气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳

摘要

本发明提供了一种气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳，由底座、支臂、减震器铰接组成，支臂上安装滚轮组件。减震器由缸体、减震阻尼阀、柱塞、减震器长度调整杆组成，缸体减震阻尼阀与缸体机械连接，上部充入高压氮气，下部注入液压油；滚轮组件具有减轻孔的轻型轮毂和夹圈，螺栓穿过夹圈上的螺栓孔和轮毂和耐磨滚轮上的半圆槽配合形成的圆孔，将耐磨滚轮夹持固定在轮毂上。本发明的优点是：减震器能够快速吸收冲击能量，承载能力大，减震性能好，对罐道冲击小，初弹力和减震器长度调整方便，减震器全密封，寿命长；滚轮组件结构简单，胶轮容易更换，轮毂为全密封结构，轴承寿命长。气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳重量轻，免维护，寿命长。

说明书

一.所属技术领域

本发明涉及提升运输设备，是一种立井提升容器上使用的轻型滚轮罐耳。其作用是保持提升容器沿刚 性罐道安全、平稳运行。

二.背景技术

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，第一种是弹簧缓冲滚轮罐耳；第二种是 液压缓冲滚轮罐耳。

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、由于缓冲器的结构欠合理，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。

使用液压缓冲的滚轮罐耳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，不能满足使用要求。

目前广泛使用的滚轮体大多为实心结构，质量大，惯性大，轴承负荷大，轴承、耐磨滚轮早期损坏严 重；工作中耐磨滚轮摩擦发热，产生变形胀大，造成耐磨滚轮与轮毂发生相对转动，增大了耐磨滚轮的磨 损与消耗；同时，滚轮组件装配结构复杂，耐磨滚轮更换困难。

三.发明内容

为克服现有滚轮罐耳产品的缺点和不足，本发明提供一种气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳，该滚轮罐 耳解决了现有产品存在的下列缺点与不足：

一、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快速吸收大的冲击能量，滚轮和罐道的撞 击力大，液压室内液压油压力过高，易于漏油、减震器初始弹力低及长度调整困难等缺点。

二、解决了实心轮毂质量大，惯性大，轴承受力大，轴承早期损坏，耐磨滚轮磨损快的问题；克服了 工作中耐磨滚轮摩擦发热，温度升高，产生变形胀大，耐磨滚轮与轮毂发生相对转动的现象，解决了耐磨 滚轮的磨损与消耗大，耐磨滚轮更换困难等缺点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、本发明提供了采用一种气体弹簧复合液压阻尼技术的减震器，气体弹簧能快速吸收冲击能量，液 压阻尼有效地消耗冲击能量，实现优异的减震性能。

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。

减震器工作时应保证气室位于上方，工作中允许一定角度的倾斜，倾斜角度取决于液面没过阻尼孔的 高度，应满足最大工作倾角时，液面能没过阻尼孔。

气室可以使用橡皮囊密封结构，隔离气体，防止气体溶入液压油中，这时也可以实现减震器水平安装 或大倾角安装。

未使用橡皮囊的气室减震器需要水平位置工作时，应保证气室的高度高于水平布置的液压筒，液压缸 油室与气室直角连接，转接部分安装减震阻尼阀。

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。

减震器可以分体制造，上部为缸盖，下部为缸筒，减震器上部的缸盖和缸筒配合圆柱面上安装了带挡 圈O型静密封圈，缸筒和缸盖机械连接形成减震器缸体。

减震阻尼阀可以设计成多种结构形式，以下是两种厚度小，结构简单，制造方便的两种结构型式。

a)减震阻尼阀包括圆盘阀体，单向阀钢球，圆片阀片组成，圆盘阀体中心制有单向阀锥底通孔，其内 放置钢球，圆盘阀体上表面通过圆盘阀体中心点开设有导油槽，圆片阀片机械连接固定在圆盘阀体的上表 面，圆片阀片、单向阀锥底通孔、钢球和导油槽组成单向阀，阻尼小孔位于单向阀锥底通孔两侧，并与圆 盘阀体上的导油槽连通。

b)减震阻尼阀包括圆盘阀体、单向阀阀片和导柱组成，导柱机械连接于圆盘阀体中心上方，单向阀 片内孔与导柱动配合，沿导柱上下运动，圆盘阀体上表面开设有阻尼沟槽，单向阀孔位于圆盘阀体中心两 侧，阻尼沟槽通过单向阀孔中心并与单向阀孔相互连通。

