阅读说明：本技术 适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构和滚刀 (Shield constructs seal structure and hobbing cutter of quick-witted hobbing cutter suitable for freezing worker method ) 是由 唐莉梅 易觉 廖鸿雁 冯胜利 竺维彬 袁守谦 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构和滚刀,用于密封端盖的第一安装槽和刀毂的第二安装槽,该密封结构包括第一弹性金属密封圈和第二弹性金属密封圈,第一弹性金属密封圈包括第一贴合面和第一密封面；第二弹性金属密封圈包括第二贴合面和第二密封面；密封结构具有使用状态,当处于使用状态时,第一贴合面贴设于第一安装槽内,第二贴合面贴设于第二安装槽内,第一密封面和第二密封面相互贴合,且第一弹性金属密封圈可绕自身轴线在第二密封面上旋转。本发明的密封结构在冷冻工况仍能起到有效的密封效果,保证滚刀的正常运转。(The invention discloses a sealing structure and a hob of a shield machine hob suitable for a freezing construction method, wherein the sealing structure and the hob are used for sealing a first mounting groove of an end cover and a second mounting groove of a cutter hub; the second elastic metal sealing ring comprises a second binding surface and a second sealing surface; the sealing structure has a use state, when the sealing structure is in the use state, the first binding face is attached to the first mounting groove, the second binding face is attached to the second mounting groove, the first sealing face and the second sealing face are attached to each other, and the first elastic metal sealing ring can rotate on the second sealing face around the axis of the first elastic metal sealing ring. The sealing structure of the invention can still play an effective sealing effect under the freezing working condition, and ensure the normal operation of the hob.)

适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构和滚刀

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构和滚刀。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建隧道之“盾”(指支撑性管片)，它区别于敞开式施工法。

刀盘是盾构机的核心部件，刀盘上通常包括刀盘体、刀具和泡沫管路等，刀盘体由钢结构焊接而成，刀具有滚刀、切刀和刮刀等。现有的滚刀如图1所示，包括刀轴1、刀毂2、刀圈3，刀毂2与刀轴1同轴设置，刀毂2的内壁面的两端通过圆锥滚子轴承5与刀轴1相连，并可绕刀轴1旋转，刀圈3设于刀毂2的外壁面上；该滚刀还包括两个端盖4，两个端盖4分别连接于刀轴1的两端，且端盖4与刀毂2相连，相互连接的端盖4与刀毂2的端面为相互配合的企口结构；且刀毂2、端盖4和圆锥滚子轴承5之间形成一密封腔6，在密封腔6内安装浮动密封结构8，浮动密封结构8的作用是为了防止圆锥滚子轴承5内的润滑剂从端盖4与刀毂2的连接处泄漏且防止外来物进入。

现有的浮动密封结构8的具体结构为：端盖4内侧沿该端盖4的圆周方向开设有第一安装槽40，刀毂2内侧沿该刀毂2的径向开设有第二安装槽20，浮动密封结构8由两个啮合的金属密封环80和两个富有弹性的复合橡胶圈81组成，金属密封环80是一个轴向呈马鞍形，由铁合金材料制成的浮动式的端面密封环，橡胶圈81是一轴向截面为圆形而截面直径较粗的橡胶环。金属密封环80需成对使用，安装在端盖4上的金属密封环80为定环，安装在刀毂2上的金属密封环80随刀毂一起旋转为动环，马鞍结构的动环和定环的马鞍座上设有一个橡胶圈81，两个橡胶圈81分别安装在第二安装槽20和第一安装槽40内。

以安装在第一安装槽40内的浮动密封结构8的密封原理为例进行说明：参见图2所示，在装配预紧力作用下橡胶圈81在端盖4的第一安装槽40内受轴向压缩产生变形，产生垂直于第一安装槽40的内壁的弹力Fb和垂直于金属密封环80与橡胶圈81之间的连接面的弹力Fc，弹力Fc分解为轴向分力Fca和径向分力Fcr。弹力Fb使橡胶圈81与第一安装槽40紧密接触实现橡胶圈81与端盖4之间的密封，弹力Fc使橡胶圈81与金属密封环80紧密接触实现橡胶圈81与金属密封环80之间的密封，轴向分力Fca使两金属密封环80的密封面紧密接触，实现两个金属密封环80的密封，最终实现整个密封系统的密封要求。

