CN113339505B - 掘进机主驱动密封保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种掘进机主驱动密封保护装置，其内部形成有供油脂进入的迷宫通道，该掘进机主驱动密封保护装置包括与掘进机的主轴承内圈相连接的密封跑道、与掘进机的主轴承外圈相连接的油脂环以及设置于油脂环端部的扣盖，扣盖内形成有与迷宫通道相连通的容置腔，容置腔内设置有弹性密封圈和气囊，气囊位于容置腔内远离迷宫通道的一侧，气囊上连接有输气管；通过输气管向气囊内充气，气囊膨胀并挤压弹性密封圈发生形变，以使部分弹性密封圈部分伸出至迷宫通道内。本发明解决了盾构掘进机的主驱动中密封结构易磨损、密封效果不佳的技术问题。

Description

掘进机主驱动密封保护装置

技术领域

本发明涉及隧道施工设备技术领域，尤其涉及一种掘进机主驱动密封保护装置。

背景技术

盾构掘进机是一种隧道掘进设备。其中，盾构掘进机的主驱动密封结构主要作用是防止开挖仓中的物质进入到主驱动系统的内部，影响到主轴承、驱动箱等零件的正常工作，降低使用寿命。在正常工作过程中，开挖仓中的压力一般在1bar至10bar之间，而且物质成分复杂(可能同时存在砂土、碎石、泥浆以及水等)，主驱动密封结构的工作条件极其恶劣，因此，对其密封性有很高的要求。

目前，盾构掘进机主驱动密封主要采用迷宫结构的通道以及设置多道橡胶密封件相配合进行密封。工作时在迷宫结构的通道和橡胶密封件形成的密封腔中不断注入HBW油脂，多道密封件为油脂提供背压，油脂通过迷宫形成环状以较高压力不断向开挖仓中挤出，阻止开挖仓中高压渣土等物质进入密封腔。HBW油脂在一定压力下不断注入到迷宫结构的通道内，建压时间长，且容易建压不及时，填充不充分，导致外界杂物进入迷宫结构的通道以及密封腔内，加速密封件和密封跑道的磨损，不仅容易导致密封性不佳的问题，降低盾构掘进机的工作效率，而且还增加人工成本和物力的投入。

针对相关技术中盾构掘进机的主驱动中密封结构易磨损、密封效果不佳的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种掘进机主驱动密封保护装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掘进机主驱动密封保护装置，通过在主驱动密封结构上增加气囊、密封圈以及输气管等结构，能够对迷宫通道的出口位置的开合度进行调节并对该位置进行封堵，从而对主驱动密封结构进行更加可靠、有效的保护，本发明具有易调节、自防渣、承压能力高、密封效果好、可靠性高、安装便利等优点，适于推广使用。

本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种掘进机主驱动密封保护装置，其内部形成有供油脂进入的迷宫通道，所述掘进机主驱动密封保护装置包括与掘进机的主轴承内圈相连接的密封跑道、与所述掘进机的主轴承外圈相连接的油脂环以及设置于所述油脂环端部的扣盖，所述扣盖内形成有与所述迷宫通道相连通的容置腔，所述容置腔内设置有弹性密封圈和气囊，所述气囊位于所述容置腔内远离所述迷宫通道的一侧，所述气囊上连接有输气管；

通过所述输气管向所述气囊内充气，所述气囊膨胀并挤压所述弹性密封圈发生形变，以使部分所述弹性密封圈伸出至所述迷宫通道内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述掘进机主驱动密封保护装置还包括密封压环，所述密封压环在所述油脂环的轴向上与所述油脂环上靠近所述掘进机的开挖仓一端连接，所述扣盖与所述密封压环相连接，以在所述密封跑道与所述油脂环之间、所述密封跑道与所述密封压环之间以及所述密封跑道与所述扣盖之间形成相连通的所述迷宫通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述掘进机主驱动密封保护装置还包括对所述气囊进行限位的气囊压环，所述气囊压环与所述扣盖相连接，以对所述容置腔靠近所述掘进机的开挖仓一侧进行封堵。

在本发明的一较佳实施方式中，所述油脂环、所述密封压环、所述扣盖和所述气囊压环上分别开设有第一充气通道、第二充气通道、第三充气通道和第四充气通道，所述第一充气通道、所述第二充气通道、所述第三充气通道和所述第四充气通道顺序连通，所述输气管依次穿过所述第一充气通道、所述第二充气通道、所述第三充气通道和所述第四充气通道并与所述气囊连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述弹性密封圈的表面远离所述迷宫通道一侧开设有容置槽，所述气囊位于所述容置槽内，且所述气囊挤压于所述容置槽的内壁与所述气囊压环的外壁之间。

在本发明的一较佳实施方式中，所述容置腔靠近所述迷宫通道一侧的两相对内壁上分别形成有第一卡槽和第二卡槽，所述弹性密封圈远离所述迷宫通道一侧的边缘形成有分别与所述第一卡槽和所述第二卡槽位置相对的第一凸台和第二凸台，所述第一卡槽与所述第一凸台之间设置有第一弹簧圈，所述第二卡槽与所述第二凸台之间设置有第二弹簧圈。

在本发明的一较佳实施方式中，所述弹性密封圈呈沿所述掘进机的主轴承的周向设置的环形，所述容置槽为沿所述弹性密封圈的周向设置的环形凹槽，所述气囊呈与所述容置槽相配合的环形。

在本发明的一较佳实施方式中，所述气囊上设置有气门芯，所述输气管通过紧固螺母与所述气门芯连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述输气管与气囊的连接处设置有垫圈，所述垫圈压紧于所述紧固螺母与所述气囊的外壁之间。

在本发明的一较佳实施方式中，所述气门芯和输气管的数量均为多个，各所述气门芯沿所述气囊的周向均匀且间隔分布，各所述输气管分别与对应的所述气门芯连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封跑道与所述油脂环之间设置有多个密封环，相邻两所述密封环之间设置有密封隔环。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封环为唇形密封环，所述唇形密封环的唇口朝向所述掘进机的开挖仓方向。

在本发明的一较佳实施方式中，所述输气管上设置有压力传感器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述气囊和所述弹性密封圈均采用三元乙丙橡胶制成。

在本发明的一较佳实施方式中，所述输气管为采用高承压橡胶制成的软管。

由上所述，本发明的掘进机主驱动密封保护装置的特点及优点是：在扣盖内形成有与掘进机主驱动密封保护装置内迷宫通道相连通的容置腔，在容置腔内设置有弹性密封圈和气囊，通过输气管向气囊内充入高压气体，气囊膨胀并挤压弹性密封圈发生形变，以使部分弹性密封圈移动并伸出至迷宫通道内，在实际使用过程中，可通过调节充气量和充气压力的大小，对弹性密封圈的伸出量进行控制，进而控制弹性密封圈对迷宫通道的封堵程度；当弹性密封圈达到最大伸出量时，可对迷宫通道进行完全封堵，实现迷宫通道的完全密封并且保证迷宫通道能够承受较大的压力，有效防止开挖仓中的杂质进入而对主驱动密封结构造成磨损，从而对主驱动密封结构进行更加可靠、有效的保护，提高盾构掘进机的工作效率，降低成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明掘进机主驱动密封保护装置的结构示意图。

图2：为本发明掘进机主驱动密封保护装置中气囊位置的局部放大图。

本发明中的附图标号为：

1、密封压环； 101、第二充气通道；

2、油脂环； 201、第一充气通道；

3、密封跑道； 4、扣盖；

401、第三充气通道； 402、容置腔；

4021、第一卡槽； 4022、第二卡槽；

5、气囊压环； 501、第四充气通道；

6、输气管； 7、气囊；

8、弹性密封圈； 801、第一凸台；

802、第二凸台； 803、容置槽；

9、迷宫通道； 10、刀盘法兰；

11、密封环； 12、密封隔环；

13、气门芯； 14、第一弹簧圈；

15、第二弹簧圈； 16、紧固螺母；

17、垫圈。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明提供了一种掘进机主驱动密封保护装置，其内部形成有供HBW油脂进入的迷宫通道9，掘进机主驱动密封保护装置包括密封跑道3、油脂环2和扣盖4，密封跑道3、油脂环2和扣盖4均为圆环形结构，扣盖4设置于油脂环2的端部，油脂环2能转动地套设于密封跑道3的外侧，掘进机的主轴承内圈连接有刀盘法兰10，密封跑道3与刀盘法兰10相连接，油脂环2与掘进机的主轴承外圈相连接，在扣盖4内形成有与迷宫通道9相连通的容置腔402，容置腔402内设置有弹性密封圈8和气囊7，气囊7位于容置腔402内远离迷宫通道9的一侧，气囊7上连接有输气管6，输气管6外接至高压充气装置；通过输气管6向气囊7内充气，气囊7膨胀并挤压弹性密封圈8发生形变，以使部分弹性密封圈8伸出至迷宫通道9内，从而达到对迷宫通道9进行封堵的目的。

本发明在实际使用过程中，可通过调节输气管6向气囊7内的充气量和充气压力的大小，对弹性密封圈8向迷宫通道9内的伸出量进行控制，进而控制弹性密封圈8对迷宫通道9的封堵程度；当弹性密封圈8达到最大伸出量时，可对迷宫通道9进行完全封堵，实现迷宫通道9的完全密封并且保证迷宫通道9能够承受较大的压力，有效防止开挖仓中的渣土等杂质进入至迷宫通道9内而对主驱动密封结构造成磨损，从而能够对主驱动密封结构起到更加可靠、有效的保护作用，提高盾构掘进机的工作效率，降低成本。

进一步，输气管6上设置有压力传感器(未示出)，通过压力传感器可实时显示气囊7中的压力值，进而获知气囊7的膨胀幅度，以便对迷宫通道9的封堵状态进行控制。

进一步的，气囊7和弹性密封圈8均可采用但不限于三元乙丙橡胶制成。

进一步的，输气管6可为但不限于采用高承压橡胶制成的软管。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，密封跑道3与油脂环2之间设置有圆环形的多个密封环11，相邻两密封环11之间设置有密封隔环12。通过密封隔环12对相邻两密封环11进行固定，提高密封环11安装的稳定性；通过各密封环11提高密封跑道3与油脂环2之间的密封效果，避免开挖仓内杂质的进入。

进一步的，如图1所示，密封环11为唇形密封环，唇形密封环的唇口朝向掘进机的开挖仓方向，通过各密封环11能够为进入迷宫通道9内的HBW油脂提供背压，增加主驱动密封装置的承压能力。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，掘进机主驱动密封保护装置还包括密封压环1，密封压环1为圆环形结构，密封压环1在油脂环2的轴向上与油脂环2上靠近掘进机的开挖仓一端连接，扣盖4与密封压环1相连接，以在密封跑道3与油脂环2之间、密封跑道3与密封压环1之间以及密封跑道3与扣盖4之间形成相连通的迷宫通道9。通过密封压环1的设置，保证扣盖4与油脂环2稳定连接，提高主驱动密封装置的稳定性。

进一步的，如图1所示，掘进机主驱动密封保护装置还包括气囊压环5，气囊压环5为圆环形结构，气囊压环5与扣盖4相连接，以对容置腔402靠近掘进机的开挖仓一侧进行封堵。通过气囊压环5对气囊7进行限位，使得充气状态下，气囊7只能向靠近迷宫通道9膨胀，从而达到挤压弹性密封圈8的目的。

具体的，如图1所示，油脂环2上开设有第一充气通道201，密封压环1上开设有第二充气通道101，扣盖4上开设有第三充气通道401，气囊压环5上开设有第四充气通道501，第一充气通道201为沿油脂环2的轴向延伸的直线形腔道，第二充气通道101为由油脂环2向扣盖4方向倾斜的直线形腔道，第三充气通道401为由密封压环1至气囊压环5方向先沿扣盖4的轴向再沿扣盖4的径向延伸的折线形腔道，第四充气通道501为沿气囊压环5径向延伸的直线形腔道，第一充气通道201、第二充气通道101、第三充气通道401和第四充气通道501顺序连通，输气管6依次穿过第一充气通道201、第二充气通道101、第三充气通道401和第四充气通道501并与气囊7连接。通过各充气通道的设置，为输气管6在主驱动密封装置内的设置提供了安装位置，以满足对气囊7进行充气的要求。

在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，弹性密封圈8的表面远离迷宫通道9一侧开设有容置槽803，气囊7位于容置槽803内，且气囊7挤压于容置槽803的内壁与气囊压环5的外壁之间。通过容置槽803的设置，对气囊7起到了限位的作用，保证气囊7膨胀状态下所产生的挤压力全部作用于弹性密封圈8上，使得弹性密封圈8能够顺利移动至迷宫通道9内。

具体的，如图1、图2所示，弹性密封圈8呈沿掘进机的主轴承的周向设置的圆环形，容置槽803为沿弹性密封圈8的周向设置的圆环形凹槽，气囊7呈与容置槽803相配合的圆环形。

进一步的，如图1、图2所示，容置腔402靠近迷宫通道9一侧的两相对内壁上分别形成有第一卡槽4021和第二卡槽4022，弹性密封圈8远离迷宫通道9一侧的边缘形成有分别与第一卡槽4021和第二卡槽4022位置相对的第一凸台801和第二凸台802，在容置腔402内设置有圆环形的第一弹簧圈14和第二弹簧圈15，第一弹簧圈14位于第一卡槽4021与第一凸台801之间，第二弹簧圈15位于第二卡槽4022与第二凸台802之间。当弹性密封圈8受挤压而发生形变时，第一凸台801和第二凸台802均向靠近迷宫通道9方向移动，从而第一凸台801与第一卡槽4021相配合对第一弹簧圈14产出挤压力，第二凸台802与第二卡槽4022相配合对第二弹簧圈15产生挤压力，第一弹簧圈14和第二弹簧圈15均发生形变，当对气囊7进行泄气后，在第一弹簧圈14和第二弹簧圈15回弹力的作用下，能够使弹性密封圈8自动复位，迷宫通道9恢复畅通。

在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，气囊7上设置有气门芯13，气门芯13上设置有进气嘴和出气嘴，输气管6通过紧固螺母16与气门芯13连接，输气管6可通过气门芯13向气囊7内充气或者将气囊7内的气体对外排出。

进一步的，如图2所示，输气管6与气囊7的连接处设置有圆环状的垫圈17，垫圈17压紧于紧固螺母16与气囊7的外壁之间，通过垫圈17提高输气管6与气囊7之间的密封性，避免气体外泄。

进一步的，气门芯13和输气管6的数量均为多个，各气门芯13沿气囊7的周向均匀且间隔分布，各输气管6分别与对应的气门芯13连接。

进一步的，气门芯13可采用但不限于不锈钢材料制成。

本发明掘进机主驱动密封保护装置的工作过程为：通过高压充气装置向输气管6内输送高压气体，高压气体通过输气管6进入至气囊7内进行充气，气囊7膨胀并推动弹性密封圈8发生形变，部分弹性密封圈8在挤压力的作用下移动至容置腔402外部并对迷宫通道9的出口位置进行封堵，可通过控制充气量以调节弹性密封圈8的伸出量，进而控制迷宫通道9的出口位置的间隙大小；当弹性密封圈8的伸出量达到最大时，可对迷宫通道9的出口位置进行完全封堵，实现对迷宫通道9的完全密封，此时迷宫通道9能够承受较大的压力。在掘进过程中，本发明的掘进机主驱动密封保护装置可以在开挖仓中无压力或压力较低的情况下，通过减小迷宫通道9的出口位置的间隙量，使HBW油脂在迷宫通道9内填充密实、充分成环，进而快速完成在迷宫通道9内的建压，防止开挖仓内渣土、泥沙等杂质进入至主驱动密封结构内造成结构磨损。

如果在遇到突水、突泥或者开挖仓内压力突然升高的情况时，本发明的掘进机主驱动密封保护装置可以作为密封装置使用，通过对迷宫通道9的出口位置进行完全封堵，切断渣土、泥沙等杂质的进入路径，有效保护主驱动密封结构以及主轴承；另外，本发明的掘进机主驱动密封保护装置还可作为静态和动态保压装置使用，在对迷宫通道9的出口位置进行完全封堵状态下，向迷宫通道9内进行加压，根据对迷宫通道9内压力的泄露情况，可判断主驱动密封结构中各密封条的安装情况，无需其他保压装置。

本发明的掘进机主驱动密封保护装置的特点及优点是：

一、该掘进机主驱动密封保护装置，可通过气囊7膨胀并推动弹性密封圈8发生形变，从而对迷宫通道9进行完全封堵，提高迷宫通道9的承压能力，保证主驱动密封结构良好的密封效果。

二、该掘进机主驱动密封保护装置，能够使HBW油脂在迷宫通道9内填充密实、充分成环，快速完成在迷宫通道9内的建压，有效防止开挖仓内的杂质进入至主驱动密封结构内造成结构磨损，延长主驱动密封结构的使用寿命。

