Ролик (или ролик ) — это неприводное колесо , которое предназначено для прикрепления к нижней части более крупного объекта («транспортного средства»), чтобы обеспечить возможность перемещения этого объекта.
Ролики используются во многих сферах, включая тележки для покупок , офисные стулья , игрушечные тележки , больничные койки и погрузочно-разгрузочное оборудование. Ролики большой грузоподъемности используются во многих отраслях промышленности, например, в платформенных грузовиках, тележках, агрегатах и буксирных тросах на заводах.
Ролики могут быть зафиксированы для движения по прямой линии или установлены на шарнире или цапфе так, чтобы колесо автоматически выравнивалось по направлению движения.
Базовый жесткий ролик состоит из колеса, прикрепленного к неподвижной вилке. Ориентация вилки, зафиксированной относительно транспортного средства, определяется при установке ролика на транспортное средство. [1] Примером могут служить колеса, найденные в задней части тележки для покупок в Северной Америке. Жесткие ролики имеют тенденцию ограничивать движение автомобиля, поэтому автомобиль движется по прямой.
Как и более простой жесткий ролик, поворотный ролик включает в себя колесо, прикрепленное к вилке, но дополнительное шарнирное соединение над вилкой позволяет вилке свободно вращаться примерно на 360 °, что позволяет колесу катиться в любом направлении. Это дает возможность легко перемещать транспортное средство в любом направлении, не меняя его ориентации. Поворотные ролики иногда прикрепляются к ручкам, чтобы оператор мог вручную установить их ориентацию. Усовершенствованный поворотный ролик был изобретен в 1920 году Зайбертом Чеснаттом (патент США № 1341630), который легко изготавливался методом штамповки и имел шарикоподшипники для увеличения срока службы. Основные поворотные ролики использовались в знаменитом «офисном кресле» Чарльза Дарвина еще в 1840-х годах.
Кроме того, поворотный ролик обычно должен иметь небольшое расстояние смещения между центральной осью вертикального вала и центральной осью роликового колеса. Когда ролик перемещается, а колесо смотрит не в правильном направлении, смещение приведет к вращению узла колеса вокруг оси вертикального вала, следуя за направлением движения. Если смещения нет, колесо не будет вращаться, если оно не направлено в правильном направлении, либо препятствуя движению, либо волочась по земле.
При движении по прямой линии поворотный ролик будет стремиться автоматически выравниваться и вращаться параллельно направлению движения. Это можно увидеть на тележке для покупок , когда передние ролики выравниваются параллельно задним при движении по проходу. Следствием этого является то, что транспортное средство естественным образом стремится двигаться в прямом направлении. Точное рулевое управление не требуется, поскольку ролики стремятся сохранять прямолинейное движение. Это также справедливо во время поворотов автомобиля. Ролик вращается перпендикулярно радиусу поворота и обеспечивает плавный поворот. Это можно увидеть на тележке для покупок: передние колеса вращаются с разной скоростью и с разным радиусом поворота в зависимости от того, насколько крутой поворот сделан.
Угол и расстояние между осями колес и поворотным шарниром можно регулировать в зависимости от типа ролика. [2]
Промышленные ролики — это тяжелые ролики, предназначенные для перевозки тяжелых грузов, в некоторых случаях до тридцати тысяч фунтов. Промышленные ролики могут иметь конструкцию поворотного или жесткого ролика. Промышленные ролики обычно имеют плоскую верхнюю пластину с четырьмя отверстиями для болтов, обеспечивающими прочное соединение между верхней пластиной и грузом. Они используются в различных приложениях, включая тележки, сборочные поворотные платформы, сверхмощные стеллажи для хранения, бункеры, буксирные тросы, оборудование для технического обслуживания и механизмы погрузочно-разгрузочных работ.
