CN108590673A - 铰接密封装置及具有该铰接密封装置的盾构机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铰接密封装置，包括：设于第一工件上的第一安装部和设于第二工件上的第二安装部，第一安装部套接于第二安装部的外侧，第一安装部设有铰接密封圈，铰接密封圈与第二安装部的外周面紧贴配合，铰接密封圈的外周设有紧急气囊装置，用于当铰接密封圈磨损失效时，对铰接密封圈进行径向挤压；第一安装部还设有用于与第二安装部外周面紧贴连接的铰接密封环，铰接密封环与第二安装部之间为周向的线接触密封。本申请设置了铰接密封环和与紧急气囊装置连接的铰接密封圈，在隧道开挖过程中，密封结构压缩量能偶始终保持一致，增强了密封的安全性。本申请还公开了一种包括上述铰接密封装置的盾构机。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，涉及一种铰接密封装置。此外，本发明还涉及一种包括上述铰接密封装置的盾构机。
背景技术
在全断面隧道盾构机的灵敏系数(机长/外径)在1.5以上或者隧道的曲率半径在250m以下时，盾构机通常做成分节的形态，前盾和中盾或者中盾和盾尾之间应存在允许后盾相对前盾摆动一定的角度，使盾构机可以实现在隧道进行转弯的铰接系统。铰接系统的存在使前盾和中盾或者中盾和盾尾之间出现间隙，所以铰接装置必须设有铰接密封以保证盾体外的泥水和土渣不能侵入设备内部。
现有技术中，通常通过密封圈和紧急气囊来对两工件之间的缝隙进行密封，该方式具有如下缺点：在转弯过程中，密封件在靠近转弯半径内侧和外侧的部分变形量最大，从而使得两工件之间的间隙过大；在加工制造和安装过程中，由于机械因素造成工件的变形使工件和密封件之间产生缝隙；在安装橡胶密封圈和紧急气囊过程中，由于刮伤密封件和人为因素等造成密封件在使用中失效。另外，不能满足小转弯半径(半径小于250m)的隧道开挖。这都使得外界的泥水和土渣容易进入设备内部。
综上所述，如何提供一种具有较好密封效果的密封装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种铰接密封装置，该铰接密封装置在转弯和在铰接的最顶端，均有很好的密封效果，以便解决现有机械铰接密封装置的不足，且能够满足小转弯半径隧道的开挖。
本发明的另一目的是提供一种包括上述铰接密封装置的盾构机。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铰接密封装置，用于设置于第一工件和套接于所述第一工件内侧的第二工件之间，包括：
设于所述第一工件上的第一安装部和设于所述第二工件上的第二安装部，所述第一安装部套接于所述第二安装部的外侧，所述第一安装部设有铰接密封圈，所述铰接密封圈与所述第二安装部的外周面紧贴配合，所述铰接密封圈的外周设有紧急气囊装置，用于当所述铰接密封圈磨损失效时，对所述铰接密封圈进行径向挤压；所述第一安装部还设有用于与所述第二安装部外周面紧贴连接的铰接密封环，所述铰接密封环与所述第二安装部之间为周向的线接触密封。
优选的，所述紧急气囊装置包括：
套设于所述铰接密封圈外部的紧急气囊，所述紧急气囊和所述铰接密封圈均设于所述第一安装部的径向槽孔中；
用于为所述紧急气囊提供膨胀压力的输气管，所述第一安装部设有轴向槽孔，所述输气管设于所述轴向槽孔内，并与所述第一安装部内部的气嘴连接。
优选的，所述铰接密封环的内环面具有至少两个环向与所述第二安装部贴紧的凸起。
优选的，所述第一安装部上设有用于为所述铰接密封圈和所述铰接密封环提供润滑油的注油槽，所述注油槽在所述第一安装部内壁上的端口设有用于套接输油管路的螺纹套管。
优选的，所述注油槽设于所述铰接密封圈和所述铰接密封环之间。
优选的，所述第一安装部包括：
环状的第一安装部本体，所述第一安装部本体上设有所述径向槽孔，
用于固定所述铰接密封圈的第一铰接密封压板，设于所述第一安装部本体上，所述第一铰接密封压板与所述第一安装部本体通过第一螺钉安装。
优选的，所述第一铰接密封压板上设有用于限制所述铰接密封环径向移动的限位面；
