Конвейерный ролик

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно к конвейерному транспорту.
Предлагаемый конвейерный ролик может быть использован на конвейерах, эксплуатируемых, в частности, на шахтах, рудниках, разрезах, карьерах и обогатительных фабриках, как с нормальными, так и со сложными условиями эксплуатации.
Известны конвейерные ролики, включающие обечайку в форме трубы, к торцевым частям которой посредством сварки неразъёмно прикреплены корпусы подшипниковых узлов с посадочными местами, в которых размещаются подшипники качения, установленные на оси. Такая конструкция конвейерных роликов в настоящее время имеет наибольшее распространение на рынке, поскольку не требует для производства сложного дорогостоящего высокоточного оборудования. Данную продукцию выпускает широкий круг производителей (см., например http://stm174.ru/catalog/konveyery/komplektujushhie-k-konvejeram/271/).
Данная конструкция конвейерных роликов имеет следующие недостатки. Обечайка и корпусы подшипниковых узлов изготавливаются отдельно и впоследствии соединяются посредством сварки. В процессе подготовки соединения этих деталей и их сварки обечайка и корпусы подшипниковых узлов деформируются. Такая технология не позволяет соблюсти равномерность распределения баланса ролика относительно оси, а также соосность подшипниковых узлов изделия.
Такое изделие имеет одинаковую толщину стенок, как в области рабочей поверхности обечайки, так и в области посадочных местах подшипников, обусловленную необходимой прочностью корпусов подшипниковых узлов, что приводит к излишнему увеличению массы изделия. Данные факторы в процессе эксплуатации приводят к высоким и неравномерным значениям инерционных сил, действующих на вращающийся с большой скоростью конвейерный ролик. Возникающие колебания сил приводят к разрушающим целостность конструкции подшипникового узла биениям. Увеличиваются зазоры между деталями, что приводит к выходу смазки подшипников и проникновению абразивных частиц внутрь подшипникового узла. Всё это в сжатые сроки приводит к выходу из строя конвейерного ролика.
Известны конвейерные ролики, включающие обечайку, подшипниковые узлы, установленные на оси, при этом обечайка, сформованная из стальной трубы и образующая симметрично расположенные в противоположных концах обечайки посадочные места выполнена единой с корпусами подшипниковых узлов. В частности, известна полезная модель по патенту РФ № 141145.
Данная конструкция имеет следующие недостатки. Толщина металла в области посадочных мест подшипниковых узлов недостаточна для обеспечения необходимых прочностных характеристик и сохранения стабильной геометрии изделия на всём протяжении его эксплуатации. Уязвимым является место контакта внешнего кольца подшипника с поверхностью посадочного места. Это приводит к увеличению радиального зазора и возникновению осевого люфта подшипника. При этом полимерная задняя крышка подшипника разрушается, увеличивая осевой зазор и амплитуду осевого люфта подшипника, что неизбежно влечёт  увеличение диапазона колебаний узлов конвейерного ролика. Крышки подшипника и роторные уплотнения деформируются и перестают защищать подшипник от проникновения абразивных частиц. Всё это приводит к быстрому разрушению подшипникового узла.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении срока эксплуатации конвейерного ролика.
Технический результат достигается тем, что внешние обоймы подшипников находятся в непосредственном контакте с заплечиками на стенках посадочных мест.
Достижению технического результата также способствует выполнение стенки обечайки в области посадочных мест с толщиной, составляющей от 2 до 3,2 величин толщины рабочей стенки обечайки.
Достижению технического результата способствует также выполнениев стенке изделия отверстия, расположенного между внешней крышкой подшипникового узла и роторным уплотнением.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид конвейерного ролика, на фиг. 2 укрупнённо показан подшипниковый узел.
