CN107605483A - 悬浮密封装置、内喷雾装置以及掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明的悬浮密封装置、内喷雾装置以及掘进机，其中，悬浮密封装置用于从固定基座向旋转体传递液体，固定基座上设置有围绕主轴的配合凹槽，配合凹槽内设置有悬浮密封环，配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，悬浮密封环的与配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，悬浮密封环与固定基座形成密封的液体通道，悬浮密封环和旋转体通过弹簧销组件连接。本发明的内喷雾装置包括本发明的悬浮密封装置。本发明的掘进机包括本发明的内喷雾装置。本发明技术方案的优点:悬浮密封环与固定基座是同直径的外球带面与内球带面的配合，是实现二者同轴的最佳几何形状；在弹簧力作用下，有效保障悬浮密封环与固定基座的同轴。本发明的技术方案实现了水腔和油腔的完全分离，使安全作业有了保障。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械，特别是涉及一种悬浮密封装置、内喷雾装置以及掘进机。
背景技术
悬臂式掘进机是一种能够实现截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合机组。悬臂式掘进机要同时实现剥离煤岩、装载运出、机器本身的行走调动以及喷雾除尘等功能，即集切割、装载、运输、行走于一身。掘进机的内喷雾装置是掘进机的重要部件，其功能是在巷道掘进工作过程中通过截割头的转动实现对煤岩的截割，同时喷出的水雾至截割齿和煤岩接触部位，实现降尘。一种常见的掘进机内喷雾装置如图1所示，包括截割头体1、内花键套2、浮动密封座3、浮动密封架4、隔套5、主轴6、浮动密封11、O型圈12、TG油封13。其中水路经由浮动密封架4后穿过隔套5，浮动密封架4和隔套5中间的TG油封13将水与油隔开，隔套5和主轴6之间设置O型圈12。在工作中压力较高的水进入主轴6，进而穿过内花键套2的水孔进入截割头体1水腔，最后输送到截割头的各个喷水嘴，但是，由于轴承存在间隙且主轴6工作时受径向外力，主轴6工作中会产生周期轻微摆动，从而TG油封13与隔套5之间产生旋转磨损，形成径向间隙，高压水(压强≥2.5MPa)就会从这样间隙泄露进入轴承腔，使得水油混合，轴承锈蚀损坏，造成掘进机现阶段的内喷雾无法使用。内喷雾无法使用造成截割工作面粉尘大，并会带来如下问题：1、增加了煤粉爆炸隐患；2、恶化了工人作业环境，工人作业时尽管有防护，还是会吸入大量粉尘；3、视线受阻，因而目前作业不得不一人操作，一人在掘进机侧面协助观察指挥，增加了人工成本，同时也增加了人身安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种保证内喷雾正常使用的悬浮密封装置、内喷雾装置以及掘进机。
本发明的悬浮密封装置，用于从固定基座向旋转体传递液体，包括悬浮密封环、固定基座、旋转体，所述固定基座上设置有围绕主轴的配合凹槽，所述配合凹槽内设置有悬浮密封环，悬浮密封环套置于所述主轴上，所述配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，所述悬浮密封环的与所述配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，通过内球带面与外球带面的配合或内锥面与外锥面的配合，所述悬浮密封环与所述固定基座形成密封的液体通道，所述悬浮密封环和所述旋转体通过弹簧销组件连接，所述悬浮密封环的内部设置有第一水道，所述第一水道与液体通道连通，所述旋转体内部设置有第二水道，所述第一水道与所述第二水道通过接头软管组件连通。
本发明的悬浮密封装置，其中，所述悬浮密封环和所述旋转体通过三个弹簧销组件连接，三个弹簧销组件周向均匀分布于悬浮密封环的端面上，弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线与相邻弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线成的角度为120度。