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。

缸体和柱塞间的密封根据工况的不同采用了两种方式：

a)滚轮罐耳一般工作条件下，气室工作压力较低时，缸筒内圆柱面沟槽内从下到上依次装有防尘密封 圈，导向环，带挡圈O型密封圈，导向环。

b)滚轮罐耳在高速、重载的工作条件下，气室工作压较高时，缸筒内圆柱面沟槽内从下到上依次安装 有防尘密封圈，导向环，储油槽，带挡圈O型密封圈，斯特封，导向环，储油槽中存有润滑脂，位于带挡 圈O型密封圈和斯特封之间。

柱塞下行程限位装置有缸筒上的半圆槽、孔用弹簧钢丝挡圈和柱塞下方的轴肩组成。缸筒的下端开设 有限位半圆槽，孔用弹簧钢丝挡圈安装在缸筒的半圆槽内，柱塞位于下止点时，柱塞的轴肩与孔用弹簧钢 丝挡圈接触。

当缸体采用分体结构时，在柱塞的顶部有一个轴肩，缸筒内孔上部有圆台阶，柱塞行程的下止点是柱 塞顶部的轴肩与缸筒内孔的圆台阶相接触。

柱塞下部有中心内螺纹盲孔，与调整杆的外螺纹连接，调整杆的螺纹部分沿长度方向开有一个矩形沟 槽，柱塞下端沿圆周向等分有数个定位螺纹孔，定位螺钉拧入柱塞上的定位螺纹孔，定位端进入调整杆的 矩形沟槽内实现螺纹防松。

二、本发明采用了一种轻型，结构紧凑，能够有效阻止耐磨滚轮和轮毂相对滑动，更换耐磨滚轮方便 快捷的滚轮。

滚轮的轮毂具备数个腰圆型减轻孔，减轻了轮毂的重量，同时增强了轮毂的散热效果，在两腰圆减轻 孔之间形成轮辐，在与轮辐相对的轮毂外圆周面上开设有半圆槽，耐磨滚轮内圆柱面与数个轮毂半圆槽对 应处开有等分度、等半径的半圆槽，耐磨滚轮套在轮毂上，夹圈有数个等同分度的螺栓孔，数个螺栓穿过 夹圈上的螺栓孔和轮毂半圆槽和耐磨滚轮半圆槽配合形成的圆孔，将耐磨滚轮夹持固定在轮毂上，螺栓的 一半截面位于耐磨滚轮半圆槽内，另一半横截面位于轮毂半圆槽内，起到了阻止耐磨滚轮和轮毂相对转动、 打滑的作用；更换磨损的耐磨滚轮时仅需拆开螺栓，取下夹圈，更换新耐磨滚轮，重新安装螺栓，并在六 角头头部带孔螺栓的小孔内穿入锁紧保险钢丝放松即可，拆装方便快捷。

针对大型、重载的情况，轮毂材料采用高强度铸铝合金，安装轴承的轮毂内孔有钢制衬套，钢制衬套 在轮毂铸造时与铝合金嵌接在一起。

三、底座、支架、减震器铰接处，使用铰轴连接，零件铰接处的内孔安装有复合衬套：SF-1无油润滑 轴承，该产品以钢板为基体，中间烧结青铜粉，表面轧制PTFE和Pb的混合物。它能提供较好的自润滑、 耐磨损、低摩擦等性能。

