一种掘进机主驱动密封结构及掘进机的制作方法

本发明属于掘进设备，特别是涉及一种掘进机主驱动密封结构及掘进机。

背景技术：

1、随着地下空间的不断开发，大埋深、高承压、长距离的隧道施工项目也越来越多。主驱动是掘进机主机的关键核心部件，其可靠性关系到掘进机整机的工作状态。而密封结构又是保证主驱动能够稳定运转的关键一环。因此，提升主驱动密封结构的可靠性是十分必要的。

2、常用的主驱动密封结构主要有两种形式，一种是多道vd橡胶密封组合的形式，另一种是多道指形密封的形式。在安装指形密封时，一般有两种方式，一种是将指形密封安装在转动的驱动盘或者刀盘法兰上，在主驱动固定部分例如油脂环等设置用于与指形密封圈摩擦配合的耐磨板，此时主驱动固定部分形成耐磨板安装基体；另外一种是将指形密封安装在主驱动固定部分，将用于与指形密封摩擦配合的耐磨板安装在转动的驱动盘或者刀盘法兰上，此时驱动盘或者刀盘法兰形成耐磨板安装基体。

3、指形密封具有较好的承压能力，现已广泛应用在高承压的掘进机。但是指形密封一般是聚氨酯材料，长期运行容易因摩擦发热造成老化失效。为了解决指形密封容易发热老化失效的问题，授权公告号为cn215410181u(公开日期：2022.01.04)的中国实用新型专利公开了一种盾构机(掘进机)主驱动密封结构，该主驱动密封结构包括指形密封圈以及与指形密封圈转动配合的耐磨板，耐磨板安装在转动的刀盘(耐磨板安装基体)上，并且刀盘背部和刀盘之间形成有冷却水腔，可以在运行的过程中向冷却腔加入冷却水，以起到降温的作用。

4、上述设置有冷却水腔的主驱动密封结构虽然能够避免指形密封温度过高，减缓指形密封老化速度。但是其耐磨板和指形密封之间的轴向距离是确定的，长久使用密封圈出现磨损，也会造成密封失效，即密封结构的寿命仍然较短。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种掘进机主驱动密封结构，以解决现有技术中耐磨板和密封圈之间的轴向距离不可调带来的密封圈磨损失效快的技术问题。本发明的目的还在于提供一种掘进机，以解决与上述相同的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明所提供的掘进机主驱动密封结构的技术方案是：

3、一种掘进机主驱动密封结构，包括耐磨板安装基体，耐磨板安装基体上安装有耐磨板，耐磨板具有用于与密封圈转动摩擦配合的密封面，并且其与密封面相背的另一面和耐磨板安装基体之间设置有冷却水腔，耐磨板沿轴向可活动的安装在耐磨板安装基体上，冷却水腔中设有吸水膨胀体，冷却水腔具有用于与密封圈位置对应的冷却区和用于设置吸水膨胀体的吸水区；吸水区和冷却区之间设置有用于控制流向吸水膨胀体的水流量的控水结构，或吸水膨胀体由膨胀速率随时间变化的吸水膨胀材料制成。

4、有益效果是：本发明针对现有的主驱动密封结构进行了改进。在正常掘进过程中，冷却水腔可以加入冷却水，为耐磨板降温，可以避免密封圈温度过高，减缓密封圈老化速度。而且在冷却水腔中设置有吸水膨胀体，随着密封圈的不断磨损，可通过控水结构控制向吸水膨胀体流入冷却水的水流量，使吸水膨胀体缓慢膨胀，或者利用吸水膨胀体自身的特性吸水缓慢膨胀，由于耐磨板是可以轴向活动的，因此吸水膨胀体膨胀后可以将耐磨板推向密封圈，这样实现了密封圈磨损后，耐磨板可以自动调整位置以补偿密封圈的磨损，保证密封圈和耐磨板的密封效果，也延长了密封圈的使用寿命。

5、作为进一步地改进，控水结构由隔环形成，隔环设置在耐磨板和耐磨板安装基体中的一个上，并且与耐磨板和耐磨板安装基体的另一个之间设有通流间隙。

6、有益效果是：隔环便于安装，成本较低，冷却水通过通流间隙流通到吸水膨胀体，此时隔环可以起到控水的效果，避免吸水膨胀圈过快膨胀，造成密封圈和耐磨板贴合过紧。

7、作为进一步地改进，隔环的用于与耐磨板或耐磨板安装基体形成通流间隙的端面为弧形面。

8、有益效果是：在保证隔环具有较厚的厚度情况下，可以减小通流间隙的路径长度，能够保证水流通畅，避免冷却水堵死。

9、作为进一步地改进，吸水膨胀体由整环结构的吸水膨胀圈形成。

10、有益效果是：设置整环结构的吸水膨胀圈便于安装，而且吸水膨胀圈可以形成整环的推动耐磨板移动的顶推面，耐磨板轴向移动更稳定。同时，吸水膨胀圈也能起到密封冷却水腔的作用。

11、作为进一步地改进，吸水膨胀圈成对布置，每对吸水膨胀圈包括一个布置在冷却区内侧的内膨胀圈和一个布置在冷却区的外侧的外膨胀圈。

12、有益效果是：这时成对布置可以保证耐磨板受到较为平衡的推力，防止向其中一侧倾斜卡死。

13、作为进一步地改进，耐磨板和耐磨板安装基体之间还连接有拉伸弹性体，拉伸弹性体的一端与耐磨板的背离密封面的一侧连接，另一端与耐磨板安装基体连接，并且始终保持拉伸状态，拉伸弹性体设置在吸水膨胀圈的远离冷却水腔的进水口的一侧。

14、有益效果是：拉伸弹性体可以起到保持耐磨板和吸水膨胀圈在初始状态下贴合的作用，避免吸水膨胀圈松动，同时也能保证吸水膨胀圈在膨胀的瞬间即可起到推动耐磨板的作用，提升了补偿系统的响应速度。此外，在吸水膨胀圈的密封作用下，拉伸弹性体可以处于相对干燥的环境中，避免长久泡水造成拉伸弹性体老化。

15、作为进一步地改进，该掘进机主驱动密封结构还包括弹性保持件，弹性保持件设置在耐磨板和耐磨板安装基体之间，弹性保持件始终保持压缩或者拉伸状态，以为耐磨板提供沿靠近耐磨板安装基体方向的保持力。

16、有益效果是：这时能够确保吸水膨胀圈在初始状态下与耐磨板贴合，避免吸水膨胀圈松动，同时也能保证吸水膨胀圈在膨胀的瞬间即可起到推动耐磨板的作用，提升了补偿系统的响应速度。

17、作为进一步地改进，弹性保持件为拉伸弹性体，拉伸弹性体的一端与耐磨板的背离密封面的一侧连接，另一端与耐磨板安装基体连接。

18、有益效果是：这种拉伸弹性体的结构可以将拉伸弹性体设置在冷却水腔内，利用拉伸弹性体的拉力为耐磨板提供压向吸水膨胀圈的保持力，节省空间，便于安装。

19、作为进一步地改进，耐磨板通过内、外间隔排布的两个活动环活动安装在耐磨板安装基体上。

20、有益效果是：形成了耐磨板外套耐磨板安装基体的方式，可以简化耐磨板安装基体的结构。

21、作为进一步地改进，至少一个活动环和耐磨板安装基体之间设置有导向键，导向键和活动环周向止转并且轴向导向配合。

22、有益效果是：导向键能够起到止转的作用，能够避免密封圈作用在耐磨板上的反扭矩带动耐磨板相对于耐磨板安装基体转动，使得系统整体的稳定性更好。

23、为实现上述目的，本发明所提供的掘进机的技术方案是：

24、一种掘进机，包括主驱动，主驱动包括密封结构，密封结构包括耐磨板安装基体，耐磨板安装基体上安装有耐磨板，耐磨板具有用于与密封圈转动摩擦配合的密封面，并且其与密封面相背的另一面和耐磨板安装基体之间设置有冷却水腔，其特征在于，耐磨板沿轴向可活动的安装在耐磨板安装基体上，冷却水腔中设有吸水膨胀体，冷却水腔具有用于与密封圈位置对应的冷却区和用于设置吸水膨胀体的吸水区；吸水区和冷却区之间设置有用于控制流向吸水膨胀体的水流量的控水结构，或吸水膨胀体由膨胀速率随时间变化的吸水膨胀材料制成。

