CN113639929A - 一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置,包括外筒和设于外筒左右两端的内筒；内筒由水平位移机构驱动伸入或退出外筒，并由设于水平位移机构上的旋转机构驱动旋转；内筒伸入外筒中，内筒和外筒之间构成用于设置待测主驱动密封组件的环形腔体，外筒上设有连通环形腔体的密封油脂灌注孔和温度检测孔；内筒端部和外筒内壁之间构成密封介质灌注腔，外筒上设有连通密封介质灌注腔的密封介质注入孔和压力检测孔；还包括同时与设于外筒上的振动传感器、设于温度检测孔中的温度传感器以及设于压力检测孔中的压力传感器连接的数据处理装置。本申请可真实模拟盾构的实际工况，验证主驱动密封组件密封情况并由数据处理装置反馈密封情况，满足使用需求。

Description

一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置

技术领域

本发明涉及盾构机、TBM等的主轴承润滑系统的密封技术领域，特别涉及一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置。

背景技术

盾构机、TBM等隧道掘进机是地下掘进盾构施工中的主要施工机械，它在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，可在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业，目前在我国的城市地铁、过江公路隧道、跨海隧道等大型隧道工程项目中得到了广泛的应用。盾构机主轴承是盾构机的核心部件，起着支撑盾构刀盘并使之回转破岩的作用。在施工过程中，隧道掘进机承受的水土压力很高，如果主轴承润滑油泄漏或者泥水、沙砾及渣土进入主轴承润滑系统，将导致主轴承和齿轮副的迅速破坏。破坏的主轴承需从盾构机上方开挖竖井吊出更换，难度非常大，将给盾构施工带来不可估量的损失。

润滑系统是通过主驱动密封组件与外界隔离，防止泥水、沙砾及渣土进入主轴承润滑系统，主驱动密封组件设置在筒形密封支撑和密封衬套之间的间隙中，主驱动密封组件的唇形密封环与密封衬套之间相对转动，一般在主驱动密封组件在间隙中隔出的密封油腔中注入润滑油以减小摩擦。密封油腔中注入的润滑油的种类、密封油腔中注入的润滑油的压力、主轴承的转速以及唇形密封环所受到的外界泥水的压力等因素会影响主驱动密封组件的密封性能。

随着国内市场盾构机及TBM等隧道掘进机的数量不断增多，针对隧道施工中承受高压带来的风险，为了隧道施工过程中更稳更安全，降低设备施工风险和维修成本，盾构机主轴承密封系统需在相关试验台上模拟运转试验成功后才在新开发的的设备上使用。

基于此，中国发明专利CN 106225996 A公开了一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置及试验方法。该试验装置包括固定在固定架上的第一外筒、第二外筒和驱动装置，第一外筒内部同轴套设第一内筒并形成第一间隙，第二外筒内部同轴套设第二内筒并形成第二间隙，第一间隙和第二间隙中分别设置第一待测主驱动密封组件和第二待测主驱动密封组件。

中国实用新型专利CN 208953207 U公开了一种用于测试盾构机主驱动密封性能的试验装置，包括固定外环、旋转内环、回转支撑和驱动装置，回转支撑固定于固定外环的一端内，旋转内环置于固定外环内，旋转内环的内端与回转支撑的旋转内圈固定连接；固定外环包括可拆卸连接的固定外环前段和固定外环后段，旋转内环的外壁与固定外环前段及固定外环后段的内壁之间分别形成用于设置第一、二待测主驱动密封组件的前侧空腔和后侧空腔。

上述两种方案中的主驱动密封组件在进行不同转速下的密封性能测试时，需进行多次试验，试验效率低下；并且主驱动密封组件的拆装存在拆装不便等问题。

所以，为满足使用需求，有必要设计一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，以解决上述问题。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，所述试验装置包括外筒和设于所述外筒两端与所述外筒同轴设置的两个内筒；所述内筒由水平位移机构驱动伸入或退出所述外筒，并由设于所述水平位移机构上的旋转机构驱动旋转；

所述内筒上可拆卸安装有密封组件安装座，所述内筒伸入至所述外筒中时，所述内筒和所述外筒之间构成用于设置待测主驱动密封组件的环形腔体，所述外筒上设有连通所述环形腔体的密封油脂灌注孔和温度检测孔；所述内筒和所述外筒之间还构成密封介质灌注腔，所述外筒上设有连通所述密封介质灌注腔的密封介质注入孔和压力检测孔；

数据处理装置，所述数据处理装置同时与设于所述外筒上的振动传感器、设于所述温度检测孔中的温度传感器以及设于所述压力检测孔中的压力传感器连接。

优选的技术方案为：所述外筒筒壁中设有和所述环形腔体对应的环形冷却腔体，所述外筒上设有连通所述环形冷却腔体的冷却进水孔和冷却出水孔。

优选的技术方案为：所述水平位移机构包括有反力架、伸缩油缸、滑轨和支撑架，所述支撑架设于所述滑轨的滑块上，所述伸缩油缸的固定端和所述反力架固定连接，所述伸缩油缸的伸缩端和所述滑块固定连接。

优选的技术方案为：所述旋转机构采用液压马达，所述液压马达通过安装座固定于所述支撑架的顶端。

优选的技术方案为：还包括端盖，所述端盖设于所述安装座上并由所述水平位移机构驱动接近或远离于所述外筒的端部，所述端盖的内侧设有回转支承，所述回转支承的内圈和所述内筒固定连接，所述回转支承的外圈和所述外筒的端部契合。

优选的技术方案为：所述内筒的端部设有搅拌叶片。

由于上述技术方案运用，本发明具有的有益效果为：

1.本发明通过水平位移机构可轻松解决更换主驱动密封组件时的拆装问题。

2.本发明可以真实模拟盾构实际工况，以验证主驱动密封组件的密封情况，并由数据处理装置实时显示和记录数据，反馈密封情况，满足使用需求。

3.本发明可通过更换不同尺寸的密封组件安装座，实现不同尺寸主驱动密封组件的性能测试要求，其适用性广。

4.本发明通过在内筒端部设置搅拌叶片，可以避免密封介质的沉淀。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明内筒和外筒的装配剖视示意图。

以上附图中，1、外筒；2、内筒；3、振动台；4、反力架；5、伸缩油缸；6、滑轨；7、支撑架；8、液压马达；9、安装座；10、端盖；11、回转支承；12、搅拌叶片；13、主驱动密封组件；14、密封油脂灌注孔；15、冷却进水孔；16、温度检测孔；17、密封介质注入孔；18、压力检测孔；19、密封组件安装座；20、冷水出水孔；21、挡板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1-图2。须知，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1-图2所示，为本发明提出的一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，包括外筒1和内筒2。

其中，外筒1中空并于两端设有开口；内筒2端部密封。外筒1横向固设于振动台3上，振动台3用于模拟使用工况。

内筒2具有两个，并分别设于外筒1的左右两端。两个内筒2由水平位移机构驱动伸入或退出外筒1（内筒2和外筒1同轴设置），并由设于水平位移机构上的旋转机构驱动旋转，以模拟主驱动密封组件13的使用工况（可通过更换内筒2来安装不同型号的主驱动密封组件13）。

具体的，内筒2的外壁上可拆卸安装有密封组件安装座19，用以安装不同型号的待测主驱动密封组件13，内筒2伸入至外筒1中时，内筒2和外筒1之间构成用于测试待测主驱动密封组件13的环形腔体。外筒1上设有连通环形腔体的密封油脂灌注孔14和温度检测孔16。

两个内筒2的端部和外筒1的内壁之间构成密封介质灌注腔，外筒1上设有连通密封介质灌注腔的密封介质注入孔17和压力检测孔18。

还包括数据处理装置（图中未示出），数据处理装置同时与设于外筒1上的振动传感器、设于温度检测孔16中的温度传感器（监测密封油脂温度）以及设于压力检测孔18中的压力传感器（监测密封介质压力状况）连接。

进一步的，外筒筒壁中设有和环形腔体对应的环形冷却腔体，外筒上设有连通环形冷却腔体的冷却进水孔和冷却出水孔，用以模拟盾构施工中对于主驱动密封组件的冷却。

进一步的，水平位移机构包括有反力架4、伸缩油缸5、滑轨6和支撑架7。支撑架7设于滑轨6的滑块上，伸缩油缸5的固定端和反力架4固定连接，伸缩端和滑块固定连接，伸缩油缸5驱动支撑架7沿滑轨6方向前进或后退。

进一步的，旋转机构采用液压马达8，液压马达8通过安装座9固定安装于支撑架7的顶端。液压马达8的驱动端和内筒2驱动连接，以驱动内筒2旋转。

通过调节旋转机构的转速，以使得两侧内筒2以不同转速旋转，产生差速。

差速的作用：

一、在主驱动密封组件密封性能测试时，为提高实验效率，一般将两种主驱动密封组件同时进行密封性能测试。为达到更好的测试效果，获得更准确真实的数据，需使得模拟工况与真实工况尽量接近，而在盾构机工作过程中，根据不同的转速会采用不同的主驱动密封组件，因此在实验进行过程中，通过设于两侧的旋转机构，便可以达到根据主驱动密封组件要求，自由调节转速的效果。

二、不同的主驱动密封组件在不同转速下密封效果不同，为探求同一主驱动密封组件在的密封性能与转速的关系，同时加快实验进度，可以在两轴上安装同一主驱动密封组件，后施加不同的转速来获得密封性能与转速的关系。

进一步的，还包括端盖10，端盖10固设于安装座9上并由水平位移机构驱动接近或远离于外筒1的端部。在端盖10的内侧设有回转支承11，回转支承11的内圈和内筒2固定连接，外圈和外筒1端部契合。水平位移机构驱动内筒2伸入外筒1中时，端盖10随之位移并最终使得回转支承11的外圈内侧和外筒1的端部相抵压紧，以保持外筒1和内筒2之间的稳定性。

进一步的，内筒2的端部设有搅拌叶片12，进行测试时，可以避免密封介质灌注腔中的密封介质沉淀。

需要说明的是，本申请通过液压泵调节密封介质的压力来模拟不同的压力情况；通过冷却水系统（由冷却进水孔接入环形冷却腔体）模拟盾构施工中对于主驱动密封组件13的冷却（冷却水系统包括设于冷却水管上的流量传感器，流量传感器和数据处理装置连接）；通过在外筒1内附加挡板21来模拟迷宫密封；通过气动油脂泵来模拟真实的密封油脂注入。

所以，本发明具有以下优点：

1.本发明通过水平位移机构可轻松实现更换主驱动密封组件时的拆装问题。

2.本发明可以真实模拟盾构实际工况，以验证主驱动密封组件的密封情况，并由数据处理装置实时显示和记录数据，反馈密封情况，满足使用需求。

3.本发明可通过更换不同尺寸的密封组件安装座，实现不同尺寸主驱动密封组件的性能测试要求，其适用性广。

4.本发明通过在内筒端部设置搅拌叶片，可以避免密封介质的沉淀

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神和技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，其特征在于：所述试验装置包括外筒和设于所述外筒两端与所述外筒同轴设置的两个内筒；所述内筒由水平位移机构驱动伸入或退出所述外筒，并由设于所述水平位移机构上的旋转机构驱动旋转；

所述内筒上可拆卸安装有密封组件安装座，所述内筒伸入至所述外筒中时，所述内筒和所述外筒之间构成用于设置待测主驱动密封组件的环形腔体，所述外筒上设有连通所述环形腔体的密封油脂灌注孔和温度检测孔；所述内筒和所述外筒之间还构成密封介质灌注腔，所述外筒上设有连通所述密封介质灌注腔的密封介质注入孔和压力检测孔；

数据处理装置，所述数据处理装置同时与设于所述外筒上的振动传感器、设于所述温度检测孔中的温度传感器以及设于所述压力检测孔中的压力传感器连接。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，其特征在于：所述外筒筒壁中设有和所述环形腔体对应的环形冷却腔体，所述外筒上设有连通所述环形冷却腔体的冷却进水孔和冷却出水孔。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，其特征在于：所述水平位移机构包括有反力架、伸缩油缸、滑轨和支撑架，所述支撑架设于所述滑轨的滑块上，所述伸缩油缸的固定端和所述反力架固定连接，所述伸缩油缸的伸缩端和所述滑块固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置，其特征在于：所述旋转机构采用液压马达，所述液压马达通过安装座固定于所述支撑架的顶端。

5.根据权利要求4所述的一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置,其特征在于：还包括端盖，所述端盖设于所述安装座上并由所述水平位移机构驱动接近或远离于所述外筒的端部，所述端盖的内侧设有回转支承，所述回转支承的内圈和所述内筒固定连接，所述回转支承的外圈和所述外筒的端部契合。

6.根据权利要求1所述的一种盾构机主轴承密封系统密封性能试验装置,其特征在于：所述内筒的端部设有搅拌叶片。

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