CN108680350A - 一种多功能铰接密封试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多功能铰接密封试验台，包括铰接密封装置、往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置、伸缩装置和控制系统。本发明的优点：可以模拟铰接密封的实际工况，满足动、静态下密封保压性能测试；设置不同泥水压力，不断的调整摆动角度来寻找铰接密封失效的临界点，检测铰接密封在不同的泥水压力下能承受的最大摆动角度；通过设置不同的泥水压力，不间断的摆动，用更短的时间完成铰接密封在摆动的工况下寿命测试；通过调节压缩量，模拟铰接密封在不同压缩量下，承受的最大静压力；便于拆卸，通过改变外盾、内盾和铰接密封适用于不同类型试验；实时监控并记录数据，上位机界面实现可视化智能控制，满足实际的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及密封试验应用技术，特别是指一种多功能铰接密封试验台。
背景技术
随着经济的发展，城市轨道交通及地下空间开发等相关的产业在中国快速发展。盾构机作为一种隧道掘进的专用工程机械，在城市地铁、水利水电、公路地铁的施工中逐渐有了广泛的应用。
铰接装置是通过调整铰接液压油缸的行程差来弯曲盾构本体的一种装置。盾构本体的前后盾体间若采用铰接油缸连接成一个整体，则铰接部分需设有防水密封（铰接密封）装置。铰接密封，是铰接装置的关键功能部件之一，是隔绝盾构机内部与外部地下水、土砂、泥水和壁后注浆浆液的一道重要屏障。密封的好坏、使用寿命、可靠性等直接影响到整个盾构机的运行。
现有铰接密封只有物理性能方面的测试，缺少静态和动态保压实验的工装，没有合理的密封性能评测依据，因此铰接密封质量很难在使用前进行全方面验收测试。
发明内容
本发明提出一种多功能铰接密封试验台，解决了现有技术中对铰接密封装置缺少静态和动态保压实验工装的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种多功能铰接密封试验台，包括铰接密封装置、往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置、伸缩装置和控制系统，铰接密封装置包括外盾法兰、外盾、内盾和密封工装，外盾法兰与外盾连接，内盾位于外盾内，密封工装设在内盾上，密封工装位于外盾与内盾之间，外盾法兰、外盾、内盾和密封工装形成泥水密封腔，外盾法兰上设有与泥水密封腔连通的泥水注入孔，内盾上设有对密封工装进行润滑的油脂注入孔，外盾活动设在带立式座轴承乙上，带立式座轴承乙活动设在外盾导向架上，带立式座轴承乙上设有与外盾导向架配合的限位件，内盾活动设在内盾导向架上，外盾法兰的中部与伸缩装置连接，外盾法兰的下部与角度调整装置连接，外盾与往复摆动驱动装置连接，内盾与往复直线驱动装置连接，往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置和伸缩装置均与控制系统电连接。
所述的密封工装包括铰接密封件、压块甲和压块乙，压块甲设在内盾上，压块乙位于压块甲的两侧并设在内盾上，压块甲与压块乙之间压紧有铰接密封件，两个铰接密封件之间形成油脂密封腔，油脂注入孔通过压块甲上的通孔与油脂密封腔连通。
所述的外盾上设有检测油脂密封腔的压力表，油脂密封腔与压力传感器甲连通，压力传感器甲与控制系统电连接。
所述的往复直线驱动装置包括支架甲、电机甲、减速机甲、连杆甲、曲轴和带立式座轴承甲，电机甲、减速机甲和带立式座轴承甲设在支架甲上，曲轴设在带立式座轴承上，电机甲与减速机甲连接，减速机甲与曲轴连接，曲轴与连杆活动连接，连杆与内盾活动连接，电机甲与控制系统电连接。
所述的往复摆动驱动装置包括电机乙、减速机乙、曲柄和连杆乙，电机乙与减速机乙连接，减速机乙与曲柄连接，曲柄与连杆乙活动连接，连杆乙与外盾活动连接，电机乙与控制系统电连接。