本发明的效果是：

一、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。

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。

二、本发明采用带有减轻孔的轻型轮毂和夹圈结构，结构简单，连接螺栓起到了阻止耐磨滚轮和轮毂 相对转动的作用，解决了实心轮毂质量大，惯性大，轴承受力大，耐磨滚轮磨损快，轴承、耐磨滚轮早期 损坏严重的问题；克服了工作中耐磨滚轮轮体发热，过热产生变形胀大，耐磨滚轮与轮毂发生相对转动， 打滑的现象，减小了耐磨滚轮的磨损与消耗，解决了耐磨滚轮更换困难等缺点；滚轮轴中心有减轻孔，重 量轻。

由于以上特点，气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳重量轻，免维护，寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是轻型滚轮罐耳的主视图。

图2是实施例1中气体弹簧液压阻尼减震器纵向剖面结构图。

图3是图2中A处减震阻尼阀的放大图

图4是滚轮组件的主视图

图5是滚轮组件的A-A剖视图

图6是实施例2中气体弹簧液压阻尼减震器纵向剖面结构图

图7是图6中B处减震阻尼阀的放大图

图8实施例2中滚轮组件的A-A剖视图

图中1.滚轮组件，2.支架，3.底座，4.减震器，5.缸盖6.充气阀，7.气室，8.减震阻尼阀，9.油室， 10.缸筒，11.柱塞，12.孔用弹簧钢丝挡圈，13.定位螺钉，14.调整杆，15.防尘密封圈16.导向环，17. 带挡圈O型密封圈，18.缸体，19.带挡圈O型静密封圈，20.圆片阀片，21.导油槽，22.圆盘阀体， 23.阻尼小孔，24.单向阀锥底通孔，25.单向阀钢球，26.带螺栓孔夹圈，27.耐磨滚轮，28.轮毂， 29.轮毂减轻孔，30.螺栓，31.轮毂半圆槽，32.耐磨滚轮半圆槽，33.储油槽，34.斯特封，35.单向阀阀 片，36.单向阀孔37.导柱，38.带螺纹孔夹圈，39.钢制衬套，40.复合轴承。

五.具体实施方式

实施例1

本实施例优先使用在低负荷工况。

一种气体弹簧液压阻尼轻型滚轮罐耳，由底座(3)、支架(2)、减震器(4)铰接组成，支架(2)上 安装有滚轮组件(1)。

减震器(4)由缸体(18)、减震阻尼阀(8)、柱塞(11)和密封装置构成，工作时缸体(18)位于上 方，柱塞(11)位于下方，减震器(4)的气室(7)位于缸体(18)上方缸盖的内部，气室(7)上部装 有充气阀(6)，气室(7)内注有高压氮气，减震阻尼阀(8)机械连接固定在缸体(18)内部上方、气室 (7)的下方，柱塞(11)位于缸体(18)内部下方，与缸体(18)下部的缸筒(10)内圆柱孔动配合， 柱塞(11)行程的空间及减震阻尼阀(8)内充有液压油，为油室(9)，油室(9)中的液压油没过减震阻 尼阀(8)的阻尼小孔(23)一定深度，减震阻尼阀(8)由单向阀和阻尼小孔(23)构成，减震器压缩时 单向阀打开，减震器伸长时单向阀关闭，阻尼小孔常开。

减震器(4)上部的缸盖(5)和缸筒(10)配合圆柱面上安装了带挡圈O型静密封圈(19)，缸筒(10) 和缸盖(5)机械连接形成减震器缸体(18)，机械连接方式有螺纹连接、法兰连接和半环连接等。

分体制造的缸体能够降低加工难度，提高产品加工装配的工艺性，方便检修。

柱塞位于缸体(18)内部下方有效阻止了液体和粉尘的浸入柱塞(11)和缸筒(10)的间隙，大幅提 高产品寿命。

本实施例中减震阻尼阀(8)按以下方式构成：圆盘阀体(22)中心制有单向阀锥底通孔(24)，其内 放置单向阀钢球(25)，在圆盘阀体(22)上表面通过圆盘阀体(22)中心点开设有导油槽(21)，园片阀 片(20)机械连接固定在圆盘阀体(22)的上表面，连接方式可以采用螺纹连接、铆接和焊接等，园片阀 片(20)、单向阀锥底通孔(24)、单向阀钢球(25)和导油槽(21)组成单向阀，阻尼小孔(23)位于单 向阀锥底通孔两侧，并与圆盘阀体(22)上的导油槽(21)连通。

