CN216747187U - 一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，包括支架、固定设在支架上的筒体、分别设在筒体两端部的端盖和反力架，筒体的中心轴线沿左右方向延伸，试验装置还包括固设在筒体的内壁上的铰接外壳体、摆动地设在筒体内的铰接内壳体组件、设在铰接外壳体的内周面和铰接内壳体组件的外周面之间的铰接密封件和设在筒体内用于驱使铰接内壳体组件相对铰接外壳体摆动的四个驱动油缸，每个驱动油缸的缸筒均固设在反力架上，每个驱动油缸的活塞杆均预拉伸一设定长度后与铰接内壳体组件转动连接，铰接内壳体组件和端盖之间形成用于容纳压力介质的压力腔。该试验装置可模拟盾构机实际工作时的铰接动作，以测试铰接密封的承压能力。

Description

一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置

技术领域

本实用新型涉及盾构机技术领域，具体涉及一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置。

背景技术

盾构机因为其主机部分直径大，长度长，难以在曲线段施工。为了提高盾构机的操作性能，通常将其分成前后两个部分，中间用油缸连接起来，形成一个铰接装置，这样可使盾构机前后弯曲，以适应曲线段的掘进。根据其铰接时选择的旋转基点不同，可以分为X型铰接和V型铰接。铰接密封是为了防止周围地层的土砂、地下水等从中盾与盾尾之间的间隙流向盾构内而设置的封装措施。铰接密封件一般采用由橡胶或聚氨酯特制的弹性密封件。

目前，随着国内外隧道工程的不断增加，隧道规划正朝着大埋深、高承压、长距离等方向发展。我们常见的盾构机其铰接密封承压一般最大能达到10bar。但是为了使盾构机更好的适应地下工程技术发展的需求，有必要对盾构机铰接密封在10bar以上压力地层工况下的若干关键技术进行针对性研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，该试验装置可模拟盾构机实际工作时的铰接动作，以测试铰接密封的承压能力。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，包括支架、固定设置在所述支架上的筒体、设置在所述筒体的一端部的端盖和设置在所述筒体的另一端部的反力架，所述筒体的中心轴线沿左右方向延伸，所述试验装置还包括固定设置在所述筒体的内壁上的铰接外壳体、能够摆动地设置在所述筒体内的铰接内壳体组件和设置在所述筒体内用于驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体摆动的四个驱动油缸，每个所述驱动油缸的缸筒均固定设置在所述反力架上，每个所述驱动油缸的活塞杆均预拉伸一设定长度后与所述铰接内壳体组件转动连接，所述铰接内壳体组件和所述端盖之间形成用于容纳压力介质的压力腔，所述试验装置还包括设置在所述铰接外壳体的内周面和所述铰接内壳体组件的外周面之间以对所述压力腔进行密封的铰接密封件。

优选地，所述筒体的上方和下方分别沿前后方向间隔平行设置有两个所述驱动油缸，位于上方的两个所述驱动油缸处于同一高度位置处，位于下方的两个所述驱动油缸处于同一高度位置处，位于前方的两个所述驱动油缸在前后方向上处于同一位置处，位于后方的两个所述驱动油缸在前后方向上处于同一位置处。

进一步地，当所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体在竖直平面内摆动时，位于上方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于下方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于上方的所述驱动油缸和位于下方的所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度不同。

进一步地，当所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体在水平面内摆动时，位于前方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于后方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于前方的所述驱动油缸和位于后方的所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度不同。

优选地，当所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体摆动时，四个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度均不相同。

一种具体的实施例，铰接密封结构为V型铰接密封结构，所述铰接密封件通过密封压板设置在所述铰接内壳体组件的外周面上，所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件绕所述密封压板与所述铰接外壳体的接触点相对所述铰接外壳体摆动。

又一种具体的实施例，铰接密封结构为X型铰接密封结构，所述铰接密封件通过密封压板设置在所述铰接外壳体的内周面上，所述试验装置还包括固定设置在所述筒体内的铰接中心座，所述铰接内壳体组件与所述铰接中心座通过转轴转动连接，所述转轴沿前后或上下方向延伸，且所述转轴的轴心线与所述筒体的中心轴线垂直相交，所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件绕所述转轴相对所述铰接外壳体摆动。

优选地，所述铰接密封件设置有多道，多道所述铰接密封件沿所述铰接内壳体组件或所述铰接外壳体的轴线方向间隔设置，所述铰接内壳体组件或所述铰接外壳体上设置有向相邻两个所述铰接密封件之间的间隔内注油的油脂孔。通过油脂孔可向相邻两个铰接密封件之间的间隔内注油，从而可减少铰接密封件的磨损，提高铰接密封件的寿命。

