ПОДДЕРЖИВАЮЩИЙ РОЛИК
SUPPORT ROLLER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу изготовления и конструкции уплотнения вращающегося устройства и, в особенности, к способу изготовления и конструкции уплотнения поддерживающего ролика ленточного транспортера.
Уровень техники
Для традиционного изготовления гнезда подшипника поддерживающего ролика, монтируемого методом прессовой посадки, необходимо обработать ступенчатые отверстия на обоих концах стальной трубы поддерживающего ролика и затем запрессовать в них гнезда подшипников, независимо от того, из чего изготовлены гнезда подшипников: из чугуна, штампованного холоднокатаного стального листа или конструкционной пластмассы. На Фиг.1 показан поддерживающий ролик, включающий гнездо подшипника из чугуна. На Фиг.2 показан поддерживающий ролик, включающий гнездо подшипника из штампованного холоднокатаного стального листа, и на Фиг.3 показан поддерживающий ролик, включающий гнездо подшипника из конструкционной пластмассы. На Фиг.1-3 длина контакта между гнездом подшипника и ступенчатым отверстием стальной трубы поддерживающего ролика составляет 15-20 мм. На Фиг.4 показан поддерживающий ролик, изготовленный сваркой штампованного гнезда подшипника и стальной трубы поддерживающего ролика. На Фиг.4 длина контакта между штампованным гнездом подшипника и ступенчатым отверстием стальной трубы поддерживающего ролика составляет 2-5 мм (толщина штампованного стального листа). Из-за того, что сама стальная труба поддерживающего ролика не вполне цилиндрична, трудно в процессе обработки обеспечить концентричность ступенчатых отверстий на обоих концах трубы поддерживающего ролика. Даже при использовании специального инструмента для обработки ступенчатых отверстий на обоих концах трубы поддерживающего ролика в одном закреплении, все равно трудно устранить нецилиндричность по наружному диаметру трубы. При этом стоимость изготовления возрастает. При изготовлении поддерживающего ролика способом сварки, тоже трудно обеспечить концентричность гнезд подшипников на обоих концах трубы поддерживающего ролика, поскольку велика вероятность возникновения ошибки в процессе позиционирования и, в особенности, поскольку невозможно контролировать сварочные деформации, что делает амплитуду кривой колебаний сопротивления вращения поддерживающего ролика очень большой. Ранее был раскрыт поддерживающий ролик, изготовленный прессовой посадкой гнезд подшипников из конструкционной пластмассы в трубу поддерживающего ролика без ступенчатых отверстий на его концах. Хотя этот способ может обеспечить концентричность гнезд подшипников на обоих концах трубы поддерживающего ролика и, в основном, устранить нецилиндричность трубы, толщина стенки стальной трубы поддерживающего ролика мала (1,5-3,5 мм), что может быть удовлетворительным только для применений с малыми нагрузками. Таким образом, этот способ неприменим для изготовления поддерживающего ролика, способного благодаря использованию толстостенной стальной трубы выдерживать средние или высокие нагрузки, и во многих случаях не может удовлетворить предъявляемым требованиям.
Кроме того, для уплотнений на концах традиционных поддерживающих роликов, по большей части, используются различные виды лабиринтных конструкций. Однако какое бы лабиринтное уплотнение ни использовалось, оно не может в достаточной мере предотвратить попадание капель воды, пыли и грязи в подшипники поддерживающего ролика, что приводит к преждевременному выходу из строя многих поддерживающих роликов; это нарушает нормальную работу ленточного транспортера, требует увеличения мощности привода, а также вызывает непроизводительный расход энергии и значительный износ резиновой ленты. Для некоторых других поддерживающих роликов, применяемых с уплотнениями контактного типа, сопротивление вращения поддерживающего ролика с такими уплотнениями контактного типа велико. Кроме того, если просачивание воды сочетается с износом под действием таких загрязнений, как угольная пыль и шлам, ожидаемый период работы также будет очень коротким.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить поддерживающий ролик, в котором после монтажа гнезд подшипников на обоих концах поддерживающего ролика концентричность высока, радиальные биения внеописанной окружности малы, сопротивление вращения мало, а просачивающаяся вода, разного рода пыль, шлам и даже заливающая вода почти не загрязняют подшипники поддерживающего ролика.
