Válečky a kolečka pro průmyslové použití – konstrukce a použití

Ve strojírenství a obecných automatizačních procesech je nezbytné, aby materiály a stavební součásti byly přepravovány rychle a efektivně z bodu A do bodu B. To vyžaduje účelné navádění a vyrovnání podél dopravních cest. K plnění těchto funkcí významně přispívají válečky a běhouny. Tento článek zkoumá, které typy materiálů se používají a pro které konkrétní aplikace se válečky používají.

Definice: Válečky, běhouny, kola, obvazy a jejich konstrukce

Pro účely mechanického inženýrství je válečkem prstencový (dutý válcový) prvek stroje ve tvaru kotouče, který je otočně namontován na nápravě nebo válečkovém čepu jako osa otáčení, takže se může otáčet s nejmenším možným třením. Rozdíl mezi válečkem a bubnem, také nazývaným nosný buben, se netýká funkce, ale spíše jejich geometrie. Válečky a bubny jsou duté válce, které jsou geometricky viditelné, a liší se poměrem poloměru součástí k výšce součástí. Pokud šířka valivého povrchu válečku přesahuje jeho poloměr, obvykle se tomu říká buben.

Kola jsou také komponenty, které umožňují valivý pohyb. Ve srovnání s válečky však kola obvykle tvoří ráfek, běhoun a ložisko. Osa nebo ložiskový čep spojuje tělo kola s krytem kola a zajišťuje bezpečné usazení v držáku. Běhoun je ochranný povlak proti opotřebení aplikovaný na váleček nebo kolo, nazývaný také valivý povrch. To také ovlivňuje snadnost pohybu.

V závislosti na podmínkách podlahy by měly být zvoleny různé běhouny. Například pryž má vysoký stupeň ochrany podlahy, ale má relativně vysoký rozjezdový a valivý odpor. Kovové povlaky mají velmi vysokou nosnost, ale vzhledem k vysokému kontaktnímu tlaku na povrch nejsou vhodné pro citlivé podlahy. V průmyslu se také používají specializované vysoce výkonné plasty, které jsou ceněny pro jejich nízkou hmotnost a vysokou odolnost proti opotřebení.

Na rozdíl od kol válečky přímo absorbují zatížení vnějšího kroužku (přímý kontakt). Tím se válečky odlišují od čistých kuličkových ložisek, která díky rozsahu použití a výslednému odlišnému rozložení zátěže mohou mít také vnější kroužek se sníženou tloušťkou. Ze strojírenského hlediska je proto pásové kolo nebo podpěrný váleček valivým ložiskem vyztuženým na vnějším kroužku.

Různá použití válečků

Válečky v podstatě umožňují pohyb. Mohou provádět různé úkoly. Mezi jejich hlavní použití patří:

• Zařízení, např. přístrojové válečky, technologie pohonu, např. hnací válec
• Zařízení pro manipulaci s materiálem, např. pásová kola
• Technologie pohonu, např. hnací válečky, součásti stroje, např. přepravní válečky pro stroje v náročných aplikacích

Například, přístrojové válečky se používají jako zařízení pro usnadnění přepravy těžkých zařízení. Za tímto účelem jsou přišroubovány ke spodní části přepravního vozíku nebo k samotnému zařízení. Technologie pohonu využívá válečky k podpoře přenosu energie mezi různými hnacími prvky a tím ovlivňuje rychlost a rychlost otáčení. Zařízení pro manipulaci s materiálem používá válečky nejen pro přepravu, ale také pro různé jiné aplikace. Zde však nejsou obvykle trvale nainstalovány na přepravovaném nákladu, ale místo toho usnadňují tok materiálů, např. na válečkových dopravnících. Speciální válečky pro vychýlení dopravníkového pásu navádí dopravní pásy ve správném směru a stabilizují pohyb.

Další informace o manipulaci s materiálem naleznete v našem článku o průmyslové manipulaci s materiálem.

Materiály válečků

Který materiál je vybrán pro váleček závisí na tom, s jakým materiálem nebo obrobkem váleček přijde do styku. V zásadě se používají následující materiály:

• Polyuretan (PU) / pryž
• Kov
• Pryskyřice
• Vysoce výkonné plasty

Polyuretanové a pryžové válečky se používají při manipulaci s citlivými materiály a povrchy, jako jsou papírové nebo tenké plechové části. Vysoce výkonné plasty (např. polyamid, POM) se používají v prostředích se speciálními hygienickými požadavky. Mají hladký povrch, který způsobuje malé tření a nereaguje chemicky. Kovové válečky se naopak přednostně používají v prostředích s extrémními teplotami, agresivními chemikáliemi nebo těžkými mechanickými zátěžemi, kde by válečky z PU nebo pryže nevydržely.

