新型气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳

柴亚东

（北京中煤昊翔高新技术有限公司，北京102218）

新建矿井大型化，提升速度高，部分矿井立井提升速度高达16m/s。迫切需要承载能力大，寿命长，减震性能好，质量稳定可靠的滚轮罐耳产品。

气体弹簧具有承载能力大，具备优于碟簧的变刚度曲线，液压阻尼能够有效消耗冲击能量，借鉴飞机起落架原理，结合滚轮罐耳产品特点设计制造的气体弹簧液压阻尼减震器具有减震阻尼性能好，体积小，减震器长度调整方便，重量轻，寿命长，免维护等优点。

滚轮罐耳是一种立井提升容器上使用的轻型滚轮罐耳。安装在提升容器上，沿着井筒刚性罐道运行的装置，其作用是保持提升容器沿刚性罐道安全、平稳运行。

新建矿井大型化，提升速度高，如中煤门克庆煤矿的提煤箕斗，单次提升重量60 吨，提升速度高达16m/s。迫切需要承载能力大，寿命长，减震性能好，质量稳定可靠的滚轮罐耳产品。

气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳，是借鉴飞机起落架减震器原理研发的新一代具有领先技术的产品。减震器由缸体、减震阻尼阀、柱塞和密封装置构成，缓冲器上部气室内充有高压氮气，气体弹簧起到缓冲吸震的作用，柱塞行程的空间及减震阻尼阀内充有液压油，油室中的液压油在减震器回弹过程中经过减震阻尼阀的阻尼小孔缓慢返回油室，缸体慢速上移复位增起到了阻尼作用，该减震器大大提高了滚轮罐耳的缓冲、减震能力。

滚轮采用了轻型化设计，轮毂上设置了减轻孔，聚氨酯滚轮采用了夹圈夹持方式固定，阻止了胶轮相对于轮毂的相对滑动，方便了聚氨酯胶轮的更换。

滚轮采用迷宫密封技术，使用润滑脂润滑，密封可靠。

该系列滚轮罐耳结构轻型、调整方便、运行平稳、安全可靠、噪音小、维护量小、使用寿命长。

该系列滚轮罐耳有下列主要部分构成：1、滚轮；2、摇臂；3、液气缓冲器；4、底座（见图1）。

图1 滚轮罐耳

（1）滚轮：整体采用全密封设计，透盖处采用迷宫密封。轴承用润滑脂润滑，提高轴承使用寿命。（2）气体弹簧液压阻尼减震器：气体弹簧液压阻尼减震器由气体弹簧和液压阻尼装置构成。气体弹簧快速吸收冲击能量，承载能力大；液压阻尼装置延缓了回弹速度，减少滚轮及罐道的磨损，保证提升容器安全平稳运行。（3）摇臂：连接底座、滚轮、缓冲器，工作时滚轮水平移动，使摇臂摆动，缓冲器长度伸长或缩短。（4）底座：通过销轴连接摇臂和减震器，是滚轮罐耳安装在提升容器上的安装基础。（5）（6）销轴：铰接底座、摇臂和减震器。

做为滚轮罐耳的关键性部件，目前立井提升容器上使用的滚轮罐耳广泛采用了两类减震器，第一种是弹簧缓冲减震器，第二种是液压缓冲减震器。

采用弹簧缓冲的滚轮罐耳有螺旋弹簧和蝶形弹簧两种形式：螺旋弹簧由于弹力小，目前已很少使用；碟形弹簧承载能力大，变形小，能够快速吸收冲击能量，目前被广泛运用于滚轮罐耳减震器中，但蝶形弹簧减震器存在以下缺点：

（1）碟形弹簧弹力大，回弹过程无阻尼，造成滚轮与罐道碰撞，加快了耐磨滚轮和罐道的磨损。（2）弹簧钢制成的弹簧，工作时易腐蚀，造成金属弹簧早期疲劳断裂，调整维修量大，产品寿命低。（3）弹簧预紧力调节结构复杂，使用一段时间后，由于生锈腐蚀等原因弹簧预紧力调整困难，甚至无法实现调节，缓冲器报废。（4）由于缓冲器的结构缺陷，易在使用中进水、进煤尘，导致缓冲器寿命低。（5）减震器长度调整及锁紧装置结构复杂，易锈蚀，调整困难。