所述的角度调整装置包括丝杆、支架丙、带立式座轴承丙、转块和螺母，带立式座轴承丙设在支架丙上，转块活动设在带立式座轴承丙上，丝杆与外盾法兰的下部活动连接，丝杆穿过转块并与转块螺纹配合，丝杆穿过螺母并与螺母螺纹配合。
所述的伸缩装置包括油缸、油缸支架和电动液压泵，油缸设在油缸支架上，油缸与外盾法兰活动连接，电动液压泵为油缸供压，电动液压泵与控制系统电连接。
所述的泥水注入孔与泥水保压装置连通，泥水保压装置包括保压控制单元和保压罐，工业气通过保压控制单元与保压罐连通，泥水水源通与保压罐连通，保压罐与泥水注入孔连通，保压控制单元与控制系统电连接。
所述的油脂注入孔与油脂控制装置连通，油脂控制装置包括电动油脂泵，油脂通过电动油脂泵与油脂注入孔连通，电动油脂泵与控制系统电连接。
还包括数据采集装置，数据采集装置包括激光间距检测装置、视频监控装置和压力传感器乙，激光间距检测装置设在内盾上，视频监控装置设在外盾与内盾间隙的后端，压力传感器乙与泥水密封腔连通，激光间距检测装置、视频监控装置和压力传感器乙均与控制系统电连接。
本发明的有益效果如下：可以很好地模拟铰接密封的实际工况，满足动态和静态下密封保压性能的测试；通过设置不同的泥水压力，不断的调整摆动角度来寻找铰接密封失效的临界点，检测铰接密封在不同的泥水压力下能承受的最大摆动角度；通过设置不同的泥水压力，不间断的摆动，用更短的时间完成铰接密封在摆动的工况下寿命测试；通过调节铰接密封的压缩量，模拟铰接密封在不同压缩量下，承受的最大静压力；便于拆卸，通过改变外盾、内盾和铰接密封适用于不同类型铰接密封试验；数据采集模块实时监控并记录数据，采用上位机界面实现可视化智能控制，可以满足实际的使用要求。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明密封工装结构示意图。
图2为本发明结构主视图。
图3为本发明结构侧视图。
图4为本发明油脂控制装置结构示意图。
图5为本发明泥水保压装置结构示意图。
图中：1-外盾法兰，2-外盾，3-铰接密封件，4-压力表，5-内盾，6-压块甲，7-压块乙，8-激光间距检测装置，9-支架甲，10-电机甲，11-减速机甲，12-内盾导向架，13-电机乙，14-减速机乙，15-曲柄，16-连杆乙，17-视频监控装置，18-连接耳板，19-丝杠，20-支架丙，21-带立式座轴承丙，22-转块，23-螺母，24-油缸，25-油缸支架，26-电动液压泵，27-外盾导向架，28-带立式座轴承乙，29-连杆甲，30-曲轴，31-带立式座轴承甲，32-电动油脂泵，33-压力传感器甲，34-保压控制单元，35-保压罐，36-压力传感器乙。
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付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。
一种多功能铰接密封试验台，包括铰接密封装置、往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置、伸缩装置和控制系统，铰接密封装置包括外盾法兰1、外盾2、内盾5和密封工装，外盾法兰1与外盾2连接，内盾5位于外盾2内，密封工装设在内盾5上，密封工装位于外盾2与内盾5之间，外盾法兰1、外盾2、内盾5和密封工装形成泥水密封腔，外盾法兰1上设有与泥水密封腔连通的泥水注入孔，内盾5上设有对密封工装进行润滑的油脂注入孔，外盾2活动设在带立式座轴承乙28上，带立式座轴承乙28活动设在外盾导向架27上，带立式座轴承乙28上设有与外盾导向架27配合的限位件，内盾5活动设在内盾导向架12上，外盾法兰1的中部与伸缩装置连接，外盾法兰1的下部与角度调整装置连接，外盾2与往复摆动驱动装置连接，内盾5与往复直线驱动装置连接，往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置和伸缩装置均与控制系统电连接。
