В статье проведен обзор полимерных роликов, применяемых в конвейерах. Проанализированы конструкции полимерных роликов, материал, технология изготовления, факторы влияющие на качество их изготовления и область применения. Рассмотрены перспективы применения роликов из полимерных материалов в шахтных конвейерах при транспортировке сыпучих грузов во влажной и запыленной среде.
Ключевые слова: полимерный ролик, ролик конвейера, конвейер.
Введение. Впроизводстве и горнодобывающей промышленности встречается довольно большое количество различных конвейеров, которые существенно облегчают задачу по транспортировке различных грузов и материалов. Высокая степень производительности обеспечивается конструктивными особенностями общими для всех видов конвейеров и возможностью непрерывной транспортировки. Общими для всех видов конвейеров являются конвейерные опорные элементы, которые характеризуются самыми различными особенностями. Различают самые различные виды (конструкции) конвейерных роликов, основными виды это: верхние — предназначены для поддержки рабочей поверхности, бывают гладкие, футерованные, амортизирующие; нижние — сюда входят гладкие, футерованные, дисковые варианты со сквозной и глухой лыской.
Стоимость роликоопор составляет 25–30 % от общей стоимости самого конвейера (у роликовых конвейеров более 45 %), на их долю приходится 40 % всех затрат на обслуживание и ремонт машин. Кроме того, именно ролики определяют работоспособность, энергоёмкость ЛК и оказывают влияние на долговечность ленты, составляющей 50 % от стоимости [1,2]. Именно поэтому уменьшение металлоемкости, снижение массы, уменьшение стоимости ролика, конечно без ущерба его эксплуатационным качествам, является актуальной задачей.
Материалы и методы .
Ролики ленточного конвейера являются относительно простой конструкцией, что и обеспечивает длительный срок эксплуатации, который ограничивает в основном срок службы подшипника качения.
Можно выделить конструктивно три основные части:
Наружная обечайка обычно изготавливается из трубы определенного диаметра, материал в основном различная сталь.
Подшипниковый узел, часто изготавливается путем штамповки, что обеспечивает жесткость и небольшой вес, реже встречаются точеные подшипниковые стаканы. Материал — в основном стальной лист и неметаллические уплотнения (лабиринтные и др.). В настоящее время большое распространение получили корпуса, изготовленные из пластмассы, что связано с небольшим весом и стоимостью. Вал — изготавливается как из пруткового проката, так и встречаются из трубы (для облегчения массы).
Все основные типоразмеры роликов ленточных конвейеров регламентируются ГОСТ 22646–77 «Конвейеры ленточные ролики типы и основные размеры».
Также выделяют несколько различных конвейерных изделий, которые отличаются по степени точности. Наиболее распространены ролики конвейеров нормальной стойкости. Как правило, изготавливаются из труб черного металла. Дополнительное обозначение при этом не проводится. Детали грунтового типа характеризуются тем, что по наружной поверхности наносится специальное вещество.
Встречаются варианты исполнения с повышенной стойкостью, которые изготавливаются из оцинкованной трубы. При этом при изготовлении стакана подшипника (боковой щеки) проводится ее оцинковка для повышения степени защиты от воздействия окружающей среды.
Имеются конвейерные ролики с повышенной степенью износостойкости, которые могут применяться в агрессивных средах. Изготавливаются в основном с применением нержавеющей стали. Ролики должны выдерживать воздействие повышенной влажности, на поверхности даже после длительной эксплуатации не должна появляться ржавчина [3].
Конечно, всякое модифицирование ведет к удорожанию ролика конвейера, поэтому должно быть оправданным.
Конвейерные ролики можно разделить на разборные и неразборные. Разборные ремонтопригодны, что повышает срок службы, однако из-за усложнения конструкции повышается стоимость, а из-за наличия крепежных элементов — надежность. Неразборные ролики производятся не только из традиционных материалов, но и примеру, полимеров, различных композитов. Неразборный конвейерный ролик при износе основных элементов приходится заменять полностью.
Большое распространение получила футеровка роликов для конвейеров резиной, поскольку она характеризуются относительно невысокой стоимостью, высокими амортизирующими свойствами, за счет чего происходит эффективное гашение вибрации
Перспективны конструкции роликов из композиционных и полимерных материалов. Они отличаются малым весом, иногда в 5–6 раз, достаточной износостойкостью и прочностью, что особенно важно для передвижных конвейеров [4]. Если ранее ролики из полимерных материалов имели ограниченное применение, т. е. только для легких конвейеров, либо в химической промышленности для агрессивной среды, сейчас в веке развитых технологий все большее применение находят искусственно созданные полимеры и пластмассы и это дало импульс к созданию роликов из подобных материалов, в том числе и для шахтных конвейеров. Основными условиями выбора материала служат технологические и эксплуатационные свойства. Имеются сравнительные таблицы, содержащие марки материалов с описанием технических характеристик, при этом указаны радиотехнические и электрические свойства, диэлектрическая проницаемость, механические и прочностные показатели. Указаны коэффициенты износа и трения, Пуассона, показатели теплового расширения и другие характеристики [5].