На чертеже позициями показаны:
1 – обечайка;
2 – ось;
3 – крышка подшипника;
4 – внешняя часть лабиринтного уплотнения;
5 – внутренняя часть лабиринтного уплотнения;
6 – внутренняя крышка подшипникового узла;
7 – внешняя крышка подшипникового узла;
8 – стопорное кольцо;
9 – подшипник;
10 – роторное уплотнение с V-образным профилем;
11 – отверстие компенсации давления;
12 – заплечик на стенке посадочного места;
13 – рабочая поверхность обечайки.
В преимущественном варианте исполнения конвейерный ролик содержит обечайку 1, выполненную из стальной трубы путём формования за счёт индукционного нагрева и ее пластической деформации. В ходе процесса формования образуются симметрично расположенные в противоположных концах посадочные места, в каждое из которых устанавливаются подшипники шариковые радиальные однорядные с уплотнением типа 160000 (ГОСТ 8882-75), фиксируются на оси 2 стопорными кольцами 8. После этого на оси устанавливается части лабиринтного уплотнения 4 и 5 и фиксируются посредством металлических штампованных крышек 6, закреплённых в посадочных местах за счет прессовой посадки. Лабиринтное уплотнение может быть выполнено из самозатухающего полиамида, что дополнительно повышает пожаробезопасность изделия. Подшипниковый узел закрывается  полиамидной крышкой 7 с установленным на ней торцевым резиновым уплотнением с профилем типа «V». Ось выполняется из стального круга с проточкой под посадочные места подшипников и канавками под стопорные кольца 8. На торцевых частях оси выполняются лыски для установки ролика в роликоопору. Внешние обоймы подшипников упираются непосредственно в опорные торцы заплечиков 12 на стенках посадочных мест (данное сочленение показано выноской А на фиг. 2), что позволяет исключить возникновение осевого люфта в ролике в процессе его эксплуатации благодаря фиксации подшипника посредством металлических деталей. В процессе изготовления заявляемого изделия стопорное кольцо 8 на оси 2 устанавливается непосредственно после установки подшипника 9, чем исключается передача осевого усилия на пластмассовые элементы (части лабиринтного уплотнения 5 и 6) подшипникового узла при осевой нагрузке на обечайку 1.
На фиг. 3 стрелками показаны направления распространения через подшипники 9 давления, возникающего в процессе эксплуатации изделия при осевых нагрузках на конвейерный ролик. При воздействии силы, смещающей конвейерный ролик влево, основную нагрузку воспринимает подшипник, расположенный в левом подшипниковом узле, при этом она передаётся диагонально от правого торца наружной обоймы подшипника  к верхнему участку поверхности левого торца внутренней обоймы подшипника. И, напротив, при воздействии силы, смещающей конвейерный ролик вправо, основную нагрузку воспринимает подшипник, расположенный в правом подшипниковом узле, при этом она передаётся диагонально от левого торца наружной обоймы подшипника к верхнему участку поверхности  правого торца внутренней обоймы подшипника.
Таким образом, передача нагрузки осевых перемещений ролика  от обечайки к оси происходит исключительно через металлические детали изделия (от обечайки 1 через заплечик 12 на стенке посадочного места, далее через детали подшипника 9 и стопорное кольцо 8 к оси 2). Это обеспечивает жёсткость конструкции ролика и практически исключает возникающий вследствие осевых нагрузок люфт. Благодаря данному фактору в совокупности с применением при изготовлении оси 2 и обечайки 1 ролика специализированных высокоточных станков, в процессе эксплуатации осевое перемещение обечайки относительно оси составляет не более 0,5 мм.
В наиболее распространённой технологии, применяющейся при  изготовлении конвейерных роликов, обечайка и посадочные места подшипниковых узлов изготавливаются отдельно и впоследствии соединяются посредством сварки. В процессе подготовки соединения этих деталей и их сварки обечайка и посадочные места подшипниковых узлов деформируются. Такая технология не позволяет соблюсти равномерность распределения баланса ролика относительно оси, а также соосность подшипниковых узлов изделия.