所述的密封工装包括铰接密封件3、压块甲6和压块乙7，压块甲6设在内盾5上，压块乙7位于压块甲6的两侧并设在内盾5上，压块甲6与压块乙7之间压紧有铰接密封件3，两个铰接密封件3之间形成油脂密封腔，油脂注入孔通过压块甲6上的通孔与油脂密封腔连通。
所述的外盾2上设有检测油脂密封腔的压力表4，油脂密封腔与压力传感器甲33连通，压力传感器甲33与控制系统电连接。
所述的往复直线驱动装置包括支架甲9、电机甲10、减速机甲11、连杆甲29、曲轴30和带立式座轴承甲31，电机甲10、减速机甲11和带立式座轴承甲31设在支架甲9上，曲轴30设在带立式座轴承31上，电机甲10与减速机甲11连接，减速机甲11与曲轴30连接，曲轴30与连杆29活动连接，连杆20与内盾5活动连接，电机甲10与控制系统电连接。
所述的往复摆动驱动装置包括电机乙13、减速机乙14、曲柄15和连杆乙16，电机乙13与减速机乙14连接，减速机乙14与曲柄15连接，曲柄15与连杆乙16活动连接，连杆乙16与外盾2活动连接，电机乙13与控制系统电连接。
所述的角度调整装置包括丝杆19、支架丙20、带立式座轴承丙21、转块22和螺母23，带立式座轴承丙21设在支架丙20上，转块22活动设在带立式座轴承丙21上，丝杆19与外盾法兰1的下部活动连接，丝杆19穿过转块22并与转块22螺纹配合，丝杆19穿过螺母23并与螺母23螺纹配合。
所述的伸缩装置包括油缸24、油缸支架25和电动液压泵26，油缸24设在油缸支架25上，油缸24与外盾法兰1活动连接，电动液压泵26为油缸24供压，电动液压泵26与控制系统电连接。
所述的泥水注入孔与泥水保压装置连通，泥水保压装置包括保压控制单元34和保压罐35，工业气通过保压控制单元34与保压罐35连通，泥水水源通与保压罐35连通，保压罐35与泥水注入孔连通，保压控制单元34与控制系统电连接。
所述的油脂注入孔与油脂控制装置连通，油脂控制装置包括电动油脂泵32，油脂通过电动油脂泵32与油脂注入孔连通，电动油脂泵32与控制系统电连接。
所述的数据采集装置包括激光间距检测装置8、视频监控装置17和压力传感器乙36，激光间距检测装置8设在内盾5上，视频监控装置17设在外盾2与内盾5间隙的后端，压力传感器乙36与泥水密封腔连通，激光间距检测装置8、视频监控装置17和压力传感器乙36均与控制系统电连接。
本发明包括铰接密封装置、往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置、油脂控制装置、泥水保压装置、伸缩装置、数据采集装置和控制系统。其中往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置、伸缩装置根据功能的实现，在不同的试验工况下安装相应的装置，避免装置之间发生干涉。控制系统包括PLC控制和上位机，PLC作为下位机控制和监测各个装置，上位机与下位机连接实现远程数据显示和操作。
此铰接密封装置包括外盾、内盾、外盾法兰和密封工装，本试验台可针对多种密封工装进行试验，在此仅提出一种密封工装进行说明，密封工装包括铰接密封件、压块甲和压块乙等，两道铰接密封件用压块固定在内盾上，与外盾和外盾法兰之间形成封闭的泥水密封腔，两道铰接密封之间设有油脂注入孔，压力表安装到外盾上，测量两道密封之间的油脂压力，外盾法兰上开有泥水注入口，向外盾法兰、外盾、内盾和密封工装形成的泥水密封腔内注入泥水，可以模拟实际盾构机工作时，铰接位置处的外部泥水环境。
往复直线驱动装置包括内盾支座、电机甲、电机座甲、减速器甲、支架甲、曲轴、连杆甲、外盾导向架，电机座甲固定到支架甲上，电机甲用螺栓连接到电机座甲上，减速器甲与电机甲直连，曲轴安装到减速器甲上，并通过连杆甲与内盾连接，内盾支座底部加工成燕尾槽结构，可以在内盾导向架的燕尾中做直线运动。上述结构形成曲柄滑块机构，电机甲转动，使内盾在外盾导向架上做往复直线运动。往复直线运动的频率在5~50r/min之间，可以通过上位机控制电机甲实现不间断的快速往复运动，并通过时间检测，记录密封工装发生失效的往复寿命。
