Wałem nazywamy element maszyny podparty w łożyskach, którego zadaniem jest podtrzymanie elementów na nim osadzonych, wykonujący ruch obrotowy. Głównym zadaniem wału jest przenoszenie momentu obrotowego, dlatego wał jest narażony na skręcanie i dodatkowo działają na niego siły poprzeczne, zatem i na zginanie.
Szczotki walcowe (jak np. szczotki z korpusem z tworzywa sztucznego, czy segmentowe) wymagają wału, na który są nakładane i mocowane do niego.
Możemy rozróżnić kilka wersji konstrukcji wałów używanych ze szczotkami technicznymi, jako części maszyn. Istotnymi kwestiami, które konstruktor powinien wziąć pod uwagę są występujące siły. Zatem istotną kwestią będzie znajomość prędkości obrotowej, długości wału by nie dochodziło do uginania i nadmiernej rotacji na jego środku, wagi i innych dodatkowych sił, jak choćby przy zastosowaniu kół zębatych.
Istotnym elementem konstrukcyjnym jest konieczność zastosowania czopów w celu zastosowania podpór pod wał jak i do przeniesienia prędkości obrotowej [RPM / obroty na minutę]. Czopy wymagają dokładnej obróbki, dlatego ich średnice należy dobierać wg wymiarów zgodnych z normami (PN-EN 20286-1:1996 zastąpiona przez PN-EN ISO 286-1:2011).
Wały przeznaczone do pracy ze szczotkami walcowymi wykonuje się zazwyczaj ze stali konstrukcyjnych np. S235JRG2 (dawniej St3S), ulepszonych cieplnie np. stal 12050 (dawniej 45 lub 18G2A). Często spotkać można stale nieutleniające się (tzw. INOX), które stosuje się w wysokich temperaturach pracy i np. w branży spożywczej, by mogły mieć kontakt z żywnością. Rzadko spotkamy wały wykonane z odlewów lub np. aluminium.
A1 – wał szczotki ze stałymi czopami.
Rozróżniamy kilka typów wałów z uwagi na ich konstrukcję i / lub na możliwość mocowania szczotki:
A1 – wał ze stałymi czopami – konstruowany jest na bazie rury do której na stałe, zazwyczaj spawane są czopy. Jest to konstrukcja, która ma na celu głównie zmniejszenie ciężaru, przy większych gabarytach szczotek.
A2 – Wał szczotki z dokręcanymi czopami
A2 – wał z czopami dokręcanymi – odkręcane czopy mają swoje zalety. Należy wymienić choćby częstą wymianę szczotek przy trudnym dostępie lub też ciężką pracę wymagającą częstego wyważania lub regeneracji korpusów wałów.
A3 – Wał szczotki – pełny
A3 – wał pełny z czopami – szczotki mogą być również nakładane na korpusy pełne. Zazwyczaj są to wałki o mniejszych gabarytach i mniejszym ciężarze.
A3 – Wał szczotki – pełny (wersja dzisiaj najczęściej stosowana)
A4 – wał szczotki będący integralną częścią korpusu rurowego
A4 – Wał będący integralną częścią korpusu rurowego – takie rozwiązanie stosuje się przy zastosowaniu ciężkiej pracy i bardzo dużych gabarytach szczotek dochodzących do 3000 mm długości lub więcej. Konstrukcja umożliwia stabilną pracę szczotek przy dużych obrotach i zdecydowanie mniej narażona jest na dodatkowe wibracje, które mogłyby powstać na środku korpusu (ugięcie wałka).
Konstrukcje lub specjalne zastosowanie szczotek wymaga czasem od konstruktorów specjalnych rozwiązań wałków. Dlatego nie omawiamy innych, rzadziej stosowanych rozwiązań. Zawsze będziemy prosić o przesłanie do nas rysunku technicznego.
Konstruktor powinien umieć odpowiedzieć sobie na pytanie, jak będzie wyglądał montaż szczotki do wałka. Należy wziąć pod uwagę konstrukcję szczotki. Najczęściej spotykane są szczotki walcowe o korpusie z tworzywa sztucznego, które nasuwane są na wał stalowy lub dodatkowo na korpus rurowy (zwiększający średnicę). Zdarzają się szczotki o konstrukcji pasma stalowego, zwinięte w spiralę, co może wymuszać spawanie szczotki do wałka.
