WO2021134986A1 - 一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置 - Google Patents

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芮迪文
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孔华杰
王立东
田效东
程东
朱文博
刘娟
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张大伟
陆小霞
汪英明
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杨涛
王成革
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吕德永
宋文轩
丁媛媛
尤巍巍
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Abstract

本发明涉及疏浚工程机械技术领域,公开了一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,包括滑块本体、气缸、活塞、端盖、复位碟簧、气封;气缸设在滑块本体朝向船体的一侧,气缸底部设有进气口,活塞位于气缸内,活塞顶部凸台朝向船体,在凸台上固定有弹性环,内外端盖与滑块固定并压住活塞凸台两边,若干组复位弹簧位于端盖内侧与活塞之间,气封位于活塞与气缸之间。发明的优点在于:使用气缸活塞代替气囊,避免气囊爆裂、老化、机械损坏的风险,减少故障的发生率;弹性环有一定的厚度,活塞行程补偿余量充足,能减少摩损,并能适应密封面之间的相对运动和微量倾斜,保持良好密封;大大延长了密封装置的使用寿命。

Description

一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置 技术领域
本发明属于疏浚工程机械技术领域,具体涉及一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置。
背景技术
现有的耙吸式挖泥船是一种装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置的大型自航耙吸式挖泥船。挖泥时,将耙吸管沿船舷下放,耙吸管的上端安装的滑块移动至舷侧吸泥管口处与船体吸口对接,耙吸管的下端落在河/海床上,在船舶拖拽中,通过耙头自身重量对河/海床进行破土,在耙头内部形成密封空间进行泥浆混合,利用舱内泥泵的真空作用,通过耙头和吸泥管自河/海底吸收泥浆进入挖泥船的泥仓中。但是这种舱内泥泵的吸泥方式,由于管路过长,需要设置大功率泥泵,才能将泥水吸入舱内,设备投入大,运行成本也较高;而且对深度大于泥泵提升高度的河/海床无能为力。
为解决上述问题,目前的方案是:通过将泥泵前置于耙吸管中段,缩短泥泵与耙头的距离,可以提升施工效率,加大挖泥船的作业深度。但是随之而来又产生了新的问题。原有使用舱内泥泵时,耙吸管滑块与船体吸口之间始终处于负压状态,不存在泥水泄漏问题;但将泥泵前置于耙吸管后,耙吸管与吸泥管对接口处于正压状态,如果没有良好的密封装置来密封接口,会产生泥水泄漏问题,造成航道的水质污染。由于对接口深处水下,又需要在对接后密封,工程难度大,控制要求高。因滑块与舷边滑轨装配间隙的影响,耙头着地的瞬间,滑块与吸口扣环之间有瞬时相对运动,而且船舶在拖拽耙吸管时,由于河/海床起伏不定,存在坚硬与柔软区域,耙吸管经过时存在上下、左右方向的摇摆,使得滑块与船体吸口之间有微量相对运动。目前国际和国内设计的滑块密封装置均为气囊型式,该装置是在滑块上设置一环形气囊,对接后向气囊充气,气囊膨胀后密封。但是在实际使用过程中发现,该气囊极易损坏,使用寿命短,更换频繁。损坏的原因主要有摩擦破损、充气压力不当、安装不当造成。由于滑块与吸泥口之间有相对运动,所以会摩擦充气后的气囊;气囊充气压力过小,起不到密封作用,压力过大时气囊长时间疲劳运动缩短寿命,而且不论气压过大或过小都会加速气囊的磨损;由于气囊是弹性件,缺乏支撑,安装进滑块时,如安装不当极易使气囊 少部分突出于滑块,以致下水即坏。目前行业内多家设计单位和船厂均在攻关这一问题,始终未能解决。
发明内容
为克服上述技术问题,本发明提供了一种自航耙滑块吸口气动密封装置。
为达到上述目的,本发明是通过以下的技术方案来实现的。
一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,包括滑块本体、气缸、活塞、端盖、复位弹簧、气封;所述气缸截面为不规则矩形的环形凹槽,设在滑块本体朝向船体的一侧,环形凹槽的开口方向朝向船体,其直径与船体吸泥管直径匹配,在气缸底部设有进气口;所述活塞为环形滑动块,其截面底部较宽、顶部有凸台,截面呈“凸”字形;活塞底部位于气缸内,活塞顶部凸台朝向船体,在凸台上固定有弹性环,活塞底部的内径、外径、厚度与气缸凹槽匹配;所述端盖分为内端盖和外端盖,内、外端盖均为圆环形并与滑块本体连接,内端盖外侧压住活塞凸台内侧部分,外端盖内侧压住活塞凸台外侧部分,内、外端盖之间的间隙与活塞凸台宽度匹配;所述复位弹簧有多组沿端盖圆周均匀分布,复位弹簧的组数与船体吸泥管口直径匹配;所述复位弹簧每组有两个,安装在端盖内,作用于活塞凸台两侧的端面;所述气封分为内气封和外气封,内气封位于活塞底部内侧与气缸之间,外气封位于活塞底部外侧与气缸之间;所述滑块本体与端盖的外表面处于同一平面内,所述活塞伸出的距离大于滑块本体与船体吸泥管口的间隙。
其原理为:在耙吸管滑块与船体吸口对接后,通过进气口通入压缩空气,推动活塞伸出,活塞顶部凸台上的弹性环挤压吸口扣环,形成密封。由于顶推活塞的是压缩气体,活塞伸出的状态是动态的,在耙吸管摇动过程中能够始终贴紧吸口扣环,进行密封。当作业结束时,进气口泄压,活塞在复位碟簧的作用下缩回气缸,解除密封。端盖既作为复位碟簧的施力点,又作为活塞的限位器,无论进气压力怎样增大,活塞行程的变化均不会损坏碟簧组件的封板。弹性环具有一定的厚度,即使吸口扣环与滑块对接面不完全平行,通过挤压弹性环能够实现完全密封,而且即使弹性环磨损至极限厚度时仍能够保持良好的密封。
进一步地所述内气封有两个,外气封有两个。由于靠气压来推动活塞,有效的气体密封非常必要。鉴于为了更好密封气体,采用双气封密封。
进一步地所述气缸内设有两个对称的止动台阶面,止动台阶的边缘距气缸底部的距离大于进气口直径,两止动台阶间距小于活塞底部宽度。止动台阶的边缘 距气缸底部的距离大于进气口直径,保证活塞退回时不会阻塞进气管;两止动台阶间距小于活塞底部宽度,保证活塞退回时被止动台阶卡住。
进一步地在所述内端盖于活塞凸台之间设有内骨架密封,内端盖上设有内环形槽,内环形槽内安装有内止动挡板,内止动挡板紧贴内骨架密封外侧;在所述外端盖于活塞凸台之间设有外骨架密封,外端盖上设有外环形槽,外环形槽内安装有外止动挡板,外止动挡板紧贴外骨架密封外侧。在内端盖与凸台之间需要承受泥水的冲击,泥水的压力较大,肯定冲入内端盖与凸台之间缝隙中,进而对复位碟簧造成不利影响。因此在内端盖与凸台之间设置骨架密封,阻止泥水进入,为固定骨架密封,在端盖上设置环形槽,在环形槽内安装类似卡簧的止动挡板。在外端盖与凸台之间虽没有高压的泥水,只有吸泥管所处位置的水压,为了保护碟簧组件不受海水腐蚀,在外端盖与凸台之间也设置一道骨架密封。
进一步地所述端盖在设有复位弹簧处开有通孔,通孔底部设有台阶,通孔顶部设有封板,封板与端盖螺栓连接;所述复位碟簧包括顶销、碟簧、卡簧,顶销为“T”形分为销杆和销座,销杆直径与通孔匹配,销座直径与台阶匹配,销杆从通孔穿出,销杆顶部设置卡簧,销座紧贴活塞,四片碟簧以面对面的安装方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。碟形弹簧在较小的空间内可以承受极大的载荷,与弹簧相比,单位体积的变形能较大,具有良好的缓冲吸震能力。复位碟簧的组数与吸泥管直径相关,一般吸泥管直径500~800mm时,匹配8组复位碟簧;直径900~1200mm时,匹配12组复位碟簧即可。