往复摆动驱动装置包括带立式座轴承乙、电机乙、电机座乙、减速器乙、曲轴、连杆乙和外盾导向架，带立式座轴承乙安装在外盾两端，并用螺栓连接外盾导向架上，电机乙用螺栓连接到电机座乙上，减速器乙与电机乙直连，曲轴安装到减速器乙上，并通过连杆乙与外盾连接。上述结构形成曲柄摇杆机构，电机乙转动，使外盾做往复摆动。通过上位机控制电机乙实现外盾的不间断快速摆动，并通过时间检测，记录密封工装发生失效的摆动寿命。
角度调整装置包括支架丙、丝杆、螺母、转动、带立式座轴承丙、连接耳板18、连接耳座和销轴，外盾法兰的下部焊接连接耳座，丝杆与焊接在连接耳座上的连接耳板通过销轴连接，转动支块两端活动安装在带立式座轴承丙上，丝杠穿过转动，通过调整前后两个螺母的位置，实现外盾角度的调整，最大调节角度可达10°，用于模拟检测盾体在不同摆角下，铰接密封的性能参数。
伸缩装置包括电动液压泵、油缸、油缸支架、连接耳座、销轴、液压接头和液压管路等，连接耳座焊接在外盾法兰的中心，与油缸伸出端用销轴连接，油缸固定在油缸支架上；电动液压泵通过液压管路为油缸供压，电动液压泵由上位机控制。通过上位机控制电动液压泵，进而控制油缸的伸长和收缩。当需要更换外盾时，只需拆除带立式座轴承上的限位件，本实施例采用的限位件为紧定螺栓，油缸就可以拉动外盾沿外盾导向架脱离铰接位置。需要指出的是立式座轴承乙低端加工成燕尾槽结构，外盾导向架上加工成燕尾结构；正常工作状态，立式座轴承丙通过紧定螺钉固定在外盾导向架上。
油脂控制系统包括电动油脂泵、压力传感器甲、PLC控制、管路及接头，电动油脂泵向两道铰接密封之间注入油脂，在两道铰接密封件的内盾上安装监测油脂压力的压力传感器甲，压力传感器甲把压力信息反馈到上位机，当压力小于设定值时，通过PLC系统自动控制电动油脂泵，继续注入油脂。
泥水保压系统包括工业气、泥水水源、保压控制单元、保压罐、压力传感器乙、PLC控制、管路及接头等。保压罐中装有泥水，保压罐底端的左侧与泥水水源连接，右端与泥水密封腔连接，上端与保压控制单元的输出端连接；保压控制单元的输入端接工业气，通过给保压控制单元设定压力，向保压罐输出给定的气压，保压罐就可以给密封腔内注入给定压力的泥水；泥水密封腔安装压力传感器乙，把泥水压力信息传递到上位机上，当泥水压力小于设定值时，通过PLC系统控制保压控制单元，增大输出气压；当泥水压力大于设定值时，通过PLC系统控制保压控制单元，减小输出气压。可以实现静态和动态下，泥水压力的控制。
数据采集包括激光间隙检测装置、直线往复时间、摆动往复时间和视频监控装置。激光间隙检测装置安装到内盾上，用于检测内盾与外盾之间的径向间隙，通过间隙检测可以知道铰接密封的压缩量，上述监测的数据都反馈到上位机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多功能铰接密封试验台，其特征在于：包括铰接密封装置、往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置、伸缩装置和控制系统，铰接密封装置包括外盾法兰（1）、外盾（2）、内盾（5）和密封工装，外盾法兰（1）与外盾（2）连接，内盾（5）位于外盾（2）内，密封工装设在内盾（5）上，密封工装位于外盾（2）与内盾（5）之间，外盾法兰（1）、外盾（2）、内盾（5）和密封工装形成泥水密封腔，外盾法兰（1）上设有与泥水密封腔连通的泥水注入孔，内盾（5）上设有对密封工装进行润滑的油脂注入孔，外盾（2）活动设在带立式座轴承乙（28）上，带立式座轴承乙（28）活动设在外盾导向架（27）上，带立式座轴承乙（28）上设有与外盾导向架（27）配合的限位件，内盾（5）活动设在内盾导向架（12）上，外盾法兰（1）的中部与伸缩装置连接，外盾法兰（1）的下部与角度调整装置连接，外盾（2）与往复摆动驱动装置连接，内盾（5）与往复直线驱动装置连接，往复直线驱动装置、往复摆动驱动装置、角度调整装置和伸缩装置均与控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的密封工装包括铰接密封件（3）、压块甲（6）和压块乙（7），压块甲（6）设在内盾（5）上，压块乙（7）位于压块甲（6）的两侧并设在内盾（5）上，压块甲（6）与压块乙（7）之间压紧有铰接密封件（3），两个铰接密封件（3）之间形成油脂密封腔，油脂注入孔通过压块甲（6）上的通孔与油脂密封腔连通。
