新型氣體彈簧液壓阻尼輕型滾輪罐耳

柴亞東

（北京中煤昊翔高新技術(shù)有限公司，北京102218）

新建礦井大型化，提升速度高，部分礦井立井提升速度高達16m/s。迫切需要承載能力大，壽命長，減震性能好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠的滾輪罐耳產(chǎn)品。

氣體彈簧具有承載能力大，具備優(yōu)于碟簧的變剛度曲線，液壓阻尼能夠有效消耗沖擊能量，借鑒飛機起落架原理，結(jié)合滾輪罐耳產(chǎn)品特點設計制造的氣體彈簧液壓阻尼減震器具有減震阻尼性能好，體積小，減震器長度調(diào)整方便，重量輕，壽命長，免維護等優(yōu)點。

滾輪罐耳是一種立井提升容器上使用的輕型滾輪罐耳。安裝在提升容器上，沿著井筒剛性罐道運行的裝置，其作用是保持提升容器沿剛性罐道安全、平穩(wěn)運行。

新建礦井大型化，提升速度高，如中煤門克慶煤礦的提煤箕斗，單次提升重量60 噸，提升速度高達16m/s。迫切需要承載能力大，壽命長，減震性能好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠的滾輪罐耳產(chǎn)品。

氣體彈簧液壓阻尼輕型滾輪罐耳，是借鑒飛機起落架減震器原理研發(fā)的新一代具有領(lǐng)先技術(shù)的產(chǎn)品。減震器由缸體、減震阻尼閥、柱塞和密封裝置構(gòu)成，緩沖器上部氣室內(nèi)充有高壓氮氣，氣體彈簧起到緩沖吸震的作用，柱塞行程的空間及減震阻尼閥內(nèi)充有液壓油，油室中的液壓油在減震器回彈過程中經(jīng)過減震阻尼閥的阻尼小孔緩慢返回油室，缸體慢速上移復位增起到了阻尼作用，該減震器大大提高了滾輪罐耳的緩沖、減震能力。

滾輪采用了輕型化設計，輪轂上設置了減輕孔，聚氨酯滾輪采用了夾圈夾持方式固定，阻止了膠輪相對于輪轂的相對滑動，方便了聚氨酯膠輪的更換。

滾輪采用迷宮密封技術(shù)，使用潤滑脂潤滑，密封可靠。

該系列滾輪罐耳結(jié)構(gòu)輕型、調(diào)整方便、運行平穩(wěn)、安全可靠、噪音小、維護量小、使用壽命長。

該系列滾輪罐耳有下列主要部分構(gòu)成：1、滾輪；2、搖臂；3、液氣緩沖器；4、底座（見圖1）。

圖1 滾輪罐耳

（1）滾輪：整體采用全密封設計，透蓋處采用迷宮密封。軸承用潤滑脂潤滑，提高軸承使用壽命。（2）氣體彈簧液壓阻尼減震器：氣體彈簧液壓阻尼減震器由氣體彈簧和液壓阻尼裝置構(gòu)成。氣體彈簧快速吸收沖擊能量，承載能力大；液壓阻尼裝置延緩了回彈速度，減少滾輪及罐道的磨損，保證提升容器安全平穩(wěn)運行。（3）搖臂：連接底座、滾輪、緩沖器，工作時滾輪水平移動，使搖臂擺動，緩沖器長度伸長或縮短。（4）底座：通過銷軸連接搖臂和減震器，是滾輪罐耳安裝在提升容器上的安裝基礎。（5）（6）銷軸：鉸接底座、搖臂和減震器。

做為滾輪罐耳的關(guān)鍵性部件，目前立井提升容器上使用的滾輪罐耳廣泛采用了兩類減震器，第一種是彈簧緩沖減震器，第二種是液壓緩沖減震器。

采用彈簧緩沖的滾輪罐耳有螺旋彈簧和蝶形彈簧兩種形式：螺旋彈簧由于彈力小，目前已很少使用；碟形彈簧承載能力大，變形小，能夠快速吸收沖擊能量，目前被廣泛運用于滾輪罐耳減震器中，但蝶形彈簧減震器存在以下缺點：

（1）碟形彈簧彈力大，回彈過程無阻尼，造成滾輪與罐道碰撞，加快了耐磨滾輪和罐道的磨損。（2）彈簧鋼制成的彈簧，工作時易腐蝕，造成金屬彈簧早期疲勞斷裂，調(diào)整維修量大，產(chǎn)品壽命低。（3）彈簧預緊力調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)復雜，使用一段時間后，由于生銹腐蝕等原因彈簧預緊力調(diào)整困難，甚至無法實現(xiàn)調(diào)節(jié)，緩沖器報廢。（4）由于緩沖器的結(jié)構(gòu)缺陷，易在使用中進水、進煤塵，導致緩沖器壽命低。（5）減震器長度調(diào)整及鎖緊裝置結(jié)構(gòu)復雜，易銹蝕，調(diào)整困難。