在冷冻施工工艺中，刀具的使用环境为-40℃，在极低的环境温度中，现有技术中采用的浮动密封结构8的橡胶圈81的橡胶会***，弹性变差，脆性加大，导致密封效果变差，无法有效的保证滚刀的正常运转。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构和滚刀，密封结构在冷冻工况仍能起到有效的密封效果，保证滚刀的正常运转。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构，用于密封端盖的第一安装槽和刀毂的第二安装槽，该密封结构包括：

第一弹性金属密封圈，其包括第一贴合面和第一密封面；

第二弹性金属密封圈，其包括第二贴合面和第二密封面；

所述密封结构具有使用状态，当处于使用状态时，所述第一贴合面贴设于第一安装槽内，所述第二贴合面贴设于第二安装槽内，所述第一密封面和所述第二密封面相互贴合，且所述第一弹性金属密封圈可绕自身轴线在所述第二密封面上旋转。

在上述技术方案的基础上，所述第一弹性金属密封圈和所述第二弹性金属密封圈均为圆柱筒结构，且所述第一弹性金属密封圈的两端分别为第一贴合面和第一密封面，所述第二弹性金属密封圈的两端分别为第二贴合面和第二密封面。

在上述技术方案的基础上，所述第一弹性金属密封圈包括圆柱筒结构的第一部分以及由所述第一部分的外侧壁延伸形成的第二部分，所述第二部分为圆台结构，所述圆台结构的截面直径从靠近所述第一部分朝远离所述第一部分逐渐增大；所述第一贴合面位于所述第二部分远离所述第一部分的端面上，所述第一密封面位于所述第二部分远离所述第一部分的端面上；

所述第二弹性金属密封圈包括圆柱筒结构的第三部分以及由所述第三部分的外侧壁延伸形成的第四部分，所述第四部分为圆台结构，所述圆台结构的截面直径从靠近所述第三部分朝远离所述第三部分逐渐增大；所述第二贴合面位于所述第四部分远离所述第三部分的端面上，所述第二密封面位于所述第三部分远离所述第四部分的端面上。

在上述技术方案的基础上，所述第一贴合面和所述第二贴合面上均套设有橡胶圈。

在上述技术方案的基础上，所述第一贴合面上设有嵌合槽，所述第一贴合面上的橡胶圈的边缘嵌置于嵌合槽内。

在上述技术方案的基础上，所述第二贴合面上设有嵌合槽，所述第二贴合面上的橡胶圈的边缘嵌置于嵌合槽内。

在上述技术方案的基础上，所述橡胶圈采用氢化丁腈橡胶制作而成。

在上述技术方案的基础上，所述第一贴合面上的橡胶圈与所述第一贴合面一体成型；所述第二贴合面上的橡胶圈与所述第二贴合面一体成型。

在上述技术方案的基础上，所述第一弹性金属密封圈和所述第二弹性金属密封圈均采用弹簧钢制作而成。

本发明还提供一种使用了上述所述的适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构的滚刀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构在冷冻工况下，第一弹性金属密封圈和第二弹性金属密封圈仍具有弹性，在装配预紧力作用下第一弹性金属密封圈在端盖的第一安装槽内受轴向压缩产生变形，产生垂直于第一安装槽的内壁的弹力Fb和垂直于第一弹性金属密封圈与第二弹性金属密封圈之间的连接面的弹力Fc，弹力Fb使第一贴合面与第一安装槽紧密贴合实现第一弹性金属密封圈与端盖之间的密封，弹力Fc使第一弹性金属密封圈的第一密封面与第二弹性金属密封圈的第二密封面紧密贴合，实现第一弹性金属密封圈和第二弹性金属密封圈之间的密封，最终实现整个密封结构的密封要求。在冷冻工况下仍具有良好的密封效果，不影响滚刀的使用。

