Rolki i koła napędowe – jak dobrać koło do przenoszenia napędu w maszynie?

Rolki i koła napędowe odpowiadają za przekazywanie momentu obrotowego oraz wprawianie w ruch transportowanego materiału, taśmy, platformy lub innego elementu maszyny. Stosuje się je między innymi w przenośnikach, liniach produkcyjnych, maszynach pakujących, urządzeniach sortujących i systemach transportu wewnętrznego.

Prawidłowy dobór koła napędowego nie powinien opierać się wyłącznie na jego średnicy i dopuszczalnym obciążeniu. Należy również uwzględnić moment obrotowy, prędkość, sposób połączenia z wałem, twardość bieżnika oraz warunki panujące w miejscu pracy.

Firma ZABI, jako producent kół i rolek przemysłowych, oferuje standardowe koła napędowe oraz możliwość wykonania rozwiązań dopasowanych do konkretnej maszyny i procesu technologicznego.

Czym różni się koło napędowe od rolki podporowej?

Rolka podporowa przede wszystkim podtrzymuje lub prowadzi przemieszczający się element. Może obracać się swobodnie na łożyskach i zazwyczaj nie przekazuje momentu obrotowego.

Koło napędowe jest natomiast połączone z wałem napędowym. Obrót wału musi zostać skutecznie przeniesiony na koło, a następnie – dzięki kontaktowi bieżnika z powierzchnią roboczą – zamieniony na siłę powodującą ruch.

Z tego powodu koła napędowe często mają:

• otwór dopasowany do średnicy wału,
• rowek wpustowy,
• odpowiednio wytrzymałą piastę,
• bieżnik zapewniający przyczepność,
• konstrukcję odporną na cykliczne obciążenia i zmiany kierunku pracy.

Jak zbudowane są rolki i koła napędowe ZABI?

Standardowe rolki napędowe dostępne w ofercie ZABI mają wytrzymały żeliwny rdzeń oraz bieżnik z poliuretanu. Standardowa twardość bieżnika wynosi 92° Shore A, natomiast na zamówienie możliwe jest wykonanie powłoki o twardości od 55 do 92° Shore A.

Połączenie żeliwa z poliuretanem pozwala uzyskać element o dużej sztywności konstrukcyjnej, a jednocześnie lepszej przyczepności i zdolności tłumienia drgań niż w przypadku koła wykonanego wyłącznie z metalu.

W aktualnej ofercie producenta ZABI znajdują się modele o średnicach od 80 do 200 mm, z otworami między innymi 20, 25 i 30 mm oraz rowkami wpustowymi 6 × 6, 8 × 7 lub 10 × 8 mm. Dostępne warianty należy każdorazowo sprawdzić w kategorii rolek i kół napędowych ZABI.

Najważniejsze parametry doboru koła napędowego

1. Moment obrotowy i siła obwodowa

Koło musi przenieść moment obrotowy bez poślizgu bieżnika oraz bez uszkodzenia piasty, wpustu lub wału.

Siłę obwodową działającą na bieżniku można oszacować ze wzoru:

Ft=2M/D

gdzie:

• Ft – siła obwodowa [N],
• M – moment obrotowy na wale [Nm],
• D – średnica koła [m].

Przykładowo, dla momentu 40 Nm i koła o średnicy 160 mm:

Ft=2×400,16=500 N

Obliczony wynik należy powiększyć o współczynnik bezpieczeństwa uwzględniający rozruch, hamowanie, zmianę kierunku oraz ewentualne zablokowanie mechanizmu.

2. Średnica koła

Średnica wpływa na siłę obwodową, prędkość liniową i prędkość obrotową układu. Większe koło przy tej samej prędkości wału zapewnia większą prędkość liniową, ale wymaga odpowiednio większego momentu do uzyskania tej samej siły na obwodzie.

Prędkość liniową można obliczyć ze wzoru:

v=πDn/60

gdzie n oznacza prędkość obrotową w obr./min.

