РОЛИК КОНВЕЙЕРА

Полезная модель, как составной элемент, относится к безрельсовым транспортным средствам и имеет применение в горной промышленности.
Предложенный ролик используют преимущественно в составе конвейеров, транспортирующих добываемое рудное сырье цветных и черных металлов, уголь, а также при обогащении указанных полезных ископаемых с учетом специфических особенностей конкретных условий использования.
3
3
К специфическим особенностям работы конвейеров в условиях подземной и открытой добычи относится то, что объемы транспортирования и переработки добытого сырья ежегодно составляют миллионы тонн (например, объемы добычи железной руды в Украине достигают 100 млн. тонн, марганца до 4-х млн. тонн, угля - 80,0 млн. тонн); крепость горных пород находится зачастую в пределах от 4 до 18 единиц по шкале проф. Протодьяконова; кусковатость транспортируемой породы достигает 0,3 м при удельном весе до 3,2 т/м; гранулометрический состав породы после ее дробления, имеет широкую градацию, включая пылевидную фракцию; разнообразный химический состав. Например, химический анализ шламов обогащения руд черных металлов Центрального ГОКа (г.Кривой Рог) свидетельствует о наличии магнетитовых и гематитовых компонентов - соответственно от 4 до 12 и до 18%, при одновременном присутствии кремния, кальция, фосфора, серы, марганца, глинистых соединений и других, которые в своей совокупности создают липкую, химически агрессивную и абразивно воздействующую среду. Указанные особенности существенно влияют на формирование показателей назначения конвейеров в целом и роликов в частности. Как следствие конвейеры являются высокотехнологичными и дорогостоящими изделиями, насыщенными наукоемкими достижениями в вопросах создания тяговых мотор-барабанов, защиты конвейерной ленты и собственно создания самой ленты, системы регулирования и контроля режимов работы конвейера, натяжения ленты и др., для которых является обязательным обеспечение длительной эксплуатации, максимального коэффициента использования и производительности. Указанные показатели в своей зависимости многофакторны, при этом их выполнение в большой мере зависит от надежности конвейерных роликов, и в совокупности с вышеприведенными особенностями являются базой исходных требований для создания роликов и при реализации составляют основу для проектирования предлагаемой полезной модели.
Показатели назначения роликов, условия эксплуатации, используемые материалы, технические параметры регламентируют соответствующие нормативные документы [1, 2, 3].
Согласно патентных материалов известны конвейерные ролики, содержащие трубный корпус, ось с цапфами, подшипники, стаканы для подшипников, последние защищены от воздействия горной породы крышками и уплотнениями. Уплотнения, например, имеют вид двух колец прилегающих к торцевым плоскостям подшипника и конструктивно попарно объединенных одного с другим [4, 5]. Известно решение изготовления корпусов подшипников из термопластического с наполнителем материала и их армирование металлическими упругими элементами [6].
Недостатки указанных аналогов: высокие материалоемкость и трудоемкость изготовления, сложность машиностроительного обеспечения при их производстве, высокие ценовые показатели, наличие динамических нагрузок как следствие проявления влияния несоосности размещения подшипников, оси и трубного корпуса, и другие.
Из освоенных в производстве роликов известны изделия ОАО «Рудор» (г.Кривой Рог), которые отвечают требованиям ТУ [2]; в своем составе имеют корпус в виде электросварной прямошовной трубы, стаканы из отливок для размещения подшипников, подшипники, цельнометаллическую ось, полиамидные и резиновые уплотнения, стальные стопорные кольца [7].
Недостатки данной конструкции: высокая трудоемкость изготовления стаканов, необходимость использования дорогостоящего оборудования и разнообразных инструментов, низкий коэффициент использования металла, также несовершенство технологии сборки, сложность обеспечения соосности составных частей, осевого зазора в подшипниках для обеспечения минимального крутящего момента ролика. Указанное не позволяет достичь показателей надежности ролика согласно [1].
Приведенные недостатки присущие изделию в связи с использованием литых деталей и в равной мере имеют место в аналогичных изделиях Марганецкого рудоремонтного завода (ролик 1517.02.000) и завода ОАО «Лемкар» (ролик Р-3060.00.000, г.Кривой Рог).
Известны ролики, в которых стаканы для размещения подшипников изготавливают штамповкой из стального листа [8]. Последнее определяет необходимость в энергоемких прессах, сложных штампах, также регламентирует использование листа по геометрическим размерам - в первую очередь стабильности толщины и особых физико-механических свойств.