Poniżej pokazujemy typowe mocowania korpusów rurowych nakładanych na wał.
Rodzaje połączeń korpusu rurowego do wału
Uwagi – prosimy wziąć pod uwagę, że wykonujemy wałki zgodnie z przesłaną do nas dokumentacją techniczną. Nie chcąc wnikać w przemyślenia konstruktorów maszyn nie chcemy równocześnie brać odpowiedzialności za ewentualne błędy w obliczeniach sił działających przy ruchu obrotowym. Tym samym rzadko nam się zdarza brać udział w regenerowaniu wałów. Jesteśmy zdania, że bezpieczniejszym rozwiązaniem jest wykonanie wałów nowych, pozbawionych ewentualnych ukrytych wad, które można wykryć poprzez skomplikowane i kosztowne badania RTG. Wały wykonywane przez nas są wykonane z należytą starannością, wyważane, konserwowane i przygotowane do pracy. Nie opisujemy tego szerzej w tym rozdziale.
Przykładowy rysunek wału stalowego przeznaczonego do pracy ze szczotką.
Wały współpracujące ze szczotkami technicznymi to elementy mechaniczne, które służą do przenoszenia napędu i ruchu pomiędzy silnikiem lub innym źródłem napędu a szczotkami technicznymi. Wały te mogą mieć różną konstrukcję i wymagania zależnie od zastosowania, ale najczęściej są cylindryczne i wykonane z metalu, takiego jak stal lub stop aluminium.
W zależności od zastosowania, wały te mogą mieć różne wymagania co do precyzji wykonania, trwałości, a także odporności na korozję lub wysokie temperatury. Wały te muszą być odpowiednio dopasowane do szczotek technicznych pod względem średnicy i długości, a także posiadać odpowiednie mocowanie.
Wały współpracujące ze szczotkami technicznymi stosowane są w wielu branżach i zastosowaniach, takich jak przemysł drzewny, metalowy, papierniczy, spożywczy, a także w produkcji maszyn i urządzeń medycznych czy laboratoryjnych.
Czop to element maszyny lub mechanizmu, który jest zwykle stosowany w celu połączenia dwóch części ze sobą w sposób ruchomy lub obrotowy. Czopy są powszechnie stosowane w różnych aplikacjach, w tym w samochodach, maszynach przemysłowych, narzędziach i wielu innych.
Czopy mają zwykle kształt cylindryczny i są zwykle wykonane z metalu, takiego jak stal lub aluminium. Istnieją również czopy wykonane z tworzyw sztucznych lub innych materiałów. Czopy mogą mieć różne rozmiary, w zależności od wymagań aplikacji. Mogą mieć różne rodzaje końcówek, w tym gwintowane, stożkowe, płaskie, kuliste i wiele innych.
Czopy są zwykle montowane za pomocą śrub, nakrętek lub innych elementów mocujących. W zależności od zastosowania, czopy mogą mieć dodatkowe elementy, takie jak łożyska, uszczelki, smary lub inne substancje smarujące, które zapewniają płynne działanie i minimalizują zużycie.
Wał aluminiowy z czopami
Specjalne połączenie wału
Czop stalowy
Wałek typ A1 pełny, o niewielkiej średnicy 15 mm, przeznaczony do pracy ze szczotką pasmową o zwiniętej spiralnej konstrukcji.
A4 – wał szczotki będący integralną częścią korpusu rurowego, jako przykład szczotki pracującej w przemyśle przetwórstwa warzyw.
A2 – Przykład wału rurowego szczotki z dokręcanymi czopami. Przykład regeneracji połączenia śrubowego w systemie szczotek przeznaczonych do ciężkiej pracy w przemyśle przetwórstwa warzyw.
Niestandardowe rozwiązania – Przykład wałów przeznaczonych do szczotek walcowych z korpusem o przekroju kwadratowym. Specjalne wykonania ze stali nierdzewnych, przeznaczonych dla oczyszczalni ścieków.