В техническом решении изобретения предлагается поддерживающий ролик, включающий трубу, вал, гнезда подшипников, уплотнительное кольцо с выпуклым кольцом и очистителем и крышку уплотнения. Уплотнительный обод крышки уплотнения входит между выпуклым кольцом и очистителем; толщина b выпуклого кольца составляет 0,1-3 мм, высота f выпуклого кольца составляет 2-50 мм, зазор с между наружной периферией выпуклого кольца и уплотнительным ободом крышки уплотнения составляет 0,2-2 мм, а расстояние d между верхом выпуклого кольца и дном крышки уплотнения составляет 2-50 мм. Длина а, на которую низ уплотнительного обода заходит за низ выпуклого кольца, больше 0,3 мм. Независимо от того, изготовлено ли гнездо подшипника из конструкционной пластмассы, штампованного стального листа, чугуна, алюминиевого сплава или углеродистой стали, верхний край гнезда подшипника снабжается позиционирующим фланцем. Ни на одном из концов трубы поддерживающего ролика не требуется обрабатывать ступенчатые отверстия, и таким образом, обрабатываются только торцевая поверхность и внутренняя кромка, а гнезда подшипников непосредственно запрессовываются на место на обоих концах трубы поддерживающего ролика с помощью прессовой посадки, благодаря чему эффективно обеспечивается соосность гнезд подшипников на обоих концах. Затем последовательно монтируют вал поддерживающего ролика, уплотнительное кольцо и крышку уплотнения. Благодаря созданию - в качестве крайнего наружного барьера - малого зазора между наружной периферией выпуклого кольца и поверхностью внутренней стенки уплотнительного обода крышки уплотнения и благодаря лабиринтной конструкции уплотнения, в которой выпуклое кольцо имеет малую толщину и большую высоту и в которой полость, ограниченная верхом непосредственно соседствующего выпуклого кольца, велика, сила молекулярного притяжения, возникающая между лабиринтным уплотнительным кольцом и крышкой уплотнения в процессе вращения поддерживающего ролика, может быть в очень значительной мере уменьшена, так что может быть решена задача замедления или даже прерывания процесса загрязнения, что обеспечивает нормальный срок службы подшипников в поддерживающем ролике и тем самым значительно продлевает срок службы поддерживающего ролика.
Настоящее изобретение имеет следующие преимущества:
1. Все традиционные пластмассовые поддерживающие ролики изготавливаются экструдированием и обрезкой пластмассовой трубы. Из-за того, что точности размеров внутренних диаметров не единообразны, значительно различаются и не могут удовлетворить монтажным требованиям, приходится перед монтажом проводить обработку ступенчатых отверстий на обоих концах трубы. Однако в настоящем изобретении используется пластмассовая труба, изготовленная литьем под давлением, или изготовленная высокочастотной сваркой стальная труба, которые отличаются высокой прямолинейностью и высоким постоянством точности размеров внутреннего и наружного диаметров, так что внутренний диаметр может полностью удовлетворять монтажным требованиям без дополнительной обработки. Исходя из внутренних диаметров обоих концов трубы как базовых величин гнезда подшипников запрессовывают в оба конца трубы поддерживающего ролика с помощью прессовой посадки, чтобы соосность гнезд подшипников на обоих концах трубы поддерживающего ролика могла удовлетворять требованиям точности при работе подшипников и могло быть обеспечено постоянство точности монтажа, таким образом, сопротивление вращения поддерживающего ролика будет примерно в два раза ниже, чем сопротивление традиционного поддерживающего ролика, и нормальный срок службы подшипников будет гарантирован, причем натяг прессовой посадки составляет 0,1-0,3 мм в случае гнезд подшипников из конструкционной пластмассы и пластмассовой трубы, изготовленной литьем под давлением, - в этом случае поддерживающий ролик может применяться только при небольших нагрузках; и натяг прессовой посадки составляет 0,2-0,7 мм в случае металлических гнезд подшипников и стальной трубы, - в этом случае поддерживающий ролик может применяться при средних или высоких нагрузках.
2. Если гнезда подшипников запрессовываются в оба конца трубы поддерживающего ролика или пластмассовой трубы с помощью прессовой посадки, исходная нецилиндричность уменьшается на 60-70%, так что радиальные биения внеописанной окружности поддерживающего ролика значительно снижаются.
