一种铰接密封装置及具有该铰接密封装置的盾构机的制作方法

本发明涉及隧道掘进技术领域，更具体地说，涉及一种铰接密封装置，还涉及一种具有该铰接密封装置的盾构机。

背景技术：

目前，城市现代化进程加快，大量用于城市建设、地铁隧道开挖的设备机械化和自动化程度日益提高，同时其机械结构更加复杂。在施工时，根据工程规划好的施工轨迹不完全呈直线，会经过曲线段，为了满足转弯需要，机械设备的连接处需要设计成铰接结构，转弯时设备前段和后段间会呈一定角度来满足转弯需求。当机械设备的内部与外部存在压力差，铰接位置也必须承受一定压力。为了保证铰接机构也能承受一定大小的压力，一般了都设置铰接密封装置。

铰接密封装置是盾构机掘进关键功能部件之一，其密封的好坏、使用寿命的长短及可靠性等直接影响整个盾构机掘进的正常掘进。目前，盾构机铰接密封装置都是由一道或者两道静密封组成。其寿命主要取决于密封加工的质量及密封件的材料，当密封件密封效果减弱或者失效时，无任何补救措施可用，加之盾构机恶劣的施工工况，将严重影响掘进效率。

现有技术中常见的铰接密封装置采用聚氨酯密封，依靠聚氨酯密封本身的背压来达到密封效果，但聚氨酯密封在工作过程中易磨损，加快了聚氨酯密封失效。且在聚氨酯密封失效后，没有其他措施来调整或补偿密封效果，是施工中的一种安全隐患。

综上所述，如何有效地解决铰接密封易失效造成施工安全隐患等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种铰接密封装置，该铰接密封装置的结构设计可以有效地解决铰接密封易失效造成施工安全隐患的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述铰接密封装置的盾构机。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种铰接密封装置，包括连接环，所述连接环设置于第一铰接件的外周面上，所述第一铰接件用于套接在第二铰接件的内部，所述连接环上固定有聚氨酯密封，所述聚氨酯密封具有至少两个密封唇，所述密封唇用于与所述第二铰接件紧密贴合；所述聚氨酯密封前侧安装有橡胶密封，所述橡胶密封的顶部用于与所述第二铰接件紧密贴合，底部安装有紧急密封装置，且所述紧急密封装置包括紧急气囊和与所述紧急气囊连通用于向所述紧急气囊内充气的气嘴。

优选地，上述铰接密封装置中，所述连接环上位于所述橡胶密封的前后两侧分别安装有密封挡块和第一调整环，所述第一调整环的前侧固定有调整装置，用于向后方推动所述橡胶密封以将其压紧。

优选地，上述铰接密封装置中，所述调整装置包括安装于所述第一调整环的前侧的第二调整环，所述第二调整环与所述连接环固定连接，所述第二调整环上装配有调整螺栓，所述调整螺栓的端部与所述第一调整环相抵以推动所述第一调整环压紧所述橡胶密封。

优选地，上述铰接密封装置中，所述第二调整环通过紧固螺栓固定于所述连接环上。

优选地，上述铰接密封装置中，所述聚氨酯密封的前后两侧分别通过第一压板和第二压板固定于所述连接环上。

优选地，上述铰接密封装置中，所述连接环上开设有第一通孔和第二通孔，所述第二压板上开设有与第一通孔连通的压板通孔，所述聚氨酯密封的相邻两密封唇之间开设有与所述第二通孔连通的聚氨酯通孔。

优选地，上述铰接密封装置中，所述第一通孔和/或所述第二通孔内注有油脂。

优选地，上述铰接密封装置中，所述连接环上开设有第三通孔，所述第三通孔与所述聚氨酯密封后方的密封间隙连通。

优选地，上述铰接密封装置中，所述第三通孔内注有油脂。

本发明提供的铰接密封装置包括连接环，连接环设置于第一铰接件的连接外面上，第一铰接件用于套接在第二铰接件的内部。连接环上从后至前依次设置有聚氨酯密封和橡胶密封。聚氨酯密封具有至少两个密封唇，密封唇用于与第二铰接件紧密贴合。聚氨酯密封前侧安装有橡胶密封，橡胶密封的顶部用于与第二铰接件紧密贴合，底部安装有紧急密封装置，且紧急密封装置包括紧急气囊和与紧急气囊连通用于向紧急气囊内充气的气嘴。

应用本发明提供的铰接密封装置，包括一动橡胶密封和一静聚氨酯密封，采用动静结合的组合方式，当聚氨酯密封在施工过程失效时，橡胶密封便起密封的主要作用。橡胶密封被磨损或腐蚀后可通过气嘴对紧急气囊充气，通过紧急气囊的膨胀从而使橡胶密封重新达到密封效果。综上，该铰接密封装置通过设置紧急密封装置，在聚氨酯密封及橡胶密封先后失效后仍能够发挥作用，使橡胶密封重新达到密封效果。有效保证了铰接密封装置的可靠性，降低了由于铰接密封装置失效而造成施工安全隐患的风险。