Podrobnosti o vysoce výkonných plastech a jejich vlastnostech naleznete v našem článku Speciální plasty v průmyslu: vlastnosti, odolnost a příklady použití.

Různé typy válečků

Válečky lze odlišit z hlediska geometrie a souvisejícího použití. Termín pásové kolo obecně označuje volnoběh, tj. nepoháněné kolo. Nicméně s ohledem na svou funkci a související konstrukční provedení je provozovatelé rozlišují na pásová kola, podpůrné válečky, odchylovací válečky a vodicí válečky, vačkové válečky a přepravní válečky.

Pásová kola

Kromě různých průmyslových aplikací jsou pásová kola zvaná také podpůrné základními součástmi podvozkových systémů těžkých průmyslových vozidel, jako jsou rypadla a trakční vozidla. Pásová kola zde poskytují stabilní a mobilní základnu stroje a zároveň pohlcují nárazy. Jsou instalovány na spodní části podvozku a při jízdě jsou v přímém kontaktu s pohybujícím se řetězem, a tak unesou hmotnost stroje na podlaze.

Pásové kolo je však obvykle chápáno jako ložisko sestávající z jednořadého nebo víceřadého kuličkového ložiska se zesíleným vnějším a vnitřním kruhen. Zesílený vnější kroužek tvoří pojezdový povrch pásového kola. Tento valivý povrch se může skládat přímo z vnějšího kroužku nebo může být uložen jiný materiál ke zlepšení provozních charakteristik.

Mezi výhody pásových kol patří:

• vysoká nosnost nákladu
• odolnost
• optimalizované navádění a přenos výkonu.

Další informace o pásových kolech nebo vačkových válečcích a jejich použití naleznete v našem článku Vačkové válečky a válečkové kladky: Základní znalosti a zamýšlená použití.

Vačkové válečky

Vačkové válečky jsou vysoce stabilní ložiska hřídele se silným vnějším kroužkem a klecí ložiska válečku s integrovanými jehlovými válečky. Konstrukce s klecí s jehlovými válečky pomáhá zvýšit rotační výkon, aby bylo možné zvládnout vysoké rychlosti. Vnější kroužek je silnější než u normálních valivých ložisek, což umožňuje použití při vysokém rázovém zatížení nebo velkém zatížení.

Následující tabulka poskytuje přehled různých vačkových válečků:

Dopravníkové válečky

Dopravníkové válečky se používají k přepravě, např. nákladu. Dopravníkové válečky například obvykle používají několik rotačních válečků uspořádaných paralelně k přepravovaným předmětům. Jsou spolehlivé, často odolávají vysokému zatížení, a proto se používají také v dopravníkových pásech. Dopravníkové válečky slouží také jako hnací hřídele v dopravních systémech poháněných řemenem. Obecně se skládají z robustní uhlíkové nástrojové oceli nebo tvrzené nástrojové oceli, protože musí být schopny přenášet zatížení krouticím momentem. Pro aplikace s obzvláště vysokým zatížením mohou být vybaveny chromovanou povrchovou úpravou. Jednou z variant dopravníkových válečků je vychylovací válec. Odolnost proti tření je minimalizována kuličkovým ložiskem. Dopravníkové systémy je také používají jako podpůrné válečky ve válečkových dopravnících pro efektivní přepravu materiálů. Výhody dopravníkových válečků zahrnují:

• nízké tření
• vysoká nosnost nákladu
• různé možnosti pohonu, např. řemeny, motor
• efektivní přeprava materiálu.

Válečky dopravníku jsou základními součástmi pásových i válečkových dopravníků. Více na toto téma naleznete v našem článku Zaměřeno na pásové dopravníky: Konstrukce, dopravní kapacita a výběr pásu pro optimalizované procesy a kolové dopravníky, válečkové dopravníky, válečkové pásy – konstrukce, funkce a výhody.