Такой эффект устранения нецилиндричности стальной трубы и обеспечения концентричности гнезд подшипников на обоих концах достигается с помощью методики прессовой посадки для пластмассовых гнезд подшипников и стальной трубы поддерживающего ролика; эта методика была разработана с учетом высокой пластичности конструкционной пластмассы и с использованием характеристик тонкостенной стальной трубы поддерживающего ролика. После прессовой посадки, труба поддерживающего ролика расширяется и становится несколько более цилиндричной, а пластмассовые гнезда подшипников сильно сжимаются и деформируются, таким образом, поддерживающий ролик может удовлетворить требованиям национального стандарта, но его грузоподъемность ограничена. После осуществления прессовой посадки металлических гнезд подшипников в толстостенную стальную трубу поддерживающего ролика, величина деформации трубы составляет 60-70%, диаметр трубы, в которую посажено гнездо подшипника, явно увеличивается примерно на 0,6 мм и грузоподъемность ролика возрастет в один-пять раз, в сравнении с грузоподъемностью, полученной вышеупомянутым методом прессовой посадки; метод прессовой посадки с обработкой ступенчатых отверстий на обоих концах и способ сварки и монтажа гнезд подшипников из штампованного стального листа описаны выше. Такая тугая прессовая посадка признана «нецелесообразным» способом, как и процесс традиционной обработки, из-за того, что при этом наружный диаметр трубы значительно изменяется после монтажа. Однако после длительных исследований заявитель обнаружил, что именно при использовании этого «нецелесообразного» способа и этого процесса могут быть значительно улучшены многие эксплуатационные характеристики поддерживающего ролика: снижены радиальные биения внеописанной окружности и сопротивление вращения и увеличена грузоподъемность, что может не только обеспечить равномерную подачу резиновой ленты, но также определенный эффект экономии энергии и снижения потребления.
3. Исключаются традиционные операции механической обработки ступенчатых отверстий и приварки гнезд подшипников на концах трубы поддерживающего ролика, таким образом, производственный процесс упрощается, экономятся энергия и сырье, снижаются трудозатраты и стоимость изготовления и, в особенности, устраняется несоосность расположений гнезд подшипников на обоих концах, вызванная сварочными деформациями и погрешностями обработки.
4. После того как уплотнительное кольцо с выпуклым кольцом смонтировано в крышку уплотнения, между крайней наружной кольцевой поверхностью выпуклого кольца и поверхностью внутренней стенки уплотнительного обода крышки уплотнения образуется эффективное уплотнение лабиринтной конструкции. Ширина поверхностей контакта между выпуклым кольцом и поверхностью внутренней стенки уплотнительного обода крышки уплотнения очень мала (толщина выпуклого кольца составляет 0,1-3 мм), сила молекулярного притяжения, возникающая в процессе вращения, также очень мала и скорость, с которой вода и пыль проникают в конструкцию лабиринтного уплотнения под действием сил молекулярного притяжения, очень мала. Кроме того, сила молекулярного притяжения, возникающая в процессе вращения уплотнительного кольца, существует только на двух очень малых поверхностях контакта между выпуклым кольцом и внутренней стенкой уплотнительного обода крышки уплотнения, и эти поверхности контакта удалены от дна крышки уплотнения и корневой части выпуклого кольца, так что возникающая сила молекулярного притяжения естественным образом прерывается здесь и не может быть непрерывной. Даже если загрязняющие вещества, такие как вода и пыль, смогут проникнуть сквозь уплотнение с выпуклым кольцом под влиянием силы молекулярного притяжения, они будут естественным образом задержаны и не проникнут дальше. Следовательно, конструкция лабиринтного уплотнения согласно настоящему изобретению может эффективно предохранять от загрязнения подшипники поддерживающего ролика.
5. Длина воспринимающих нагрузку частей подшипников по отношению к трубе поддерживающего ролика укорочена, и грузоподъемность гнезда подшипника увеличена, что позволяет добиться относительного снижения толщины материала гнезда подшипника и тем самым сэкономить большое количество сырья. Могут быть преодолены следующие недостатки, заключающиеся в том, что заглубление воспринимающих нагрузку частей традиционных подшипников поддерживающего ролика в трубу велико, плечо момента большое (например, глубина e, показанная на Фиг.2) и величина силы низка.
6. Из-за того что зазор между выпуклым кольцом и внутренний стенкой уплотнительного обода крышки уплотнения остается постоянным и не меняется в случае осевого люфта, величина люфта не влияет на уплотняющий эффект, тем самым значительно облегчается монтаж.
7. Очиститель служит для того, чтобы при вращении поддерживающего ролика удалять полутекучие загрязняющие вещества (например, угольный шлам и мокрую окалину), в произвольный момент попадающие на торцевую поверхность поддерживающего ролика, предотвращая, таким образом, накопление загрязняющих веществ на торцевой поверхности поддерживающего ролика и их проникновение в лабиринтное уплотнение при возникновении разницы высот.