Przy doborze średnicy należy również sprawdzić dostępną przestrzeń montażową, minimalny promień pracy oraz wymagany poziom ugięcia bieżnika.

3. Twardość poliuretanu

Twardość bieżnika wpływa na przyczepność, odkształcenie, opory toczenia i odporność na zużycie.

Miększy poliuretan może być korzystny, gdy koło współpracuje z gładką powierzchnią i wymagane jest ograniczenie poślizgu. Twardszy bieżnik sprawdza się przy większych naciskach oraz tam, gdzie istotne są niewielkie opory toczenia i stabilność geometrii.

Najtwardszy materiał nie zawsze jest najlepszym wyborem. W układzie o zbyt małym docisku twarde koło może mieć mniejszą rzeczywistą powierzchnię kontaktu i łatwiej tracić przyczepność.

4. Szerokość bieżnika

Szerszy bieżnik zwiększa powierzchnię styku i umożliwia bardziej równomierne rozłożenie obciążenia. Nie oznacza jednak automatycznie proporcjonalnego wzrostu siły napędowej. Duże znaczenie mają również:

• współczynnik tarcia,
• siła docisku,
• twardość bieżnika,
• stan i materiał powierzchni współpracującej,
• obecność oleju, pyłu lub wilgoci.

Zbyt duży nacisk może powodować nagrzewanie poliuretanu i jego przyspieszone zużycie, natomiast zbyt mały – poślizg oraz miejscowe przypalanie bieżnika.

5. Sposób mocowania na wale

W kole napędowym otwór powinien być dopasowany do wału z tolerancją odpowiednią dla planowanego montażu. Moment obrotowy najczęściej przekazywany jest przez wpust, dlatego należy sprawdzić jego szerokość, wysokość, długość roboczą i dopuszczalne naciski powierzchniowe.

W ofercie ZABI dostępne są koła z różnymi średnicami otworu i rowkami wpustowymi. Przykładowo modele z otworem 20 mm mogą mieć wpust 6 × 6 mm, z otworem 25 mm – 8 × 7 mm, a z otworem 30 mm – 10 × 8 mm.

W aplikacjach narażonych na częste nawroty lub udary trzeba zwrócić szczególną uwagę na luz między wałem, wpustem i piastą.

6. Dopuszczalne obciążenie

Obciążenie katalogowe jest ważnym parametrem, ale nie określa samodzielnie zdolności koła do przekazywania napędu. Należy odróżnić:

• obciążenie promieniowe koła,
• siłę docisku potrzebną do uzyskania przyczepności,
• siłę obwodową,
• obciążenie dynamiczne podczas rozruchu,
• obciążenie wału i łożysk.

W ofercie ZABI występują między innymi koła o dopuszczalnym obciążeniu od 250 do 600 kg, zależnie od średnicy i konstrukcji. Przykładowe koło 59ZPK o średnicy 180 mm ma nośność katalogową 500 kg, natomiast modele 69ZPK o średnicy 200 mm – 600 kg.

7. Prędkość i częstotliwość pracy

Koło pracujące powoli i okresowo jest obciążone inaczej niż rolka działająca przez wiele godzin bez przerwy. Wraz ze wzrostem prędkości zwiększa się częstotliwość odkształcania bieżnika, co może prowadzić do wzrostu temperatury poliuretanu.

Przed doborem należy określić:

• prędkość obrotową,
• prędkość liniową,
• długość pojedynczego cyklu,
• liczbę uruchomień na godzinę,
• czas pracy ciągłej,
• sposób hamowania oraz częstotliwość nawrotów.

Warunki środowiskowe

Standardowe koła napędowe ZABI z bieżnikiem poliuretanowym są przeznaczone do pracy w temperaturze od około –30°C do +80°C. Poliuretan wykazuje wysoką odporność na ścieranie, wodę i wiele substancji technicznych, jednak odporność chemiczną należy zawsze potwierdzić dla konkretnego medium, jego stężenia, temperatury i czasu kontaktu.