В реальных условия размеры труб регламентирует нормативный документ [9], согласно которому разностенность трубы должна соответствовать ±10% от толщины стенки. Указанное вызывает создание перекосов, вынужденную металлообработку, уменьшение ресурса ролика, динамические воздействия на ленту конвейера. При этом, как выход из данной ситуации, существуют рекомендации [10] в части использования высокоточных труб с дополнительным их волочением по внутреннему диаметру и лабиринтных уплотнений. Однако вопросы уменьшения массы оси, нарушения соосности, исключения динамических явлений, уменьшение влияния температурной зависимости момента вращения ролика, снижения цены изделия остаются нерешенными.
Известны конвейерные ролики производителей Чехии [11] и Германии [12], имеющие аналогичный состав элементов и двойную защиту уплотнениями внешней стороны (торца) подшипников, однако имея значительную цену указные ролики также не обеспечивают в условиях горнодобывающей отрасли эксплуатационный срок использования согласно [1], т.е. три года. Аналогичными недостатками обладает роликоопора согласно [13].
Ближайшим к полезной модели из известных технических решений, при усредненном анализе составных частей и технологических операций их сборки принят ролик в составе корпуса, подшипников, стаканов для размещения подшипников, крышек стаканов и уплотнений, оси, которая содержит три составные части в виде пустотелых цапф и цельнометаллической вставки, в качестве которой используется корпус в виде обода и объединенных сваркой [14].
Недостатками ближайшего аналога являются высокая металлоемкость, ограниченные возможности массового производства и области применения, конструктивно-технологическая склонность к осевым перекосам, значительные масса изделия и трудоемкость при изготовлении.
Задача полезной модели - повышение экономических показателей конвейерных роликов за счет уменьшения массы, улучшения энергетических показателей путем исключения перекосов в элементах ролика, увеличения ресурса работы и показателей надежности, достижение адаптивности изготовления к используемым материалам, уменьшения трудоемкости изготовления.
Поставленная задача решается за счет того, что ролик конвейера, содержащий трубный корпус, подшипники, подшипниковые стаканы, ось, составленную из трех частей, конструктивно объединенных сваркой, дополнительно снабжен цельнометаллическими цапфами, трубной вставкой, и распорками, при этом ось образована соединением цапф и трубной вставки, а подшипниковые стаканы соединены с трубным корпусом посредством распорок, в качестве тел вращения использованы подшипники со встроенными с обеих сторон уплотнениями. Кроме того, как вариант, подшипниковые стаканы могут быть образованы распорками, а трубный корпус - гнутыми металлическими полосами равной толщины, объединенными между собой сваркой.
Благодаря новым элементам в составе предлагаемого ролика и их конструктивных связей достигнуто выполнение поставленной задачи в первую очередь - повышение экономических показателей.
Таким образом, предложенное техническое решение отвечает требованиям полезности и новизны, предназначено для использования в промышленности, в том числе в горнометаллургическом комплексе, осуществлено с помощью существующих материалов и комплектующих изделий, промышленно освоенных металлургической и машиностроительной отраслями, а также с использованием научно обоснованных методов, и при его реализации в промышленных условиях достигнут практический результат в виде увеличенного ресурса роликов более чем в два раза превышающего значения, определяемого [1], чем выполнено требование промышленного применения, которое предполагал автор.
Сущность полезной модели, ее составные элементы, особенности сборки поясняются чертежами (Фиг.1, Фиг.2) и описанием взаимодействия составных элементов. Полезная модель содержит (Фиг.1) трубный корпус 1, подшипниковые стаканы 2, подшипники 3, ось 4, состоящая из двух цельнометаллических цапф 5 и трубной вставки 6, в составе подшипников 3 имеют место встроенные уплотнения 7. Последние (7) являются штатною конструктивною частью подшипников 3, серийно выпускаемых промышленностью [15]. На цапфах 5 и стаканах 2 имеют место упоры - соответственно 8 и 9. Стаканы 2 объединены с трубным корпусом 1 посредством распорок 10. При этом объем между уплотнениями 7 и обоймами подшипников 3 заполнен соответствующей смазкой на весь период эксплуатации (расчетные 20000 часов).
Трубный корпус 1 изготавливают из трубы [9], которая согласно нормативному документу допускает разностенность в пределах ±10% толщины стенки - соответственно ±0,55 мм при толщине стенки 5,5 мм, овальность ±1,2 мм при диаметры трубы 152 мм и кривизне до 1,5 мм на 1000 мм длины. Указанное ограничивает скорость ленты конвейера до 4 м/с из-за возникающего дисбаланса и определяет необходимость балансировки трубной заготовки. Более целесообразно трубный корпус 1 формировать из полос листовой стали путем гибки сегментов 11 и их последующей сварки. При данной конструкции, несмотря на технологические усложнения, появляются возможности уменьшения толщины стенки корпуса 1, исключения дисбаланса и увеличения скорости ленты конвейера более 4 м/с (согласно [10] до 8 м/с).