8. Сопротивление вращения поддерживающего ролика мало, подшипники не загрязняются, гибкость вращения не изменяется, скорость износа стенки трубы поддерживающего ролика мала, так что не только срок службы поддерживающего ролика может быть увеличен более чем в 10 раз, но также и износ резиновой ленты может быть снижен в несколько раз, что позволяет избежать затрат на техобслуживание, устранить шумы от загрязнений, снизить вероятность выхода из строя и несчастного случая, повысить безопасность эксплуатации и позволяет достичь примерно 50% эффекта экономии энергии и снижения потребления всем поддерживающим роликом.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид конструкции гнезда подшипника из чугуна, установленного в традиционный поддерживающий ролик;
Фиг.2 - вид конструкции штампованного гнезда подшипника, установленного в традиционный поддерживающий ролик;
Фиг.3 - вид конструкции гнезда подшипника из конструкционной пластмассы, установленного в традиционный поддерживающий ролик;
Фиг.4 - вид конструкции штампованного гнезда подшипника, установленного с помощью сварки в традиционный поддерживающий ролик;
Фиг.5 - схематический вид конструкции трубы поддерживающего ролика;
Фиг.6 - схематический вид конструкции гнезда подшипника из штампованного холоднокатаного стального листа;
Фиг.7 - схематический вид конструкции гнезда подшипника из чугуна, алюминиевого сплава или углеродистой стали;
Фиг.8 - схематический вид конструкции гнезда подшипника из конструкционной пластмассы;
Фиг.9 - схематический вид конструкции уплотнительного кольца с закрепленным на нем выпуклым кольцом и очистителем;
Фиг.10 - вид сверху конструкции уплотнительного кольца с закрепленным на нем выпуклым кольцом и очистителем;
Фиг.11 - схематический вид конструкции крышки уплотнения;
Фиг.12 - вид, показывающий монтаж конструкции поддерживающего ролика; и
Фиг.13 - вид, показывающий монтаж конструкции поддерживающего ролика с конусной крышкой уплотнения.
Осуществление изобретения
Ниже настоящее изобретение будет проиллюстрировано при совместном использовании чертежей и вариантов его осуществления.
На Фиг.5 показана труба поддерживающего ролика (стальная труба или пластмассовая труба), причем только торцевая поверхность и внутренняя кромка на обоих концах трубы поддерживающего ролика нуждаются в механической обработке; на Фиг.6 показано гнездо подшипника из штампованного холоднокатаного стального листа; на Фиг.7 показано гнездо подшипника из чугуна, алюминиевого сплава или углеродистой стали и на Фиг.8 показано гнездо подшипника из конструкционной пластмассы. В гнездах подшипников, изготовленных из различных материалов, предусмотрен фланец 12, который располагается на торцевой поверхности трубы поддерживающего ролика. На Фиг.9 и Фиг.10 показаны виды конструкции уплотнительного кольца с закрепленным на нем выпуклым кольцом 4 и очистителем 9; на Фиг.11 показан вид конструкции крышки уплотнения; на Фиг.12 приведен вид, показывающий монтаж конструкции поддерживающего ролика, и на Фиг.13 приведен вид, показывающий монтаж конструкции поддерживающего ролика с конусной крышкой уплотнения. На Фиг.12 и Фиг.13 позицией номер 1 обозначена труба поддерживающего ролика, а 2 обозначает гнездо подшипника. После того как гнездо 2 подшипника покрыто уплотняющим материалом, оно запрессовывается на место с помощью прессовой посадки на каждом конце трубы 1 поддерживающего ролика с фланцем 12, примыкающим к торцевой поверхности трубы 1 поддерживающего ролика. Затем, после выполнения последовательного монтажа вала 7 поддерживающего ролика, подшипника 6 и удерживающего кольца 8 в гнездо 2 подшипника, уплотнительное кольцо 5 с выпуклым кольцом 4 и выпуклым очистителем 9 покрывается уплотняющим материалом и также монтируется в соответствующем отверстии гнезда 2 подшипника с помощью прессовой посадки. А затем крышку 3 уплотнения монтируют на вал 7 поддерживающего ролика с помощью прессовой посадки и окончательно фиксируют удерживающим кольцом 8.