На ранних стадиях производства корпуса промышленных роликов обычно изготавливались из трех отдельных штампованных металлических частей, которые приваривались к верхней пластине. Сегодня многие корпуса промышленных роликов изготавливаются путем лазерной резки корпуса из цельной металлической заготовки, а затем с помощью листогибочного тормоза придают ножкам необходимую форму под углом девяносто градусов, создавая таким образом механически более прочное устройство.
На производительность промышленных литейных машин влияют различные факторы. Например, колеса большего диаметра и ширины обеспечивают более высокую грузоподъемность за счет распределения веса нагрузки по большей площади поверхности колеса. Кроме того, более твердые материалы колес (например, чугун, высокопрофильный полиуретан) менее чувствительны к грязи и мусору на полу и не оставляют на них следов.
Обычные недорогие ролики могут иметь тормоз , который предотвращает вращение колеса. Обычно это достигается с помощью рычага, который прижимает тормозной кулачок к колесу. Однако поворотный ролик по-прежнему может слегка перемещаться по небольшому кругу, вращаясь на расстоянии смещения между вертикальным валом и центром заблокированного колеса.
Более сложный тип поворотного ролика, иногда называемый роликом с полной блокировкой, имеет дополнительную блокировку вращения на вертикальном валу, поэтому не может происходить ни поворот вала, ни вращение колеса, что обеспечивает очень жесткую опору. Эти два замка можно использовать вместе или по отдельности. Если вертикальный вал заблокирован, но колесо все еще может вращаться, ролик становится направленным роликом, но его можно заблокировать для вращения в одном направлении вдоль любой горизонтальной оси.
В некоторых случаях полезно иметь возможность затормозить или заблокировать все ролики одновременно, без необходимости ходить вокруг и задействовать механизм на каждом из них по отдельности. Этого можно добиться с помощью механизма центрального замка, соединенного с жестким кольцом, охватывающим каждый поворотный ролик, немного выше колеса, которое опускается и давит на колесо, предотвращая вращение как колеса, так и поворотного механизма. Альтернативным методом является ролик с центральным замком, который имеет вращающийся кулачок в центре каждого вертикального вала ролика, ведущий к тормозному механизму в нижней части каждого ролика.
Роликовый ролик без шкворня имеет внутреннюю дорожку качения, внешнюю дорожку качения, прикрепленную к транспортному средству, и шарикоподшипники между дорожками качения. Этот механизм не имеет шкворня , отсюда и название «бесшкворневый». Отсутствие шкворня устраняет большинство причин выхода из строя поворотного ролика [ нужна ссылка ] и уменьшает или устраняет тряску после использования [ уточняйте ] . Они предлагают производительность и долговечность, сравнимые с агрегатами, имеющими герметичные прецизионные шариковые или конические подшипники [ нужна ссылка ] , и являются практической альтернативой традиционным поворотным роликам в ситуациях с высокими ударами [ почему? ] .
Одним из основных недостатков роликов является флаттер. Типичным примером трепетания ролика является тележка для покупок в супермаркете, когда один ролик быстро раскачивается из стороны в сторону. Это колебание, также известное как шимми , возникает естественным образом на определенных скоростях и похоже на колебание скорости , возникающее в других колесных транспортных средствах. Скорость, с которой возникает флаттер кастера, зависит от веса ролика и расстояния между осью колеса и осью поворота. Это расстояние известно как расстояние следования , и увеличение этого расстояния может устранить флаттер на умеренных скоростях. Обычно флаттер возникает на высоких скоростях.
Флаттер опасен тем, что он может привести к внезапному движению автомобиля в нежелательном направлении. Флаттер возникает, когда заклинатель не полностью контактирует с землей и, следовательно, его ориентация неконтролируема. Когда заклинатель восстанавливает полный контакт с землей, он может находиться в любой ориентации. Это может привести к внезапному движению автомобиля в направлении, указанном роликом. На более медленных скоростях способность заклинателя поворачиваться может скорректировать направление и продолжить движение в желаемом направлении. Но на высоких скоростях это может быть опасно, поскольку колесо может не поворачиваться достаточно быстро, и автомобиль может крениться в любом направлении.
