Ролкови танкети за металорежещи машини

Tъркалящите направляващи, към които се причисляват ролковите танкети, се разполагат с търкалящи тела, разделящи подвижния орган от базовия.

В практиката са се утвърдили два вида търкалящи тела - ролки и сачми, което позволява тези направляващи да образуват две групи - търкалящи направляващи с ролки и търкалящи направляващи със сачми.

Предимствата на търкалящите направляващи в сравнение с плъзгащите направляващи със смесено триене са следните:
• много по-малка стойност на задвижващата сила при търкаляне в сравнение със задвижващата сила при плъзгане, което е свързано с многократно по-малкия коефициент на триене при търкаляне от коефициента на триене при плъзгане;
• плавен и спокоен ход благодарение на практическото отсъствие на стик-слип ефект (вибрации от неравномерно плъзгане);
• възможност за отработване на много малки премествания и движение с много малки подавателни скорости, което се дължи на практически незначимата разлика между коефициентите на триене при покой и при движение;
• точно позициониране, което е резултат от отсъствието на фрикционни автотрептения, възможността за отработване на много малки премествания и възможността за движение при малки скорости;
• възможност за движение с особено високи скорости и ускорения, обусловена от малката сила на триене и практически отсъстващото й нарастване с увеличаване на скоростта на движение;
• висока стабилност, която се дължи на възможността за елиминиране на характерната за плъзгащите направляващи хлабина и за създаване на предварителна стегнатост;
• висока точност при реверсиране на движение повишено съпротивление при възприемането на знакопроменливи натоварвания, благодарение на отсъствието на хлабина;
• голяма носеща способност благодарение на малката сила на триене;
• голяма трайност, т. е. търкалящите направляващи са със значително повишен експлоатационен ресурс;
• простота на монтажа и експлоатационното обслужване при редица конструктивни изпълнения.

Недостатъците на търкалящите направляващи се състоят в следното:
• слабо демпфиране, което означава, че направляващите не могат да гасят постъпващите в зоната на контакта вибрации и ги предават по нататък; при движение самите направляващи могат да генерират собствени вибрации;
• повишена чувствителност към замърсяване;
• висока цена, която в редица случаи е съществен фактор, ограничаващ използването им.

Класификация на най-често използваните търкалящи направляващи
Сред най-често използваните в металорежещите машини с ЦПУ търкалящи възли за направляващи са линейните направляващи с профилни релсови шини, върху които се движат търкалящи възли във вид на колички.

Търкалящите тела в количките могат да бъдат ролки или сачми. Този вид направляващи се използва масово в съвременните машини с ЦПУ. Количките заедно с направляващите образуват едно комплектно изделие, което се доставя от специализирана фирма-производител с фабрично настройване на предварителната стегнатост.

На второ място са ролковите танкети, които се движат по призматични направляващи. Танкетите са комплектно изделие, което изигра значителна роля през втората половина на 1970-те и първата половина на 1980-те години за подобряване на експлоатационните характеристики на металорежещите машини с ЦПУ.

Днес те почти изцяло са изместени от линейните направляващи с профилни релсови шини, но се срещат при по-старите машини, използват се при ремонта на направляващите им. Танкети се влагат при някои нискобюджетни машини предвид по-ниската им стойност в сравнение с профилните релсови направляващи.

На трето място са различни втулки за цилиндрични направляващи с циркулация на сачмите, търкалящи възли без циркулация с кръстосани ролки и ролкови и иглени търкалящи възли без циркулация. Използват се предимно при машини малък типоразмер или при такива, при които няма големи експлоатационни натоварвания като шлифовъчните, електроерозийните. Най-честата им употреба е при реализацията на спомагателните движения - при автоматичната смяна на инструментите и заготовките, при роботи, манипулатори и др.

Принципно устройство на ролковите танкети
Принципното устройство на танкетата е показано на фиг. 1. В тялото 2 и челните планки 1 и 5 е оформен канал, в който се движи циркулиращият пакет търкалящи тела. Циркулиращият пакет се състои от търкалящите тела 3 и сепаратора 4, който ги разделя. Като търкалящи тела се използват ролки, по които се осъществява контактът между танкетата и направляващата.

При движение на танкетата по направляващата циркулиращият пакет също извършва движение в канала на тялото, като скоростта на движение на пакета е пропорционална на скоростта на движение на танкетата. При смяна на посоката на движение на танкетата се сменя и посоката на циркулация. Всяко едно движение на танкетата, колкото и малко да е то, предизвиква пропорционално циркулационно движение на пакета.

При прилагане към танкетата на експлоатационното натоварване F, товарът се носи от тези ролки, които в момента се намират в зоната на работния канал. След като излязат от него, те навлизат във възвратния канал, в който върху тях натоварването F не действа. При движение на танкетата всяка отделно взета ролка циклично редува преминаването си през работния канал, възвратния канал, отново през работния и т. н.

