Колесо (или ролик ) — это неприводное колесо , которое крепится к нижней части более крупного объекта («транспортного средства») для обеспечения перемещения этого объекта .
Колеса используются во многих областях, включая тележки для покупок , офисные стулья , игрушечные вагончики , больничные кровати и оборудование для обработки материалов . Высокопроизводительные, тяжелые колеса используются во многих промышленных областях, таких как платформенные тележки, тележки, сборки и буксирные тросы на заводах.
Ролики могут быть закреплены для движения по прямой линии или установлены на шарнире или штифте таким образом, чтобы колесо автоматически выравнивалось в направлении движения.
Базовый, жесткий ролик состоит из колеса, установленного на неподвижной вилке. Ориентация вилки, которая зафиксирована относительно транспортного средства, определяется, когда ролик устанавливается на транспортное средство. [1] Примером этого являются колеса, находящиеся сзади тележки для покупок в Северной Америке. Жесткие ролики, как правило, ограничивают движение транспортного средства, так что оно движется по прямой линии.
Как и более простой жесткий ролик, поворотный ролик включает в себя колесо, установленное на вилке, но дополнительное поворотное соединение над вилкой позволяет вилке свободно вращаться примерно на 360°, таким образом позволяя колесу катиться в любом направлении. Это позволяет легко перемещать транспортное средство в любом направлении, не меняя его ориентации. Поворотные ролики иногда крепятся к ручкам, так что оператор может вручную устанавливать их ориентацию. Улучшенный поворотный ролик был изобретен в 1920 году Зайбертом Чеснаттом, патент США 1341630, который легко изготавливался штамповкой и включал шарикоподшипники для более длительного срока службы. Базовые поворотные ролики были представлены в знаменитом «офисном кресле» Чарльза Дарвина еще в 1840-х годах.
Кроме того, поворотный ролик обычно должен включать небольшое расстояние смещения между центральной осью вертикального вала и центральной осью колеса ролика. Когда ролик перемещается, а колесо не обращено в правильном направлении, смещение приведет к тому, что узел колеса будет вращаться вокруг оси вертикального вала, следуя за направлением движения. Если смещения нет, колесо не будет вращаться, если оно не обращено 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 роликам 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 поддерживать прямолинейное движение. Это также верно во время поворотов транспортного средства. Ролик вращается перпендикулярно радиусу поворота и обеспечивает плавный поворот. Это можно увидеть на тележке для покупок, когда передние колеса вращаются с разной скоростью, с разным радиусом поворота в зависимости от того, насколько крутой поворот сделан.
Угол и расстояние между осями колес и поворотным соединением можно регулировать для различных типов производительности роликов. [2]
Промышленные ролики — это большегрузные ролики, которые предназначены для перевозки тяжелых грузов, в некоторых случаях до тридцати тысяч фунтов. Промышленный ролик может иметь либо поворотную, либо жесткую конструкцию. Промышленные ролики обычно имеют плоскую верхнюю пластину с четырьмя отверстиями для болтов, обеспечивающими прочное соединение верхней пластины с грузом. Они используются в различных приложениях, включая тележки для тележек, сборочные поворотные круги, стеллажи для хранения тяжелых грузов, удерживающие бункеры, буксирные тросы, оборудование для технического обслуживания и механизмы обработки материалов.
На ранних этапах производства корпуса промышленных литейных машин обычно изготавливались из трех отдельных штампованных металлических частей, которые приваривались к верхней пластине. Сегодня многие корпуса промышленных литейных машин изготавливаются путем лазерной резки корпуса из цельной металлической заготовки, а затем с помощью листогибочного пресса для придания ножкам необходимого угла в девяносто градусов, что позволяет получить механически более прочное устройство.
Различные факторы влияют на производительность промышленных роликов. Например, больший диаметр и ширина колеса обеспечивают большую грузоподъемность за счет распределения веса груза по большей площади поверхности колеса. Кроме того, более твердые материалы колеса (например, чугун, высокопрофильный полиуретан) менее чувствительны к грязи и мусору на полу и не оставляют их.
Обычные недорогие ролики могут включать в себя функцию тормоза , которая предотвращает вращение колеса. Обычно это достигается с помощью рычага, который прижимает тормозной кулачок к колесу. Однако поворотный ролик все еще может немного двигаться, вращаясь по небольшому кругу вокруг смещения расстояния между вертикальным валом и центром заблокированного колеса.
Более сложный тип поворотного ролика, иногда называемый роликом с полной блокировкой, имеет дополнительный вращательный замок на вертикальном валу, так что ни поворот вала, ни вращение колеса не могут происходить, таким образом, обеспечивая очень жесткую опору. Можно использовать эти два замка вместе или по отдельности. Если вертикальный вал заблокирован, но колесо все еще может вращаться, ролик становится направленным роликом, но таким, который может быть заблокирован 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, чтобы индивидуально задействовать механизм на каждом из них. Это может быть достигнуто с помощью центрального механизма блокировки, зацепляемого жестким кольцом, окружающим каждый поворотный ролик, немного выше колеса, которое опускается и нажимает на колесо, предотвращая вращение как колеса, так и поворотного ролика. Альтернативным методом является центральный замок, который имеет вращающийся кулачок в центре каждого вертикального вала ролика, ведущий вниз к тормозному механизму в нижней части каждого ролика.
