Koła metalowo-gumowe napędowe – zastosowanie w układach, gdzie liczy się przyczepność i tłumienie drgań

Koła napędowe są ważnym elementem wielu maszyn, urządzeń transportowych oraz układów przemieszczania. Odpowiadają za przekazywanie momentu obrotowego z wału na podłoże, bieżnię lub inny współpracujący element. Od prawidłowego doboru koła zależą między innymi płynność ruchu, skuteczność przenoszenia napędu, poziom drgań oraz trwałość całego mechanizmu.

W zastosowaniach, w których potrzebna jest dobra przyczepność, a jednocześnie ograniczenie hałasu i wibracji, bardzo dobrym rozwiązaniem są koła metalowo-gumowe napędowe. Łączą one wytrzymałość metalowej piasty z elastycznością gumowego bieżnika.

Firma ZABI Sp. z o.o., jako producent kół, rolek i elementów techniki transportu wewnętrznego, oferuje koła napędowe przeznaczone do zastosowań przemysłowych. Odpowiednio dobrane koło może pracować między innymi w wózkach napędzanych mechanicznie, urządzeniach transportowych, maszynach produkcyjnych oraz różnego rodzaju mechanizmach przesuwu.

Czym są koła metalowo-gumowe napędowe?

Koło metalowo-gumowe napędowe składa się z dwóch podstawowych części:

• metalowej piasty lub korpusu odpowiedzialnego za przenoszenie obciążeń i momentu obrotowego,
• gumowego bieżnika stanowiącego powierzchnię kontaktową koła.

Metalowa część zapewnia odpowiednią sztywność konstrukcji oraz stabilne osadzenie koła na wale. Warstwa gumy zwiększa przyczepność, ogranicza poślizg i pomaga tłumić drgania powstające podczas pracy urządzenia.

Koła tego typu nie są zwykłymi kołami jezdnymi. Ich zadaniem może być bezpośrednie przenoszenie napędu, dlatego sposób połączenia koła z wałem ma szczególne znaczenie. W zależności od konstrukcji stosuje się między innymi otwór pod wał oraz rowek wpustowy, który pozwala skutecznie przenosić moment obrotowy.

Dlaczego w kołach napędowych stosuje się gumowy bieżnik?

W układzie napędowym koło musi nie tylko obracać się wraz z wałem, ale również przekazać siłę na powierzchnię, po której się porusza. Jeżeli współczynnik tarcia jest zbyt niski, koło może obracać się bez skutecznego wprawiania urządzenia w ruch.

Gumowy bieżnik poprawia kontakt koła z podłożem. Pod wpływem obciążenia guma nieznacznie dopasowuje się do nierówności powierzchni, zwiększając rzeczywistą strefę styku. Dzięki temu koło może skuteczniej przenosić siłę napędową niż porównywalne koło z twardą, metalową powierzchnią.

Elastyczna warstwa gumowa ogranicza również przenoszenie udarów na wał, łożyska, przekładnię i konstrukcję urządzenia. Ma to znaczenie szczególnie podczas ruszania, hamowania oraz przejazdu przez drobne nierówności.

Najważniejsze zalety kół metalowo-gumowych napędowych

Dobra przyczepność

Gumowy bieżnik zapewnia korzystne warunki współpracy z wieloma suchymi i stosunkowo równymi powierzchniami. Pozwala to ograniczyć poślizg podczas ruszania, przyspieszania oraz zmiany kierunku jazdy.

Rzeczywista przyczepność zależy jednak również od rodzaju gumy, obciążenia, stanu podłoża i występowania zanieczyszczeń. Olej, smar, pył lub woda mogą wyraźnie zmniejszyć zdolność koła do przenoszenia napędu.

Tłumienie drgań

Guma stanowi elastyczną warstwę pomiędzy metalowym korpusem a podłożem. Pomaga ograniczyć drgania powstające podczas jazdy i zmniejsza obciążenia udarowe oddziałujące na pozostałe części maszyny.

Dzięki temu koła metalowo-gumowe mogą wspierać płynniejszą pracę urządzenia oraz ograniczać przyspieszone zużycie łożysk, mocowań i innych elementów mechanicznych.

Cichsza praca

Kontakt gumy z podłożem generuje zazwyczaj mniej hałasu niż kontakt elementu całkowicie metalowego. Jest to istotne w halach produkcyjnych, magazynach i zakładach, w których jednocześnie pracuje wiele maszyn i urządzeń transportowych.

Ochrona powierzchni roboczej

Gumowa bieżnia jest mniej agresywna dla podłoża niż powierzchnia stalowa lub żeliwna. Odpowiednio dobrane koło pomaga ograniczyć zarysowania i punktowe uszkodzenia nawierzchni.

Wytrzymałe połączenie z wałem

Metalowa piasta umożliwia wykonanie precyzyjnego otworu oraz rowka wpustowego. Takie rozwiązanie zapewnia stabilne osadzenie koła i umożliwia przenoszenie momentu obrotowego bez obracania się piasty względem wału.