減震器中一般有幾十片碟簧，其中一個碟簧出現(xiàn)碎裂，會引起碟簧組喪失預緊力，碟簧組承受沖擊力，引起成組失效。

使用液壓緩沖的減震器運用了液壓阻尼減震技術(shù)，能夠有效地消耗沖擊能量，但由于阻尼間隙固定，不能隨著沖擊力的變化而改變，受到快速沖擊時，不能快速響應，液壓室內(nèi)液壓油壓力高，減震效果差，易于漏油；由于液壓阻尼減震器復位彈簧是金屬彈簧，易斷裂，初始彈力低，不能很好地滿足使用要求。

近年來氣體彈簧具有承載能力大，具備優(yōu)于碟簧的變剛度曲線等優(yōu)異特性在機械行業(yè)得到了廣泛應用，如載重汽車，高鐵的動車組，甚至應用于空投戰(zhàn)略裝備時作為觸地的減震器。

為克服現(xiàn)有滾輪罐耳產(chǎn)品的缺點和不足，借鑒飛機起落架原理，結(jié)合滾輪罐耳產(chǎn)品特點設計制造的氣體彈簧液壓阻尼減震器。在滾輪罐耳上使用氣體彈簧液壓阻尼減震器，由于初始剛度小，能夠快速響應罐道的變化，到行程最后階段剛度陡升，有效地限制了提升容器的晃動幅度，返程時，液壓阻尼能夠減緩減震器回彈速度，有效消耗沖擊能量，衰減了振動。減震器具有體積小，重量輕，壽命長，免維護等優(yōu)點。

圖2 氣體彈簧液壓阻尼減震器

減震器由缸體、減震阻尼閥、柱塞和密封裝置構(gòu)成，工作時缸體位于上方，柱塞位于下方，減震器的氣室位于缸體內(nèi)部上方，氣室上部裝有充氣閥，氣室內(nèi)注有高壓氮氣，減震阻尼閥機械連接固定在缸體內(nèi)部上方，柱塞位于缸體內(nèi)部下方并與缸體動配合，柱塞行程的空間及減震阻尼閥內(nèi)充有液壓油，為油室，油室中的液壓油沒過減震阻尼閥的上表面，減震阻尼閥由單向閥和阻尼小孔構(gòu)成，在減震器被外力壓縮時，油室內(nèi)的液壓油打開單向閥，通過單向閥和阻尼小孔快速注入氣室，外力消失后，單向閥關(guān)閉，液壓油經(jīng)阻尼小孔緩慢返回油室，缸體慢速上移復位。

減震阻尼閥包括單向閥和阻尼小孔，其作用是在減震器被外力壓縮時，油室內(nèi)的液壓油打開單向閥，通過單向閥和阻尼小孔快速注入氣室，縮小了氣室的體積，增大了氣體壓力，同時增大了減震器的彈力；外力消失后，氣室中的高壓氮氣關(guān)閉單向閥，推動液壓油經(jīng)阻尼小孔緩慢返回油室，缸體慢速上移復位。

通過調(diào)整初始充入氣室氮氣壓力的大小，可以方便的調(diào)整減震器初始彈力的大小，滿足了不同工況的需求并克服了機械調(diào)整的不便。

氣體彈簧具備優(yōu)異的變剛度曲線，承載能力大，能夠快速吸收沖擊能量，減震性能好，壓縮后回彈伸長時，阻尼小孔起到阻尼作用，能有效的消耗沖擊能量，慢速回彈，克服了機械彈簧回彈過程中滾輪對罐道的沖擊。

滾輪罐耳使用過程中，隨著膠輪的磨損，需要及時調(diào)整減震器的長度，來確保膠輪與罐道的位置正確，新設計利用了柱塞的內(nèi)部空間，調(diào)節(jié)長度長，采用帶錐度鎖緊螺母進行鎖緊，方便可靠。

由此可見采用氣體彈簧液壓阻尼減震器，解決了蝶形彈簧減震器對罐道沖擊大，彈簧預緊力、減震器長度調(diào)整困難，減震器易進水，粉塵，彈簧易腐蝕，疲勞斷裂，壽命短等缺點；克服了液壓減震器不能迅速吸收大的沖擊能量，滾輪和罐道的沖擊力大，液壓室內(nèi)液壓油壓力過高，易于漏油、彈簧初壓力低及減震器長度調(diào)整不便等缺點。減震器實現(xiàn)了全密封，壽命長，減震器初彈力調(diào)整方便，使用中減震器長度調(diào)整方便快捷，優(yōu)異的減震器減震緩沖性能，減少了耐磨滾輪的磨損。