Как сваренная высокочастотной сваркой стальная труба, предназначенная для поддерживающего ролика, так и литая под давлением пластмассовая труба поддерживающего ролика характеризуются высокой прямолинейностью и высокой однородностью толщины периферической стенки, поэтому после запрессовки гнезда подшипника в стальную трубу поддерживающего ролика или в пластмассовую трубу поддерживающего ролика с большим натягом, не создается никаких причин, вызывающих деформацию, приводящую к несоосности, за исключением того, что значительная часть нецилиндричности трубы устраняется принудительно и диаметр гнезда подшипника уменьшается под давлением; но уменьшение под давлением диаметра гнезда подшипника так мало, что не влияет на величину камеры, в которую помещается подшипник. Тем самым могут быть надежно обеспечены и концентричность гнезд подшипников на обоих концах трубы поддерживающего ролика, и гибкость подшипников. Кроме того, длина контакта между гнездом подшипника и трубой поддерживающего ролика составляет примерно 20 мм - величина g, показанная на Фиг.12 и Фиг.13. Следовательно, грузоподъемность поддерживающего ролика может быть обеспечена, если гнезда подшипников запрессованы на место.
Как видно из Фиг.12 и Фиг.13, после того, как установлено уплотнительное кольцо 5 с выпуклым кольцом 4, образуется большое пространство 10 между гнездом 2 подшипника и М-образным уплотнительным кольцом 5; это пространство служит пылесборником, способным принять большое количество загрязнений. В случае попадания загрязняющих веществ в уплотнительное кольцо пылесборник может служить приемником загрязняющих веществ, таким образом, время до предельного загрязнения подшипников удлиняется.
Очиститель 9 в форме колонны, отходящей от уплотнительного кольца, объединен в одну деталь с уплотнительным кольцом 5. Когда очиститель 9 в форме колонны вращается, он может вычищать различные полутекучие загрязняющие вещества, такие как угольный шлам и подобные ему, в произвольный момент попадающие на торцевую поверхность поддерживающего ролика, предотвращая тем самым накопление загрязняющих веществ на торцевой поверхности поддерживающего ролика и возникновение на ней разницы высот, которая в противном случае привела бы к появлению давления и проникновению загрязняющих веществ в уплотнительное кольцо и к загрязнению подшипника.
На Фиг.12 и Фиг.13 выпуклое кольцо 4 крепится вместе с уплотнительным кольцом 5, которые могут быть выполнены в виде двух элементов, закрепленных и связанных вместе, или в виде одной интегрированной детали. Уплотнительный обод 3-1 крышки уплотнения смонтирован между выпуклым кольцом и очистителем. Чем меньше толщина b выпуклого кольца, тем сильнее будет эффект. В случае металлического материала толщина может быть менее 0,5 мм; в случае пластмассовой детали толщина может быть менее 3 мм, предпочтительно около 1 мм. Высота f выпуклого кольца больше 2 мм, предпочтительно 4-8 мм, и - если условия позволяют - чем больше эта высота, тем сильнее будет эффект. Если высота f выпуклого кольца составляет менее 3 мм, то при вращении выпуклого кольца может возникать определенная сила молекулярного притяжения, что приводит к снижению уплотняющего эффекта; когда высота составляет менее 2 мм, уплотняющий эффект будет еще более снижен; а когда высота составляет менее 1 мм, возникающая сила молекулярного притяжения будет непрерывно затягивать загрязняющие вещества в конструкцию лабиринтного уплотнения. Чем меньше зазор между выпуклым кольцом и крышкой уплотнения, тем сильнее будет эффект, причем минимальная величина зазора составляет 0,2 мм, максимальная величина составляет 2 мм, а предпочтительная величина зазора составляет 0,2-0,5 мм. После установки крышки 3 уплотнения длина уплотнительного обода 3-1 должна закрывать или перекрывать низ выпуклого кольца 4 с запасом 0,3 мм или более (размер a на Фиг.12 и Фиг.13). Если уплотнительный обод крышки уплотнения не может закрыть низ выпуклого кольца, последующие загрязняющие вещества будут непрерывно подталкивать предшествующие, так что загрязняющие вещества будут непрерывно проникать в лабиринтное уплотнение. Кроме того, размер а выступа за выпуклое кольцо не будет изменять проектный зазор и не будет влиять на уплотняющий эффект. Таким образом, это очень удобно для монтажа, и надежность уплотнения может быть обеспечена. Минимальное расстояние между верхом выпуклого кольца 4 и дном крышки уплотнения (размер d на Фиг.12 и Фиг.13) составляет 2 мм, предпочтительно 5-10 мм, и - если условия позволяют - чем больше это расстояние, тем сильнее будет эффект. Если расстояние между верхом выпуклого кольца и дном крышки уплотнения составляет менее 2 мм, то при вращении выпуклого кольца в зазоре будет возникать определенная сила молекулярного притяжения, что приведет к снижению уплотняющего эффекта. Если расстояние между верхом выпуклого кольца и дном крышки уплотнения составляет менее 1 мм, вода и пыль будут непрерывно «без колебаний» проникать в лабиринтное уплотнение, независимо от того, введена ли в зазор консистентная смазка, и от того, сколько консистентной смазки введено.