25、有益效果是：本发明针对现有的主驱动密封结构进行了改进。在正常掘进过程中，冷却水腔可以加入冷却水，为耐磨板降温，可以避免密封圈温度过高，减缓密封圈老化速度。而且在冷却水腔中设置有吸水膨胀体，随着密封圈的不断磨损，可通过控水结构控制向吸水膨胀体流入冷却水的水流量，使吸水膨胀体缓慢膨胀，或者利用吸水膨胀体自身的特性吸水缓慢膨胀，由于耐磨板是可以轴向活动的，因此吸水膨胀体膨胀后可以将耐磨板推向密封圈，这样实现了密封圈磨损后，耐磨板可以自动调整位置以补偿密封圈的磨损，保证密封圈和耐磨板的密封效果，也延长了密封圈的使用寿命。

26、作为进一步地改进，控水结构由隔环形成，隔环设置在耐磨板和耐磨板安装基体中的一个上，并且与耐磨板和耐磨板安装基体的另一个之间设有通流间隙。

27、有益效果是：隔环便于安装，成本较低，冷却水通过通流间隙流通到吸水膨胀体，此时隔环可以起到控水的效果，避免吸水膨胀圈过快膨胀，造成密封圈和耐磨板贴合过紧。

28、作为进一步地改进，隔环的用于与耐磨板或耐磨板安装基体形成通流间隙的端面为弧形面。

29、有益效果是：在保证隔环具有较厚的厚度情况下，可以减小通流间隙的路径长度，能够保证水流通畅，避免冷却水堵死。

30、作为进一步地改进，吸水膨胀体由整环结构的吸水膨胀圈形成。

31、有益效果是：设置整环结构的吸水膨胀圈便于安装，而且吸水膨胀圈可以形成整环的推动耐磨板移动的顶推面，耐磨板轴向移动更稳定。同时，吸水膨胀圈也能起到密封冷却水腔的作用。

32、作为进一步地改进，吸水膨胀圈成对布置，每对吸水膨胀圈包括一个布置在冷却区内侧的内膨胀圈和一个布置在冷却区的外侧的外膨胀圈。

33、有益效果是：这时成对布置可以保证耐磨板受到较为平衡的推力，防止向其中一侧倾斜卡死。

34、作为进一步地改进，耐磨板和耐磨板安装基体之间还连接有拉伸弹性体，拉伸弹性体的一端与耐磨板的背离密封面的一侧连接，另一端与耐磨板安装基体连接，并且始终保持拉伸状态，拉伸弹性体设置在吸水膨胀圈的远离冷却水腔的进水口的一侧。

35、有益效果是：拉伸弹性体可以起到保持耐磨板和吸水膨胀圈在初始状态下贴合的作用，避免吸水膨胀圈松动，同时也能保证吸水膨胀圈在膨胀的瞬间即可起到推动耐磨板的作用，提升了补偿系统的响应速度。此外，在吸水膨胀圈的密封作用下，拉伸弹性体可以处于相对干燥的环境中，避免长久泡水造成拉伸弹性体老化。

36、作为进一步地改进，该掘进机主驱动密封结构还包括弹性保持件，弹性保持件设置在耐磨板和耐磨板安装基体之间，弹性保持件始终保持压缩或者拉伸状态，以为耐磨板提供沿靠近耐磨板安装基体方向的保持力。

37、有益效果是：这时能够确保吸水膨胀圈在初始状态下与耐磨板贴合，避免吸水膨胀圈松动，同时也能保证吸水膨胀圈在膨胀的瞬间即可起到推动耐磨板的作用，提升了补偿系统的响应速度。

38、作为进一步地改进，弹性保持件为拉伸弹性体，拉伸弹性体的一端与耐磨板的背离密封面的一侧连接，另一端与耐磨板安装基体连接。

39、有益效果是：这种拉伸弹性体的结构可以将拉伸弹性体设置在冷却水腔内，利用拉伸弹性体的拉力为耐磨板提供压向吸水膨胀圈的保持力，节省空间，便于安装。

40、作为进一步地改进，耐磨板通过内、外间隔排布的两个活动环活动安装在耐磨板安装基体上。

41、有益效果是：形成了耐磨板外套耐磨板安装基体的方式，可以简化耐磨板安装基体的结构。

42、作为进一步地改进，至少一个活动环和耐磨板安装基体之间设置有导向键，导向键和活动环周向止转并且轴向导向配合。

43、有益效果是：导向键能够起到止转的作用，能够避免密封圈作用在耐磨板上的反扭矩带动耐磨板相对于耐磨板安装基体转动，使得系统整体的稳定性更好。