Конструкторы электрических и гоночных инвалидных колясок очень обеспокоены флаттером, поскольку кресло должно быть безопасным для гонщиков. Увеличение дистанции следования может повысить устойчивость на более высоких скоростях в гонках на колясках, но может вызвать флаттер на более низких скоростях при повседневном использовании. К сожалению, чем больше след у заклинателя, тем больше места ему требуется для поворота. Поэтому, чтобы разместить это дополнительное пространство для поворота, может потребоваться удлинение рамы или выдвижение подножек. Это делает стул более громоздким.
Флаттером кастера можно управлять, добавляя демпферы или увеличивая трение шарнирных соединений. [3] Этого можно добиться, добавив шайбы к шарнирному соединению. Трение увеличивается по мере увеличения веса передней части стула. Каждый раз, когда ролик начинает колебаться, он замедляет кресло и переносит вес на передние колеса. В Интернете есть несколько комплектов для предотвращения трения, позволяющих переоборудовать ролики для инвалидных колясок таким образом. Другие методы уменьшения флаттера колесика включают увеличение шага вертлюга, использование более тяжелой смазки, уменьшение массы колеса или увеличение трения о землю за счет замены материалов. [4]
Ролики также полностью останавливаются с помощью колпачков.
Эргономичные ролики разработаны с учетом условий эксплуатации и выполняемой задачи, чтобы свести к минимуму любое травмирующее воздействие на оператора. Длительные повторяющиеся действия, связанные с сопротивлением роликам, могут способствовать травмам от перенапряжения. Неправильные технические характеристики также могут способствовать сокращению срока службы роликов.
Многие параметры играют роль в том, насколько хорошо работает заклинатель. Такие параметры, как твердость шин, ширина и форма протектора, длина продольного смещения («кастер») и диаметр колеса, влияют на усилие, необходимое для начала движения платформы. Более твердые колеса облегчат катку ролика за счет снижения сопротивления деформации. Менее накачанная шина обеспечивает большую устойчивость к деформации, поэтому для перемещения прикрепленной платформы требуется больше усилий. На усилие поворота влияет величина кастера и диаметр колеса. [5]
Усовершенствования традиционной конструкции роликов включают в себя защиту пальцев ног, дворники, усиленные ножки, рулевые трубы, поворотные замки и тормоза, все это реализовано с целью снизить травматизм оператора на рабочем месте. [6]
Диаметр роликового колеса влияет на то, насколько легко ролик перемещается по твердым, шероховатым или неровным поверхностям. Колесики большого диаметра способны перекрыть такие зазоры между полом и кабиной лифта. Однако чем больше диаметр роликового колеса, тем выше должен быть опорный рычаг ролика. Либо основание низко висящего объекта должно быть поднято выше над колесами, либо ролики должны свисать в стороны, охватывая низко висящий поддерживаемый объект. Вращаясь вокруг вертикального вала, поворотные ролики подметают пространство. Колеса большего размера требуют больше этого места.
Грузоподъемность можно увеличить за счет использования более широких колес с большей площадью контакта с землей. Однако при вращении широкого поворотного ролика на месте центральная часть пятна контакта колеса с землей вращается медленнее, чем области, расположенные дальше по бокам. Эта разница в скорости вращения основания пятна контакта колес приводит к тому, что широкие колеса сопротивляются вращению вокруг шарнира, и это сопротивление увеличивается по мере увеличения весовой нагрузки.
Альтернативный способ увеличить грузоподъемность при одновременном ограничении сопротивления поворотному вращению — использовать несколько узких колес, расположенных в тандеме на одной оси колеса. Каждое колесо имеет сравнительно более узкое пятно контакта с землей, чем одно широкое колесо, поэтому сопротивление повороту на месте на вертлюге меньше.
Существует четыре основные классификации колес: