CN111520462A - 用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，包括掘进机转接法兰、掘进机支撑环和整体式密封。掘进机支撑环外侧装有定位环。整体式密封包括基体、3道密封环及1道检测环。基体截面呈L形结构，径向部分末端纳入疏水层，轴向部分末端设置定位钩；密封环的外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，均设有第一外骨架、第一内壳体、第一限位块、第二限位块、轴向密封、第一径向密封及第二径向密封，检测环外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，设有第二外骨架、第二内壳体、第三限位块、第四限位块及第三径向密封。本发明将基体疏水层、轴向密封、径向密封、迷宫环腔集成于一体，结合注入密封油脂，具有密封性能好、使用寿命长、拆装难度小、维护成本低等优点。

Description

用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置
技术领域
本发明属于隧道掘进机工程技术领域，尤其涉及一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置。
背景技术
隧道掘进机作为一种集机、电、液、信息、测量、控制等多领域技术于一体的高端智能装备，在地铁、铁路、电力、水利等隧道工程中发挥了举足轻重的作用。主驱动系统是掘进机的核心部件之一，用于驱动刀盘旋转，进而开挖土(岩)体。主驱动密封用于防止外界泥沙进入齿轮箱及避免齿轮油外泄，是保证主驱动正常工作的重要部件。
目前主驱动密封主要由多道唇形密封组成，在隧道掘进机施工过程中，主驱动密封磨损失效导致主驱动系统故障的问题时有发生，主要原因包括：
(1)隧道掘进机施工过程中，常伴随强振动，导致转接法兰存在较大径向振动。唇形密封为径向密封，对径向振动较为敏感，进而造成唇形密封与支撑环之间出现间隙，并利于外界泥沙进入内部，加剧唇形密封磨损甚至失效。
(2)隧道掘进机施工过程中，不断向密封腔注入油脂并经溢脂口排出，起到润滑和阻止外界泥沙入侵的作用。若注脂量不足，油脂压力过小，会降低对外界泥沙的阻挡能力，同时会造成唇形密封润滑不足，使密封唇出现干磨现象，进一步加剧密封磨损。
综上所述，研制一种新型的隧道掘进机主驱动密封装置，从而克服现有唇形密封存在的问题是十分必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，有效改善密封性能，提高密封寿命，降低使用成本。
为解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，包括掘进机转接法兰1、掘进机支撑环2和整体式密封3；
所述的掘进机支撑环2外侧装有定位环21；
所述的整体式密封3包括基体31、3道密封环32及1道检测环33，3道密封环32及1道检测环33依次排布在基体31的轴向部分上；
基体31的截面呈L形结构，径向部分末端纳入疏水层311,轴向部分末端设置定位钩312；
密封环32的外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，均设有第一外骨架321、第一内壳体322、第一限位块323、第二限位块324、轴向密封325、第一径向密封326及第二径向密封327；轴向密封325位于密封环32的出口侧，第一径向密封326位于密封环32的内侧，第二径向密封327位于密封环32的入口侧；第一限位块323和第二限位块324分别在圆周方向均布多个，且分别沿轴向指向密封环32的出口侧和入口侧；
检测环33外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，设有第二外骨架331、第二内壳体332、第三限位块333、第四限位块334及第三径向密封335；第三径向密封335位于检测环33的内侧；第三限位块333和第四限位块334分别在圆周方向均布多个，且分别沿轴向指向检测环33的出口侧和入口侧；
3道密封环32的第一外骨架321和检测环33的第二外骨架331纳入橡胶，形成外侧静密封；
检测环33的第二内壳体332纳入橡胶，形成内侧静密封，并实现轴向定位；
所述掘进机支撑环2、基体31及第一内壳体322配合均布多个油脂孔22，油脂孔22位于第一径向密封326的入口侧。
