CN106801606B - 一种中盾和尾盾的密封连接装置、盾构机盾体及盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道掘进设备的技术领域，具体公开了一种中盾和尾盾的密封连接装置，同时本发明还公开了使用该密封连接装置的盾构机盾体以及使用该盾构机盾体的盾构机。本发明的中盾和尾盾的密封连接装置包括连接在中盾和尾盾之间的，且允许所述中盾相对于所述尾盾左、右转动的连接机构，以及对应设置在中盾或尾盾上与连接机构密封配合的密封机构。本发明的密封连接装置既能够保证盾体在隧道转弯时，中盾和尾盾相对转动以适应转弯半径，同时还能保持盾体内部和盾体的外部密封隔离，防止了泥浆倒灌进入盾体的内部。

Description

一种中盾和尾盾的密封连接装置、盾构机盾体及盾构机

技术领域

本发明属于隧道掘进设备的技术领域，具体涉及一种中盾和尾盾的密封连接装置，同时本发明还涉及盾构机盾体及盾构机。

背景技术

盾构机在实际施工过程中，由于被切削的土层土质条件比较复杂，使壳体各个部分受到的土压力不一致，导致盾构机的前进方向会与原本隧道设计的中心线产生偏差，当这种偏差出现时，盾构机需要进行姿态调整，以减小以致消除这种偏差，因此盾构机应具有灵活转弯、动态调整前进方向的能力。

如图1所示的盾构机的结构示意图，现有盾构机包括刀盘1、盾体10和后配套11等结构。其中，如图1和图2所示，盾构机的盾体10，包括前盾2、中盾3、尾盾4，尾盾4的前端套设在中盾3的后端内部，在中盾3和尾盾4的套设连接处设置有铰接密封件5。当盾构机在隧道的直线段中行进的过程中，中盾3和尾盾4依靠它们之间设置的铰接密封件5可以阻挡盾体外部的泥浆进入盾体内部，有效防止了泥浆的倒灌。但当盾构机在转弯半径小于250米的隧道行进的过程中，盾构机会出现如图3所示的转弯情况来调整自身的姿态以适应这种转弯，但是在现有技术的盾构机的盾体，中盾3和尾盾4之间会出现很大的缝隙，如图3的云线处所示的缝隙，这时铰接密封件5的密封效果失效，会导致泥浆倒灌入盾体的内部。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够适用于小曲线半径转弯的中盾和尾盾的密封连接装置，有效解决了盾构机在转弯半径小于250米的隧道行进时，导致盾体的铰接密封件失效而出现泥浆倒灌的技术问题。同时，本发明还提供一种使用上述密封连接装置的盾构机盾体及盾构机。

为解决上述技术问题，本发明的中盾和尾盾的密封连接装置采用的技术方案是：包括连接设置在中盾和尾盾之间的，且允许所述中盾相对于所述尾盾左、右转动的连接机构，以及对应设置在所述中盾或所述尾盾上与所述连接机构密封配合的密封机构。

进一步优选地，上述连接机构包括同轴固定设置在上述尾盾的前端，且套接在上述中盾末端内部的连接件，以及与该连接件挡止配合的用于限制中盾和尾盾过度转动的限位组件，该连接件的外周面设置有凸起的球形接触面，该球形接触面的球心位于所述尾盾的轴线上，所述密封机构设置在该中盾末端的内周面与该球形接触面之间。

进一步优选地，上述限位组件包括固设在该中盾末端内周面上的固定架，以及设置在该连接件上与该固定架挡止配合的挡止件。

在本发明的中盾和尾盾的密封连接装置的另一个实施例中，上述的连接机构还可以设置成，包括同轴固定设置在上述中盾的末端，且套接在上述尾盾前端外部的连接件，以及与该连接件挡止配合的用于限制该中盾和该尾盾过度转动的限位组件，该连接件的内周面设置有凸起的球形接触面，该球形接触面的中心点位于所述中盾的轴线上，上述密封机构设置在该尾盾的外周面与该球形接触面之间。