进一步地所述气缸与活塞及端盖与活塞凸台的摩擦面上设有导向承磨环,减少活塞摩擦面气缸摩擦副的磨损,延长了使用寿命。
进一步地所述弹性环由自润滑高分子弹性材料制成。由于滑块与吸口扣环的相对运动,弹性环与吸口扣环存在微小的滑动摩擦中,对弹性环有一定的磨损,因此使用能够自润滑高分子弹性环可大大减小的磨损程度,延长了维修周期。弹性环具有一定的厚度,补偿余量充足,在活塞行程范围内的磨损不影响密封效果。高分子弹性材料选用超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙中的一种。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点在于:
1)使用气缸活塞代替气囊,完全避免了气囊爆裂、气囊老化和气囊被舷侧结构切割损坏的风险,减少了故障的发生率;
2)活塞顶部的自润滑高分子弹性环能有效减少摩损,并能适应滑块与吸口 扣环之间的相对运动和微量倾斜,保持良好密封;
3)气缸、活塞均为刚性材料,活塞行程前后受限,弹性环磨损后,通过适当增加控制气压即可补偿,简化了控制,更换安装简便;
4)活塞行程远大于滑块与吸口扣环之间的间隙,且弹性环具有一定的厚度,补偿余量充足,大大延长了密封装置的使用寿命。
附图说明
图1为密封装置在滑块中所处位置示意图;
图2为滑块与吸泥口对接时密封装置示意图;
图3密封装置截面局部放大示意图;
图4为密封装置内端盖处局部放大示意图;
图5为密封装置外端盖处局部放大示意图;
其中11.滑块,12.密封装置,13.吸泥管,14.船体,21.气缸,22.止动台阶,23.进气口,31.活塞,32.弹性环,41.内端盖,42.外端盖,43.封板,51.内骨架密封,52.内止动挡板,61.外骨架密封,62.外止动挡板,71.顶销,72.碟簧,73.卡簧,81.内气封,82.外气封,91.导向承磨环。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。本发明所用的原料均为市售产品。
实施例1
如图1~5所示,一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,包括滑块11本体、气缸21、活塞31、端盖、复位碟簧72、气封。
气缸21为截面呈矩形的环形凹槽,设在滑块11本体朝向船体14的一侧,环形凹槽的开口方向朝向船体14,其直径与船体14吸泥管13口匹配,在气缸21底部设有进气口23,在进气口23上方设有两个对称的止动台阶22,止动台阶22的边缘距气缸21底部的距离大于进气口23直径,两止动台阶22间距小于活塞31底部宽度。
活塞31为环形滑动块,其截面底部较宽、顶部有凸台,形成“凸”字形;活塞31底部位于气缸21内,活塞31顶部凸台朝向船体14,在凸台上固定有弹性环32,弹性环32采用超高分子量聚乙烯弹性环32,活塞31底部的内径、 外径、厚度与气缸21凹槽匹配。
端盖分为内端盖41和外端盖42,内、外端盖42均为圆环形,内端盖41内侧、外端盖42外侧均与滑块11本体连接,内端盖41外侧压住活塞31凸台内侧部分,外端盖42内侧压住活塞31凸台外侧部分,内、外端盖42之间的间隙与活塞31凸台宽度匹配;内端盖41于凸台之间设有内骨架密封51,内端盖41上设有内环形槽,内环形槽内安装有内止动挡板52,内止动挡板52紧贴内骨架密封51外侧;在外端盖42于凸台之间设有外骨架密封61,外端盖42上设有外环形槽,外环形槽内安装有外止动挡板62,外止动挡板62紧贴外骨架密封61外侧。端盖在设有复位碟簧处开有通孔,通孔底部设有台阶,通孔顶部设有封板43,封板43与端盖螺栓连接。
复位碟簧每组有两个,分别位于内、外端盖42内侧与活塞31底部之间。复位碟簧包括顶销71、碟簧72、卡簧73,顶销71为“T”形分为销杆和销座,销杆直径与通孔匹配,销座直径与台阶匹配,销杆从通孔穿出,销杆顶部设置卡簧73,销座紧贴活塞31,四片碟簧72以面对面的方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。复位碟簧有多组沿端盖圆周均匀分布,复位碟簧的组数与船体14吸泥管13口直径匹配。
气封分为内气封81和外气封82,内气封81位于活塞31底部内侧与气缸21之间,外气封82位于活塞31底部外侧与气缸21之间;内气封81有两个;外气封82有两个。
气缸21与活塞31及端盖与活塞31的摩擦面上设有导向承磨环91。减少活塞31摩擦面的磨损,延长了使用寿命。
滑块11本体与端盖的外表面处于同一平面内,活塞31伸出的距离大于滑块11本体与船体14吸泥管13口的间距。
实施例2
与实施例1基本相同,所不同的是,包括滑块11本体、气缸21、活塞31、端盖、复位碟簧72、气封。
气缸21为截面呈矩形的环形凹槽,设在滑块11本体朝向船体14的一侧,环形凹槽的开口方向朝向船体14,其直径与船体14吸泥管13口匹配,在气缸21底部设有进气口23,在进气口23上方设有两个对称的止动台阶22,止动台阶22的边缘距气缸21底部的距离大于进气口23直径,两止动台阶22间距小 于活塞31底部宽度。
活塞31为环形滑动块,其截面底部较宽、顶部有凸台,形成“凸”字形;活塞31底部位于气缸21内,活塞31顶部凸台朝向船体14,在凸台上固定有弹性环32,弹性环32采用聚四氟乙烯弹性环32,活塞31底部的内径、外径、厚度与气缸21凹槽匹配。
端盖分为内端盖41和外端盖42,内、外端盖42均为圆环形,内端盖41内侧、外端盖42外侧均与滑块11本体连接,内端盖41外侧压住活塞31凸台内侧部分,外端盖42内侧压住活塞31凸台外侧部分,内、外端盖42之间的间隙与活塞31凸台宽度匹配。
复位碟簧每组有两个,分别位于内、外端盖42内侧与活塞31底部之间。复位碟簧包括顶销71、碟簧72、卡簧73,顶销71为“T”形分为销杆和销座,销杆直径与通孔匹配,销座直径与台阶匹配,销杆从通孔穿出,销杆顶部设置卡簧73,销座紧贴活塞31,四片碟簧72以面对面的方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。复位碟簧有多组沿端盖圆周均匀分布,复位碟簧的组数与船体14吸泥管13口直径匹配。
气封分为内气封81和外气封82,内气封81位于活塞31底部内侧与气缸21之间,外气封82位于活塞31底部外侧与气缸21之间;内气封81有两个,外气封82有两个。
气缸21与活塞31及端盖与活塞31的摩擦面上设有导向承磨环91。减少活塞31摩擦面的磨损,延长了使用寿命。
滑块11本体与端盖的外表面处于同一平面内,活塞31伸出的距离大于滑块11本体与船体14吸泥管13口的间距。
实施例3
与实施例1基本相同,所不同的是,包括滑块11本体、气缸21、活塞31、端盖、复位碟簧72、气封。
气缸21为截面呈矩形的环形凹槽,设在滑块11本体朝向船体14的一侧,环形凹槽的开口方向朝向船体14,其直径与船体14吸泥管13口匹配,在气缸21底部设有进气口23,在进气口23上方设有两个对称的止动台阶22,止动台阶22的边缘距气缸21底部的距离大于进气口23直径,两止动台阶22间距小于活塞31底部宽度。
活塞31为环形滑动块,其截面底部较宽、顶部有凸台,形成“凸”字形;活塞31底部位于气缸21内,活塞31顶部凸台朝向船体14,在凸台上固定有弹性环32,弹性环32采用尼龙弹性环32,活塞31底部的内径、外径、厚度与气缸21凹槽匹配。
端盖分为内端盖41和外端盖42,内、外端盖42均为圆环形,内端盖41内侧、外端盖42外侧均与滑块11本体连接,内端盖41外侧压住活塞31凸台内侧部分,外端盖42内侧压住活塞31凸台外侧部分,内、外端盖42之间的间隙与活塞31凸台宽度匹配;内端盖41于凸台之间设有内骨架密封51,内端盖41上设有内环形槽,内环形槽内安装有内止动挡板52,内止动挡板52紧贴内骨架密封51外侧;在外端盖42于凸台之间设有外骨架密封61,外端盖42上设有外环形槽,外环形槽内安装有外止动挡板62,外止动挡板62紧贴外骨架密封61外侧。端盖在设有复位碟簧处开有通孔,通孔底部设有台阶,通孔顶部设有封板43,封板43与端盖螺栓连接。