所述第一安装部本体上设有用于限制所述铰接密封环轴向移动的第二铰接密封压板，所述第二铰接密封压板通过第二螺钉安装于所述第一安装部本体。
优选的，所述铰接密封圈和所述铰接密封环均为接触面为球形的密封结构。
一种盾构机，包括中盾和套接在所述中盾的内腔中的尾盾，所述中盾和所述尾盾通过上述任一项所述的铰接密封装置密封连接。
本申请所提供的铰接密封装置中通过在两个连接部之间设置周向的环形的铰接密封圈，且通过紧急气囊装置提供对铰接密封圈在失效状态下的压紧力，避免铰接密封圈使用时间变长后密封圈失效，使得第一安装部与第二安装部始终保持径向的贴紧密封。由于设置了两种密封结构(铰接密封环和与紧急气囊装置连接的铰接密封圈)，在隧道开挖过程中，铰接密封圈的压缩量始终保持一致，增强了密封的安全性。本发明的铰接密封装置，采用了复合式密封的方式，两道铰接密封圈的设置提升了密封效果，紧急气囊装置在紧急情况下提高了铰接密封的可靠性与安全性。
本申请还提供了一种包括上述铰接密封装置的盾构机，该盾构机的中盾和尾盾套接，并通过上述铰接密封装置实现密封连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种铰接密封装置的径向剖面示意图；
图2为本发明所提供的一种铰接密封装置的另一角度的径向剖面示意图。
图1-2中，附图标记为：
1-气嘴，2-输气管，4-铰接密封圈，5-紧急气囊，6-第一螺钉，7-铰接密封环，8-第二螺钉，9-第二铰接密封压板，11-第一铰接密封压板，12-螺纹套管；1002-中盾，1001-盾尾。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种铰接密封装置，该铰接密封装置在转弯和在铰接的最顶端，均有很好的密封效果，以便解决现有机械铰接密封装置的不足，且能够满足小转弯半径隧道的开挖。
本发明的另一核心是提供一种包括上述铰接密封装置的盾构机。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种铰接密封装置的径向剖面示意图；图2为本发明所提供的一种铰接密封装置的另一角度的径向剖面示意图。
本发明所提供的一种铰接密封装置，用于设置于第一工件和套接于第一工件内侧的第二工件之间，以便提升第一工件与第二工件的套接的密封性。
上述铰接密封装置主要包括第一安装部和第二安装部，二者分别与第一工件和第二工件连接，或者第一安装部为第一工件的一部分，第二安装部为第二工件的一部分。
设于第一工件上的第一安装部和设于第二工件上的第二安装部，第一安装部套接于第二安装部的外侧，第一安装部设有铰接密封圈4，铰接密封圈4与第二安装部的外周面紧贴配合，铰接密封圈4的外周设有紧急气囊装置，用于当铰接密封圈4磨损失效时，对铰接密封圈4进行径向挤压；第一安装部还设有用于与第二安装部外周面紧贴连接的铰接密封环7，铰接密封环与第二安装部之间为周向的线接触密封。
需要说明的是，第一安装部与第二安装部套接且通过套接位置的铰接密封圈4连接，实现在径向方向上的贴紧连接，由于铰接密封圈4存在使用失效的可能，所以在铰接密封圈4的外周设置紧急气囊装置，紧急气囊装置能够向铰接密封圈4提供径向上的挤压力，便于铰接密封圈4在径向上挤压第二安装部，从而实现与第二安装部的紧密连接，在第一安装部与第二安装部之间出现转动时，铰接密封圈4能够与第一安装部和第二安装部均呈现较好的密封效果。
可选的，铰接密封圈4与铰接密封环7均为接触面为球形的密封结构。以便通过较小的接触面积提升二者连接的密封性。接触面为球形，使得盾构在纠偏、转弯掘进过程中铰接密封圈的压缩量始终保持一致，有效提高了铰接密封的可靠性和安全性。
本申请所提供的铰接密封装置中通过在两个连接部之间设置周向的环形的铰接密封圈4，且通过紧急气囊装置提供对铰接密封圈4在失效状态下的压紧力，避免铰接密封圈4使用时间变长后密封圈失效，使得第一安装部与第二安装部始终保持径向的贴紧密封。由于设置了两种密封结构(铰接密封环和与紧急气囊装置连接的铰接密封圈)，在隧道开挖过程中，铰接密封圈的压缩量始终保持一致，增强了密封的安全性。本发明的铰接密封装置，采用了复合式密封的方式，两道铰接密封圈的设置提升了密封效果，紧急气囊装置在紧急情况下提高了铰接密封的可靠性与安全性。