Podpěrné válečky, válečkové kladky, bubnové kladky

Nosné válce jsou vysoce stabilní ložiska s valivou ložiskovou klecí s válečky ve tvaru jehly jako valivými prvky. Bezdříková konstrukce umožňuje jejich použití prostorově úsporným způsobem. Design kombinuje tlustý vnější a vnitřní kruh s válečkovými tělísky ve tvaru jehly, které používají ve vačkových válečcích. Podpěrné válečky lze použít v aplikacích s působícími silami nebo vyžadujících vysoké rychlosti. Délku kolíku pro upevnění nosného válečku lze nakonfigurovat tak, aby podpěrné válečky mohly být snadno nastaveny podle požadované instalační situace. Následující tabulka poskytuje přehled různých podpůrných válců:

Stejně jako válečkové kladky, i podpůrné válečky, nazývané také horní válečky, plní nosnou nebo podpůrnou funkci. Stejně jako všechny typy pásových kol, ani podpůrné válečky nejsou poháněné. Podpůrné válečky, nazývané také bubnové válečky, nemají přímý kontakt s podlahou, ale s nákladem, který má být podepřen, nebo s pásem, na kterém je předmět, který má být podepřen, přepravován.

Například v případě rypadla se podpůrné válečky instalují v horní části podvozkového systém, kde odpovídají za rovnoměrné vedení řetězů rypadla a za to, aby se zabránilo jejich prověšení. Na pásových dopravnících podepírají pás, aby se zabránilo prověšení pásu pod hmotností přepravovaného materiálu. Ložiska válečků se instalují do válečkových dopravníků jako nepoháněné válečky a nesou hmotnost přepravovaných předmětů.

Vodicí válečky

Vodicí válečky se používají pro přesné řízení a kontrolu. Zajišťují například, aby přepravovaná položka zůstala ve specifikovaném pruhu. V průmyslu se často používají vodicí válečky z oceli, protože dokáží absorbovat obzvláště vysoké zatížení. Vodicí válečky s kuličkovým ložiskem zajišťují hladký transport a umožňují přizpůsobení naváděného předmětu pomocí různých profilů a tvarů drážek.

Vodicí válečky jsou k dispozici s různými drážkami, které zajišťují optimální přilnavost a spolehlivé navádění. Například jsou zde profily U-drážek pro kulaté kolejnice, profily V-drážek pro trojúhelníkové kolejnice a profily H-drážek pro obdélníkové kolejnice.

Výhody vodicích válečků zahrnují:

• přesné navádění
• vysoká stabilita
• různé profily drážek
• snížené opotřebení.

Informace o profilových vodicích lištách najdete v našem článku Profilové vodicí lišty: Typy, funkce, životnost, údržba, alternativy.

Kuličkové válečky

Kuličkové válečky jsou speciálním typem válečkových ložisek, jejichž speciální funkcí jsou vysokorychlostní pohyby v jakémkoli směru a rovině. Jejich hlavním využitím je manipulace s materiálem.

Pouzdro kulových válečků se často skládá z oceli nebo ocelové desky. Kuličkové lůžko naplněné podpůrnými kuličkami je zabudováno do vnitřku krytu. Na podpůrné kuličky se jako válečkový prvek umístí kulička s ložiskem. To umožňuje pohyb s nízkým třením. Kuličkové válečky také vydrží vysoká zatížení. Výhody kuličkových válečků jsou:

• nízký hluk
• plynulý provoz
• schopnost absorbovat vysoké zatížení
• nízká mrtvá váha
• snadná montáž
• dlouhá životnost.

Otočná kolečka, kolečka do spotřebiče, pevná kolečka

K ovládání směru se používají otočná kolečka.

Pro usnadnění pohybu se často instalují otočné stoly, které umožňují otáčení o 360 stupňů. Otočná kolečka, kolečka spotřebičů a pevná kolečka lze nalézt v mnoha přepravních aplikacích. Ty sahají od přišroubování na přepravní krabice pro lepší pohyb až po otočná kolečka pro velké zatížení v průmyslových prostředích. Na rozdíl od otočných koleček jsou pevná kolečka pevná a zvyšují tak stabilitu lineárních pohybů. Kombinace obojího zajišťuje, že i velké a těžké vybavení lze bezpečně a rychle přemisťovat. Mezi výhody otočných koleček patří:

• vysoká manévrovatelnost
• jednoduché ovládání směru
• minimální fyzické úsilí.

Podrobnější informace o tématu otočných a pevných koleček a o tom, čemu je třeba věnovat pozornost při jejich výběru, najdete v našem článku „7 kroků pro výběr otočného kolečka“.