本发明的悬浮密封装置，其中，所述弹簧销组件包括销以及套置于所述销上的弹簧，所述销的一端伸入所述旋转体的第一销孔并与所述第一销孔过盈配合，所述销的另一端伸入悬浮密封环的端面上的第二销孔并与所述第二销孔间隙配合，所述弹簧向悬浮密封环的端面施加弹力。
本发明的悬浮密封装置，其中，所述接头软管组件包括第一锥管接头、第二锥管接头、胶管总成，所述第一锥管接头伸入所述悬浮密封环的第一水道内，所述第二锥管接头伸入所述旋转体的第二水道内，所述胶管总成将第一锥管接头、第二锥管接头连接在一起。
本发明的悬浮密封装置，其中，所述悬浮密封环包括面向所述旋转体的金属环体以及镶嵌于所述金属环体上的陶瓷耐磨环，所述金属环体和所述旋转体通过三个弹簧销组件连接。
本发明的内喷雾装置，包括截割头体、悬浮密封环、主轴、均套置于所述主轴上的内花键套和浮动密封座以及浮动密封架，所述截割头体焊接于所述内花键套上，所述悬浮密封环套置于所述浮动密封座上，所述浮动密封架上设置有围绕主轴的配合凹槽，悬浮密封环与所述配合凹槽配合，所述配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，所述悬浮密封环的与所述配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，通过内球带面与外球带面的配合或内锥面与外锥面的配合，所述悬浮密封环与所述浮动密封架形成密封的液体通道，所述悬浮密封环和所述内花键套通过弹簧销组件连接，所述悬浮密封环的内部设置有第一水道，所述第一水道与液体通道连通，所述截割头体内部设置有第二水道，所述第一水道与所述第二水道通过接头软管组件连通。
本发明的内喷雾装置，其中，所述内花键套和所述悬浮密封环通过三个弹簧销组件连接，三个弹簧销组件周向均匀分布于悬浮密封环的端面上，弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线与相邻弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线成的角度为120度。
本发明的内喷雾装置，其中，所述弹簧销组件包括销以及套置于所述销上的弹簧，所述销的一端伸入所述内花键套的第一销孔并与所述第一销孔过盈配合，所述销的另一端伸入悬浮密封环的端面上的第二销孔并与所述第二销孔间隙配合，所述弹簧向悬浮密封环的端面施加弹力。
本发明的内喷雾装置，其中，所述接头软管组件包括第一锥管接头、第二锥管接头、胶管总成，所述第一锥管接头伸入所述悬浮密封环的第一水道内，所述第二锥管接头伸入所述截割头体的第二水道内，所述胶管总成将第一锥管接头、第二锥管接头连接在一起。
本发明的掘进机，包括本发明的内喷雾装置。
本发明的向旋转机构传递高压液体的悬浮密封装置的优点:1、悬浮密封环与固定基座是同直径的外球带面与内球带面的配合(或者是同尺寸的锥台与锥孔的配合)，是实现二者同轴的最佳几何形状；2、上述两种球带面或锥面配合在弹簧压力下，能够自动找中心，即：使悬浮密封环与固定基座始终同轴；3、上述两种球带面或锥面配合在弹簧压力下，有效弥补悬浮密封环3与固定基座磨损产生的间隙，起到长期密封效果；4、三组同规格、同弹力的弹簧，均匀分布在同一圆周上，达到三点确定一个平面的效果，使压力均匀分布在悬浮密封环上；5、三个扭矩传递销与悬浮密封环上的扭矩传递孔为大间隙配合，防止过定位，在弹簧力作用下，有效保障悬浮密封环与固定基座的同轴；6、在悬浮密封环球带面镶嵌陶瓷材料，以加强耐磨性；7、接头软管组件两端分别与悬浮密封环和旋转体锥管接头密封，中间用软管连接，不受随时补充磨损量结构影响
与现有技术相比，本发明的技术方案特殊结构，实现了水腔和油腔的完全分离，既保证了内喷雾的使用，也提升了掘进机配件的使用寿命，同时改善了作业环境，为后期的自动化掘进设计提供了条件，使安全作业有了保障。
附图说明
图1为现有技术的掘进机内喷雾装置的结构示意图；
图2为本发明的悬浮密封装置的结构示意图；
图3为图2的I局部放大图；
图4为本发明的内喷雾装置的结构示意图；
图5为本发明的内喷雾装置的接头软管组件的结构示意图；
图6为图4的B局部放大图；
图7为本发明的悬浮密封装置的压力推导计算示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的悬浮密封装置，用于从固定基座4向旋转体1传递液体，包括悬浮密封环3、固定基座4、旋转体1，固定基座4上设置有围绕主轴5的配合凹槽，配合凹槽内设置有悬浮密封环3，悬浮密封环3套置于主轴5上，配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，悬浮密封环3的与配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，通过内球带面与外球带面的配合或内锥面与外锥面的配合，悬浮密封环与固定基座形成密封的液体通道，悬浮密封环和旋转体通过弹簧销组件7连接，悬浮密封环的内部设置有第一水道，第一水道与液体通道连通，旋转体内部设置有第二水道，第一水道与第二水道通过接头软管组件6连通。
旋转体1通过连接键2与主轴5连接，由主轴5带动旋转。
本发明的悬浮密封装置，其中，悬浮密封环和旋转体通过三个弹簧销组件连接，三个弹簧销组件周向均匀分布于悬浮密封环的端面上，弹簧销组件到主轴的中轴线的垂线与相邻弹簧销组件到主轴的中轴线的垂线成的角度为120度。
结合图3所示，本发明的悬浮密封装置，其中，弹簧销组件7包括销71以及套置于销71上的弹簧72，销的一端伸入旋转体1的第一销孔11并与第一销孔11过盈配合，销的另一端伸入悬浮密封环3的端面上的第二销孔31并与第二销孔间隙配合，弹簧向悬浮密封环的端面施加弹力。
本发明的悬浮密封装置，其中，接头软管组件包括第一锥管接头、第二锥管接头、胶管总成，第一锥管接头伸入悬浮密封环的第一水道内，第二锥管接头伸入旋转体的第二水道内，胶管总成将第一锥管接头、第二锥管接头连接在一起。
本发明的悬浮密封装置，其中，悬浮密封环包括面向旋转体的金属环体以及镶嵌于金属环体上的陶瓷耐磨环，金属环体和旋转体通过三个弹簧销组件连接。
本发明的悬浮密封装置的详细工作原理如下：
浮动密封座与悬浮密封环通过特殊形状的配合面配合，形成一个封闭的内置液体通道，悬浮密封环前端通过三个弹簧销组件和旋转体连接，实现内外球带面或内外锥台之间的动态密封。
弹簧销组件中的销的右端与悬浮密封环上传递扭矩的三个第二销孔间隙配合，防止悬浮密封环过定位；弹簧销组件中的销的左端与旋转体上传递扭矩的三个第一销孔过盈配合，旋转体带动悬浮密封环同步旋转。
三组同规格弹簧均匀分布在同一个圆周上，作用在悬浮密封环的左端面，当弹簧弹力大于高压液体压力时，达到悬浮密封环与固定基座的动态无间隙配合。
另外，悬浮密封环的另一端面(右端面)为外球带面或外锥台面设计，在弹簧销组件作用下，确保悬浮密封环与固定基座始终同轴，并且可以自动调心，随时补充磨损量。
悬浮密封环与旋转体通过接头软管组件连接，由此高压液体进入旋转体预先设定的液体通道内，由此实现高压液体从固定基座向旋转体内传输，从而起到的除尘，以及循环冷却作用。
压力计算推理：
结合图7所示，高压液体对悬浮密封环的最大压力(方向向左)为F液max；第一水道中环形水道中高压液体的最高点到主轴的距离为r1，第一水道中环形水道中高压液体的最低点到主轴的距离为r2，高压液体对弹簧作用面积的圆环的半径分别为r1、r2，则其作用面积为S＝π(r1 2-r2 2),设高压液体的最大压强为PMPa，计算压力为F液max＝PS＝Pπ(r1 2-r2 2)。
胡克定律：一组弹簧弹力为F弹＝Ks(K:弹性系数，s：弹性形变的距离。)K＝(G×d4)/(8×Dm3×Nc)，G＝碳素弹簧钢丝模数，d＝钢丝直径，Dm＝中径，N＝总圈数，Nc＝有效圈数为N-2。
结论：当3F弹＞F液max，则就能实现悬浮密封环与固定基座的绝对密封。
本发明的向旋转机构传递高压液体的悬浮密封装置的优点总结:
1、悬浮密封环与固定基座是同直径的外球带面与内球带面的配合(或者是同尺寸的锥台与锥孔的配合)，是实现二者同轴的最佳几何形状；