После закрытия выпуклого кольца 4 уплотнительным ободом крышки 3 уплотнения, зона относительного движения между периферией выпуклого кольца и внутренней стенкой уплотнительного обода 3-1 крышки 3 уплотнения при вращении выпуклого кольца 4 вместе с уплотнительным кольцом 5 оказывается очень мала, таким образом, и возникающая сила молекулярного притяжения будет очень мала. Кроме того, из-за того что расстояние d между выпуклым кольцом 4 и дном крышки уплотнения велико, а высота f выпуклого кольца 4, иначе говоря, расстояние f между корневой частью (т.е. внутренней стороной) выпуклого кольца 4 и внутренней стенкой уплотнительного обода 3-1 также велико, сила молекулярного притяжения будет прерываться. После того как загрязняющие вещества проникнут сквозь контакт поверхностей выпуклого кольца 4 и внутренней стенки уплотнительного обода 3-1 крышки 3 уплотнения, они будут задержаны, так как сила молекулярного притяжения прерывается.
Расстояние е (плечо момента) от подшипника до стальной трубы, поддерживаемой гнездом подшипника, мало, таким образом, увеличивается грузоподъемность гнезда подшипника.
На Фиг.13 приведен вид, показывающий монтаж конструкции поддерживающего ролика с конусной крышкой уплотнения. На Фиг.13 верхняя часть крышки 3 уплотнения имеет конусность 14, как показано позицией номер 14 на Фиг.13. Таким образом, если поддерживающий ролик установлен горизонтально, то вода, проникнув в поддерживающий ролик и попав на конус, будет вытекать обратно и не проникнет дальше.
В патенте FR 2175477A раскрыто уплотнение с выпуклым круговым элементом. Основная задача этого технического решения состоит в том, чтобы предотвратить проникновение загрязняющих веществ в конструкцию уплотнения, когда поддерживающий ролик находится в статическом положении. Однако этот выпуклый круговой элемент имеет большую толщину и малую высоту, поверхности контакта между выпуклым круговым элементом и крышкой уплотнения велики, расстояние между выпуклым круговым элементом и дном крышки уплотнения мало, к тому же и крышка уплотнения не закрывает наружную сторону выпуклого кругового элемента. При вращении выпуклого кругового элемента может возникать сила молекулярного притяжения между выпуклым круговым элементом и внутренней стенкой крышки уплотнения, а также между выпуклым круговым элементом и боковиной крышки уплотнения, так что вода или пыль притягиваются, проникают в конструкцию лабиринтного уплотнения и затем загрязняют подшипник. Конструкция и принцип работы этого устройства существенно отличаются от конструкции и принципа устройства согласно настоящему изобретению.
Уплотнение, зависящее от направления (выпуклое кольцо), также раскрыто, например, в патенте США US 4972939A, в котором упругое зависящее от направления уплотнение (выпуклое кольцо) предусмотрено внутри лабиринтного уплотнения, и это лабиринтное уплотнение вновь переходит в конструкцию уплотнения контактного типа с небольшим трением. Однако при такой конструкции не только возрастает сопротивление вращения поддерживающего ролика, но также очень мал эффект. Причина этого заключается в том, что, если загрязняющие вещества, проникшие в уплотнение, не могут быть удалены, уплотнение вскоре заполнится и заест, в результате поддерживающий ролик не сможет вращаться. Таким образом, в этой конструкции имеется большой недостаток.
