Колеса для перемещения объектов

Введение

Колесо, не являющееся ведущим, предназначенное для прикрепления к нижней части более крупного объекта.

Колесо (или ролик) – это неведущее колесо, предназначенное для прикрепления к нижней части более крупного объекта ("транспортного средства") для обеспечения его перемещения. Колеса используются в многочисленных областях, включая тележки для покупок, офисные кресла, детские вагонетки, больничные кровати и оборудование для транспортировки материалов. Колеса повышенной грузоподъемности и тяжелого типа используются во многих промышленных приложениях, таких как платформенные тележки, вагонетки, сборки и буксировочные линии на предприятиях.

Типы

Кастеры могут быть закреплены для движения по прямой линии или установлены на поворотную ось или шкворень, чтобы колесо автоматически ориентировалось по направлению движения.

Жесткие ролики

Основной жесткий кастер состоит из колеса, установленного на неподвижной вилке. Ориентация вилки, которая фиксирована относительно транспортного средства, определяется при монтаже кастера на транспортное средство. Примером этого служат колеса на задней части тележки для покупок в Северной Америке. Жесткие кастеры ограничивают движение транспортного средства, заставляя его двигаться по прямой линии.

Крутящиеся ролики

Как и более простой жесткий ролик, поворотный ролик включает колесо, установленное на вилке, но дополнительный поворотный узел над вилкой позволяет вилке свободно вращаться примерно на 360°, что позволяет колесу катиться в любом направлении. Это позволяет легко перемещать транспортное средство в любом направлении, не меняя его ориентации. Поворотные ролики иногда прикрепляются к ручкам, чтобы оператор мог вручную установить их ориентацию. Улучшенный поворотный ролик был изобретен в 1920 году Зайбертом Чеснатом, патент США 1341630, который легко производился штамповкой и включал шариковые подшипники для увеличения срока службы. Простейшие поворотные ролики уже присутствовали в знаменитом «офисном кресле» Чарльза Дарвина еще в 1840-х годах. Кроме того, поворотный ролик обычно должен иметь небольшое смещение между центральной осью вертикального вала и центральной осью колеса ролика. Когда ролик перемещается, а колесо не направлено в правильном направлении, смещение заставит колесо вращаться вокруг оси вертикального вала, следуя за направлением движения. Если смещения нет, колесо не будет вращаться, если не будет направлено в правильном направлении, что либо предотвратит движение, либо будет волочиться по земле. При движении по прямой 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. Как следствие, транспортное средство естественным образом стремится двигаться по прямой. Точное рулевое управление не требуется, поскольку ролики, как правило, поддерживают прямолинейное движение. Это также верно и во время поворотов транспортного средства. Ролик вращается перпендикулярно радиусу поворота, обеспечивая 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 выполняется. Угол и расстояние между осью колеса и поворотным узлом можно регулировать для различных типов характеристик ролика.

Like the simpler rigid caster, a swivel caster incorporates a wheel mounted to a fork, but an additional swivel joint above the fork allows the fork to freely rotate about 360°, thus enabling the wheel to roll in any direction. This makes it possible to easily move the vehicle in any direction without changing its orientation. Swivel casters are sometimes attached to handles so that an operator can manually set their orientation. The improved swivel caster was invented in 1920 by Seibert Chesnutt, US Patent 1341630, which was easily manufactured by stamping, and incorporated ball bearings for longer life. Basic swivel casters were in evidence in Charles Darwin's famous "office chair" as early as the 1840s. Additionally, a swivel caster typically must include a small amount of offset distance between the center axis of the vertical shaft and the center axis of the caster wheel. When the caster is moved and the wheel is not facing the correct direction, the offset will cause the wheel assembly to rotate around the axis of the vertical shaft to follow behind the direction of movement. If there is no offset, the wheel will not rotate if not facing the correct direction, either preventing motion or dragging across the ground. When in motion along a straight line, a swivel caster will tend to automatically align to, and rotate parallel to the direction of travel. This can be seen on a shopping cart when the front casters align parallel to the rear casters when traveling down an aisle. A consequence of this is that the vehicle naturally tends to travel in a straight direction. Precise steering is not required because the casters tend to maintain straight motion. This is also true during vehicle turns. The caster rotates perpendicular to the turning radius and provides a smooth turn. This can be seen on a shopping cart as the front wheels rotate at different velocities, with different turning radius depending on how tight a turn is made. The angle of, and distance between the wheel axles and swivel joint can be adjusted for different types of caster performance.

