác định vị trí gây lực lớn nhất rồi xử lý mặt sàn, bánh xe hoặc tải vận chuyển theo nguyên nhân.