进一步优选地，上述限位组件包括固设在上述中盾末端的内周面上的固定架，以及设置在上述尾盾前端的内周面上的与该固定架挡止配合的挡止件。

进一步优选地，上述挡止件设置成销轴，上述固定架由竖板的一端和横板的一端固定连接组成，该横板上设置有沿该盾体轴线方向上延伸且供该销轴插入并移动的滑槽。

进一步优选地，上述竖板和上述横板可拆卸固定连接。

进一步优选地，上述密封机构由指型密封刷组合设置而成，该指型密封刷与上述连接件的球形接触面形成接触式密封。

本发明的盾构机盾体采用的技术方案是：该盾构机盾体包括中盾和尾盾，该中盾和尾盾之间设置有上述任意一项所描述的密封连接装置。

本发明的盾构机采用的技术方案是：该盾构机包括上述所描述的盾构机盾体。

本发明的中盾和尾盾的密封连接装置的有益效果是：本发明的密封连接装置中的连接机构能够保证盾构机在有转弯半径的隧道进行时，中盾和尾盾能够相对转动以适应转弯半径，同时密封连接装置中的密封机构能保持盾体内部和盾体的外部密封隔离，防止了泥浆倒灌进入盾体的内部。

进一步的，连接件上设置的球形接触面，并且球形接触面的中心或球心位于尾盾的轴线上，保证了中盾能够相对尾盾转动，且在密封机构的作用下盾体的外部和盾体的内部始终保持密封隔离的状态。在限位组件的作用下，中盾和尾盾不会出现过度的转弯，能够很好的适应隧道的曲线转弯而调整姿势，避免了中盾和尾盾之间的密封的连接因过度转弯而出现密封失效的情况，确保了中盾和尾盾之间的密封稳定性。

进一步的，上述固定架采用可拆卸的横板和竖板固定连接，能够根据盾构机的转弯半径选择设有不同长度的滑槽的横板，以保证中盾和尾盾的相对转弯。

附图说明

图1是现有技术中的盾构机的结构示意图；

图2是图1的盾构机的盾体的I处放大图；

图3是图2的盾体在转弯时的状态示意图；

图4是本发明提供的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一的结构示意图；

图5是图4的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一中的Ⅱ处放大图；

图6是图5的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一中的固定架结构示意图；

图7是图6的固定架的俯视图；

图8是图5的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一中的指型密封刷的结构示意图；

图9是图5的中盾和尾盾的密封连接装置的另一个实施例中的限位组件的结构示意图；

图10是本发明提供的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本发明的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一

如图4～8所示，本发明提供的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一，密封连接装置包括连接在中盾3和尾盾4之间，且允许中盾3相对于尾盾4左、右转动的连接机构8，中盾3上对应设置有与连接机构8密封配合的密封机构6。如图4和图5所示，进一步优选地，连接机构8包括同轴固定设置在尾盾4的前端，且套接在中盾3末端内部的连接件7，以及与连接件7挡止配合的用于限制中盾3相对于尾盾4过度转动的限位组件9，连接件7的外周面凸起设置有球形接触面，球形接触面的球心位于尾盾4的轴线上，密封机构6固定设置在中盾3末端的内周面上，且与球形接触面密封配合。

本实施例的密封连接装置在随盾构机进行挖掘隧道时，当遇到半径较小的转弯隧道段，这里所说的半径较小的转弯隧道段是指隧道段的转弯半径小于250米。比如转弯半径为30000mm，此时中盾会随着盾构机的前盾一起相对于尾盾左、右转动，以调整盾体的姿态适用该转弯隧道段的挖掘，此时会使盾构机的盾体的中盾3和尾盾4之间呈一弧度弯曲。在本实施例中，在连接件7外表面设置的球形接触面的导向下，中盾3的内壁绕连接件7的球形接触面相对尾盾4转动，该球形接触面能够满足中盾3和尾盾4之间转动的弯曲弧度，尤其当遇到小半径的转弯半径时，连接件7上的球形接触面能够很好的保证中盾3相对尾盾4平稳的转动弯曲。