所述掘进机支撑环2、基体31及第二内壳体332配合设置检测孔23，检测孔23位于第三径向密封335的出口侧。
所述基体31的径向部分末端疏水层311材料为聚四氟乙烯。
所述基体31的轴向部分末端定位钩312在圆周方向均布多个。
所述基体31的轴向部分涂抹密封胶。
所述基体31、所述3道密封环32的第一内壳体322及所述检测环33的第二内壳体332均由冷轧钢板冲压成形。
所述3道密封环32的轴向密封325、第一径向密封326、第二径向密封327和所述检测环33的第三径向密封335均为唇形密封结构。
所述轴向密封325、第一径向密封326和第二径向密封327的密封唇与其接触面的朝向均为阻挡外界颗粒进入主驱动齿轮箱的方向。
所述第三径向密封335的密封唇与其接触面的朝向为阻挡主驱动齿轮油泄漏至外界的方向。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置具有以下优势：
(1)唇形密封由橡胶材料制成，具有亲水性，可吸附外界泥水，进而造成过度磨损。该密封装置的疏水层311可一定程度上阻止泥水接近密封装置，进而防止泥沙进入密封腔。因此密封装置出口侧具有良好的阻挡外界泥沙效果，可避免因进入泥沙而造成密封唇过度磨损甚至失效。
(1)该密封装置的3道密封环32交替设置轴向密封和径向密封，形成双向交替密封，并构成迷宫环腔，一方面可以同时承受径向和轴向振动，避免了传统唇形密封因缺少轴向密封而无法承受较大径向振动，进而导致外界泥沙容易进入密封腔的问题；另一方面迷宫环腔延长了油脂外排路径，进一步提高了密封性能。
(3)该密封装置以基体31为基础，设有3道密封环32和1道检测环33，结构紧凑、合理，为整体式密封，避免了隧道掘进机目前唇形密封方案的组件繁多、拆装更换工艺流程复杂等问题，具有整体拆装特点，降低了维护成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的局部放大示意图。
图中：1掘进机转接法兰，2掘进机支撑环，21定位环，22油脂孔，23检测孔，3整体式密封，31基体，311疏水层，312定位钩，32密封环，321第一外骨架，322第一内壳体，323第一限位块，324第二限位块，325轴向密封，326第一径向密封，327第二径向密封，33检测环，331第二外骨架，332第二内壳体，333第三限位块，334第四限位块，335第三径向密封。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1和图2，一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，包括掘进机转接法兰1、掘进机支撑环2、整体式密封3。所述掘进机支撑环2外侧装有定位环21，用于固定整体式密封3。所述整体式密封3包括基体31、3道密封环32及1道检测环33；所述基体31用于承载和固定所述3道密封环32及检测环33，截面呈L形结构，径向部分末端纳入疏水层311,轴向部分末端设置定位钩312；所述3道密封环32的外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，均设有第一外骨架321、第一内壳体322、第一限位块323、第二限位块324、轴向密封325、第一径向密封326及第二径向密封327，所述检测环33外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，设有第二外骨架331、第二内壳体332、第三限位块333、第四限位块334及第三径向密封335；所述3道密封环32及检测环33均为独立密封装置，又相互耦合，共同实现掘进机主驱动的密封功能。
优选地，所述基体31的径向部分末端疏水层311材料为聚四氟乙烯，可一定程度上驱离外界泥水，进而防止泥沙进入密封腔。
优选地，所述基体31的轴向部分末端定位钩312在圆周方向均布多个，保证3道密封环32和1道检测环33固定于基体31，同时方便密封装置的整体拆卸与更换，避免传统唇形密封方案繁杂的拆装工艺流程。
优选地，所述基体31的轴向部分涂抹密封胶，加强与掘进机支撑环2之间的静密封效果，降低因掘进机支撑环2或基体31轴向部分的表面缺陷而导致的静态泄漏风险。
优选地，所述基体31、所述3道密封环32的第一内壳体322及所述检测环33的第二内壳体332均由冷轧钢板冲压成形，具有良好的热传输能力，保证密封性能。
