Blank page

Как подобрать полиуретановое покрытие для колеса: габариты, твёрдость и нагрузка

Эта статья предназначена для инженеров, конструкторов и технических специалистов. Мы даём практические рекомендации, основанные на реальных данных производителя LANXESS так как это компания предоставляет наиболее подробное техническое описание материала.

Выбор полиуретанового колеса — это не только выбор диаметра и ширины. Ключевой параметр — тип полиуретана: его твёрдость по Шору, модуль упругости. Ошибки на этом этапе приводят к преждевременному износу, отслаиванию покрытия или даже аварийным поломкам.

Модуль упругости — это ключевая характеристика материала, которая определяет, насколько сильно колесо деформируется под нагрузкой и как это влияет на его работу. Разберём подробно, но с практической пользой.

Модуль упругости (Elastic Modulus) — это мера жёсткости материала. Он показывает, какое напряжение нужно приложить, чтобы вызвать определённую деформацию.

Типы модулей для эластомеров (полиуретана)

Для колёс важны три типа модулей:

Модуль при растяжении

ASTM D412 (растяжение образца)
Определяет прочность на разрыв и поведение при изгибе

Модуль при сжатии

ASTM D575 (сжатие цилиндра)
Главный параметр для расчёта осадки колеса

Модуль сдвига

ASTM D412 (косвенно)
Критичен для оценки напряжений у обода (риск отслаивания)

Если осадка слишком большая (δ/t > 10%)

PU отслоится от металлического обода.
Если осадка слишком маленькая (δ/t < 3%)

Плохое сцепление с полом, длинный тормозной путь.
Идеал (δ/t = 5–8%)

Баланс между долговечностью и безопасностью.

Рассчитать требуемую нагрузку

Как считать деформацию резиновых/PU слоёв, приклеенных к металлу?

PU не сталь

Он деформируется под нагрузкой

1
Слой зажат по краям (приклеен к ободу)

Деформация неравномерная

2
Толщина слоя критична

Тонкий слой ведёт себя иначе, чем толстый.

3

Алан Невилл Гент предложил простую формулу, которая работает 60+ лет.
Её используют Blickle, TENTE и другие производители колёс с полиуретановым покрытием
Для цилиндрических колёс используется модифицированная формула Гента:
δ = C × (F × t) / (k × G × b).

Значения коэффициента C для разных диаметров

Малогабаритные колёса (ручные тележки)

Ø60–100 мм
С =5.8
Средние колёса (складское оборудование)

Ø125–160 мм
С=5.2
Стандарт для промышленных колёс

Ø180–250 мм
С=4,6
Крупногабаритные колёса

Ø280–400 мм
С=4,0
Сверхтяжёлые платформы

Ø400+ мм
С=3,8

Коэффициент C теряет точность в следующих случаях:

Сдвига в слое PU (не только сжатие),
Изгиба PU-покрытия в зоне контакта,
Неидеальной адгезии с ободом.

Для больших колёс C снижается, что логично:
кривизна меньше влияет на деформацию.
В реальных условиях эксплуатации дополнительно деформация возникает из-за:

Краткое описание материалов линейки Adiprene L и LF

It is necessary to choose a visual aid that is appropriate for the topic and audience.

Adiprene L Классические TDI-преполимеры с высокой износостойкостью и прочностью. Подходят для промышленных колес с умеренными скоростями и высокими нагрузками, но содержат больше свободного изоцианата.

Adiprene LF Low Free версии с содержанием свободного изоцианата <0.1%. Обладают превосходными динамическими свойствами и низким тепловыделением, идеальны для высокоскоростных колес, роликов и транспортных систем с длительным сроком службы.

Характеристики

Adiprene L83

Твёрдость 83A
E₂₅%, МПа = 5.2
G, МПа = 1.7
Adiprene L100

Твёрдость 90A
E₂₅%, МПа = 8.4
G, МПа = 2.8
Adiprene L167

Твёрдость 95A
E₂₅%, МПа = 13.2
G, МПа = 3.9
AdipreneLF601D

Твёрдость 60D
E₂₅%, МПа = 27.6
G, МПа = 9.2

Особенности Шкалы Шор A и D

Твёрдость по Шору — эмпирическая характеристика, основанная на вдавливании индентора.
Shore A — для эластомеров (резина, мягкий PU).
Shore D — для жёстких полимеров (нейлон, TPU, жёсткий PU).

Коэффициент k — таблица для реальных колёс

k зависит от отношения ширины колеса к толщине PU (b/t)

b/t= 1.0
k= 1.4

Очень узкие колёса (b = t)
b/t= 1.5
k= 1.6

Стандартные колёса (например, b=40 мм, t=25 мм)
b/t= 2.0
k= 1.8

Самый частый случай (b=50 мм, t=25 мм)
b/t=3.0
k= 2.3

Широкие колёса (b=75 мм, t=25 мм)
b/t=4.0
k= 2.8

Очень широкие (например, ваше колесо Ø695 мм при b=200 мм, t=60 мм → b/t=3.33 → k=2.5)

Пошаговый расчёт (пример: складская тележка)

Колесо Ø200 мм, ширина 50 мм

Обод Ø150 мм → t = (200 – 150) / 2 = 25 мм

Нагрузка на колесо: 500 кг (реально для 4-колёсной тележки на 1500 кг)

Материал: Adiprene L167 (95A) → G = 3.9 МПа

b/t = 50 / 25 = 2.0 → k = 1.8

*Все размеры должны быть в метрах для корректной работы с паскалями (Па).