2、上述两种球带面或锥面配合在弹簧压力下，能够自动找中心，即：使悬浮密封环与固定基座始终同轴；
3、上述两种球带面或锥面配合在弹簧压力下，有效弥补悬浮密封环3与固定基座磨损产生的间隙，起到长期密封效果；
4、三组同规格、同弹力的弹簧均匀分布在同一圆周上，达到三点确定一个平面的效果，使压力均匀分布在悬浮密封环上；
5、三个扭矩传递销与悬浮密封环上的扭矩传递孔为大间隙配合，防止过定位，在弹簧力作用下，有效保障悬浮密封环与固定基座的同轴；
6、在悬浮密封环球带面镶嵌陶瓷材料，以加强耐磨性；
7、接头软管组件两端分别与悬浮密封环和旋转体连接，不受其他影响。
如图4、图5、图6所示，本发明的内喷雾装置，包括截割头体1、悬浮密封环8、主轴6、均套置于主轴上的内花键套2和浮动密封座3以及浮动密封架4，截割头体1套置焊接于内花键套2上，悬浮密封环8套置于浮动密封座上，浮动密封架上设置有围绕主轴6的配合凹槽，悬浮密封环8与配合凹槽配合，配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，悬浮密封环的与配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，通过内球带面与外球带面的配合或内锥面与外锥面的配合，悬浮密封环与浮动密封架形成密封的液体通道，悬浮密封环和内花键套通过弹簧销组件9连接，悬浮密封环的内部设置有第一水道，第一水道与液体通道连通，截割头体内部设置有第二水道，第一水道与第二水道通过接头软管组件7连通。
本发明的内喷雾装置，其中，内花键套2和悬浮密封环8通过三个弹簧销9组件连接，三个弹簧销组件周向均匀分布于悬浮密封环的端面上，弹簧销组件到主轴的中轴线的垂线与相邻弹簧销组件到主轴的中轴线的垂线成的角度为120度。
本发明的内喷雾装置，其中，弹簧销组件9包括销91以及套置于销上的弹簧92，销的一端伸入内花键套2的第一销孔21并与第一销孔过盈配合，销91的另一端伸入悬浮密封环8的端面上的第二销孔81并与第二销孔间隙配合，弹簧92向悬浮密封环8的端面施加弹力。
本发明的内喷雾装置，其中，接头软管组件7包括第一锥管接头71、第二锥管接头72、胶管总成73，第一锥管接头伸入悬浮密封环8的第一水道内，第二锥管接头伸入截割头体的第二水道内，胶管总成将第一锥管接头、第二锥管接头连接在一起。
本发明的掘进机，包括本发明的内喷雾装置。
本发明的内喷雾装置通过悬浮密封装置，使高压液体(水)从浮动密封架向旋转机构(截割头体1)传输，用于工作过程中的除尘、降尘以及循环冷却等。
本发明的内喷雾装置利用悬浮密封装置能彻底解决内喷雾问题，该悬浮密封装置对掘进机而言是革命性将油腔和水腔进行了分离，这样绝对避免了水进入油腔，确保了内喷雾能安全使用。
向旋转机构(旋转体)传递高压液体的悬浮密封装置，利用一个外表面为球带面或圆锥面的悬浮密封环8起桥梁作用，高压水通过保护筒，进入到浮动密封架4的内置水路。悬浮密封环8前端与内花键套通过三个弹簧销组件9连接，实现内外球带面的动态密封，悬浮密封环8与截割头体1通过接头软管组件7接通水路，以使高压水可以进入截割头水腔，整个水路在轴承密封腔外布置，有效控制水油混合。
截割头(即为截割头体1和内花键套2的组合)转动，通过三组弹簧销组件9的作用，带动悬浮密封环8同步转动，同时在弹簧作用下确保悬浮密封环8与浮动密封架4紧密贴合及同轴相对转动。
本发明的内喷雾装置实际工作中，高压水(压力≥2.5MPa)进入浮动密封架4内置水路，经过悬浮密封环8内置水路，进入截割头水腔。弹簧销组件9弹力大于水压，悬浮密封装置自动有效修补磨损，使水柱沿着预定水路穿行，从截割头喷水嘴喷出，实现了内喷雾。
按照上述公式，通过选择弹簧和设计进水环槽的加工尺寸，可以得到结论：当F弹＞F液max，则实现悬浮密封环与浮动密封架之间的绝对密封。