Szczególnej analizy wymagają aplikacje, w których występują:

• oleje i smary,
• detergenty oraz środki myjące,
• rozpuszczalniki,
• wióry lub ostre zanieczyszczenia,
• podwyższona temperatura,
• intensywne promieniowanie UV,
• wymagania higieniczne albo kontakt z żywnością.

Poliuretan czy guma?

Koła napędowe mogą mieć bieżnik poliuretanowy lub gumowy. Wybór zależy od warunków pracy.

Poliuretan zazwyczaj zapewnia dużą odporność na ścieranie, wyższą nośność i mniejsze odkształcenia. Jest dobrym rozwiązaniem do intensywnie użytkowanych maszyn i przenośników.

Guma może zapewniać większą elastyczność i dobre tłumienie drgań. W ofercie ZABI dostępne jest również metalowo-gumowe koło napędowe 49NK/20 o średnicy 160 mm, otworze 20 mm i rowku wpustowym 6 × 6 mm.

Ostatecznego wyboru nie powinno się dokonywać wyłącznie na podstawie rodzaju materiału. Należy porównać twardość, współczynnik tarcia, prędkość, nacisk oraz środowisko pracy.

Najczęstsze błędy podczas doboru

Do problemów z eksploatacją najczęściej prowadzą:

• dobór koła wyłącznie według średnicy,
• pominięcie momentu rozruchowego,
• niewystarczający docisk i poślizg bieżnika,
• zastosowanie zbyt miękkiego materiału przy dużej prędkości,
• brak kontroli temperatury powstającej podczas pracy,
• niewłaściwe dopasowanie otworu i wpustu,
• kontakt bieżnika z niezweryfikowanym środkiem chemicznym,
• przekroczenie dopuszczalnego obciążenia wału lub łożysk.

Długotrwały poślizg jest szczególnie niebezpieczny. Prowadzi do miejscowego nagrzewania, przyspieszonego ścierania, a w skrajnych warunkach do uszkodzenia lub odspojenia bieżnika.

Jakie informacje są potrzebne do doboru koła?

Przed kontaktem z producentem warto przygotować:

• średnicę i szerokość koła,
• średnicę wału,
• wymiary wpustu,
• moment obrotowy silnika lub motoreduktora,
• prędkość obrotową,
• wymagany nacisk i obciążenie,
• rodzaj powierzchni współpracującej,
• temperaturę pracy,
• czas oraz częstotliwość cyklu,
• informacje o wodzie, olejach i chemikaliach,
• rysunek techniczny lub wzór zużytego elementu.

Na podstawie tych danych można dobrać średnicę, materiał, twardość bieżnika i sposób mocowania albo zaprojektować wykonanie niestandardowe.

Rolki i koła napędowe od producenta ZABI

Firma ZABI produkuje koła i rolki przeznaczone do maszyn, linii technologicznych oraz systemów transportu wewnętrznego. Oferta obejmuje standardowe koła napędowe z bieżnikiem poliuretanowym, koła metalowo-gumowe, a także możliwość wykonania elementów o indywidualnych wymiarach i właściwościach.

ZABI oferuje również regenerację zużytych kół i rolek. Jeżeli metalowy lub żeliwny rdzeń zachował odpowiednią geometrię i wytrzymałość, możliwe jest usunięcie starej powłoki, wykonanie nowego bieżnika poliuretanowego oraz jego końcowa obróbka mechaniczna.

Prawidłowo dobrane koło napędowe zapewnia stabilne przenoszenie momentu, ogranicza poślizg i pomaga zmniejszyć częstotliwość przestojów. W przypadku nietypowej aplikacji warto przekazać działowi technicznemu ZABI komplet parametrów pracy – pozwoli to dobrać rozwiązanie do rzeczywistych warunków maszyny, a nie tylko do jej wymiarów montażowych.