Переводим все единицы в систему СИ

F=4905 Н F=4905 Н (не меняем)
t=25 мм=0.025 м t=25 мм=0.025 м
b=50 мм=0.050 м b=50 мм=0.050 м
G=3.9 МПа=3.9×106 ПаG=3.9 МПа=3.9×106 Па
k=1.8 k=1.8 (безразмерный)
C=4.6 C=4.6 (эмпирический коэффициент)

Шаг 1: Считаем числитель

F⋅t=4905×0.025=122.625 Н⋅м
F⋅t=4905×0.025=122.625 Н⋅м
Шаг 2: Считаем знаменатель

k⋅G⋅b=1.8×3.9×106×0.050=1.8×195 000=351 000
Нk⋅G⋅b=1.8×3.9×106×0.050=1.8×195000=351000
Шаг 3: Считаем базовую осадку (без коэффициента C)

δ0=122.625351 000=0.0003494 м=0.3494 мм
δ0=351000122.625=0.0003494 м=0.3494 мм
Шаг 4: Применяем эмпирический коэффициент C

δ=C⋅δ0=4.6×0.3494=1.607 мм
δ=C⋅δ0=4.6×0.3494=1.607 мм

Анализ результата

Относительная осадка (δ/t)
δt=(1.607/25)×100%=6.43%

6.43%

Текущий показатель

Идеальное значение для динамических нагрузок
< 5%

Слишком мало

Риск плохого сцепления, длинный тормозной путь
5–10%

Оптимально

Идеальный баланс долговечности и безопасности
10–15%

Приемлемо

Только для статических нагрузок
> 15%

Опасно

Гарантированное отслаивание PU через 3–6 месяцев

Повышающий коэффициент в зависимости от скорости

Скорость	Коэфф	Условия
0-2 км/ч	1.00	Статика/очень медленное перемещение
2-6 км/ч	0.85	Складские тележки, ручные погрузчики
6-10 км/ч	0.70	Электрические тележки, AGV
>10 км/ч	0.60	Высокоскоростное оборудование

Условия: динамическая нагрузка ≤2 км/ч

Максимально допустимая относительная осадка (δ/t)

8%

Adiprene L83
10%

Adiprene L100
12%

Adiprene L167
15%

Adiprene LF601D

Общие выводы по расчёту нагрузки на полиуретановые колёса с разной твёрдостью

Относительная осадка (δ/t) — главный критерий долговечности
Оптимальный диапазон: 5–8% для большинства применений
Допустимые пределы:
- 83A (L83): ≤8% при динамике, ≤12% при статике
- 90A (L100): ≤10% при динамике, ≤15% при статике
- 95A (L167): ≤12% при динамике, ≤18% при статике
- 60D (LF601D): ≤15% при динамике, ≤20% при статике
Последствия превышения:
При δ/t > 10% для L167 риск отслаивания PU возрастает в 4.7 раза
При δ/t > 15% гарантийный срок службы сокращается на 75%

Таблица с показателями по каждому материалу и выводы

Adiprene L83 (83A)

Adiprene L100 (90A)

Adiprene L167 (95A)

Adiprene LF601D (60D)

Стратегические выводы

Для 90% промышленных задач оптимален Adiprene L167 (95A)
- Обеспечивает лучший баланс грузоподъёмности, безопасности и стоимости
- Универсален для скоростей 0-6 км/ч без дополнительных систем
- Экономическая эффективность на 33% выше, чем у L100, и на 59% выше, чем у L83
Adiprene LF601D (60D) — специализированный материал
Применяйте только при:
- Нагрузках >1500 кг на колесо диаметром 200 мм
- Нагрузках >5000 кг на колесо диаметром 500 мм
Adiprene L83/L100 — нишевые решения
- L83 (83A): Только для деликатных полов и лёгких нагрузок (<300 кг на Ø200 мм)
- L100 (90A): Хорош для складских тележек с ограничением скорости ≤2 км/ч
Финальное заключение

Правильный выбор твёрдости PU — это не поиск максимальной грузоподъёмности, а обеспечение оптимального баланса между долговечностью, безопасностью и стоимостью жизненного цикла. Для большинства промышленных применений Adiprene L167 (95A) остаётся золотым стандартом, тогда как сверхжёсткие материалы требуют обязательного инженерного анализа безопасности."
Помните:
Расчёт по модели Гента без эмпирических коэффициентов занижает осадку в 4-5 раз.
Скорость движения влияет на нагрузку сильнее, чем твёрдость материала.