与现有技术相比，本发明的技术方案特殊结构，实现了水腔和油腔的完全分离，既保证了内喷雾的使用，也提升了掘进机配件的使用寿命，同时改善了作业环境，为后期的自动化掘进设计提供了条件，使安全作业有了保障。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种悬浮密封装置，用于从固定基座向旋转体传递液体，其特征在于，包括悬浮密封环、固定基座、旋转体，所述固定基座上设置有围绕主轴的配合凹槽，所述配合凹槽内设置有悬浮密封环，悬浮密封环套置于所述主轴上，所述配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，所述悬浮密封环的与所述配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，通过内球带面与外球带面的配合或内锥面与外锥面的配合，所述悬浮密封环与所述固定基座形成密封的液体通道，所述悬浮密封环和所述旋转体通过弹簧销组件连接，所述悬浮密封环的内部设置有第一水道，所述第一水道与液体通道连通，所述旋转体内部设置有第二水道，所述第一水道与所述第二水道通过接头软管组件连通。
2.如权利要求1所述的悬浮密封装置，其特征在于，所述悬浮密封环和所述旋转体通过三个弹簧销组件连接，三个弹簧销组件周向均匀分布于悬浮密封环的端面上，弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线与相邻弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线成的角度为120度。
3.如权利要求2所述的悬浮密封装置，其特征在于，所述弹簧销组件包括销以及套置于所述销上的弹簧，所述销的一端伸入所述旋转体的第一销孔并与所述第一销孔过盈配合，所述销的另一端伸入悬浮密封环的端面上的第二销孔并与所述第二销孔间隙配合，所述弹簧向悬浮密封环的端面施加弹力。
4.如权利要求3所述的悬浮密封装置，其特征在于，所述接头软管组件包括第一锥管接头、第二锥管接头、胶管总成，所述第一锥管接头伸入所述悬浮密封环的第一水道内，所述第二锥管接头伸入所述旋转体的第二水道内，所述胶管总成将第一锥管接头、第二锥管接头连接在一起。
5.如权利要求4所述的悬浮密封装置，其特征在于，所述悬浮密封环包括面向所述旋转体的金属环体以及镶嵌于所述金属环体上的陶瓷耐磨环，所述金属环体和所述旋转体通过三个弹簧销组件连接。
6.一种内喷雾装置，其特征在于，包括截割头体、悬浮密封环、主轴、均套置于所述主轴上的内花键套和浮动密封座以及浮动密封架，所述截割头体焊接于所述内花键套上，所述悬浮密封环套置于所述浮动密封座上，所述浮动密封架上设置有围绕主轴的配合凹槽，悬浮密封环与所述配合凹槽配合，所述配合凹槽的侧壁面为内球带面或内锥面，所述悬浮密封环的与所述配合凹槽的侧壁面相配合的外表面为与外球带面或外锥面，通过内球带面与外球带面的配合或内锥面与外锥面的配合，所述悬浮密封环与所述浮动密封架形成密封的液体通道，所述悬浮密封环和所述内花键套通过弹簧销组件连接，所述悬浮密封环的内部设置有第一水道，所述第一水道与液体通道连通，所述截割头体内部设置有第二水道，所述第一水道与所述第二水道通过接头软管组件连通。
7.如权利要求6所述的内喷雾装置，其特征在于，所述内花键套和所述悬浮密封环通过三个弹簧销组件连接，三个弹簧销组件周向均匀分布于悬浮密封环的端面上，弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线与相邻弹簧销组件到所述主轴的中轴线的垂线成的角度为120度。
8.如权利要求7所述的内喷雾装置，其特征在于，所述弹簧销组件包括销以及套置于所述销上的弹簧，所述销的一端伸入所述内花键套的第一销孔并与所述第一销孔过盈配合，所述销的另一端伸入悬浮密封环的端面上的第二销孔并与所述第二销孔间隙配合，所述弹簧向悬浮密封环的端面施加弹力。
9.如权利要求8所述的内喷雾装置，其特征在于，所述接头软管组件包括第一锥管接头、第二锥管接头、胶管总成，所述第一锥管接头伸入所述悬浮密封环的第一水道内，所述第二锥管接头伸入所述截割头体的第二水道内，所述胶管总成将第一锥管接头、第二锥管接头连接在一起。
10.一种掘进机，其特征在于，包括如权利要求6-9任一项所述的内喷雾装置。
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