Как хорошо известно, чем больше зазор лабиринтного уплотнения, тем слабее уплотняющий эффект. Поэтому чтобы получить высокий уплотняющий эффект, специалисты обычно выбирают как можно более узкий зазор лабиринтного уплотнения и как можно большую (увеличенную) длину лабиринта. И широко распространено мнение, что чем меньше зазор и чем длиннее (больше) лабиринт, тем сильнее уплотняющий эффект. Это, однако, большое заблуждение в отношении принципа лабиринтного уплотнения. В результате многих испытаний заявитель доказал, что чем меньше зазор лабиринтного уплотнения и чем длиннее лабиринт, тем больше сила молекулярного притяжения, возникающая в процессе вращения, и тем больше скорость проникновения загрязнений. Если загрязняющие вещества проходят сквозь первую ступень лабиринта и сила молекулярного притяжения не прерывается, загрязняющие вещества будут проникать очень быстро, независимо от того, как длинно лабиринтное уплотнение. Следовательно, для лабиринтных уплотнений, созданных посредством изменения положения крайнего наружного элемента, размера, длины, конструкции или формы зазора уплотнения, скорости, с которыми загрязняющие вещества входят или проникают в поддерживающий ролик, а также время, проходящее до полного загрязнения подшипников, хороши, но не идеальны. Кроме того, во многих способах увеличения времени до полного загрязнения подшипников используют большое количество консистентной смазки, вводимой в конструкцию с малым зазором уплотнения и длинным лабиринтом, ухудшая тем самым параметр сопротивления вращения поддерживающего ролика, которое значительно возрастает. Другими словами, в общем, уплотняющий эффект лабиринтных уплотнений с малым зазором не намного лучше, чем у лабиринтных уплотнений с большим зазором. Поэтому в настоящем изобретении заявитель, с одной стороны, использует принцип лабиринтного уплотнения при формировании малого зазора между наружной периферией выпуклого кольца 4 и поверхностью внутренней стенки уплотнительного обода 3-1 крышки уплотнения в качестве крайнего наружного (первой ступени) барьера и, с другой стороны, использует конструкцию лабиринтного уплотнения, в которой поверхность контакта между внутренней стенкой уплотнительного обода 3-1 крышки уплотнения и наружной периферией выпуклого кольца 4 мала (толщина b, как показано на Фиг.12 и Фиг.13, мала), расстояние между уплотнительным ободом 3-1 крышки уплотнения и корневой части выпуклого кольца велико (высота f велика) и полость, с которой непосредственно соседствует верх выпуклого кольца, велика (обозначена позицией номер 13 на Фиг.12 и Фиг.13, причем величина упомянутой большой полости зависит от двух размеров, именно, от расстояния d между верхом выпуклого кольца 4 и дном крышки уплотнения и от высоты f выпуклого кольца, и, в общем, каждая из величин - расстояние d и высота f - больше 2 мм; предпочтительно, расстояние d составляет 5-10 мм, а высота f составляет 4-8 мм, кроме того, чем больше расстояние d и высота f, тем сильнее будет эффект). В таком случае сила молекулярного притяжения, возникающая в процессе вращения выпуклого кольца 4, будет минимальна, причем чем меньше толщина b на Фиг.12 и Фиг.13 и чем больше высота f и расстояние d, тем меньше будет сила молекулярного притяжения, возникающая в процессе вращения выпуклого кольца, и, следовательно, тем сильнее будет уплотняющий эффект. Благодаря этому поток загрязняющих веществ естественным образом прерывается до того, как они достигают большой полости, и может быть достигнут идеальный уплотняющий эффект, при котором подшипники поддерживающего ролика не будут загрязняться, поскольку загрязняющие вещества проникают очень медленно и их проникновение задерживается, после того как прерывается сила молекулярного притяжения. В заключение, следует заметить, что лабиринтное уплотнение должно допускать прерывание силы молекулярного притяжения по месту положения крайнего наружного уплотнения (то есть, по наружной периферической поверхности выпуклого кольца 4), тем самым обеспечивая задержку загрязняющих веществ. В противном случае, когда загрязняющие вещества вошли сквозь крайнее наружное уплотнение, их уже невозможно удалить. На этой стадии уже не имеет смысла использовать барьеры или другие устройства. Кроме того, при таких условиях либо уплотнение будет забито загрязняющими веществами и заест, либо от загрязняющих веществ заест подшипники, даже если в зазор уплотнения будет в большем или меньшем количестве введена консистентная смазка. Это общий недостаток традиционных лабиринтных уплотнений. И первое принципиальное открытие со времени начала применения лабиринтных уплотнений заключается именно в том, что способ прерывания силы молекулярного притяжения осуществляется посредством создания блокирующего крайнего наружного малого зазора, прилегающего к большой полости, чтобы можно было задержать проникновение загрязняющих веществ на наружном крае лабиринтного уплотнения. Эта конструкция лабиринтного уплотнения, описанная выше, не ограничена применением в конструкции поддерживающего ролика согласно настоящему изобретению, но также может быть применена для других вращающихся устройств аналогичных конструкций. В случае вращающегося устройства с большим диаметром все величины - a, b, d и f - в конструкции уплотнения должны быть увеличены.