Промышленные калькуляторы

Промышленные ролики – это прочные ролики, предназначенные для перевозки тяжелых грузов, в некоторых случаях до тридцати тысяч фунтов. Промышленный ролик может иметь поворотную или фиксированную конструкцию. Промышленные ролики обычно имеют плоскую верхнюю пластину с четырьмя отверстиями для болтов, обеспечивающими надежное соединение между пластиной и нагрузкой. Они используются в различных областях, включая тележки, поворотные столы для сборки, стеллажи для тяжелых грузов, контейнеры, буксировочные системы, оборудование для технического обслуживания и механизмы для перемещения материалов. В раннем производстве корпуса промышленных роликов обычно изготавливались из трех отдельных штампованных металлических деталей, которые приваривались к верхней пластине. Сегодня многие корпуса промышленных роликов изготавливаются путем лазерной резки из цельного металлического листа, а затем с помощью пресса формируются ножки под углом девяносто градусов, что обеспечивает более высокую механическую прочность. На производительность промышленных роликов влияют различные факторы. Например, колеса большего диаметра и ширины обеспечивают более высокую грузоподъемность за счет распределения веса груза по большей площади поверхности колеса. Кроме того, более твердые материалы колес (например, чугун, полиуретан высокой плотности) менее восприимчивы к попаданию грязи и мусора на пол и, как правило, не собирают их.

Затормозные и блокирующие ролики

В обычных недорогих роликах может быть предусмотрена тормозная функция, предотвращающая вращение колеса. Обычно это достигается с помощью рычага, который прижимает тормозной кулачок к колесу. Однако поворотный ролик все же способен немного перемещаться, вращаясь по небольшой окружности вокруг смещения между вертикальной осью и центром заблокированного колеса. Более сложный тип поворотного ролика, иногда называемый роликом с полной блокировкой, имеет дополнительную блокировку вращения на вертикальной оси, так что исключается как вращение оси, так и вращение колеса, обеспечивая тем самым очень жесткую фиксацию. Эти две блокировки можно использовать вместе или по отдельности. Если вертикальная ось зафиксирована, но колесо все еще может вращаться, ролик становится направляющим роликом, который можно заблокировать для движения в одном направлении вдоль любой горизонтальной оси. В некоторых случаях полезно иметь возможность одновременно затормозить или заблокировать все ролики, не обходя каждый из них для включения механизма. Этого можно добиться с помощью центрального блокировочного механизма, приводимого в действие жестким кольцом, охватывающим каждый поворотный ролик немного выше колеса, которое опускается и прижимается к колесу, предотвращая вращение как колеса, так и поворотной оси. Альтернативным методом является ролик с центральной блокировкой, который имеет вращающийся кулачок в центре каждой вертикальной оси ролика, ведущий вниз к тормозному механизму в нижней части каждого ролика.

Коляски без колючей нитки

Кастер без цапфы имеет внутреннюю дорожку, внешнюю дорожку, которая крепится к транспортному средству, и шариковые подшипники между дорожками. В этом механизме отсутствует цапфа, отсюда и название "без цапфы". Отсутствие цапфы устраняет большинство причин поломки поворотных кастеров и снижает или устраняет вибрацию. Они обеспечивают грузоподъемность и долговечность, сопоставимые с устройствами, использующими герметичные прецизионные шариковые или конические подшипники, и являются практичной альтернативой традиционным поворотным кастерам в условиях высоких ударных нагрузок.

Фластер кастера

Одним из главных недостатков кастеров является колебание, или флаттер. Распространенный пример флаттера кастера – тележка в супермаркете, когда один из кастеров быстро раскачивается из стороны в сторону. Это колебание, также известное как шимми, возникает естественным образом при определенных скоростях и похоже на «рыскание» руля, которое наблюдается в других колесных транспортных средствах. Скорость возникновения флаттера кастера зависит от веса, приходящегося на кастер, и расстояния между осью колеса и осью поворота. Это расстояние известно как выбег, и увеличение выбега может устранить флаттер при умеренных скоростях. Как правило, флаттер возникает на высоких скоростях. Опасность флаттера заключается в том, что он может привести к внезапному нежелательному изменению направления движения. Флаттер возникает, когда кастер не полностью контактирует с поверхностью, и, следовательно, его ориентация неконтролируема. Когда кастер восстанавливает полный контакт с поверхностью, он может оказаться в любом положении. Это может вызвать резкое смещение транспортного средства в направлении, куда направлен кастер. На более низких скоростях способность кастера поворачиваться может корректировать направление и поддерживать движение в нужном направлении. Однако на высоких скоростях это может быть опасно, так как колесо может не успеть повернуться достаточно быстро, и транспортное средство может резко отклониться в любом направлении. Конструкторы электрических и гоночных инвалидных колясок уделяют большое внимание флаттеру, поскольку коляска должна быть безопасной для пользователей. Увеличение выбега может повысить устойчивость на высоких скоростях при гонках на инвалидных колясках, но может спровоцировать флаттер на низких скоростях при повседневном использовании. К сожалению, чем больше выбег у кастера, тем больше пространства требуется для его поворота. Поэтому для обеспечения этого дополнительного пространства может потребоваться удлинение рамы или увеличение высоты подножек. Это делает коляску более громоздкой. Флаттер кастера можно контролировать, добавляя демпферы или увеличивая трение в поворотном узле. Этого можно добиться, добавив шайбы в поворотный узел. Трение увеличивается с увеличением веса на передней части коляски. Каждый раз, когда кастер начинает колебаться, скорость коляски снижается, и вес перераспределяется на передние колеса. В продаже имеются онлайн-комплекты для модернизации кастеров инвалидных колясок таким образом. Другие способы уменьшения флаттера включают увеличение выбега, использование более густой смазки, уменьшение массы колеса или увеличение трения с поверхностью путем изменения материалов. Кастеры также можно полностью зафиксировать с помощью специальных чаш для кастеров.