上述紧急气囊装置可能具有多种结构，在上述实施例的基础之上，紧急气囊装置可以具体包括：紧急气囊5和输气管2。
其中，紧急气囊5套设于铰接密封圈4外部，可以依靠自身的膨胀实现对铰接密封圈4的挤压，紧急气囊5和铰接密封圈4均设于第一安装部的径向槽孔中。
输气管2与紧急气囊5连接，用于为紧急气囊5提供膨胀压力，第一安装部设有轴向槽孔，输气管2设于轴向槽孔内，并与第一安装部内部的气嘴1连接。
可选的，上述紧急气囊5还可以替换为气泵或其他用于提供气体压力的装置。
上述实施例中，通过铰接密封圈4、铰接密封环7实现两个安装部的密封连接，当然还可以设置其他用于密封的结构。可选的，本申请中密封圈或密封环结构均可以为与第二安装部为线密封结构的连接关系，通过面密封可能出现气压不稳定等问题，通过线密封结构能够避免被密封连接的二者出现密封失效。
在上述实施例的基础之上，铰接密封环7的内环面具有至少两个环向与第二安装部贴紧的凸起。
需要说明的是，凸起是上述线密封的一种形式，环向指的是凸起在环向上需要闭合设置，以保证密封性。
为了保证密封结构的紧密性，同时避免上述结构在使用时出现卡紧的情况，第一安装部上设有用于为铰接密封圈4和铰接密封环7提供润滑油的注油槽，注油槽在第一安装部内壁上的端口设有用于套接输油管路的螺纹套管。
需要说明的是，注油槽设置在第一安装部上，并在第一安装部的内环面上、用于连接铰接密封圈的位置设置注油槽的第一出口，在第一安装部的内环面上还设有第二出口，第二出口可以连接螺纹套管，以便连接输油管路。第一出口作为润滑油的出口，以便向铰接密封圈4进行输油。
可选的，注油槽设于铰接密封圈4和铰接密封环7之间。
在上述任意一个实施例的基础之上，第一安装部包括环状的第一安装部本体和第一铰接密封压板11，第一安装部本体上设有径向槽孔，第一铰接密封压板11用于固定铰接密封圈4，第一铰接密封压板11设于第一安装部本体上，第一铰接密封压板11与第一安装部本体通过第一螺钉6安装。
第一安装部本体为环状结构，设有上述径向槽孔，第一铰接密封压板11通过第一螺钉6安装于上述第一安装部本体，以便固定铰接密封圈4的位置。
在上述任意一个实施例的基础之上，第一铰接密封压板11上设有用于限制铰接密封环7径向移动的限位面；也就是说，第一铰接密封压板11固定与第一安装部本体还用于固定铰接密封环7。第一安装部本体上设有用于限制铰接密封环7轴向移动的第二铰接密封压板9，第二铰接密封压板9通过第二螺钉8安装于第一安装部本体。
在一个具体的实施例中，一种球形铰接密封装置由两道密封结构组成：第一道密封由铰接密封圈和紧急气囊配合组成，第二道密封由第二铰接密封环7和铰接密封压板组成。
本发明铰接密封装置一个用于机械设备中需进行密封的中盾1002和盾尾1001之间，由两道密封结构组成。第一道密封由铰接密封圈4和紧急气囊5配合组成，第二道密封由铰接密封环7、第一铰接密封压板11、第二铰接密封压板9和螺钉(第一螺钉6和第二螺钉8)组成。
两道密封通过第一铰接密封压板11和第二铰接密封压板9固定在中盾1002的内壁上，从而完成了密封件的固定。紧急气囊5位于铰接密封圈4的外侧，在未充气时和铰接密封圈4配合结构起密封作用，当铰接密封圈4发生磨损，紧急气囊5通过气嘴1和输气通道2进行充气，使气囊膨胀鼓起，对铰接密封圈4施加径向力，使铰接密封圈4与盾尾1001紧贴，增强密封性和安全性。
盾尾1001与铰接密封圈4、铰接密封环7接触的表面均可以为球面，使得盾构在纠偏、转弯过程中铰接密封的压缩量始终保持一致，从而增强了密封效果。
在中盾1002的筒壁外侧上开设有注油槽，注油槽能连通中盾1002、盾尾1001与两铰接密封圈4和铰接密封环7所形成的密封腔，从注油口12注油进入密封腔，在掘进的过程中起到润滑密封的作用。
本发明的球形铰接密封装置，采用了复合式密封的方式，两道铰接密封圈的设置提升了密封效果，紧急气囊在紧急情况下提高了铰接密封的可靠性与安全性。