Как показано на Фиг.12 и Фиг.13, консистентной смазкой, как хорошо известно, покрывают поверхность прилегающей к выпуклому кольцу 4 внутренней стенки уплотнительного обода крышки 3 уплотнения, чтобы заполнить зазор между этими поверхностями контакта выпуклого кольца и уплотнительного обода крышки уплотнения. Причина этого в том, что консистентная смазка сама, благодаря своей вязкости, может образовывать «барьерную стенку» 11, чтобы блокировать проникновение загрязняющих веществ в конструкцию уплотнения. Заявитель посредством испытаний обнаружил, что количество консистентной смазки, вводимой в уплотнение, оказывает большое влияние на сопротивление вращения поддерживающего ролика. Против таких загрязняющих веществ, как просачивающаяся вода и пыль, эта конструкция уплотнения может создавать очень сильный блокирующий эффект при нанесении малого количества консистентной смазки на поверхности контакта между выпуклым кольцом 4 и уплотнительным ободом 3-1 крышки 3 уплотнения. Так как верх выпуклого кольца 4 располагается близко от большой полости 13, только та консистентная смазка, которая ближе к выпуклому кольцу 4, движется при вращении выпуклого кольца вместе с ним, в то время как находящаяся дальше консистентная смазка остается в статическом положении. Таким образом, основная часть формы «барьерной стенки» 11 может оставаться неизменной, что может обеспечить сильный барьерный эффект против просачивающейся воды и пыли, которые затягиваются сниженной силой молекулярного притяжения, и обеспечить ослабление процесса загрязнения. Кроме того, когда просачивающаяся вода или пыль проходит сквозь поверхности контакта между выпуклым кольцом 4 и уплотнительным ободом 3-1 крышки 3 уплотнения, дальнейшее проникновение этих загрязняющих веществ будет задержано, и они окажутся в статическом положении благодаря прерыванию силы молекулярного притяжения и блокирующему действию «барьерной стенки» 11. Следовательно, другая важная характеристика «барьерной стенки» 11 в большой полости 13 заключается в том, что, из-за малой площади контакта «барьерной стенки» 11 с выпуклым кольцом 4, в процессе вращения выпуклого кольца создается очень малое адгезионное сопротивление, которое очень мало влияет на сопротивление вращения поддерживающего ролика. Как показали испытания поддерживающего ролика, изготовленного с использованием упомянутой конструкции лабиринтного уплотнения и вышеуказанных гнезд подшипников с высокой концентричностью на обоих концах трубы поддерживающего ролика, сопротивление вращения равно 0,65H-1,35H (в действующих китайских и международных стандартах на поддерживающие ролики базовый диапазон величины сопротивления вращения составляет 2,5H-3,5H), и подшипники могут все время оставаться в хорошо смазанном состоянии. Срок службы подшипников в поддерживающем ролике может достигать в среднем примерно 150 000 часов (сроки службы будут различными при различных нагрузках). Далее, если износостойкость, коррозионная стойкость и стойкость против окисления трубы поддерживающего ролика могут быть гарантированы в условиях различных загрязняющих сред, понятие «изнашиваемая деталь», используемое для традиционных поддерживающих роликов, может, таким образом, быть отброшено в случае применения настоящего изобретения. Кроме того, износ резиновой ленты, потребление энергии, затраты на техобслуживание, шумы от загрязнений, износ роликов и риски различных несчастных случаев, связанных с ленточным транспортером, могут быть значительно снижены, что дает значительное увеличение общеэкономической и социальной выгоды.
Если поддерживающий ролик должен работать в воде, большая полость 13 между выпуклым кольцом 4 и дном крышки 3 уплотнения может заполняться консистентной смазкой. Так как основная часть консистентной смазки находится далеко от выпуклого кольца 4, эта консистентная смазка может при вращении выпуклого кольца оставаться в статическом положении, что позволяет хорошо блокировать воду. В результате при малом давлении скорость, с которой вода проникает в уплотнение, мала и почти равна нулю. Испытания показали, что когда большая полость заполнена консистентной смазкой, сопротивление вращения поддерживающего ролика не превышает 1,5H.
Хотя только один конец поддерживающего ролика показан и описан со ссылкой на чертежи, представляющие монтажную конструкцию поддерживающего ролика, иллюстрации и описание другого конца поддерживающего ролика идентичны вышеописанному.