Сепараторът има следното предназначение:
• Да разделя търкалящите се тела едно от друго за да се избегнат ударите между тях и триенето на ролките една в друга. По този начин се намалява съпротивлението при движение на танкетата и шумът от движението на циркулиращия пакет.
• Да поддържа надлъжните оси на ролките винаги успоредни една на друга. Така се избягва прекосяването на ролките, което би могло до доведе до заклинването им.

Триене в танкетата
Триенето в танкетата може да се раздели на триене в работния канал и триене във възвратния канал.
Триенето в работния канал е определящо за формирането на силата на триене при работа на танкетата. Тъй като контактът между ролката е едновременно с направляващата и работния канал, силата на триене е равнодействаща на силите на триене, възникващи в тези контакти.

За намаляване на силите на триене в работния канал към танкетите и направляващите се поставят следните изисквания:
• Намаляване на триенето при търкаляне и плъзгането между ролката и работните повърхнини на направляващата и работния канал. Това триене е толкова по-голямо, колкото по-голяма е контактната деформация. Поради това материалите, от които се изработват ролките, работния канал и направляващата, трябва да са с голям модул на еластичност, висока твърдост (HRC 58...62) и малка грапавост.
• Намаляване на триенето между ролката и сепаратора. Сепараторът се изготвя от полимерен материал с антифрикционни свойства.
• Намаляване на вътрешното триене на мажещото вещество. При движението си ролката “гази” мажещото вещество и колкото по-голям е вискозитетът на маслото и класът на работната пенетрация на консистентната смазка, толкова по-голямо е вътрешното триене.

Съпротивлението нараства и при увеличаване на количеството на мажещото вещество. Недопускането в контактната зона на големи количества мажещо вещество се постига чрез различни начини, като централизираното импулсно мазане, дозирано мазане с маслени резервоари, със самомазане чрез носещи маслото порести материали и др.

Триене във възвратния канал
Триенето във възвратния канал създава своя компонента на силата на триене, която придобива осезаемо значение при движение с високи скорости. За намаляване на тази сила често повърхнините на възвратния канал се покриват с антифрикционни материали.

Възвратният канал е съставен от един праволинеен и два дъгови участъка. Критични моменти в работата на танкетите са влизането и движението на ролките в дъговия участък.

При влизането на ролката в дъговия участък възниква микроудар, който забавя за определен момент движението на потока, след това скоростта се възстановява и пада отново при удара на следващата ролка; навлизането на ролките в дъговия участък на възвратния канал създава условия за неравномерно движение на потока ролки, а оттук- и на танкетата. Следователно, микроударите се отразяват негативно върху плавността и безшумността на работата на танкетата.

Движението в дъговия участък се съпровожда от нараснал натиск на ролките върху стените на възвратния канал, което води до повишаване на силата на триене и, съответно- до повишаване на съпротивлението при движение.

Производителите на танкети отделят особено внимание на конструкцията на дъговия участък на възвратния канал. Утвърдено в практиката решение е дъговите участъци да се изнесат в два отделни конструктивни елемента - челните планки 1 и 5 (фиг. 1), в която е развита геометрията на дъговия сектор от възвратния канал.

Общи вид и схеми на монтиране на танкетите
На фиг. 2 е показан общият вид на танкета, на който се вижда циркулиращият пакет, съставен от комплекта ролки и сепаратора. За защитаване на търкалящите тела от твърди и течни замърсители, от двете челни страни на тялото са монтирани чистачи, изработени обикновено от пластмаса с антифрикционни свойства, притежаваща достатъчна механична якост и гъвкавост.

Чистачите са монтирани така, че при работа на танкетата те се притискат към направляващата с фабрично определена сила, деформират се при това, което осигурява плътното им прилягане към работната повърхнина на направляващата. Това повишава способността им да почистват направляващата от различни твърди и течни замърсители и да не допускат проникването им в зоната на контакта.

Това има и негативна страна, тъй като при плъзгането на чистачите по направляващата се формира още една сила на триене. Тази сила може да се окаже достатъчно голяма, за да ограничи скоростния обхват на танкетата.

Предварителна стегнатост
Тъй като съпротивлението при триене, наблюдавано при търкалящите направляващи, е много по-малко, отколкото при плъзгащите, направляващите с танкети дават възможност за постигане на предварителна стегнатост. Предварителната стегнатост не само отстранява хлабината, тя създава условия за значително повишаване на статичната стабилност в контакта.

Постигането на предварителната стегнатост се състои в притискането към направляващата на две срещулежащи танкети с дадена сила на предварителната стегнатост. За целта разстоянието между търкалящите тела на двете срещуположни танкети се настройва спрямо размера на направляващата така, че да се изпълни неравенството.