在一个优选的实施例中，连接环上位于橡胶密封的前后两侧分别安装有密封挡块和第一调整环，第一调整环的前侧固定有调整装置，用于向前方推动橡胶密封以将其压紧。进而当聚氨酯密封在施工过程失效时，橡胶密封便起密封的主要作用。橡胶密封被磨损或腐蚀后可通过调整装置调节其张紧程度使橡胶密封重新发挥效力。当通过调整装置无法调整动密封的张紧程度的要求时，可以通过气嘴对紧急气囊充气，通过紧急气囊的膨胀从而使动密封重新达到密封效果。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种盾构机，该盾构机包括上述任一种铰接密封装置。由于上述的铰接密封装置具有上述技术效果，具有该铰接密封装置的盾构机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的铰接密封装置的结构示意图。

附图中标记如下：

连接环1，第一压板2，聚氨酯密封3，第二压板4，密封挡块5，橡胶密封6，第一调整环7，紧固螺栓8、调整螺栓9，第二调整环10，紧急气囊11，气嘴12，中盾13，第一间隙141，密封间隙142，第一通孔a、第二通孔b、第三通孔c。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种铰接密封装置，以提高密封可靠性，进而降低施工安全隐患。

下面将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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明一个具体实施例的铰接密封装置的结构示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的铰接密封装置包括连接环1，连接环1设置于第一铰接件的外周面上，第一铰接件用于套接在第二铰接件的内部。连接环1设置于第一铰接件的外周面上，具体可以为第一铰接件的一部分，根据需要也可以在第一铰接件的连接周面上单独设置连接环1。该铰接密封装置应用于盾构机时，则第一铰接件为盾尾，第二铰接件为中盾13。

连接环1上从后至前依次设置有聚氨酯密封3和橡胶密封6。即密封装置的第一道密封采用聚氨酯密封3，第二道密封采用橡胶密封6。聚氨酯密封3固定于连接环1上，具有至少两个密封唇，密封唇用于与第二铰接件的内壁紧密贴合，则第一铰接件与第二铰接件相对转动时，聚氨酯密封3唇部始终与第二铰接件紧密贴合，且最先与外界的杂质接触。

橡胶密封6安装于聚氨酯密封3前侧，橡胶密封6的顶部用于与第二铰接件的内壁紧密贴合。橡胶密封6作为第二道密封，在第一道聚氨酯密封3因杂质侵蚀失效后，杂质开始侵蚀第二道密封。

橡胶密封6底部安装有紧急密封装置，且紧急密封装置包括紧急气囊11和与紧急气囊11连通用于向紧急气囊11内充气的气嘴12。当橡胶密封6磨损到一定程度后，其密封效果变差时，可通过紧急密封装置，由气嘴12向紧急气囊11内充气，通过紧急气囊11的膨胀，填充需密封的两部件间的间隙，从而使橡胶密封6重新达到密封效果。具体聚氨酯密封3、橡胶密封6和紧急密封装置可采用现有技术中常规的安装方式安装于连接环1上，此处不做具体限定。

应用本发明提供的铰接密封装置，包括一动橡胶密封6和一静聚氨酯密封3，采用动静结合的组合方式，当聚氨酯密封3在施工过程失效时，橡胶密封6便起密封的主要作用。橡胶密封6被磨损或腐蚀后可通过气嘴12对紧急气囊11充气，通过紧急气囊11的膨胀从而使橡胶密封6重新达到密封效果。综上，该铰接密封装置通过设置紧急密封装置，在聚氨酯密封3及橡胶密封6先后失效后仍能够发挥作用，使橡胶密封6重新达到密封效果。有效保证了铰接密封装置的可靠性，降低了由于铰接密封装置失效而造成施工安全隐患的风险。

进一步地，连接环1上位于橡胶密封6的前后两侧分别安装有密封挡块5和第一调整环7，第一调整环7的前侧固定有调整装置，用于向后方推动橡胶密封6以将其压紧。也就是通过在橡胶密封6的后侧安装密封挡块5，在橡胶密封6的前侧安装第一调整环7，以将橡胶密封6安装于连接环1上，通过密封挡块5对橡胶密封6的轴向进行限位。具体可以在连接环1上设置台阶面，则密封挡块5由前方与台阶面相抵从而对橡胶密封6的轴向限位，防止其向前窜动而二次损坏。第一调整环7套设在连接环1外位于橡胶密封6的前侧，调整装置设置在第一调整环7前方，用于向后推动第一调整环7进而推动橡胶密封6，则在橡胶密封6磨损到一定程度后，其密封效果变差时，通过调整装置调节橡胶密封6的张紧程度使橡胶密封6重新发挥效力。则在使用过程中，第一道聚氨酯密封3在施工过程中最先失效，而后橡胶密封6便起密封的主要作用。橡胶密封6被磨损或腐蚀后可通过调整装置调节其张紧程度使橡胶密封6重新发挥效力。当通过调整装置无法调整动密封的张紧程度的要求时，可以通过气嘴12对紧急气囊11充气，通过紧急气囊11的膨胀从而使动密封重新达到密封效果。