当滚轮罐耳受到冲击力，减震器(4)被压缩，缸体(18)下移，油室(9)中的液压油顶起单向阀钢 球(25)，单向阀打开，液压油经单向阀锥底通孔(24)、阻尼小孔(23)，汇入导油槽(21)，快速进入气 室(7)，压缩气室(7)的体积，气室(7)的压力增加，增大了减震器(4)的弹力，起到快速吸振缓冲 的作用；当作用力消失，气室(7)内的高压气体推动液压油返回下部油室(9)，此时单向阀钢球(25) 落下，单向阀关闭，液压油只能通过导油槽(21)，经阻尼小孔(23)缓慢返回油室(9)，缸体(18)缓 慢上移，减震器(4)伸长推动滚轮组件恢复初始状态。

通过调整初始充入气室(7)氮气压力的大小，可以方便地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。

柱塞和缸体间的密封装置按以下方式构成：缸筒(10)内圆柱面沟槽内装有两个导向环(16)，带挡 圈O型密封圈(17)，两个导向环(16)分布在带挡圈O型密封圈(17)两侧，缸筒(10)的下端安装有 防尘密封圈。导向环可以使用铸铁、青铜半环、或使用聚四氟青铜导向带等，本实施例中优选采用45°斜 切口开隙复合衬套：SF-1无油润滑轴承，该产品以钢板为基体，中间烧结青铜粉，表面轧制PTFE和Pb 的混合物，它能提供较好的自润滑、耐磨损、低摩擦等性能。

如图2所示，柱塞(11)行程的下止点为柱塞(11)的上端轴台阶与缸筒(10)的上台阶相接触，上 止点为柱塞(11)上端面与缸盖(5)的下端面相接触。

减震器(4)长度调整和防松装置按以下方式构成：柱塞(11)下部有中心内螺纹盲孔，与调整杆(14) 的外螺纹连接，调整杆(14)的螺纹部分沿长度方向开有一个矩形沟槽，柱塞(11)下端沿圆周向等分有 4个定位螺纹孔，定位螺钉(13)的拧入柱塞(11)上的定位螺纹孔，定位螺钉定位端进入调整杆(14) 的矩形沟槽内。图2中沿周向分布了4个螺纹孔，松开定位螺钉(13)，使用勾头扳手勾入螺纹孔，可以 方便地转动柱塞，调节减震器(4)的长度，调整完成后，当螺纹孔对正调整杆(14)螺纹上的沟槽时， 拧入定位螺钉(13)，实现了螺纹连接防松。

滚轮的轮毂(28)具备6个腰圆型减轻孔(29)，减轻了轮毂的重量，增大了轮毂的散热效果；在两 腰圆减轻孔中间，对应的轮毂外圆柱面处开设有轮毂半圆槽(31)，耐磨滚轮(27)内圆柱面上与6个轮 毂半圆槽(31)对应处开有等分度、等半径的耐磨滚轮半圆槽(32)，6个螺栓(30)穿过轮毂半圆槽(31) 和耐磨滚轮半圆槽(32)配合形成的圆孔，使用带螺栓孔夹圈(26)将耐磨滚轮(27)夹持固定在轮毂(28) 上，螺栓的一半横截面位于耐磨滚轮半圆槽(32)内，另一半横截面位于轮毂半圆槽(31)内，起 到了阻止耐磨滚轮(27)和轮毂(28)相对转动，打滑的作用。