本实施例中的密封机构6固定设置在中盾3末端的内周面上，使密封机构6随着中盾转动，并且密封机构6始终与连接件7的球形接触面之间保持密封配合，防止泥浆倒灌进入盾体的内部，使盾体内部形成有效的密封空间。并且球形接触面的球心位于尾盾的轴线上，保证连接件7上的球形接触面与中盾3末端的内周面的间距相同，使密封机构6与球形接触面之间的密封效果在中盾3末端的周向方向上完全一致，保证中盾3相对尾盾4无论在向左或向右转动时，中盾3和尾盾4之间在密封机构6的作用下始终处于密封接触的状态，保证了盾体的内部和外部始终保持密封隔离。

在中盾3和尾盾4相对转动时，在本实施例中的限位组件9的限位作用下，中盾3相对于尾盾4不会出现过度的转弯，一是能够使盾构机按照预定的转弯半径进行掘进，避免了盾构机行进方向与预定路线出现偏差，二是避免了中盾3相对于尾盾4过度转弯导致密封失效的情况出现，确保了中盾3与尾盾4之间密封的稳定性。

如图6和图7所示，进一步优选地，限位组件9包括固定架90，以及设置在连接件7上与固定架90挡止配合的挡止件。挡止件设置成径向固设在连接件7前端的销轴93，固定架90由竖板91的一端和横板92的一端固连组成的L型结构体，竖板91固定设置在中盾3末端的内周面上，横板92上设置有沿盾体轴线方向上延伸且供销轴93插入并移动的滑槽94，滑槽94在轴线方向上的前后两端为限位点。

在盾构机沿着隧道转弯时，销轴93可以在横板92的滑槽94中移动，保证中盾3能够相对于尾盾4转弯，当中盾3相对尾盾4转动到预设的最小的转弯半径时，滑槽94的两端可以阻挡销轴93过度移动，实现了阻止中盾3相对于尾盾4过度转弯的限位功能。另外，在盾构机实际工作过程中，盾体的中盾3和尾盾4会产生相对的周向转动，本实施例中的销轴93与滑槽94配合还能够阻止中盾3相对尾盾4周向转动，起到防扭转的作用。

进一步优选地，竖板91的一端与横板92的一端之间是通过螺钉95可拆卸的固定连接，因此可以根据隧道的转弯半径不同选取设有不同长度的滑槽94的横板92，以保证中盾3和尾盾4的相对转动的弧度，使盾构机按照预定的转弯半径进行掘进。

在其它的实施例中，上述的密封连接装置还可以设置成连接在中盾3和尾盾4之间的关节球轴承，关节球轴承由一个具有外球面的内圈和一个具有内球面的外圈套装组成，该内、外圈两侧的均设置有密封圈，内圈固定连接在中盾3的末端或尾盾4的前端，外圈对应的固定连接在尾盾4的前端或中盾3的末端，内圈和外圈共同构成了连接机构，密封圈构成了密封机构。

如图9所示，在其它的实施例中，上述的限位组件9还可以采用如下结构，在连接件7的球形接触面上轴向设置有与该球形接触面的弧度相同的燕尾型限位槽101，该燕尾型限位槽101在轴线方向上的前后两端为限位点，中盾3的末端设置有伸入到该燕尾型限位槽内的燕尾型限位销102，在中盾3相对尾盾4转动时，该燕尾型限位销102能够随着燕尾型限位槽101导向移动，并且该燕尾型限位销102能够在燕尾型限位槽101的两端进行限位，同样能够起到防止中盾3相对尾盾4过度转动的功能以及防止中盾3相对于尾盾4周向转动的功能。

如图8所示，进一步优选地，密封机构6由指型密封刷12组合设置而成，在本实施例中，密封机构6由两排周向排布的指型密封刷12组合而成。当然还可以根据需要密封机构6设置成由两个及以上个指型密封刷组合而成。指型密封刷12与连接件7的球形接触面之间形成接触式密封，由于指型密封刷12本身具有可压缩的弹性，因此在中盾3相对于尾盾4转动的时候，指型密封刷12能够保持与连接件7上的球形接触面实时密封接触，进一步保证了密封效果的稳定性。