One major disadvantage of casters is flutter. A common example of caster flutter is on a supermarket shopping cart, when one caster rapidly swings side to side. This oscillation, which is also known as shimmy, occurs naturally at certain speeds, and is similar to speed wobble that occurs in other wheeled vehicles. The speed at which caster flutter occurs is based on the weight borne by the caster and the distance between the wheel axle and steering axis. This distance is known as trailing distance, and increasing this distance can eliminate flutter at moderate speeds. Generally, flutter occurs at high speeds. What makes flutter dangerous is that it can cause a vehicle to suddenly move in an unwanted direction. Flutter occurs when the caster is not in full contact with the ground and therefore its orientation is uncontrollable. As the caster regains full contact with the ground, it can be in any orientation. This can cause the vehicle to suddenly move in the direction that the caster is pointed. At slower speeds, the caster’s ability to swivel can correct the direction and can continue travel in the desired direction. But at high speeds this can be dangerous as the wheel may not be able to swivel quickly enough and the vehicle may lurch in any direction. Electric and racing wheelchair designers are very concerned with flutter because the chair must be safe for riders. Increasing trailing distance can increase stability at higher speeds for wheelchair racing, but may create flutter at lower speeds for everyday use. Unfortunately, the more trail the caster has, the more space the caster requires to swivel. Therefore, in order to accommodate this extra swivel space, lengthening of frame or extending the footrests may be required. This tends to make the chair more cumbersome. Caster flutter can be controlled by adding dampers or increasing the friction of the swivel joints. This can be accomplished by adding washers to the swivel joint. The friction increases as the weight on the front of the chair increases. Anytime the caster begins to flutter, it slows the chair and shifts weight to the front wheels. There are several online anti flutter kits for retrofitting wheelchair casters in this manner. Other methods of reducing caster flutter include increasing swivel lead, using heavier grease, reducing the mass of the wheel, or increasing friction with the ground by changing materials. Casters are also stopped completely using caster cups.

Эргономичные конструкции

Эргономичные ролики проектируются с учетом условий эксплуатации и выполняемой задачи, чтобы минимизировать любые вредные воздействия на оператора. Длительные повторяющиеся действия, связанные с преодолением сопротивления роликов, могут приводить к травмам от перенапряжения. Неправильные технические характеристики также могут сократить срок службы роликов. Многие параметры влияют на эффективность работы ролика. Такие параметры, как твердость шины, ширина и форма протектора, длина заднего выноса (кастер) и диаметр колеса, определяют усилие, необходимое для начала движения платформы. Более твердые колеса облегчают качение, снижая сопротивление деформации. Менее накачанная шина оказывает большее сопротивление деформации, и, следовательно, требуется больше усилий для перемещения платформы. Усилие, необходимое для поворота, зависит от величины выноса (кастера) и диаметра колеса. Усовершенствования традиционной конструкции роликов включают защиту от ударов, грязесъемники, усиленные опоры, рулевые трубки, фиксаторы поворота и тормоза, все они внедрены для снижения риска травм оператора на рабочем месте.

Диаметр колеса, ширина колеса и колеса тандема

Диаметр колеса кастера влияет на то, насколько легко кастер перемещается по поверхностям с частицами, шероховатым или неровным рельефом. Колеса большего диаметра способны перекрывать зазоры, например, между полом и кабиной лифта. Однако, чем больше диаметр колеса, тем выше должна быть опорная рука. Либо основание низко расположенного объекта необходимо поднять выше уровня колес, либо кастеры будут выступать в стороны, охватывая поддерживаемый объект снизу. Поворотные колеса, вращающиеся вокруг вертикальной оси, описывают определенное пространство. Колеса большего диаметра требуют большего пространства для этого. Грузоподъемность можно увеличить, используя более широкие колеса с большей площадью контакта с поверхностью. Однако при вращении широкого поворотного колеса на месте, центральная часть колеса в зоне контакта с поверхностью вращается медленнее, чем области по краям. Эта разница в скорости вращения по поверхности контакта колеса приводит к тому, что широкие колеса оказывают сопротивление вращению вокруг поворотной оси, и это сопротивление возрастает с увеличением нагрузки. Альтернативный способ увеличения грузоподъемности при ограничении сопротивления вращению поворотного колеса – использование нескольких узких колес, установленных в тандеме на одной оси. Каждое колесо имеет относительно меньшую площадь контакта с поверхностью, чем одно широкое колесо, поэтому сопротивление вращению на поворотном механизме снижается.