3.根据权利要求2所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的外盾（2）上设有检测油脂密封腔的压力表（4），油脂密封腔与压力传感器甲（33）连通，压力传感器甲（33）与控制系统电连接。
4.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的往复直线驱动装置包括支架甲（9）、电机甲（10）、减速机甲（11）、连杆甲（29）、曲轴（30）和带立式座轴承甲（31），电机甲（10）、减速机甲（11）和带立式座轴承甲（31）设在支架甲（9）上，曲轴（30）设在带立式座轴承（31）上，电机甲（10）与减速机甲（11）连接，减速机甲（11）与曲轴（30）连接，曲轴（30）与连杆（29）活动连接，连杆（20）与内盾（5）活动连接，电机甲（10）与控制系统电连接。
5.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的往复摆动驱动装置包括电机乙（13）、减速机乙（14）、曲柄（15）和连杆乙（16），电机乙（13）与减速机乙（14）连接，减速机乙（14）与曲柄（15）连接，曲柄（15）与连杆乙（16）活动连接，连杆乙（16）与外盾（2）活动连接，电机乙（13）与控制系统电连接。
6.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的角度调整装置包括丝杆（19）、支架丙（20）、带立式座轴承丙（21）、转块（22）和螺母（23），带立式座轴承丙（21）设在支架丙（20）上，转块（22）活动设在带立式座轴承丙（21）上，丝杆（19）与外盾法兰（1）的下部活动连接，丝杆（19）穿过转块（22）并与转块（22）螺纹配合，丝杆（19）穿过螺母（23）并与螺母（23）螺纹配合。
7.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的伸缩装置包括油缸（24）、油缸支架（25）和电动液压泵（26），油缸（24）设在油缸支架（25）上，油缸（24）与外盾法兰（1）活动连接，电动液压泵（26）为油缸（24）供压，电动液压泵（26）与控制系统电连接。
8.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的泥水注入孔与泥水保压装置连通，泥水保压装置包括保压控制单元（34）和保压罐（35），工业气通过保压控制单元（34）与保压罐（35）连通，泥水水源通与保压罐（35）连通，保压罐（35）与泥水注入孔连通，保压控制单元（34）与控制系统电连接。
9.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：所述的油脂注入孔与油脂控制装置连通，油脂控制装置包括电动油脂泵（32），油脂通过电动油脂泵（32）与油脂注入孔连通，电动油脂泵（32）与控制系统电连接。
10.根据权利要求1所述的多功能铰接密封试验台，其特征在于：还包括数据采集装置，数据采集装置包括激光间距检测装置（8）、视频监控装置（17）和压力传感器乙（36），激光间距检测装置（8）设在内盾（5）上，视频监控装置（17）设在外盾（2）与内盾（5）间隙的后端，压力传感器乙（36）与泥水密封腔连通，激光间距检测装置（8）、视频监控装置（17）和压力传感器乙（36）均与控制系统电连接。
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