三、该掘进机主驱动密封保护装置，在对迷宫通道9进行完全封堵状态下，可切断杂质的进入路径，避免突水、突泥或者开挖仓内压力突然升高所造成的密封条被击穿而损坏主轴承的情况发生，对主驱动密封结构以及主轴承起到保护作用。

四、该掘进机主驱动密封保护装置，可作为静态和动态保压装置使用，在对迷宫通道9进行完全封堵状态下，通过向迷宫通道9内加压，可判断主驱动密封结构中各密封条的安装情况，方便操作，无需其他结构复杂的保压装置，具有良好的实用性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (15)

1.一种掘进机主驱动密封保护装置，其内部形成有供油脂进入的迷宫通道，其特征在于，所述掘进机主驱动密封保护装置包括与掘进机的主轴承内圈相连接的密封跑道、与所述掘进机的主轴承外圈相连接的油脂环以及设置于所述油脂环端部的扣盖，所述扣盖内形成有与所述迷宫通道相连通的容置腔，所述容置腔内设置有弹性密封圈和气囊，所述气囊位于所述容置腔内远离所述迷宫通道的一侧，所述气囊上连接有输气管；

通过所述输气管向所述气囊内充气，所述气囊膨胀并挤压所述弹性密封圈发生形变，以使部分所述弹性密封圈伸出至所述迷宫通道内。

2.如权利要求1所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述掘进机主驱动密封保护装置还包括密封压环，所述密封压环在所述油脂环的轴向上与所述油脂环上靠近所述掘进机的开挖仓一端连接，所述扣盖与所述密封压环相连接，以在所述密封跑道与所述油脂环之间、所述密封跑道与所述密封压环之间以及所述密封跑道与所述扣盖之间形成相连通的所述迷宫通道。

3.如权利要求2所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述掘进机主驱动密封保护装置还包括对所述气囊进行限位的气囊压环，所述气囊压环与所述扣盖相连接，以对所述容置腔靠近所述掘进机的开挖仓一侧进行封堵。

4.如权利要求3所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述油脂环、所述密封压环、所述扣盖和所述气囊压环上分别开设有第一充气通道、第二充气通道、第三充气通道和第四充气通道，所述第一充气通道、所述第二充气通道、所述第三充气通道和所述第四充气通道顺序连通，所述输气管依次穿过所述第一充气通道、所述第二充气通道、所述第三充气通道和所述第四充气通道并与所述气囊连接。

5.如权利要求3所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述弹性密封圈的表面远离所述迷宫通道一侧开设有容置槽，所述气囊位于所述容置槽内，且所述气囊挤压于所述容置槽的内壁与所述气囊压环的外壁之间。

6.如权利要求5所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述容置腔靠近所述迷宫通道一侧的两相对内壁上分别形成有第一卡槽和第二卡槽，所述弹性密封圈远离所述迷宫通道一侧的边缘形成有分别与所述第一卡槽和所述第二卡槽位置相对的第一凸台和第二凸台，所述第一卡槽与所述第一凸台之间设置有第一弹簧圈，所述第二卡槽与所述第二凸台之间设置有第二弹簧圈。

7.如权利要求5所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述弹性密封圈呈沿所述掘进机的主轴承的周向设置的环形，所述容置槽为沿所述弹性密封圈的周向设置的环形凹槽，所述气囊呈与所述容置槽相配合的环形。

8.如权利要求7所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述气囊上设置有气门芯，所述输气管通过紧固螺母与所述气门芯连接。

9.如权利要求8所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述输气管与气囊的连接处设置有垫圈，所述垫圈压紧于所述紧固螺母与所述气囊的外壁之间。

10.如权利要求8所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述气门芯和输气管的数量均为多个，各所述气门芯沿所述气囊的周向均匀且间隔分布，各所述输气管分别与对应的所述气门芯连接。

11.如权利要求1所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述密封跑道与所述油脂环之间设置有多个密封环，相邻两所述密封环之间设置有密封隔环。

12.如权利要求11所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述密封环为唇形密封环，所述唇形密封环的唇口朝向所述掘进机的开挖仓方向。

13.如权利要求1所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述输气管上设置有压力传感器。

14.如权利要求1所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述气囊和所述弹性密封圈均采用三元乙丙橡胶制成。

15.如权利要求1所述的掘进机主驱动密封保护装置，其特征在于，所述输气管为采用高承压橡胶制成的软管。

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