Классификацию полимерных материалов и пластмасс в рамках данной статьи приводить не имеет смысла, поэтому хотелось бы остановиться на наиболее известных и перспективных с точки зрения использования при создании роликов конвейера материалов. Это такие материалы как полифенилсульфон (PPSU). Он практически не горит, характеризуется теплостойкостью, высокой твёрдостью, широко используется в авиационной промышленности. Напоминает обычное стекло, но превосходит его по прочности. Полиэтилен низкого давления (HDPE). Это самый распространённый вид пластмассы в мире, из которого изготавливают ПЭТ-бутылки, канистры, трубы, плёнки, пакеты и т. д.
Современные технологии изготовления пластиковых изделий полностью автоматизированы, и имеются лишь незначительные операции механической обработки.
Основными традиционными способами получения изделий из пластмасс являются [6]: Литье пластика под давлением; Интрузия; Литье прессованием; Заливка; Метод намотки. Далее для уточнения форм, снятия излишних наслоений, формирования отверстий и экономии средств при сложной конфигурации изделия или малой партии деталей проводится дополнительная механическая доводка готовых изделий.
Современные технологии позволяют изготавливать конвейерные шахтные ролики практически полностью из полимерных материалов, недостаточно изученным является лишь стойкость и долговечность валов из полимеров под действием постоянных и кратковременных ударных нагрузок в течение длительного времени. Напряженно-деформированного состояние полимерных деталей под действием окружающей среды и различного нагружения является проблемой, требующей дальнейшего изучения, притом как для различных полимерных материалов, так и для различных типов деталей. В данное время уже имеются полимерные конвейерные ролики, однако в тяжелых шахтных конвейерах они пока не используются в полной мере.
Кроме перечисленных выше способов изготовления полимерных изделий, в условиях быстрого технического прогресса перспективным является изготовление роликов 3D печатью, тем более что перечисленные материалы (полифенилсульфон (PPSU), Полиэтилен низкого давления (HDPE)) широко используются в технологиях 3D печати, а полиэтилен низкого давления является непревзойдённым лидером в данной области. Этот материал может быть использован в любой технологии 3D печати [6].
Разработка технологии изготовления конвейерного ролика с применением технологии 3D печати являлось темой магистерской диссертации магистранта 2 курса НАО «Университет имени Шакарима г.Семей» Отарова Н., продолжением этой темы является магистерская работа Дилдабекова Е. (1 курс магистратура, исследование точности и прочности зубчатых колес из полимеров) и находится на стадии разработки.
Заключение
1 Современные материалы позволяют изготавливать конвейерные ролики которые имеют меньший вес, лучше противостоят коррозии и по прочности не уступают своим аналогам из металла.
2 Таким образом, изготовление роликов на 60 % состоящих из полимерных материалов, именно для тяжелых шахтных конвейеров перспективно, поскольку это значительно облегчает конвейер, что в свою очередь приводит к уменьшению нагрузки на тяговые элетродигатели, экономии электроэнергии, увеличению ресурса конвейера.
Литература:
- Шаяхметов Е. Я., Мендебаев Т. М., Манежанов Б. А., Темиртасов О. Т. Влияние технологических факторов на работоспособность роликоопор ленточных конвейеров. Вестник КазНТУ. — Алматы: 2015, № 1(107). — С.189–193 ISSN 1680–9211
- Шаяхметов Е. Я., Темиртасов О. Т., Мендебаев Т. М., Анализ неисправностей роликов ленточных конвейеров в ходе эксплуатации на предприятиях восточного Казахстана Вестник СГУ. — Семипалатинск: 2015, № 4 (72). — С.58–63. ISSN 1607–2774
- https://stankiexpert.ru/tehnologicheskaya-osnastka/zapchasti/konvejernye-roliki.html [Электронный ресурс]
4. Демурин Алексей Степанович., Оценка прочности и ресурса деталей машин из композиционных материалов на примере роликоопор ленточных конвейеров. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец. (01.02.06) /Демурин А. С.; Рос. акад. наук, Ин-т проблем машиностроения. — СПб., 2003. — 19 с.: ил.
- https://m-plast.ru/blog/sklad-obzor/polimernye-materialy-chto-takoe-osnovnye-vidy-prim/ [Электронный ресурс]
- Шаяхметов Е. Я., Мансуров С. М., Дильдабеков Е. Д., Кайратова А. К., Жасузак М. Н., Эффективность внедрения полимерного ролика для ненагруженных конвейеров. Молодой ученый. — Международный научный журнал № 11 (406) / март 2022.- с.28–33.