具体的，调整装置包括安装于第一调整环7前侧的调整环10，调整环10与连接环1固定连接，调整环10上装配有调整螺栓9，调整螺栓9的端部与第一调整环7相抵以沿轴向推动第一调整环7压紧橡胶密封6。也就是通过调整螺栓9与调整环10的螺纹配合，实现对压板进而对橡胶密封6沿轴向位移的连续可调。调整环10具体可以通过紧固螺栓8与连接环1固定连接。当然，也可以通过其他常规的固定连接方式连接。根据需要，调整装置也可以包括锁紧杆，锁紧杆的端部与第一调整环7相抵，锁紧杆与连接环1通过卡扣连接，且沿轴向设置多个卡扣连接位，也能够实现对橡胶密封6张紧力的调整。当然，调整环10、压板及密封挡块5等的顶部与第二铰接件间均应预留有间隙，以避免运动干涉及磨损。

在上述各实施例的基础上，聚氨酯密封3的前后两侧分别通过第一压板2和第二压板4固定于连接环1上。通过第一压板2和第二压板4将聚氨酯密封3紧固在连接环1上，防止聚氨酯密封3沿轴向移动，防止聚氨酯密封3二次损坏。具体的，第一压板2和第二压板4可以均包括倒l形槽，倒l形槽的水平边与聚氨酯密封3的顶面相抵，竖直边与聚氨酯密封3的侧面相抵，从而将聚氨酯密封3在轴向及径向上均有效固定。第一压板2和第二压板4具体可以通过螺栓与连接环1固定连接。当然，第一压板2和第二压板4的顶部与第二铰接件间应预留有间隙，以避免运动干涉及磨损。

进一步地，连接环1上开设有第一通孔a和第二通孔b，第二压板4上开设有与第一通孔a连通的压板通孔，具体第二压板4上压板通孔的位置和数量与第一通孔a位置和数量相同。第二通孔b与聚氨酯密封3的相邻两密封唇之间的间隙连通，也就是聚氨酯密封3的两个密封唇之间设有与第二通孔b连通的聚氨酯通孔，具体第二通孔b的位置和数量与聚氨酯通孔位置和数量相同。具体第一通孔a和/或第二通孔b内可注有油脂，如通过第二通孔b注入油脂到第一间隙141，以减小聚氨酯密封3的磨损，进而其提高寿命。通过第一通孔a注入油脂到聚氨酯密封3前侧的间隙内，也可以提高聚氨酯密封3的安全性。

根据需要，连接环1上开设有第三通孔c，第三通孔c与聚氨酯密封3后方的间隙连通。该间隙记为第二间隙142，由聚氨酯密封3、第二铰接件和连接环1形成，第二铰接件与连接环1之间设置有整圈的钢板束，钢板束的一端可与第二铰接件螺栓连接，另一端与连接环1相贴。具体第三通孔c内可注有油脂，也就是利用第三通孔c注入油脂填充由聚氨酯密封3、第二铰接件和连接环1形成的第二间隙142，来保持铰接密封装置密封的盾体等设备的内外压差不变，提高聚氨酯密封3的安全性。

本发明通过在橡胶密封6底部安装紧急气囊11装置，当通过调整装置无法调整动密封的张紧程度的要求时，可以通过气嘴12对紧急气囊11充气，通过紧急气囊11的膨胀从而使动密封重新达到密封效果。

基于上述实施例中提供的铰接密封装置，本发明还提供了一种盾构机，该盾构机包括上述实施例中任意一种铰接密封装置，其中，第一铰接件为盾尾，第二铰接件为中盾。由于该盾构机采用了上述实施例中的铰接密封装置，所以该盾构机的有益效果请参考上述实施例。

在同时设置有聚氨酯密封3、橡胶密封6、紧急密封装置和调整装置的优选实施方式中，在盾构机工作时，为了有效的防止盾体外的水和泥浆进入设备内部，第一道密封采用聚氨酯密封3，无论中盾13在直向掘进或偏斜小角度掘进，聚氨酯密封3唇部始终与中盾13尾部的内表面贴近，且最先与水、泥浆等杂质接触；在施工过程中聚氨酯密封3始终处于被侵蚀的状态，易损坏，当第一道聚氨酯密封3失效后，水、泥浆等其他杂质开始侵蚀第二道橡胶密封6，随着盾构机的掘进，橡胶密封6磨损程度增加，当橡胶密封6磨损到一定程度后，其密封效果变差时，通过调整装置来调整橡胶密封6的张紧程度，从而达到密封作用，当通过调整装置无法达到密封要求时，可以通过气嘴12对紧急气囊11充气，通过紧急气囊11的膨胀从而使密封重新达到密封效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。