Gdzie stosuje się koła metalowo-gumowe napędowe?

Koła metalowo-gumowe napędowe mogą być wykorzystywane w wielu urządzeniach przemysłowych i transportowych. Do typowych obszarów ich zastosowania należą:

• napędzane wózki transportowe,
• platformy samojezdne,
• urządzenia do transportu wewnętrznego,
• mechanizmy przesuwu maszyn,
• układy trakcyjne,
• maszyny produkcyjne i montażowe,
• napędzane urządzenia pomocnicze,
• specjalne konstrukcje przemysłowe,
• urządzenia poruszające się po stalowych lub utwardzonych nawierzchniach.

Koła tego rodzaju sprawdzają się przede wszystkim tam, gdzie urządzenie porusza się z umiarkowaną prędkością, a ważniejsze od minimalnego oporu toczenia są przyczepność, płynność ruchu oraz tłumienie drgań.

Każde zastosowanie wymaga jednak indywidualnej oceny. Szczególnej uwagi wymagają urządzenia pracujące na pochyłościach, w kontakcie z olejem, w podwyższonej temperaturze lub przy dużej liczbie cykli ruszania i hamowania.

Koło napędowe 49NK/20 w ofercie ZABI

Przykładem metalowo-gumowego koła napędowego dostępnego w ofercie ZABI jest model 49NK/20. Jego podstawowe parametry wynoszą:

Rowek wpustowy pozwala połączyć koło z wałem w sposób umożliwiający przenoszenie momentu obrotowego. Przed zastosowaniem koła należy sprawdzić zgodność średnicy wału, wymiarów wpustu oraz długości powierzchni osadzenia.

Podana dopuszczalna nośność odnosi się do obciążenia koła. Nie określa jednak automatycznie maksymalnej siły napędowej, jaką można przenieść bez poślizgu. Zdolność do przenoszenia napędu zależy również od docisku, współczynnika tarcia, stanu bieżnika, rodzaju powierzchni oraz warunków otoczenia.

Jak dobrać koło metalowo-gumowe do układu napędowego?

Obciążenie przypadające na koło

Pierwszym krokiem jest określenie całkowitej masy urządzenia wraz z transportowanym ładunkiem. Następnie należy ustalić rzeczywisty rozkład obciążenia pomiędzy kołami.

W praktyce obciążenie nie zawsze rozkłada się równomiernie. Nierówności podłoża, położenie środka ciężkości i odkształcenia konstrukcji mogą spowodować, że część kół będzie obciążona mocniej. Z tego powodu warto uwzględnić odpowiedni zapas nośności.

Wymagany moment napędowy

Koło musi przenieść moment potrzebny do ruszenia urządzenia i utrzymania jego ruchu. Największe obciążenia często pojawiają się podczas rozruchu, szczególnie gdy wózek jest ciężki, porusza się po pochyłości albo często zmienia kierunek jazdy.

Należy sprawdzić nie tylko wytrzymałość koła, ale również wału, wpustu, przekładni, łożysk i elementów mocujących.

Średnica koła

Większa średnica ułatwia pokonywanie nierówności i może zmniejszyć opory ruchu. Jednocześnie wpływa na prędkość liniową oraz moment wymagany na wale.

Przy tej samej prędkości obrotowej zwiększenie średnicy koła powoduje wzrost prędkości jazdy. Przy tej samej sile na obwodzie większe koło wymaga natomiast większego momentu napędowego.

Szerokość bieżnika

Szerszy bieżnik może zwiększyć powierzchnię styku i poprawić stabilność pracy, ale wymaga odpowiedniej przestrzeni montażowej. Nie oznacza jednak automatycznie proporcjonalnego wzrostu przyczepności. Duże znaczenie mają także docisk, właściwości gumy i rodzaj podłoża.

Sposób osadzenia na wale

Średnica otworu w piaście musi odpowiadać średnicy wału. Wymiary rowka wpustowego powinny być zgodne z zastosowanym wpustem, a długość piasty dopasowana do dostępnej powierzchni montażowej.

Należy również zabezpieczyć koło przed przesuwaniem osiowym. Sposób zabezpieczenia zależy od konstrukcji urządzenia i może obejmować między innymi pierścienie, tuleje dystansowe, nakrętki lub inne elementy ustalające.

Prędkość pracy i liczba cykli

Wraz ze wzrostem prędkości rośnie częstotliwość odkształcania gumy oraz ilość wydzielanego ciepła. Intensywna praca, częste ruszanie i hamowanie albo zbyt duży poślizg mogą doprowadzić do przegrzewania bieżnika i skrócenia jego trwałości.

W przypadku pracy ciągłej należy przeanalizować prędkość obrotową, czas trwania cyklu oraz warunki chłodzenia.

Warunki środowiskowe

Przed wyborem koła trzeba określić:

• temperaturę pracy,
• obecność olejów, smarów i środków chemicznych,
• wilgotność,
• możliwość kontaktu z wodą,
• stan i rodzaj podłoża,
• obecność pyłu lub opiłków,
• wymagania dotyczące hałasu.