本发明的中盾和尾盾的密封连接装置的实施例二

如图10所示，本实施例与实施例一的区别在于，连接件7设置的位置不同，指型密封刷12设置的位置不同，并且限位组件9中的销轴93设置的位置不同。本实施例中的连接件7是固定设置在中盾3的末端，并且连接件7同轴套设在尾盾4的前端的外周面上，连接件7上的球形接触面是设置在该连接件7的内周面上，该球形接触面的中点位于中盾的轴线上。指型密封刷12固定设置在尾盾4前端的外周面上，且与球形接触面密封配合。限位组件9的销轴93固定设置在尾盾4前端的内周面上。

进一步优选地，尾盾4前端的外周面上设置有与球形接触面同心的凹球形面。这样设置进一步保证了中盾3能够相对于尾盾4平稳的转动。

进一步优选地，本实施例中的密封机构与实施例一中的密封机构结构不同，在本实施例中，密封机构6由四排周向排布的指型密封刷12组合而成，并且四排指型密封刷前两排分成一组，后两排分成一组，前两排的指型密封刷设置在尾盾4的凹形球面的前端，后两排的指型密封刷设置在尾盾4的凹形球面的后端。进一步保证密封的稳定性。

本发明还提供了盾构机盾体的实施例：该盾构机盾体包括中盾和尾盾，该中盾和尾盾之间设置有上述中盾和尾盾的密封连接装置的实施例一或实施例二中所描述的密封连接装置。

本发明还提供了盾构机的实施例，包括刀盘、连接在该刀盘后方的盾体，该盾体采用上述本发明提供的盾构机盾体的实施例中所描述的盾构机盾体的结构。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，包括连接设置在中盾和尾盾之间的，且允许所述中盾相对于所述尾盾左、右转动的连接机构，以及对应设置在所述中盾或所述尾盾上与所述连接机构密封配合的密封机构；所述连接机构包括同轴固定设置在所述尾盾的前端，且套接装配在所述中盾末端内部的连接件，以及与所述连接件挡止配合的用于限制所述中盾和所述尾盾过度转动的限位组件，所述连接件的外周面设置有凸起的球形接触面，所述球形接触面的球心位于所述尾盾的轴线上，所述密封机构设置在所述中盾末端的内周面与所述球形接触面之间。

2.根据权利要求1所述的中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，所述限位组件包括固设在所述中盾末端内周面上的固定架，以及设置在所述连接件上与所述固定架挡止配合的挡止件。

3.根据权利要求1所述的中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，所述连接机构包括同轴固定设置在所述中盾的末端，且套接在所述尾盾前端外部的连接件，以及与所述连接件挡止配合的用于限制所述中盾和所述尾盾过度转动的限位组件，所述连接件的内周面设置有凸起的球形接触面，所述球形接触面的中心点位于所述中盾的轴线上，所述密封机构设置在所述尾盾的外周面与所述球形接触面之间。

4.根据权利要求3所述的中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，所述限位组件包括固设在所述中盾末端的内周面上的固定架，以及设置在所述尾盾前端的内周面上的与所述固定架挡止配合的挡止件。

5.根据权利要求2或4所述的中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，所述挡止件设置成销轴，所述固定架由竖板的一端和横板的一端固定连接组成，所述横板上设置有沿中盾盾体轴线方向上延伸且供所述销轴插入并移动的滑槽。

6.根据权利要求5所述的中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，所述竖板和所述横板可拆卸固定连接。

7.根据权利要求6所述的中盾和尾盾的密封连接装置，其特征在于，所述密封机构由指型密封刷组合设置而成，所述指型密封刷与所述连接件的球形接触面形成接触式密封。

8.一种盾构机盾体，包括中盾和尾盾，其特征在于，所述中盾和所述尾盾之间设置有权利要求1～7任一权利要求所述的密封连接装置。

9.一种盾构机，其特征在于，所述盾构机包括权利要求8所述的盾构机盾体。

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