优选地，所述3道密封环32的第一外骨架321和所述检测环33的第二外骨架331纳入橡胶，形成外侧静密封。
优选地，所述检测环33的第二内壳体332纳入橡胶，形成内侧静密封，并实现轴向定位。
优选地，所述3道密封环32的轴向密封325、第一径向密封326、第二径向密封327和所述检测环33的第三径向密封335均为唇形密封结构。
优选地，所述3道密封环32的轴向密封325位于密封环32的出口侧，所述第一径向密封326位于密封环32的内侧，所述第二径向密封327位于密封环32的入口侧。
更优选地，所述轴向密封325、第一径向密封326和第二径向密封327的密封唇与其接触面的朝向均为阻挡外界颗粒进入主驱动齿轮箱的方向。
优选地，所述检测环33的第三径向密封335位于检测环33的内侧。
更优选地，所述第三径向密封335的密封唇与其接触面的朝向为阻挡主驱动齿轮油泄漏至外界的方向。
优选地，所述3道密封环32的第一限位块323和第二限位块324分别在圆周方向均布多个，且分别沿轴向指向密封环32的出口侧和入口侧。
优选地，所述检测环33的第三限位块333和第四限位块334分别在圆周方向均布多个，且分别沿轴向指向检测环33的出口侧和入口侧。
优选地，所述掘进机支撑环2和基体31及3道密封环32的第一内壳体322配合均布多个油脂孔22。
更优选地，所述油脂孔22位于所述第一径向密封326的入口侧,确保密封油脂均匀充满整个密封环腔，并可经出口侧流出密封环32，但无法经入口侧反向流出密封环32，保证进入密封环32的外界泥沙随密封油脂流出密封环32。
优选地，所述掘进机支撑环2和基体31及检测环33的第二内壳体332配合设置检测孔23。
更优选地，所述检测孔23位于第三径向密封335的出口侧，用于检测外界泥沙入侵或齿轮油泄漏。
本发明的工作原理为：该密封装置为整体式密封，其中3道密封环32的第一外骨架321外壁及检测环33的第二外骨架331外壁，均与掘进机转接法兰1的内壁紧密贴合，并与掘进机转接法兰1同步旋转；掘进机支撑环2的外壁与基体31的轴向部分内壁紧密贴合，3道密封环32的第一内壳体322和检测环33的第二内壳体332的轴向部分内壁均与基体31的轴向部分外壁紧密贴合，三者互相固定为一体，在工作过程中为静止状态。基体31径向部分纳入疏水层311。在限位块的定位基础上，3道密封环32的轴向密封325与对应第一内壳体322或基体31之间过盈配合，形成具有一定初始压缩量的轴向旋转密封，具有较好的径向振动承受能力；3道密封环32的第一径向密封326与对应第一内壳体322之间过盈配合，第二径向密封327与对应第一外骨架321之间过盈配合，检测环33的第三径向密封335与对应第二内壳体332之间过盈配合，形成具有一定初始压缩量的径向密封，具有较好的轴向振动承受能力。3道密封环32和1道检测环33及基体31形成3道U形迷宫密封。在密封装置工作过程中，外界泥水首先受到疏水层311的阻挡作用，之后少量泥沙进入密封腔体，此时受到轴向旋转密封、径向旋转密封、迷宫密封及流动密封油脂的共同作用而无法进入主驱动齿轮箱，密封装置具有良好的密封性能。基体31轴向部分及第一内壳体322、第二内壳体332材料为冷轧钢板，传热性能较好，配合密封油脂的流动作用，具有良好的冷却效果。
本发明提供的整体式密封装置规避了隧道掘进机主驱动的现有唇形密封方案中，外界泥沙易侵入密封腔、密封唇易磨损及拆装工艺复杂等问题。该密封装置同时将疏水层、轴向密封、径向密封及迷宫密封集成于一体，结合注入密封油脂，具有密封性能好、使用寿命长、拆装难度小、维护成本低等特点，满足掘进机施工需求，可以广泛推广应用于各类隧道掘进机。
上述内容阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (8)

1.一种用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，该用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置包括掘进机转接法兰(1)、掘进机支撑环(2)和整体式密封(3)；
所述的掘进机支撑环(2)外侧装有定位环(21)；
所述的整体式密封(3)包括基体(31)、3道密封环(32)及1道检测环(33)，3道密封环(32)及1道检测环(33)依次排布在基体(31)的轴向部分上；
基体(31)的截面呈L形结构，径向部分末端纳入疏水层(311),轴向部分末端设置定位钩(312)；