进一步地，所述试验装置还包括设置在各个所述油脂孔内的压力传感器。通过压力传感器可监测相邻两个铰接密封件之间的间隔所形成的密封腔的压力，当密封腔内的压力发生突变时，说明与压力腔靠近的一道铰接密封件失效，需要对铰接密封件进行检查及更换。

优选地，所述端盖的下部分别设置有用于向所述压力腔中注入压力介质的进气口和使所述压力介质排出所述压力腔的出气口，所述端盖的上部设置有当向所述压力腔内注入压力介质时使所述压力腔内的空气排出的排气孔。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

（1）该试验装置可模拟盾构机实际使用情景，以研究铰接密封结构静/动态承压能力，为铰接密封结构设计，尤其是高压力地层工况下的铰接密封结构设计提供安全高效的试验。

（2）该试验装置可分别实现X型铰接密封结构模拟及V型铰接密封结构模拟。

（3）该试验装置可以通过控制驱动油缸伸缩来实现V型铰接密封结构±3°范围内铰接的铰接密封承压试验以及X型铰接密封结构±3.5°范围内铰接的铰接密封承压试验。

（4）该试验装置可以通过在压力腔内注入不同压力介质来模拟测试铰接密封结构在各种环境下的承压能力。

（5）该试验装置可以通过更换铰接内外壳体实现不同截面形式的铰接密封结构的安装及测试。

（6）该试验装置主体是罐型结构，铰接密封结构安装在其内部，当铰接密封结构前部压力过大导致保压失败时，其压力介质会喷涌至罐内，不会直接对人员造成冲击，造成安全隐患。

（7）该试验装置可以测试铰接密封结构的静态正向承压能力，同时还可以测试铰接密封结构在铰接动作过程中的正向承压能力。

附图说明

附图1为本实施例1的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的剖视示意图（正视）；

附图2为本实施例1的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的铰接外壳体和铰接内壳体组件铰接部位的放大示意图；

附图3为本实施例1的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的驱动油缸驱动铰接内壳体组件在竖直平面内摆动后的剖视示意图（正视）；

附图4为本实施例1的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的驱动油缸驱动铰接内壳体组件在水平平面内摆动后的剖视示意图（俯视）；

附图5为本实施例2的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的剖视示意图（正视）；

附图6为本实施例2的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的铰接外壳体和铰接内壳体组件铰接部位的放大示意图；

附图7为本实施例2的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的驱动油缸驱动铰接内壳体组件在竖直平面内摆动后的剖视示意图（正视）；

附图8为本实施例2的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置的驱动油缸驱动铰接内壳体组件在水平平面内摆动后的剖视示意图（俯视）。

其中：1、支架；2、筒体；3、端盖；4、反力架；5A/5B、铰接外壳体；61A/61B、内套筒；62A/62B、铰接内壳体；71A/71B、铰接密封件；72A/72B、密封压板；8、驱动油缸；91、铰接中心座；92、转轴；S、压力腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

实施例1

如图1~图4所示，本实用新型的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置包括支架1、筒体2、端盖3、反力架4。筒体2固定设置在支架1上，筒体1的中心轴线沿左右方向延伸。端盖3设置在筒体1的一端部，反力架4设置在筒体1的另一端部。端盖3和反力架4分别与筒体2连接后形成一封闭的罐型结构，试验装置还包括设置在罐型结构内的铰接密封结构。

本实施例中，铰接密封结构为V型铰接密封结构，V型铰接密封结构包括铰接外壳体5A、铰接内壳体组件和铰接密封件71A。

铰接外壳体5A固定设置在筒体2的内壁上。

铰接内壳体组件能够摆动地设置在筒体2内，且位于铰接外壳体5A的内侧。铰接内壳体组件包括内套筒61A和套设在内套筒61A的外周面上的铰接内壳体62A。内套筒61A的端面和端盖3的内端面之间具有间隔，该间隔形成用于容纳压力介质的压力腔S。

端盖3的下部分别设置有用于向压力腔S中注入压力介质的进气口和使压力介质排出压力腔S的出气口，端盖3的上部设置有当向压力腔S内注入压力介质时使压力腔S内的空气排出的排气孔。

铰接密封件71A设置在铰接外壳体5A的内周面和铰接内壳体62A的外周面之间，以对内套筒61A和端盖3之间形成的压力腔S进行密封。

在铰接外壳体5A的内周面和铰接内壳体62A的外周面之间间隔设置有多道铰接密封件71A，每道铰接密封件71A均通过密封压板72A设置在铰接内壳体62A的外周面上，铰接内壳体组件上设置有向相邻两个铰接密封件71A之间的间隔内注油的油脂孔。