在本实施例中，螺栓采用的是六角头头部带孔螺栓，轮毂一侧有螺纹孔，螺栓连接后，在六角头头部 带孔螺栓的小孔内穿入保险钢丝，并拧紧防止螺栓松动。

底座(3)、支架(2)、减震器(4)铰接处，安装有复合衬套：SF-1无油润滑轴承，该产品以钢板为 基体，中间烧结青铜粉，表面轧制PTFE和Pb的混合物，它能提供较好的自润滑、耐磨损、低摩擦等性能。 能够有效适应矿井的工作环境。

实施例：2

本实施例优先使用在高速、重载、高负荷工况。

本实施例中中缸体为整体缸体，毛坯可采用铸件或采用缸盖和缸筒焊接组合而成。为实现柱塞的安装 采用了与实施例1中不同的下行程限位方式，为满足系统工作压力高，泄露低的要求，密封装置中增加了 斯特封，同时例举了一个减震阻尼阀方案，轮毂采用了铸铝轮毂，其他技术方案与实施例1相同。

减震阻尼阀(8)按以下方式构成：减震阻尼阀包括圆盘阀体(22)单向阀阀片(35)，导柱(37)组 成，导柱(37)机械连接固定在圆盘阀体(22)中心上方，单向阀片(35)内孔与导柱(37)动配合，可 以沿导柱上下运动，圆盘阀体(22)中心线两侧对称钻出单向阀孔(36)，圆盘阀体(22)上表面开设有 阻尼沟槽(23)，阻尼沟槽(23)通过单向阀孔(36)中心并相互连通。

当滚轮罐耳受到冲击力，减震器(4)被压缩，缸体(18)下移，油室(9)中的液压油顶起单向阀阀 片(35)，单向阀孔(36)打开，液压油经单向阀孔(36)，快速充入气室(7)，压缩气室(7)的体积， 增加气室(7)内的气体压力，增大了减震器(4)弹力，起到快速吸振缓冲的作用；当作用力消失，气室 (7)内的高压气体推动液压油返回下部油室(9)，此时单向阀片(35)落下，单向阀阀孔(36)被封闭， 液压油只能通过圆盘阀体(22)上的阻尼沟槽(23)和单向阀片(35)形成的阻尼小孔(23)，缓慢返回 油室(9)，缸体(18)缓慢上移，减震器(4)伸长推动滚轮恢复初始状态。

本实施例缸体与柱塞间的密封是以下方式实现的：缸筒(10)内圆柱面沟槽内从下到上依次安装有防 尘密封圈(15)，导向环(16)，带挡圈O型密封圈(17)，储油槽(33)，斯特封(34)导向环(16)；储 油槽(33)中存有润滑脂，位于带挡圈O型密封圈(17)的上方。

本实施例中缸体的柱塞下行程限位装置由缸筒(10)上的半圆槽、孔用弹簧钢丝挡圈(12)和柱塞上 的轴肩组成。缸筒(10)的下端开设有限位半圆槽，孔用弹簧钢丝挡圈(12)安装在缸筒(10)的半圆槽 内，柱塞(11)位于下止点时，柱塞(11)上的轴肩与孔用弹簧钢丝挡圈(12)接触。

本实施例中滚轮的轮毂(28)具备6个腰圆型减轻孔(29)，在两腰圆减轻孔中间，对应的轮毂外圆 柱面处开设有轮毂半圆槽(31)，轮毂(28)由高强度铸铝合金制成，轮毂安装轴承的内孔镶嵌钢制衬套 (39)，钢制衬套(39)在轮毂铸造时与铝合金嵌接在一起，耐磨滚轮(27)内圆柱面上与6个轮毂半圆 槽(31)对应开有等分度、等半径的耐磨滚轮半圆槽(32)，数个螺栓(30)穿过轮毂半圆槽(31)和耐 磨滚轮半圆槽(32)配合形成的圆孔，使用带螺栓孔夹持圈(26)和带螺纹孔夹圈(38)将耐磨轮(27) 夹持固定在轮毂(28)上，螺栓(28)的一半横截面位于耐磨轮半圆槽(32)内，另一半横截面位于轮毂 半圆槽(31)，起到阻止耐磨滚轮(27)与轮毂(28)间的相对转动的作用。