本发明中盾尾1001与铰接密封圈4、铰接密封环7接触的表面可以为球面，使得盾构在纠偏、转弯过程中铰接密封的压缩量保持一致，有效提高了铰接密封的可靠性和安全性。
本发明的铰接密封装置所需零部件具备较好的经济性与可靠性，各部件的结构，第一铰接密封压板11和第二铰接密封压板9都采用多段拼成整体的方式。不仅便于加工制造，而且更为灵活可适应不同截面形状。铰接密封环7的内侧与盾尾1001接触的部分为双弧结构，起到了双重保护作用，增强了密封效果。在隧道开挖过程中，铰接密封圈的压缩量能够始终保持一致，增强了密封的安全性；能够适应更小的转弯半径的隧道开挖，适应了更多复杂的地形等特点。
除了上述各个实施例所提供的铰接密封装置的主要结构和连接关系，本发明还提供一种包括上述实施例公开的铰接密封装置的盾构机，包括中盾1002和套接在中盾1002的内腔中的尾盾1001，中盾1002和尾盾1001通过上述任一项的铰接密封装置密封连接。此盾构机用于小转弯半径的隧道盾构施工，此铰接密封装置安装于机械设备中需要进行密封的中盾和盾尾之间。该盾构机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的铰接密封装置及具有该装置的盾构机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种铰接密封装置，用于设置于第一工件和套接于所述第一工件内侧的第二工件之间，其特征在于，包括：
设于所述第一工件上的第一安装部和设于所述第二工件上的第二安装部，所述第一安装部套接于所述第二安装部的外侧，所述第一安装部设有铰接密封圈(4)，所述铰接密封圈(4)与所述第二安装部的外周面紧贴配合，所述铰接密封圈(4)的外周设有紧急气囊装置，用于当所述铰接密封圈(4)磨损失效时，对所述铰接密封圈(4)进行径向挤压；
所述第一安装部还设有用于与所述第二安装部外周面紧贴连接的铰接密封环(7)，所述铰接密封环与所述第二安装部之间为周向的线接触密封。
2.根据权利要求1所述的铰接密封装置，其特征在于，所述紧急气囊装置包括：
套设于所述铰接密封圈(4)外部的紧急气囊(5)，所述紧急气囊(5)和所述铰接密封圈(4)均设于所述第一安装部的径向槽孔中；
用于为所述紧急气囊(5)提供膨胀压力的输气管(2)，所述第一安装部设有轴向槽孔，所述输气管(2)设于所述轴向槽孔内，并与所述第一安装部内部的气嘴(1)连接。
3.根据权利要求2所述的铰接密封装置，其特征在于，所述铰接密封环的内环面具有至少两个环向与所述第二安装部贴紧的凸起。
4.根据权利要求3所述的铰接密封装置，其特征在于，所述第一安装部上设有用于为所述铰接密封圈(4)和所述铰接密封环(7)提供润滑油的注油槽，所述注油槽在所述第一安装部内壁上的端口设有用于套接输油管路的螺纹套管。
5.根据权利要求4所述的铰接密封装置，其特征在于，所述注油槽设于所述铰接密封圈(4)和所述铰接密封环(7)之间。
6.根据权利要求4所述的铰接密封装置，其特征在于，所述第一安装部包括：
环状的第一安装部本体，所述第一安装部本体上设有所述径向槽孔，
用于固定所述铰接密封圈(4)的第一铰接密封压板(11)，设于所述第一安装部本体上，所述第一铰接密封压板(11)与所述第一安装部本体通过第一螺钉(6)安装。
7.根据权利要求6所述的铰接密封装置，其特征在于，所述第一铰接密封压板(11)上设有用于限制所述铰接密封环(7)径向移动的限位面；
所述第一安装部本体上设有用于限制所述铰接密封环(7)轴向移动的第二铰接密封压板(9)，所述第二铰接密封压板(9)通过第二螺钉(8)安装于所述第一安装部本体。
8.根据权利要求1至7任一项所述的铰接密封装置，其特征在于，所述铰接密封圈(4)和所述铰接密封环(7)均为接触面为球形的密封结构。
9.一种盾构机，包括中盾(1002)和套接在所述中盾(1002)的内腔中的尾盾(1001)，其特征在于，所述中盾(1002)和所述尾盾(1001)通过权利要求1至8任一项所述的铰接密封装置密封连接。
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