试验装置还包括设置在油脂孔内的压力传感器，通过压力传感器，可监测相邻两道铰接密封件71A之间的间隔所形成的密封腔的压力，从而监测铰接密封件71A的密封效果。

试验装置还包括设置在罐型结构内的四个驱动油缸8，该实施例中，驱动油缸8用于驱使铰接内壳体组件绕密封压板72A与铰接外壳体5A的接触点相对铰接外壳体5A摆动。

驱动油缸8包括缸筒和设置在缸筒内且能够沿左右方向伸缩的活塞杆。各缸筒均固定设置在反力架4上，内套筒61A分别与各活塞杆转动连接。

本实施例中，筒体2内的上方和下方分别沿前后方向间隔平行设置有两个驱动油缸8，位于上方的两个驱动油缸8处于同一高度位置处，位于下方的两个驱动油缸8处于同一高度位置处，位于前方的两个驱动油缸8在前后方向上处于同一位置处，位于后方的两个驱动油缸8在前后方向上处于同一位置处。

当驱动油缸8驱使铰接内壳体组件相对铰接外壳体5A在竖直平面内左右摆动时，位于上方的两个驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度相同，位于下方的两个驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度相同，位于上方的驱动油缸8和位于下方的驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度不同。

当驱动油缸8驱使铰接内壳体组件相对铰接外壳体5A在水平面内左右摆动时，位于前方的两个驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度相同，位于后方的两个驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度相同，位于前方的驱动油缸8和位于后方的驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度不同。

四个驱动油缸8在筒体2内的设置方式不局限于本实施例中给出的形式，也可采用其他形式。而且四个驱动油缸8驱使铰接内壳体组件相对铰接外壳体5A摆动时，四个驱动油缸8的活塞杆伸出缸筒的长度可各不相同。

通过该试验装置进行试验的方法如下：

（1）对各道铰接密封件71A进行数字编号，并测量铰接密封件71A的外形尺寸和初始硬度。

（2）各驱动油缸8在筒体2内安装时，各缸筒均需先安装在反力架4上，各活塞杆均预拉伸一设定长度后与内套筒61A转动连接。本实施例中，各活塞杆预拉伸的长度为100mm，可满足V型铰接密封结构±3°范围内铰接的铰接密封承压试验。

（3）铰接密封件71A在安装前，应在其密封唇间涂满油脂。

（4）铰接密封件71A从端盖3侧装入铰接外壳体5A内，装入时应注意保护密封唇，避免割伤和翻边。

（5）装配完成后对压力腔S做保压试验，气压0.5MPa，保压30min。

（6）V型铰接密封结构密封试验

A．组装完成后，通过各油脂孔在相邻两道铰接密封件71A之间的密封腔内充满油脂；通过端盖3下部的进气口向压力腔S内注入设定压力的压力介质；注入压力介质时，通过端盖3上部的排气孔排出压力腔S内的空气。

B．通过各压力传感器监测各密封腔的压力；

C．静态加压试验：根据试验需求，合理设置压力递增区间，每次加压压力腔S应保压30min，观察压降情况。若无压降，则说明铰接密封结构在静态时可以承受此压力；若出现压力降低，应在泄压后检查铰接密封件71A是否失效造成泄漏，若铰接密封件71A完好则需要排查结构件或压力系统。

D．动态加压试验：根据试验需求，合理设置压力递增区间及铰接角度，以密封压板72A和铰接外壳体5A接触位置点为旋转基点，通过控制四个驱动油缸8伸/缩调整铰接内壳体组件的摆动角度，每个试验角度均需完成一轮次的密封承压试验，每次加压压力腔S应保压30min，观察压降情况。若无压降，则说明铰接密封结构在该角度该压力下可以承受此压力；若出现压力降低应在泄压后检查铰接密封件71A是否失效造成泄漏，若铰接密封件71A完好则需要排查结构件或压力系统。

E．以上试验均须记录每次压力试验数据及保压情况。

F．试验完成后，拆解铰接密封结构，观察并测量各处铰接密封件71A的状态，并和初始状态进行对比。

G．更换压力介质再次进行C-F步骤。

H．若出现铰接密封件71A失效泄漏，应立即拆解铰接密封结构，检查铰接密封结构情况。

实施例2

本实施例中，如图5~图8所示，铰接密封结构为X型铰接密封结构，X型铰接密封结构包括铰接外壳体5B、铰接内壳体组件、铰接密封件71B和铰接中心座91。

铰接外壳体5B固定设置在筒体2的内壁上。

铰接内壳体组件能够摆动地设置在筒体2内。铰接内壳体组件包括内套筒61B和套设在内套筒61B的外周面上的铰接内壳体62B。内套筒61B的端面和端盖3的内端面之间形成用于容纳压力介质的压力腔S。