减震器中一般有几十片碟簧，其中一个碟簧出现碎裂，会引起碟簧组丧失预紧力，碟簧组承受冲击力，引起成组失效。

使用液压缓冲的减震器运用了液压阻尼减震技术，能够有效地消耗冲击能量，但由于阻尼间隙固定，不能随着冲击力的变化而改变，受到快速冲击时，不能快速响应，液压室内液压油压力高，减震效果差，易于漏油；由于液压阻尼减震器复位弹簧是金属弹簧，易断裂，初始弹力低，不能很好地满足使用要求。

近年来气体弹簧具有承载能力大，具备优于碟簧的变刚度曲线等优异特性在机械行业得到了广泛应用，如载重汽车，高铁的动车组，甚至应用于空投战略装备时作为触地的减震器。

为克服现有滚轮罐耳产品的缺点和不足，借鉴飞机起落架原理，结合滚轮罐耳产品特点设计制造的气体弹簧液压阻尼减震器。在滚轮罐耳上使用气体弹簧液压阻尼减震器，由于初始刚度小，能够快速响应罐道的变化，到行程最后阶段刚度陡升，有效地限制了提升容器的晃动幅度，返程时，液压阻尼能够减缓减震器回弹速度，有效消耗冲击能量，衰减了振动。减震器具有体积小，重量轻，寿命长，免维护等优点。

图2 气体弹簧液压阻尼减震器

减震器由缸体、减震阻尼阀、柱塞和密封装置构成，工作时缸体位于上方，柱塞位于下方，减震器的气室位于缸体内部上方，气室上部装有充气阀，气室内注有高压氮气，减震阻尼阀机械连接固定在缸体内部上方，柱塞位于缸体内部下方并与缸体动配合，柱塞行程的空间及减震阻尼阀内充有液压油，为油室，油室中的液压油没过减震阻尼阀的上表面，减震阻尼阀由单向阀和阻尼小孔构成，在减震器被外力压缩时，油室内的液压油打开单向阀，通过单向阀和阻尼小孔快速注入气室，外力消失后，单向阀关闭，液压油经阻尼小孔缓慢返回油室，缸体慢速上移复位。

减震阻尼阀包括单向阀和阻尼小孔，其作用是在减震器被外力压缩时，油室内的液压油打开单向阀，通过单向阀和阻尼小孔快速注入气室，缩小了气室的体积，增大了气体压力，同时增大了减震器的弹力；外力消失后，气室中的高压氮气关闭单向阀，推动液压油经阻尼小孔缓慢返回油室，缸体慢速上移复位。

通过调整初始充入气室氮气压力的大小，可以方便的调整减震器初始弹力的大小，满足了不同工况的需求并克服了机械调整的不便。

气体弹簧具备优异的变刚度曲线，承载能力大，能够快速吸收冲击能量，减震性能好，压缩后回弹伸长时，阻尼小孔起到阻尼作用，能有效的消耗冲击能量，慢速回弹，克服了机械弹簧回弹过程中滚轮对罐道的冲击。

滚轮罐耳使用过程中，随着胶轮的磨损，需要及时调整减震器的长度，来确保胶轮与罐道的位置正确，新设计利用了柱塞的内部空间，调节长度长，采用带锥度锁紧螺母进行锁紧，方便可靠。

由此可见采用气体弹簧液压阻尼减震器，解决了蝶形弹簧减震器对罐道冲击大，弹簧预紧力、减震器长度调整困难，减震器易进水，粉尘，弹簧易腐蚀，疲劳断裂，寿命短等缺点；克服了液压减震器不能迅速吸收大的冲击能量，滚轮和罐道的冲击力大，液压室内液压油压力过高，易于漏油、弹簧初压力低及减震器长度调整不便等缺点。减震器实现了全密封，寿命长，减震器初弹力调整方便，使用中减震器长度调整方便快捷，优异的减震器减震缓冲性能，减少了耐磨滚轮的磨损。