附图说明

图1为背景技术中的滚刀的结构示意图；

图2为图1的A处的局部放大图；

图3为背景技术中的浮动密封结构的密封原理图；

图4为本发明实施例中的滚刀的结构示意图；

图5为图4中的B处的局部放大图；

图6为本发明实施例中的密封结构的结构示意图；

图7为本发明实施例中的密封结构的密封原理图。

图中：1-刀轴，2-刀毂，20-第二安装槽，3-刀圈，4-端盖，40-第一安装槽，5-圆锥滚子轴承，6-密封腔，7-密封结构，70-第一弹性金属密封圈，700-第一部分，701-第二部分，702-第一贴合面，703-第一密封面，71-橡胶圈，72-第二弹性金属密封圈，720-第三部分，721-第四部分，722-第二贴合面，723-第二密封面，73-嵌合槽，8-浮动密封结构，80-金属密封环，81-橡胶圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图4所示，本发明实施例提供一种适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构，用于密封端盖4的第一安装槽40和刀毂2的第二安装槽20，该密封结构7包括第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72，第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72的结构相同，均具有弹性，且为金属材质，在冷冻工况下也不会变脆失去弹性。第一弹性金属密封圈70包括第一贴合面702和第一密封面703，第一贴合面702与第一安装槽40的形状相适配，第一贴合面702和第一密封面703分别设于第一弹性金属密封圈70的两端；第二弹性金属密封圈72包括第二贴合面722和第二密封面723，第二贴合面722与第二安装槽20的形状相适配，第二贴合面722和第二密封面723分别设于第二弹性金属密封圈72的两端。密封结构7具有使用状态，当处于使用状态时，第一贴合面702贴设于第一安装槽40内，与第一安装槽40很好的贴合，第二贴合面722贴设于第二安装槽20内，与第二安装槽20很好的贴合，第一密封面703和第二密封面723相互贴合，且第一弹性金属密封圈70在刀毂2的旋转带动下可绕自身轴线在第二密封面723上旋转，旋转过程也保持贴合状态。

参见图7所示，以左侧的密封结构7为例说明本发明的密封结构的密封原理为：冷冻工况下，第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72仍具有弹性，在装配预紧力作用下第一弹性金属密封圈70在端盖4的第一安装槽40内受轴向压缩产生变形，产生垂直于第一安装槽40的内壁的弹力Fb和垂直于第一弹性金属密封圈70与第二弹性金属密封圈72之间的连接面的弹力Fc，弹力Fb使第一贴合面702与第一安装槽40紧密贴合实现第一弹性金属密封圈70与端盖4之间的密封，弹力Fc使第一弹性金属密封圈70的第一密封面703与第二弹性金属密封圈72的第二密封面723紧密贴合，实现第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72之间的密封，最终实现整个密封结构的密封要求。在冷冻工况下仍具有良好的密封效果，不影响滚刀的使用。

可选的，第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72均为圆柱筒结构，且第一弹性金属密封圈70的两端分别为第一贴合面702和第一密封面703，第二弹性金属密封圈72的两端分别为第二贴合面722和第二密封面723。这种圆柱筒结构的第一弹性金属密封圈70产生的垂直于第一弹性金属密封圈70与第二弹性金属密封圈72之间的连接面的弹力Fc能全部作用于第二弹性金属密封圈72，使第一弹性金属密封圈70的第一密封面703与第二弹性金属密封圈72的第二密封面723紧密贴合，从而实现第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72之间的密封。