Ролики без шкворня имеют внутреннюю дорожку качения, внешнюю дорожку качения, которая прикреплена к транспортному средству, и шариковые подшипники между дорожками качения. Этот механизм не имеет шкворня , отсюда и название «без шкворня». Отсутствие шкворня устраняет большинство причин выхода из строя поворотных роликов [ нужна ссылка ] и уменьшает или устраняет тряску после использования [ уточнить ] . Они предлагают грузоподъемность и долговечность, сопоставимые с узлами, имеющими герметичные прецизионные шариковые или конические подшипники [ нужна ссылка ] и являются практичной альтернативой традиционным поворотным роликам в ситуациях с высокими ударами [ почему? ] .
Одним из основных недостатков роликов является колебание. Типичным примером колебания роликов является тележка для покупок в супермаркете, когда один ролик быстро качается из стороны в сторону. Это колебание, также известное как шимми , происходит естественным образом на определенных скоростях и похоже на колебание скорости , которое происходит в других колесных транспортных средствах. Скорость, на которой происходит колебание роликов, основана на весе, приходящемся на ролик, и расстоянии между осью колеса и осью рулевого управления. Это расстояние известно как расстояние отставания , и увеличение этого расстояния может устранить колебание на умеренных скоростях. Как правило, колебание происходит на высоких скоростях.
Что делает флаттер опасным, так это то, что он может заставить транспортное средство внезапно начать движение в нежелательном направлении. Флаттер возникает, когда кастер не находится в полном контакте с землей, и поэтому его ориентация неуправляема. Когда кастер восстанавливает полный контакт с землей, он может находиться в любой ориентации. Это может привести к внезапному движению транспортного средства в направлении, на которое указывает кастер. На более низких скоростях способность кастера поворачиваться может скорректировать направление и продолжить движение в желаемом направлении. Но на высоких скоростях это может быть опасно, так как колесо может не иметь возможности поворачиваться достаточно быстро, и транспортное средство может накрениться в любом направлении.
Разработчики электрических и гоночных инвалидных колясок очень обеспокоены вибрацией, поскольку кресло должно быть безопасным для ездоков. Увеличение расстояния трейлинга может повысить устойчивость на более высоких скоростях для гонок на инвалидных колясках, но может создать вибрацию на более низких скоростях при повседневном использовании. К сожалению, чем больше трейл у ролика, тем больше места ему требуется для поворота. Поэтому, чтобы разместить это дополнительное пространство для поворота, может потребоваться удлинение рамы или расширение подножек. Это, как правило, делает кресло более громоздким.
Колебание роликов можно контролировать, добавляя демпферы или увеличивая трение поворотных соединений. [3] Этого можно добиться, добавляя шайбы к поворотному соединению. Трение увеличивается по мере увеличения веса на передней части кресла. Всякий раз, когда ролик начинает колебаться, он замедляет кресло и переносит вес на передние колеса. Существует несколько онлайн-комплектов для предотвращения колебания для модернизации роликов инвалидных колясок таким образом. Другие методы уменьшения колебания роликов включают увеличение шага поворота, использование более густой смазки, уменьшение массы колеса или увеличение трения с землей путем изменения материалов. [4]
Колеса также полностью останавливаются с помощью колпачков.
Эргономичные ролики разработаны с учетом рабочей среды и выполняемой задачи, чтобы свести к минимуму любые травмирующие воздействия на оператора. Длительные повторяющиеся действия с использованием сопротивляющихся роликов могут способствовать травмам от растяжений. Неправильные спецификации также могут способствовать сокращению срока службы роликов.
Многие параметры играют роль в том, насколько хорошо работает ролик. Такие параметры, как твердость шины, ширина и форма протектора, длина заднего смещения («кастер») и диаметр колеса, влияют на усилие, необходимое для начала движения платформы. Более жесткие колеса облегчат движение ролика за счет снижения сопротивления деформации. Менее накачанная шина обеспечивает большее сопротивление деформации, и, таким образом, требуется больше усилий для перемещения прикрепленной платформы. Усилие поворота зависит от величины кастера и диаметра колеса. [5]
Улучшения традиционной конструкции роликов включают в себя защиту носков, очистители гусениц, усиленные ножки, рулевые колонки, поворотные замки и тормоза, все это внедрено с целью снижения травматизма операторов на рабочем месте. [6]
Диаметр роликового колеса влияет на то, насколько легко ролик перемещается по поверхностям с частицами, шероховатым или неровным поверхностям. Роликовые колеса большого диаметра способны преодолевать такие зазоры, как 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 по бокам, охватывая низко висящий поддерживаемый объект. При вращении вокруг вертикального вала поворотные роликовые колеса выметают пространство. Более крупные колеса требуют больше этого пространства.
Грузоподъемность может быть увеличена 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 по основанию пятна контакта колеса заставляет широкие колеса сопротивляться вращению вокруг поворотного шарнира, и это сопротивление увеличивается с увеличением нагрузки веса.
Альтернативный способ увеличить грузоподъемность, ограничив при этом сопротивление повороту, — использовать несколько узких колес 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 повороте меньше.
Существует четыре основные классификации колес: