本發(fā)明應用于掘進機主驅(qū)動密封的密封技術領域，具體為一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封裝置及密封方法。

背景技術：

主驅(qū)動密封指為保證掘進機主軸承室清潔和封閉所做的密封。隨著城市化進程、交通運輸、水利工程等行業(yè)的快速發(fā)展，掘進機越來越廣泛的被應用到隧道建設中，主驅(qū)動密封作為掘進機的三大密封之一至關重要。密封損壞或磨損間隙過大的問題會造成主軸承齒輪油泄漏或泥砂顆粒進入齒輪箱，引起主軸承或者齒輪損壞，導致掘進機癱瘓，給盾構工程帶來嚴重的影響。尤其在一些特殊地層，外部環(huán)境壓力較高，對密封的要求更高，此時研制一種壓力可調(diào)控的掘進機主驅(qū)動密封的密封裝置及方法就十分有必要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封裝置，有效改善主驅(qū)動密封性能，避免因密封損壞或磨損間隙過大而造成主軸承齒輪油泄露或者泥沙顆粒進入齒輪箱，確保掘進機的正常運轉。

本發(fā)明所要解決的技術問題是還提供一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封方法，通過改變主驅(qū)動密封間隙中填充的磁流變液的物態(tài)來實現(xiàn)密封的可調(diào)和可控，可根據(jù)磨損情況自動進行密封間隙的調(diào)整，有效改善密封性能。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封裝置，包括掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座、密封安裝座、掘進機主驅(qū)動變頻減速機，所述掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座內(nèi)壁一端設置有安裝槽，所述安裝槽內(nèi)配合安裝有隔磁環(huán)一，所述隔磁環(huán)一的內(nèi)側設置有極靴，所述極靴中間裝有永磁體，所述永磁體內(nèi)安裝有隔磁環(huán)二，所述密封安裝座的一端安裝有隔磁環(huán)三，所述隔磁環(huán)三外側設置有主驅(qū)動密封繞周線圈，所述主驅(qū)動密封繞周線圈、隔磁環(huán)三與極靴、隔磁環(huán)一、隔磁環(huán)二之間的主驅(qū)動密封間隙填充有磁流變液，所述主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座與密封安裝座端部有迷宮密封，所述密封安裝座上通過螺栓連接有唇型密封，所述唇形密封外側接觸于掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座的內(nèi)壁，所述密封安裝座焊接安裝有刀盤法蘭盤，所述刀盤法蘭盤通過螺栓安裝有扭矩傳遞法蘭，所述扭矩傳遞法蘭通過螺栓安裝有帶內(nèi)齒圈的主軸承，所述掘進機主驅(qū)動變頻減速機連接有與帶內(nèi)齒圈的主軸承嚙合的小齒輪。

所述隔磁環(huán)一、隔磁環(huán)二、隔磁環(huán)三是由無磁鋼或奧氏體不銹鋼制作的。

所述永磁體位稀土永磁體。

所述唇型密封所形成的密封腔一中壓力為P1,密封腔二中壓力為P2，密封腔三中壓力為P3,密封腔四中壓力為P4，密封腔一中充滿密封油脂HBW，其余三腔充滿密封油脂EP2，P1、P2、P3和P4之間的關系為：P4>P3>P2>P1。

為解決上述技術問題，本發(fā)明還采用的技術方案是，一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封方法，具體如下：

首先，確定密封環(huán)境下的掘進機主軸承室與掘進機土倉之間的壓差ΔP；

然后，根據(jù)密封耐壓能力與磁流變液飽和磁化強度和磁場的關系確定需要的主驅(qū)動密封間隙和間隙中磁感應強度的大?。?/p>

ΔP＝u₀M_SΔH，ΔP為密封環(huán)境下的掘進機主軸承室與掘進機土倉之間的密封壓差，u₀為真空磁導率，M_S為磁流變液飽和磁化強度，ΔH為主驅(qū)動密封繞周線圈和隔磁環(huán)三與極靴、隔磁環(huán)一和隔磁環(huán)二之間的間隙內(nèi)外的磁場強度差，間隙邊緣磁場強度可近似為0；

B＝B₁+B₂,B₁為主驅(qū)動密封繞周線圈在一點處產(chǎn)生的磁感應強度，B₂為永磁體在此處產(chǎn)生磁感應強度；

最后，根據(jù)主驅(qū)動密封繞周線圈在需要密封的主驅(qū)動密封間隙處的磁感應強度求得通過電流的大?。?/p>

其中u₀為真空磁導率，其值為u₀＝4π×10^-7H/m＝4π×10^-7N·A^-2,R是源點Q到場點P之間的距離，R₀是由源點Q指向場點P的單位矢量，式中的積分遍及整個閉合回路l，可求得主驅(qū)動密封繞周線圈在一點處產(chǎn)生的磁感應強度為B₁時需要通過的電流I。

通過改變掘進機主驅(qū)動密封繞周線圈通過的電流的大小和方向來改變掘進機主驅(qū)動密封間隙處的磁場強度，進而改變主驅(qū)動密封間隙中填充的磁流變液的物態(tài)來實現(xiàn)密封的可調(diào)和可控。

采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：該密封裝置采用磁密封和唇型密封的組合，可以實現(xiàn)掘進機主驅(qū)動密封性能的主動控制，使掘進機主驅(qū)動密封能夠適應各種工況，能夠有效改善主驅(qū)動密封性能，避免因密封損壞或磨損間隙過大而造成主軸承齒輪油泄露或者泥沙顆粒進入齒輪箱，確保掘進機的正常運轉。

采用上述技術方案還產(chǎn)生的有益效果在于：該方法通過改變主驅(qū)動密封間隙中填充的磁流變液的物態(tài)來實現(xiàn)密封的可調(diào)和可控，可根據(jù)磨損情況自動進行密封間隙的調(diào)整，有效改善密封性能，當磁流變液流到密封安裝座與掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座間隙處，在間隙內(nèi)強磁場作用下，屈服強度瞬間增加，呈現(xiàn)類似固體的性質(zhì)，將磁流體緊緊吸在密封間隙內(nèi)，形成磁性液體“O”型密封環(huán)，把間隙鎖住，進而形成非接觸式密封，此密封與后部的唇型密封12共同作用，解決了在各種環(huán)境下掘進機主驅(qū)動密封不可靠的難題，實現(xiàn)密封壓力的可調(diào)控。

附圖說明

圖1是密封裝置的結構示意圖；

圖2是圖1的局部放大圖；

其中：1、主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座；2、安裝槽；3、隔磁環(huán)一；4、隔磁環(huán)三；5、永磁體；6、隔磁環(huán)二；7、極靴；8、磁流變液；9、主驅(qū)動密封繞周線圈；10、密封安裝座；11、迷宮密封；12、唇型密封；13、刀盤法蘭盤；14、扭矩傳遞法蘭；15、帶內(nèi)齒圈的主軸承；16、小齒輪；17、掘進機主驅(qū)動變頻減速機。