参见图5和6所示，优选的，第一弹性金属密封圈70包括圆柱筒结构的第一部分700以及由第一部分700的外侧壁延伸形成的第二部分701，第二部分701为圆台结构，圆台结构的截面直径从靠近第一部分700朝远离第一部分700逐渐增大；第一贴合面702位于第二部分701远离第一部分700的端面上，第一密封面703位于第二部分701远离第一部分700的端面上；第二弹性金属密封圈72包括圆柱筒结构的第三部分720以及由第三部分720的外侧壁延伸形成的第四部分721，第四部分721为圆台结构，圆台结构的截面直径从靠近第三部分720朝远离第三部分720逐渐增大；第二贴合面722位于第四部分721远离第三部分720的端面上，第二密封面723位于第三部分720远离第四部分721的端面上。由于第一安装槽40和第二安装槽20不是圆滑的圆形槽，那么第一弹性金属密封圈70的第一贴合面702以及第二弹性金属密封圈72的第二贴合面722难以做到与第一安装槽40和第二安装槽20的形状完全适配，会影响密封效果，因此本发明实施例中的第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72由两个部分构成，第一弹性金属密封圈70的第一部分700和第二弹性金属密封圈72的第三部分720设计成与第一安装槽40和第二安装槽20的形状相适配，第二部分701和第四部分721用来增大第一密封面703和第二密封面723的贴合面积，实现更好的密封效果。参见图7所示，此时，第一弹性金属密封圈70产生的垂直于第一弹性金属密封圈70与第二弹性金属密封圈72之间的连接面的弹力Fc的分力Fca作用于第二弹性金属密封圈72，使第一弹性金属密封圈70的第一密封面703与第二弹性金属密封圈72的第二密封面723紧密贴合，从而实现第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72之间的密封。

参见图5所示，进一步的，第一贴合面702和第二贴合面722上均套设有橡胶圈71。本发明的橡胶圈71采用氢化丁腈橡胶，其耐温性能为-55℃～180℃，在冷冻工况下，仍具有弹性，能与第一贴合面702和第二贴合面722以及第一安装槽40和第二安装槽20之间形成良好的密封。

参见图5所示，更进一步的，第一贴合面702上设有嵌合槽73，第一贴合面702上的橡胶圈71的边缘嵌置于嵌合槽73内。第二贴合面722上设有嵌合槽73，第二贴合面722上的橡胶圈71的边缘嵌置于嵌合槽73内。将橡胶圈71与第一贴合面702和第二贴合面722固定连接，说明橡胶圈71与第一贴合面702和第二贴合面722本身就处于贴紧密封的状态，就不用考虑橡胶圈71与第一贴合面702和第二贴合面722的密封问题。

优选的，第一贴合面702上的橡胶圈71与第一贴合面702一体成型；第二贴合面722上的橡胶圈71与第二贴合面722一体成型。同样的，将橡胶圈71与第一贴合面702和第二贴合面722一体成型，说明橡胶圈71与第一贴合面702和第二贴合面722本身就处于贴紧密封的状态，就不用考虑橡胶圈71与第一贴合面702和第二贴合面722的密封问题。

可选的，第一弹性金属密封圈70和第二弹性金属密封圈72均采用弹簧钢制作而成。弹簧钢的弹性好，强度高，保证在冷冻工况下的弹性。

参见图4所示，本发明还提供了一种使用了上述适用于冷冻工法的盾构机滚刀的密封结构的滚刀，该滚刀包括刀轴1，与刀轴1同轴设置的刀毂2，刀毂2的内壁面的两端通过圆锥滚子轴承5与刀轴1相连，且刀毂2可绕刀轴1旋转；该滚刀还包括两个端盖4，两个端盖4分别连接于刀轴1的两端，且端盖4与刀毂2相连，相互连接的端盖4与刀毂2的端面4为相互配合的企口结构；刀毂2、端盖4和圆锥滚子轴承5之间形成密封腔6，端盖4内侧沿该端盖4的圆周方向开设有第一安装槽40，刀毂2内侧沿该刀毂2的径向开设有第二安装槽20；密封腔6内组设有密封结构7，其中，第一贴合面702贴设于第一安装槽40内，第二贴合面722贴设于第二安装槽20内，第一密封面703和第二密封面723相互贴合，且第一弹性金属密封圈70可绕自身轴线在第二密封面723上旋转。

本发明实施例的滚刀采用此种密封结构，能实现冷冻工况下的密封效果，不影响滚刀的使用。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。