复位碟簧每组有两个,分别位于内、外端盖42内侧与活塞31底部之间。复位碟簧包括顶销71、碟簧72、卡簧73,顶销71为“T”形分为销杆和销座,销杆直径与通孔匹配,销座直径与台阶匹配,销杆从通孔穿出,销杆顶部设置卡簧73,销座紧贴活塞31,四片碟簧72以面对面的方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。复位碟簧有多组沿端盖圆周均匀分布,复位碟簧的组数与船体14吸泥管13口直径匹配。
气封分为内气封81和外气封82,内气封81位于活塞31底部内侧与气缸21之间,外气封82位于活塞31底部外侧与气缸21之间。
气缸21与活塞31及端盖与活塞31的摩擦面上设有导向承磨环91。减少活塞31摩擦面的磨损,延长了使用寿命。
滑块11本体与端盖的外表面处于同一平面内,活塞31伸出的距离大于滑块11本体与船体14吸泥管13口的间距。
本发明按照上述实施例进行了说明,应当理解,上述实施例不以任何形式限定本发明,凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

  1. 一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,其特征在于,包括滑块本体、气缸、活塞、端盖、复位弹簧、气封;
    所述气缸截面为不规则矩形的环形凹槽,设在滑块本体朝向船体的一侧,环形凹槽的开口方向朝向船体,其直径与船体吸泥管直径匹配,在气缸底部设有进气口;
    所述活塞为环形滑动块,其截面底部较宽、顶部有凸台,截面呈“凸”字形;活塞底部位于气缸内,活塞顶部凸台朝向船体,在凸台上固定有弹性环,活塞底部的内径、外径、厚度与气缸凹槽匹配;
    所述端盖分为内端盖和外端盖,内、外端盖均为圆环形并与滑块本体连接,内端盖外侧压住活塞凸台内侧部分,外端盖内侧压住活塞凸台外侧部分,内、外端盖之间的间隙与活塞凸台宽度匹配;
    所述复位弹簧有多组沿端盖圆周均匀分布,复位弹簧的组数与船体吸泥管口直径匹配;所述复位弹簧每组有两个,安装在端盖内,作用于活塞凸台两侧的端面;
    所述气封分为内气封和外气封,内气封位于活塞底部内侧与气缸之间,外气封位于活塞底部外侧与气缸之间;
    所述滑块本体与端盖的外表面处于同一平面内,所述活塞伸出的距离大于滑块本体与船体吸泥管口的间隙。
  2. 根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,其特征在于,所述内气封有两个,外气封有两个。
  3. 根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,其特征在于,所述气缸内设有两个对称的止动台阶,止动台阶的边缘距气缸底部的距离大于进气口直径,两止动台阶间距小于活塞底部宽度。
  4. 根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,其特征在于,在所述内端盖与活塞凸台之间设有内骨架密封,内端盖上设有内环形槽,内环形槽内安装有内止动挡板,内止动挡板紧贴内骨架密封外侧;在所述外端盖与活塞凸台之间设有外骨架密封,外端盖上设有外环形槽,外环形槽内安装有外止动挡板,外止动挡板紧贴外骨架密封外侧。
  5. 根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,其特征在于,所述端盖在设有复位弹簧处开有通孔,通孔底部设有台阶,通孔顶部设有封 板,封板与端盖螺栓连接;所述复位碟簧包括顶销、碟簧、卡簧,顶销为“T”形分为销杆和销座,销杆直径与通孔匹配,销座直径与台阶匹配,销杆从通孔穿出,销杆顶部设置卡簧,销座紧贴活塞,四片碟簧以面对面的安装方式套在销杆上并位于销座与台阶之间。
  6. 根据权利要求1所述的一种耙吸式挖泥船舷侧吸口气动密封装置,其特征在于,所述弹性环采用自润滑高分子弹性环。
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