具體實施方式

下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1-2所示，本發(fā)明公開了一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封裝置，包括掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座1、密封安裝座10、掘進機主驅(qū)動變頻減速機17，所述掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座1內(nèi)壁一端設置有安裝槽2，所述安裝槽2內(nèi)配合安裝有隔磁環(huán)一3，所述隔磁環(huán)一3的內(nèi)側設置有極靴7，所述極靴7中間裝有永磁體5，所述永磁體5內(nèi)安裝有隔磁環(huán)二6，所述密封安裝座10的一端安裝有隔磁環(huán)三4，所述隔磁環(huán)三4外側設置有主驅(qū)動密封繞周線圈9，所述主驅(qū)動密封繞周線圈9、隔磁環(huán)三4與極靴7、隔磁環(huán)一3、隔磁環(huán)二6之間的間隙填充有磁流變液8，所述主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座1與密封安裝座10端部有迷宮密封11，所述密封安裝座10上通過螺栓連接有唇型密封12，所述唇形密封12外側接觸于掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座1的內(nèi)壁，所述密封安裝座10焊接安裝有刀盤法蘭盤13，所述刀盤法蘭盤13通過螺栓安裝有扭矩傳遞法蘭14，所述扭矩傳遞法蘭14通過螺栓安裝有帶內(nèi)齒圈的主軸承15，所述掘進機主驅(qū)動變頻減速機17連接有與帶內(nèi)齒圈的主軸承15嚙合的小齒輪16所述隔磁環(huán)一、隔磁環(huán)二、隔磁環(huán)三是由無磁鋼或奧氏體不銹鋼制作的，所述永磁體位稀土永磁體；所述唇型密封所形成的密封腔一中壓力為P1,密封腔二中壓力為P2，密封腔三中壓力為P3,密封腔四中壓力為P4，密封腔一中充滿密封油脂HBW，其余三腔充滿密封油脂EP2，P1、P2、P3和P4之間的關系為：P4>P3>P2>P1。

本發(fā)明在具體實施時，調(diào)控主驅(qū)動密封繞周線圈9上通過的電流的大小，改變在永磁體5、極靴7與密封安裝座10之間形成密集的閉合磁場回路的磁場強度。采用磁密封和唇型密封的組合，可以實現(xiàn)掘進機主驅(qū)動密封性能的主動控制，使掘進機主驅(qū)動密封能夠適應各種工況，能夠有效改善主驅(qū)動密封性能，避免因密封損壞或磨損間隙過大而造成主軸承齒輪油泄露或者泥沙顆粒進入齒輪箱，確保掘進機的正常運轉。

本發(fā)明還公開了一種用于掘進機主驅(qū)動密封的可控復合式密封方法，具體如下：

首先，確定密封環(huán)境下的掘進機主軸承室與掘進機土倉之間的壓差ΔP；

然后，根據(jù)密封耐壓能力與磁流變液飽和磁化強度和磁場的關系確定需要的主驅(qū)動密封間隙和間隙中磁感應強度的大?。?/p>

ΔP＝u₀M_SΔH，ΔP為密封環(huán)境下的掘進機主軸承室與掘進機土倉之間的密封壓差，u₀為真空磁導率，M_S為磁流變液飽和磁化強度，ΔH為主驅(qū)動密封繞周線圈和隔磁環(huán)三與極靴、隔磁環(huán)一和隔磁環(huán)二之間的間隙內(nèi)外的磁場強度差，間隙邊緣磁場強度可近似為0；

B＝B₁+B₂,B₁為主驅(qū)動密封繞周線圈在一點處產(chǎn)生的磁感應強度，B₂為永磁體在此處產(chǎn)生磁感應強度；

最后，根據(jù)主驅(qū)動密封繞周線圈在需要密封的主驅(qū)動密封間隙處的磁感應強度求得通過電流的大?。?/p>

其中u₀為真空磁導率，其值為u₀＝4π×10^-7H/m＝4π×10^-7N·A^-2,R是源點Q到場點P之間的距離，R₀是由源點Q指向場點P的單位矢量，式中的積分遍及整個閉合回路l，可求得主驅(qū)動密封繞周線圈在一點處產(chǎn)生的磁感應強度為B₁時需要通過的電流I。

該方法在具體實施時，當磁流變液8流到密封安裝座10與掘進機主驅(qū)動系統(tǒng)軸承座1間隙處，在間隙內(nèi)強磁場作用下，屈服強度瞬間增加，呈現(xiàn)類似固體的性質(zhì)，將磁流體緊緊吸在密封間隙內(nèi)，形成磁性液體“O”型密封環(huán)，把間隙鎖住，進而形成非接觸式密封，此密封與后部的唇型密封12共同作用，解決了在各種環(huán)境下掘進機主驅(qū)動密封不可靠的難題，實現(xiàn)密封壓力的可調(diào)控。