Факт е, че колкото по-голяма е силата на предварителната стегнатост, толкова по-висока е стабилността. Но в същото време, с нарастването на силата се повишава нормалният натиск върху направляващите и танкетите, който увеличава силата на триене; нараства и натоварването върху търкалящите тела и работния канал на танкетата, което намалява трайността й - интензифицира се износването на направляващите.

Изборът на големината на предварителната стегнатост е важен въпрос за работното поведение на танкетите. Препоръчително е той да се извършва в сътрудничество с производителя им.

Методи и средства за постигане на предварителна стегнатост
Дистанционната планка се обработва (шлифова се) до съответния размер. Подвижният орган се разполага върху направляващите, като от него предварително се демонтира затварящата планка с първата танкета. Следва повторно монтиране на затварящата планка заедно с дистанционната планка и втората танкета. При затягане на затварящата планка с винт се получава необходимата стегнатост.

Този метод за постигане на предварителна стегнатост обаче е свързан с разход на време и висококвалифициран труд, въпреки привидната си простота. Това е наложило приложението на друг начин за постигане на предварителната стегнатост, при който отпада необходимостта от точни измервания на размери, изчисления, обработване на дистанционна планка по изчислителен размер, допълнителни монтажни операции.При него вместо дистанционна планка се използва регулиращ клин.

Регулиращият клин се доставя по поръчка заедно с танкетите. Състои се от два елемента, като единият се закрепва към затварящата планка, а другият - към танкетата. Помежду си те се съединяват по наклонена повърхнина. Това съединение е подвижно само при извършване на регулиране ръчно с помощта на регулиращите и застопоряващите винтове.

При регулиране се променя (в даден конструктивен диапазон) размерът на клина и танкетата може да се приближава или отдалечава от направляващата. При това двете присъединителни повърхнини остават винаги успоредни една на друга и на първоначалното си положение.

Постигането на необходимата стегнатост е рационално да се извършва с използване на специализирано хидравлично приспособление за натоварване. То се състои от хидравличен цилиндър и помпа с ръчно нагнетяване на масло към него. Хидравличният цилиндър се поставя на мястото на танкетата. Чрез помпата ръчно се подава масло под налягане докато динамометърът не покаже предвидената стойност на предварителната стегнатост.

В този момент се снема показанието на измервателния часовник, отчитащ еластичната деформация на затварящата планка под действието на силата, създавана от цилиндъра. На мястото на хидравличния цилиндър се монтира танкетата и клинът се регулира до момента, в който измервателният часовник покаже съответната стойност. В това положение е постигната желаната сила на предварителна стегнатост и регулиращият клин се застопорява.

Двата начина за постигане на предварителна стегнатост - с планка и клин - имат свои предимства и недостатъци. Предимството на дистанционната планка се състои в това, че предполага използване на обичайни за цеха измервателни и технологични средства, но недостатъците се изразяват в необходимостта от множество измервания, изчисления и монтажно-демонтажни операции.

Предимството на използването на регулиращия клин и хидронатоварващото устройство е по-голямата степен на достоверност на постиганата стегнатост, защото се отчитат деформациите не само на танкетите (както е при дистанционната планка), но и на други елементи на подвижния орган (затварящата планка). Недостатък е високата цена както на регулиращия клин, така и на специализираното хидравлично приспособление за натоварване.

Целесъобразно е да се изтъкне още един недостатък на регулиращия клин. При експлоатация на машината в цехови условия са възможни нерегламентирани или неквалифицирани намеси в настройката, което се отразява негативно върху работата на направляващите, докато при дистанционната планка това практически е невъзможно.

Монтиране на планките на направляващите
Направляващите, по които се движат танкетите, в началния период на развитие бяха изработвани от материала на тялото, най-често сив чугун. Но при чугуна допустимото натоварване върху една ролка е приблизително 20 пъти по-малко, отколкото при закалената стомана.

От това следва, че за осигуряване на висока носеща способност и предварителна стегнатост танкетите трябва да се преместват не по повърхнината на тялото, а по специални закалени стоманени шини. С течение на годините се утвърдиха призматичните направляващи с правоъгълно напречно сечение, изработени от легирана стомана.

За постигане на необходимата дължина се правят комплекти от няколко еднообразни планки, предварително подложени на циментация и закаляване до твърдост HRC 58...62 (фиг. 3б), които се разполагат в специално изработените присъединителни повърхнини на тялото, притежаващи базиращи бортове и се закрепват към тялото с винтове (фиг. 3а).

За да се предотврати саморазхлабването винтовете се залепват. Отворите за главите на винтовете се запълват с подходяща пластмаса. В някои случаи се предпочита щифтоване на планките. По-нататък комплектите планки се шлифоват за постигане на необходимата геометрия, размери и грапавост (фиг.3б).

Статията е разработена по материали 
на доц. д-р инж. Пламен Угринов