密封环(32)的外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，均设有第一外骨架(321)、第一内壳体(322)、第一限位块(323)、第二限位块(324)、轴向密封(325)、第一径向密封(326)及第二径向密封(327)；轴向密封(325)位于密封环(32)的出口侧，第一径向密封(326)位于密封环(32)的内侧，第二径向密封(327)位于密封环(32)的入口侧；第一限位块(323)和第二限位块(324)分别在圆周方向均布多个，且分别沿轴向指向密封环(32)的出口侧和入口侧；
检测环(33)外部呈环状，内部为U形迷宫环腔，设有第二外骨架(331)、第二内壳体(332)、第三限位块(333)、第四限位块(334)及第三径向密封(335)；第三径向密封(335)位于检测环(33)的内侧；第三限位块(333)和第四限位块(334)分别在圆周方向均布多个，且分别沿轴向指向检测环(33)的出口侧和入口侧；
3道密封环(32)的第一外骨架(321)和检测环(33)的第二外骨架(331)纳入橡胶，形成外侧静密封；
检测环(33)的第二内壳体(332)纳入橡胶，形成内侧静密封，并实现轴向定位；
所述掘进机支撑环(2)、基体(31)及第一内壳体(322)配合均布多个油脂孔(22)，油脂孔(22)位于第一径向密封(326)的入口侧。
2.根据权利要求1所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，所述掘进机支撑环(2)、基体(31)及第二内壳体(332)配合设置检测孔(23)，检测孔(23)位于第三径向密封(335)的出口侧。
3.根据权利要求1或2所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，
所述基体(31)的径向部分末端疏水层(311)材料为聚四氟乙烯；
所述基体(31)的轴向部分末端定位钩(312)在圆周方向均布多个；
所述基体(31)的轴向部分涂抹密封胶。
4.根据权利要求1或2所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，
所述基体(31)、所述3道密封环(32)的第一内壳体(322)及所述检测环(33)的第二内壳体(332)均由冷轧钢板冲压成形。
5.根据权利要求3所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，
所述基体(31)、所述3道密封环(32)的第一内壳体(322)及所述检测环(33)的第二内壳体(332)均由冷轧钢板冲压成形。
6.根据权利要求1、2或5所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，
所述3道密封环(32)的轴向密封(325)、第一径向密封(326)、第二径向密封(327)和所述检测环(33)的第三径向密封(335)均为唇形密封结构；
所述轴向密封(325)、第一径向密封(326)和第二径向密封(327)的密封唇与其接触面的朝向均为阻挡外界颗粒进入主驱动齿轮箱的方向；
所述第三径向密封(335)的密封唇与其接触面的朝向为阻挡主驱动齿轮油泄漏至外界的方向。
7.根据权利要求3所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，
所述3道密封环(32)的轴向密封(325)、第一径向密封(326)、第二径向密封(327)和所述检测环(33)的第三径向密封(335)均为唇形密封结构；
所述轴向密封(325)、第一径向密封(326)和第二径向密封(327)的密封唇与其接触面的朝向均为阻挡外界颗粒进入主驱动齿轮箱的方向；
所述第三径向密封(335)的密封唇与其接触面的朝向为阻挡主驱动齿轮油泄漏至外界的方向。
8.根据权利要求4所述的用于隧道掘进机主驱动的双向交替整体式密封装置，其特征在于，
所述3道密封环(32)的轴向密封(325)、第一径向密封(326)、第二径向密封(327)和所述检测环(33)的第三径向密封(335)均为唇形密封结构；
所述轴向密封(325)、第一径向密封(326)和第二径向密封(327)的密封唇与其接触面的朝向均为阻挡外界颗粒进入主驱动齿轮箱的方向；
所述第三径向密封(335)的密封唇与其接触面的朝向为阻挡主驱动齿轮油泄漏至外界的方向。
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