Выполнение обечайки цельной с корпусами подшипниковых узлов имеет ряд преимуществ. Исключение операций по отдельному изготовлению корпусов подшипниковых узлов, расточке трубы, из которой изготавливается обечайка, и сварке этих деталей позволяет увеличить точность геометрии изделия и распределения его массы, а также соблюсти контроль прочностных характеристик изделия в каждой его точке. Утяжка металла при изготовлении корпуса изделия позволяет увеличить толщину стенок в области подшипников (проведённые испытания опытных образцов изделия показали, что оптимальными являются значения превышения толщины стенки обечайки в области посадочных мест над толщиной рабочей стенки обечайки, находящиеся в диапазоне от 2 до 3,2 и зависящие от конкретных условий эксплуатации ролика и нагрузок на него). Данная операция влечёт повышение прочности изделия за счёт дополнительной толщины стенок в области посадочных мест, а также снижение веса за счёт уменьшения толщины рабочей стенки обечайки. При этом для изготовления корпуса изделия может быть использована труба с меньшей толщиной стенки. Толщина рабочей стенки обечайки может быть выбрана настолько малой, насколько позволяют параметры транспортной нагрузки конвейера, в то время как толщина стенки в области посадочных мест может быть выбрана настолько большой, насколько необходимо для безопасной передачи крутящего момента на узлы изделия. Данная конструкция изделия позволяет произвести снижение  веса на величину до 7 кг.
Уменьшение толщины рабочей стенки обечайки по сравнению с толщиной стенки в области посадочных мест позволяет снизить момент инерции и центробежную силу, возникающие при работе изделия, что снижает нагрузку на подшипниковые узлы изделия и повышает его долговечность.
Снижение  веса изделия существенно уменьшает нагрузку на элементы ленточного става при пуске конвейера, а также позволят уменьшать требуемую мощность приводных блоков и экономить потребляемую электроэнергию.
Конструкция изделия, включающая цельную обечайку, позволяет обеспечить точность изготовления и даёт возможность применять  подшипники с увеличенной группой зазора (от 23 до 41 мкм, группа зазора С4 по ГОСТ24810). Это позволяет назначать – как по оси, так и по корпусу – прессовую посадку обойм подшипников с целью исключения их проворота относительно посадочных мест в процессе эксплуатации, неизбежно влекущего выход ролика из строя. Увеличенный радиальный зазор позволяет свести к нулю возможность заклинивания ролика после его сборки и установки, а также уменьшает момент сопротивления вращению в процессе эксплуатации, что не только снижает нагрузку на вращающиеся пары изделия, но и снижает энергопотребление всей конвейерной системы.
Как наружная, так и внутренняя поверхность обечайки ролика в процессе изготовления окрашивается порошковой краской. Антикоррозионная обработка внутренней полости ролика дает устойчивость к коррозии при образовании конденсата, исключая попадание ржавчины в подшипниковый узел.
В процессе  работы вращение ролика и его контакт с конвейерной лентой ведёт к нагреву обечайки, создавая избыточное давление воздуха во внутренней полости ролика. В результате этого, воздух, проходя через подшипниковый узел, выдавливает смазку из подшипников и уплотнений. При остановке конвейера наблюдается обратный эффект – ранее выдавленная смазка с частичками абразивной пыли затягивается в подшипниковые узлы конвейерного ролика. Это ведёт к быстрому разрушению подшипникового узла и выходу ролика из строя. С целью исключения данного эффекта в стенке обечайки в области посадочного места между внешней крышкой подшипникового узла и внутренней крышкой подшипникового узла может быть выполнено отверстие 11 для прохода воздуха, позволяющее компенсировать разницу давлений. При этом исключается прохождение воздуха через подшипниковый узел. От прямого попадания с циркулирующим воздухом загрязнений из внешней среды во внутреннюю полость ролика защищает крышка 7.
Особенности конструкции предлагаемого конвейерного ролика позволяют значительно увеличить срок его эксплуатации, повысить его надёжность и несущую способность, снизить энергозатраты и увеличить срок службы всего конвейера.