适应高水压环境的盾构滚刀密封结构及盾构滚刀的制作方法

本实用新型属于盾构滚刀技术领域，具体涉及一种适应高水压环境的盾构滚刀密封结构及盾构滚刀。

背景技术：

滚刀是一种破碎坚硬岩石的挖掘工具，安装于盾构、TBM、顶管等大型非开挖施工设备的开挖刀盘上，其作用是碾压掌子面岩石并将岩石从掌子面上剥落下来。滚刀主要有刀圈、刀毂、刀轴、轴承、浮动密封、端盖等部件组成；浮动密封是保证滚刀内部压力及轴承正常工作的一个关键部件，但是目前的浮动密封动态压力下只能承受3bar左右的动压差，远远满足不了泥水盾构机掘进时的要求，所以一旦浮动密封失效，外部泥水、泥沙等杂质将进入滚刀内部，造成滚刀失效，降低盾构机掘进效率，影响施工进度。

泥水盾构掘进时，掌子面水压较大，常规盾构滚刀无法承受高水压环境，当滚刀外部压力高于滚刀内部压力时，外界泥水和土渣容易通过刀体与端盖之间的浮动密封进入滚刀内部，造成滚刀失效。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种结构设计合理，密封性能好，且能够实现滚刀内外压力自平衡的适应高水压环境的盾构滚刀密封结构及盾构滚刀。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种适应高水压环境的盾构滚刀密封结构，包括：刀轴型腔，其对应开设在刀轴中部；平衡套管，其匹配套设在所述刀轴型腔内，且所述平衡套管的内腔与高压水环境连通；和皮囊衬套，其设置于所述刀轴的刀轴型腔内壁上；所述平衡套管两端外壁与所述刀轴的刀轴型腔内壁之间设置有腔体密封组件，所述平衡套管外壁与所述皮囊衬套之间形成平衡腔，在所述平衡套管侧壁上布设有多个与平衡腔连通的通孔，在所述刀轴与隔圈上设置有对应的通孔；根据高压水环境的作用强度，所述皮囊衬套通过膨胀和收缩，实现平衡滚刀内外压力。

所述腔体密封组件包括：密封台，其设置于所述平衡套管两端，且与刀轴型腔匹配贴合密封；和锁紧阀，其设置于密封台外端，与所述刀轴型腔连接固定。

所述刀轴型腔呈台阶状，所述密封台与平衡套管为一体成型结构，且在刀轴型腔端部设置有与锁紧阀匹配的内螺纹段；所述密封台和所述锁紧阀上均设置有密封槽，并在所述密封槽内设置有密封圈，在锁紧阀中部设置有与平衡套管对应的通孔。

所述密封台外壁设置有卡槽，所述卡槽内匹配设置有卡箍，所述皮囊衬套通过所述卡箍支撑设置在所述刀轴型腔内。

一种盾构滚刀，包括：刀毂；刀轴；轴承，两组所述轴承匹配并排设置于所述刀毂和所述刀轴之间，且在两所述轴承之间设置有隔圈；和如上述的适应高水压环境的盾构滚刀密封结构，其对应设置于所述刀轴与隔圈之间。

还包括位于刀轴两端的两端盖；两所述端盖与所述刀毂之间设置有浮动密封，且两所述端盖均与所述刀轴过盈配合装配。

所述端盖上均设置有油塞。

所述刀轴其中一端设置有限位轴台，另一端设置有限位块。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请整体结构设计合理，其针对现有技术的不足，提供一种高水压环境下使用的盾构滚刀密封结构，该高水压滚刀在当外部压力环境发生变化时，滚刀内置密封可调整滚刀内部的压力，使其与滚刀外部的压力保持动态平衡，从而保证滚刀在高水压环境掘进时的滚刀性能稳定性。

本申请通过皮囊衬套的设置，不仅能够实现密封性能的稳定，而且能够实现动态的压力波动调整，具有良好的同步性，此外，本申请能够实现快速有效的装配连接，对原有的滚刀结构影响较小，不会因为刀轴结构的改变，造成整个滚刀性能的变化，具有实用性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中序号：100为刀轴、110为刀轴型腔、120为平衡套管、130为皮囊衬套、140为平衡腔、150为通孔、161为密封台、162为锁紧阀、163为密封圈、164为卡箍、171为限位轴台、172为限位块、200为刀毂、300为轴承、400为隔圈、500为端盖、600为浮动密封、700为油塞。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。

参见图1，本实用新型一种适应高水压环境的盾构滚刀密封结构，包括刀轴型腔110、平衡套管120和皮囊衬套130，其刀轴型腔110对应开设在刀轴100中部；其平衡套管120匹配套设在刀轴型腔110内，且平衡套管120的内腔与高压水环境连通；其皮囊衬套130设置于刀轴100的刀轴型腔110内壁上；平衡套管120两端外壁与刀轴的刀轴型腔110内壁之间设置有腔体密封组件，平衡套管120外壁与皮囊衬套130之间形成平衡腔140，在平衡套管120侧壁上布设有多个与平衡腔连通的通孔150，在刀轴与隔圈上设置有对应的通孔；根据高压水环境的作用强度，皮囊衬套通过膨胀和收缩，实现平衡滚刀内外压力。

腔体密封组件包括密封台161和锁紧阀162，其密封台161设置于平衡套管120两端，且与刀轴型腔匹配贴合密封；其锁紧阀设置于密封台161外端，与刀轴型腔110连接固定。

刀轴型腔呈台阶状，密封台与平衡套管为一体成型结构，且在刀轴型腔端部设置有与锁紧阀匹配的内螺纹段；密封台和锁紧阀上均设置有密封槽，并在密封槽内设置有密封圈163，在锁紧阀162中部设置有与平衡套管对应的通孔。

密封台161外壁设置有卡槽，卡槽内匹配设置有卡箍164，皮囊衬套130通过卡箍164支撑设置在刀轴型腔110内。

本申请还公开了一种盾构滚刀，包括刀毂200、刀轴100、轴承300和如上述适应高水压环境的盾构滚刀密封结构，两组轴承匹配并排设置于刀毂和刀轴之间，且在两轴承之间设置有隔圈400；适应高水压环境的盾构滚刀密封结构对应设置于刀轴100与隔圈400之间，从而在平衡套管与隔圈之间形成皮囊衬套的自平衡膨胀收缩。

本申请中的盾构滚刀还包括位于刀轴两端的两端盖500；两端盖500与刀毂200之间设置有浮动密封600，且两端盖500均与刀轴100过盈配合装配，端盖上均设置有油塞700，通过端盖实现两端的密封结构，刀轴其中一端设置有限位轴台171，另一端设置有限位块172，从而用于限制刀毂的轴向移动。

具体的，本申请高水压环境使用的盾构滚刀密封结构，在高水压环境中，泥水通过平衡套管两端的通孔进入刀轴型腔，泥水挤压空气，空气挤压皮囊衬套，皮囊衬套受力膨胀，来实现内外压力平衡。皮囊衬套可以在刀轴内部膨胀与缩松，通过皮囊衬套的涨松程度可以来调整滚刀内部压力，使其与滚刀外部压力平衡，从而保证盾构滚刀在高水压环境掘进时滚刀性能的稳定性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。