铰接中心座9固定设置在筒体2内，内套筒61B与铰接中心座91通过转轴92转动连接。转轴92的轴心线与筒体2的中心轴线垂直相交，内套筒61B分别与各活塞杆转动连接。驱动油缸8驱使铰接内壳体组件绕转轴92相对铰接外壳体5B摆动。当驱动油缸8驱使铰接内壳体组件绕转轴92相对铰接外壳体5B在竖直平面内左右摆动时，转轴92沿前后方向延伸。当驱动油缸8驱使铰接内壳体组件绕转轴92相对铰接外壳体5B在水平面内左右摆动时，转轴92沿上下方向延伸。

铰接密封件71B设置在铰接外壳体5B的内周面和铰接内壳体62B的外周面之间，以对内套筒61B和端盖3之间形成的压力腔S进行密封。

在铰接外壳体5B的内周面和铰接内壳体62B的外周面之间间隔设置有多道铰接密封件71B，每道铰接密封件71B均通过密封压板72B设置在铰接外壳体5B的内周面上，铰接外壳体5B上设置有向相邻两个铰接密封件71B之间的间隔内注油的油脂孔。

试验时，各活塞杆预拉伸的长度为100mm，可满足X型铰接密封结构±3.5°范围内铰接的铰接密封承压试验。进行动态加压试验时，以转轴92为旋转轴，通过控制四个驱动油缸8伸/缩调整铰接内壳体组件的摆动角度。

其余结构及试验方法同实施例1。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，包括支架、固定设置在所述支架上的筒体、设置在所述筒体的一端部的端盖和设置在所述筒体的另一端部的反力架，所述筒体的中心轴线沿左右方向延伸，其特征在于：所述试验装置还包括固定设置在所述筒体的内壁上的铰接外壳体、能够摆动地设置在所述筒体内的铰接内壳体组件和设置在所述筒体内用于驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体摆动的四个驱动油缸，每个所述驱动油缸的缸筒均固定设置在所述反力架上，每个所述驱动油缸的活塞杆均预拉伸一设定长度后与所述铰接内壳体组件转动连接，所述铰接内壳体组件和所述端盖之间形成用于容纳压力介质的压力腔，所述试验装置还包括设置在所述铰接外壳体的内周面和所述铰接内壳体组件的外周面之间以对所述压力腔进行密封的铰接密封件。

2.根据权利要求1所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：所述筒体的上方和下方分别沿前后方向间隔平行设置有两个所述驱动油缸，位于上方的两个所述驱动油缸处于同一高度位置处，位于下方的两个所述驱动油缸处于同一高度位置处，位于前方的两个所述驱动油缸在前后方向上处于同一位置处，位于后方的两个所述驱动油缸在前后方向上处于同一位置处。

3.根据权利要求2所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：当所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体在竖直平面内摆动时，位于上方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于下方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于上方的所述驱动油缸和位于下方的所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度不同。

4.根据权利要求2所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：当所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体在水平面内摆动时，位于前方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于后方的两个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度相同，位于前方的所述驱动油缸和位于后方的所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度不同。

5.根据权利要求1所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：当所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件相对所述铰接外壳体摆动时，四个所述驱动油缸的活塞杆伸出所述缸筒的长度均不相同。

6.根据权利要求1所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：所述铰接密封件通过密封压板设置在所述铰接内壳体组件的外周面上，所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件绕所述密封压板与所述铰接外壳体的接触点相对所述铰接外壳体摆动。

7.根据权利要求1所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：所述铰接密封件通过密封压板设置在所述铰接外壳体的内周面上，所述试验装置还包括固定设置在所述筒体内的铰接中心座，所述铰接内壳体组件与所述铰接中心座通过转轴转动连接，所述转轴沿前后或上下方向延伸，且所述转轴的轴心线与所述筒体的中心轴线垂直相交，所述驱动油缸驱使所述铰接内壳体组件绕所述转轴相对所述铰接外壳体摆动。

8.根据权利要求6或7所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：所述铰接密封件设置有多道，多道所述铰接密封件沿所述铰接内壳体组件或所述铰接外壳体的轴线方向间隔设置，所述铰接内壳体组件或所述铰接外壳体上设置有向相邻两个所述铰接密封件之间的间隔内注油的油脂孔。

9.根据权利要求8所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括设置在各个所述油脂孔内的压力传感器。

10.根据权利要求1所述的用于测试盾构机铰接密封承压能力的试验装置，其特征在于：所述端盖的下部分别设置有用于向所述压力腔中注入压力介质的进气口和使所述压力介质排出所述压力腔的出气口，所述端盖的上部设置有当向所述压力腔内注入压力介质时使所述压力腔内的空气排出的排气孔。

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