Подшипниковые стаканы 2 изготавливают из стальной трубы (ГОСТ 8734-75) с обработкой внутреннего диаметра под посадку подшипников 3. К внешней поверхности стакана 2 приваривают распорки 10; последнюю операцию выполняют до расточки с целью исключения влияния температурных деформаций от сварки. Приведенная конструкция подшипникового стакана 2 (здесь и далее диаметр ролика 152 мм) имеет массу 0,54 кг по сравнению 3,52 кг у роликов ОАО «Рудор» [7].
Упор 9 ограничивает перемещение наружного кольца подшипника 3. Распорки 10 изготавливают из стальной горячекатаной полосы (ГОСТ 103-76). С целью уменьшения сортамента используемых материалов стакан 2 может быть изготовлен с использованием распорок 10 согласно Фиг.2 с формированием стакана на соответствующей оправке.
Для изготовления уменьшенной по массе оси 4 используют две короткие цапфы 5 из стального круга (ГОСТ 2590-88) с припуском под окончательную обработку поверхности под подшипники. Упор 8 ограничивает перемещение внутреннего кольца подшипника 3 по оси 4.
Цапфы 5 объединены трубной вставкой 6 (ГОСТ 3262-75). Окончательную обработку собранной оси 4 в части поверхности под подшипники 3 обеих цапф 5 выполняют на соответствующем станке с одной установки. Данная конструкция оси и технология изготовления обеспечивают соосность размещения узлов вращения ролика и существенно уменьшает массу оси 4 (при длине оси 1050 мм ее масса в предложенной конструкции составляет 2,8 кг по сравнению с 11 кг у роликов ОАО «Рудор» [7]).
Окончательную поэлементно-узловую сборку ролика выполняют с использованием соответствующей технологической оснастки с базированием трубного корпуса 1 и оси 4 в центрах. Указанное обеспечивает соосность корпуса 1 и оси 4 в собранном ролике, необходимый осевой зазор в подшипниках и уменьшает до минимума дисбаланс вращающихся частей ролика.
Таким образом, реализованными решениями при создании предложенной полезной модели ролика решена поставленная задача - повышены техникоэкономические показатели изготовления и эксплуатации роликов конвейеров. Указанное достигнуто за счет исключения зависимости момента вращения ролика от несоосности и перекосов, уменьшения массы изделия более чем в 1,5 раза, соответствующего уменьшения трудоемкости изготовления, достижения ресурса эксплуатации роликов в специфических условиях горной отрасли более чем в 6 раз к показателям согласно действующих ТУ [2], снятия температурной зависимости момента вращения ролика за счет безусловного обеспечения зазора в подшипниках и адаптивности изготовления к переменным параметрам используемых материалов.
Источники информации
1. Конвейеры ленточные. ГОСТ 22644-77-22647-77. М., Госстандарт СССР, 1994.
2. Ролики конвейерные (модификации РКТ, РКТ1, РКТ219). Технические условия ТУ У 29.5-30643311.001 - 2004. Срок введения - с 2004 года.
3. Конвейеры. Справочник под общей редакцией Ю.А.Пертена. Л-д, «Машиностроение», 1984, 368 с.
4. SU 1662908 B65G 39/09 27.07.1991, Бюл. №26.
5. SU 1671566 B65G 39/09 23.08.1991, Бюл. №31.
6. SU 1542872 B65G 39/00 15.02.1990, Бюл. №6.
7. Ролики конвейерные. Рекламный проспект завода ООО «Криворожрудмаш» (ОАО «Рудор»), г.Кривой Рог, 2005.
8. Ролик транспортерный. Рекламный проспект завода ЗАО «Машиностроитель», г.Моспино-1, Донецкой обл., 2005.
9. Трубы стальные электросварные прямошовные. ГОСТ 10704-91. М., Госстандарт СССР, 1991.
10. Р.Л.Зенков и др. Машины непрерывного действия. М., «Машиностроение», 1987, 432 с., с.64-65.
11. Рекламный проспект фирмы PILOUS-TMJ s.v.o. E-mail: pil-ous@pilous.cz, 2007.
12. Каталог фирмы TORWEGGE Bielefeld GmbH&Co.KG.Räder und Rollen, c.F1-F29, E-mail: info@torwegge.de, 2008.
13. SU 1675636 F27В 7/22 07.09.1991, Бюл. №33.
14. SU 1675637 F27В 7/22 07.09.1991, Бюл. №33.
15. Подшипники шариковые радиальные однорядные с уплотнениями. Тип 180000. ГОСТ 8882-75. М., Госстандарт СССР, 1975.