Odporność gumy zależy od jej konkretnej mieszanki. Jeżeli koło ma pracować w kontakcie z substancjami chemicznymi albo w nietypowej temperaturze, warunki powinny zostać zweryfikowane przed wdrożeniem.

Koła gumowe, poliuretanowe czy metalowe?

Dobór materiału bieżnika powinien wynikać z warunków pracy.

Koła metalowo-gumowe są dobrym wyborem, gdy najważniejsze są przyczepność, tłumienie drgań, cichsza praca i łagodny kontakt z nawierzchnią.

Koła metalowo-poliuretanowe mogą zapewniać większą odporność na ścieranie oraz mniejsze odkształcenie pod obciążeniem. Zwykle są jednak twardsze, dlatego słabiej tłumią drgania niż koła gumowe.

Koła całkowicie metalowe wyróżniają się wysoką sztywnością i mogą pracować w warunkach nieodpowiednich dla standardowych elastomerów. Generują jednak większy hałas, słabiej tłumią nierówności i mogą uszkadzać delikatniejsze nawierzchnie.

Nie istnieje jeden materiał najlepszy do każdego zastosowania. Właściwy wybór zależy od obciążenia, prędkości, wymaganej przyczepności, środowiska pracy i oczekiwanej trwałości.

Najczęstsze błędy podczas doboru kół napędowych

Do problemów eksploatacyjnych najczęściej prowadzą:

• dobór koła wyłącznie na podstawie jego nośności,
• nieuwzględnienie momentu rozruchowego,
• zbyt mały docisk koła do powierzchni,
• praca na zaolejonym lub zabrudzonym podłożu,
• niedopasowanie otworu i rowka wpustowego do wału,
• brak zabezpieczenia koła przed przesuwaniem osiowym,
• zbyt duża prędkość obrotowa,
• przeciążanie bieżnika podczas gwałtownego ruszania,
• zastosowanie standardowej gumy w niezweryfikowanym środowisku chemicznym,
• brak regularnej kontroli stanu bieżnika.

W układach napędowych pozornie niewielki błąd może doprowadzić do poślizgu, nierównomiernego zużycia gumy albo uszkodzenia wpustu i wału.

Eksploatacja i kontrola stanu koła

Koła metalowo-gumowe nie wymagają skomplikowanej obsługi, ale powinny być regularnie kontrolowane. W czasie przeglądu należy sprawdzić:

• zużycie i równomierność powierzchni bieżnika,
• obecność pęknięć, przecięć lub wykruszeń gumy,
• trwałość połączenia gumy z metalowym korpusem,
• stan otworu i rowka wpustowego,
• poprawność zabezpieczenia osiowego,
• bicie promieniowe i osiowe,
• występowanie nietypowych drgań lub hałasu,
• czystość powierzchni roboczej.

Długotrwały poślizg pozostawia na bieżniku charakterystyczne ślady i prowadzi do intensywnego nagrzewania gumy. W takim przypadku należy sprawdzić docisk, obciążenie, stan podłoża oraz parametry układu napędowego.

ZABI – producent kół i rolek do zastosowań przemysłowych

Historia firmy ZABI rozpoczęła się w 1990 roku. Wieloletnie doświadczenie w technice ruchu i transporcie wewnętrznym pozwala firmie oferować zarówno standardowe elementy, jak i rozwiązania przeznaczone do bardziej wymagających zastosowań.

Oferta producenta obejmuje między innymi:

• koła metalowo-gumowe napędowe,
• rolki i koła napędowe,
• koła do posuwu,
• rolki metalowe i tworzywowe,
• rolki metalowo-poliuretanowe,
• koła i zestawy kołowe,
• elementy wykonywane według indywidualnych wymagań,
• regenerację kół i rolek poprzez wykonanie nowej powłoki poliuretanowej.

Przy doborze koła napędowego warto przekazać działowi technicznemu informacje dotyczące masy urządzenia, liczby kół, prędkości, średnicy wału, wymaganego momentu, rodzaju podłoża oraz warunków środowiskowych. Pozwala to ograniczyć ryzyko zastosowania elementu o niewłaściwych parametrach.

Podsumowanie

Koła metalowo-gumowe napędowe są przeznaczone do układów, w których konieczne jest skuteczne przenoszenie napędu przy jednoczesnym ograniczeniu drgań i hałasu. Metalowa piasta odpowiada za stabilne połączenie z wałem, natomiast gumowy bieżnik zwiększa przyczepność i łagodzi kontakt z podłożem.

Aby koło pracowało prawidłowo, jego dobór nie może ograniczać się wyłącznie do średnicy i nośności. Należy również uwzględnić wymagany moment, prędkość, sposób montażu, docisk, rodzaj nawierzchni oraz warunki otoczenia.

Firma ZABI Sp. z o.o. jako producent kół napędowych i elementów transportu wewnętrznego zapewnia wsparcie w doborze rozwiązania do konkretnej maszyny lub urządzenia. W przypadku niestandardowych warunków pracy warto skonsultować zastosowanie z działem technicznym ZABI.