陳橋　周建軍（jun1）　李鳳遠　王（wáng）助鋒　陳啟偉
（盾構及（jí）掘進技術國家重點實驗（yàn）室）

　　大埋深隧道對盾構機主軸承密封性能提出了更高的要求。利用有限（xiàn）元分析軟件（jiàn）ANSYS Workbench研究（jiū）不（bú）同材質的壓緊環密（mì）封圈在不同載荷下的受力狀況，研究其密（mì）封性能。分析結果表明，壓緊環唇形密封（fēng）圈的密封能力與（yǔ）預緊（jǐn）載（zǎi）荷和材質均有關係，當預緊載荷越（yuè）大，密封圈硬度值越高時，密封麵（miàn）的接觸壓力就越大，密封能力就越強。因此，為提高大埋深盾構機主軸承密封圈的密（mì）封性能，可采取以下措施（shī）：在材（cái）料方麵應選擇高硬（yìng）度值的（de）壓緊環密封圈，必要時可增加（jiā）壓緊環密封（fēng）圈的數量；在結（jié）構方麵應適當增加壓緊環的直徑（jìng），保（bǎo）證壓緊環有足夠的預緊行程施加更大的位移載荷，提高密封麵接觸壓力。

　　跨江越海隧（suì）道具有大（dà）埋深、高水壓、長距離且地質條件複雜多變的特點，這對盾構機主軸（zhóu）承密封的可靠性和壽命提出了更高的要求。如（rú）果主軸承密封失效，就會直接造成盾構機停機，而在洞內盾構機主軸承修複十分困難，這種情況一旦發生，盾構施工的風險就會增加，工期也會延長，引起成本增加，給（gěi）施工企業（yè）帶來巨（jù）大的損失。目前關於盾構機主（zhǔ）軸承外密封的密封（fēng）性能研究並不（bú）多。桑建兵、陳敏等人研究了旋轉軸唇形（xíng）密封圈在不同載荷下的受力情況和密封性能（néng）;於潤生研究了影響Yx形密封圈（quān）密封性能的因（yīn）素，提出了結構優化方案，探討了生（shēng）熱對密封性能的影響（xiǎng）;魯選才等詳（xiáng）細敘（xù）述（shù）了（le）旋轉軸唇形（xíng）密封圈的密封（fēng）機製、影響因素、設計結構（gòu）要點及材料選（xuǎn）取原則;張東葛等利用ANSYS分析了Yx形密封圈在不同工作壓力下的（de）變形與受力情況，找出了Yx形密封圈密封性（xìng）能與結構（gòu）參數之間的變化規律。上述文獻從不同角度、不同層次對旋轉軸唇形密封（fēng）圈這（zhè）一類型進行了研究，但針對盾構機用的壓緊環唇形密封圈的受力狀態與材料屬性、密封性能之間的關（guān）係研究不多。

　　本文作者（zhě）以常見的盾構機主軸承外（wài）密封所用的壓緊環（huán）唇形密封圈為研（yán）究對象，分析盾構機（jī）主軸承外密封結（jié）構采用的唇形密封圈的密封性能（néng），研究在不（bú）同載荷作用下，唇形密封圈接觸壓力與材質的關係，分析了密封圈材質與預緊載荷及抗靜水壓能力間的關係。

　　1、盾構機主軸承外密封結構
　　目前上著名的盾構機廠商對主（zhǔ）軸承的密封均（jun1）采用（yòng）骨（gǔ）架式（shì）唇形密封圈，常見的唇（chún）形密封圈有（yǒu）單唇形密封圈、帶壓緊環唇形密封圈及多唇形密封圈，如圖1所（suǒ）示。

　　本文作者所要研究的壓緊環密封圈安裝示意圖如圖2所示，這是一種常見的盾構機主（zhǔ）軸承外密封結構，密封（fēng）腔被兩道壓緊環（huán）密封圈和兩道唇形密封圈分隔成5個相對獨立的密封腔，每道密封圈由密封隔套隔開（kāi），使其保持良好的安裝位置和密封狀態。在安裝時，通過密封隔套和（hé）外密封壓環壓緊硬（yìng）化橡膠環，使密封圈唇口產生一（yī）定的預壓力，提高密封效果。密封圈的材質不同，這種預壓力的大小也不同，通（tōng）過分析這種預壓力和材質的關係，結合唇形密封原理，研究了適合大埋深盾構機主軸承外密封的密封圈（quān）材（cái）質及其密（mì）封性能。

　　2、唇形密封工作原理
　　唇形密封圈的工作麵為（wéi）唇口，在壓力的作用（yòng）下，唇口與密（mì）封麵緊密貼合，與擠壓型密封圈相比（bǐ）具有更強的自緊作用，壓緊（jǐn）環的使用則進一步加強（qiáng）了這種自緊（jǐn）效果。如圖3所示，當壓緊環唇形密封圈工作時，密封唇與密封襯套（tào）之間的接觸壓力（lì）pw來自於兩個方麵：一是來（lái）自介質壓力，介質壓力pi直接（jiē）作用在唇口上，使密（mì）封唇與密封襯套產生一定的接觸壓力；另（lìng）一方麵來自於壓（yā）緊環的（de）作用。壓緊環在（zài）介質壓力、外密封壓環和密封隔套的作用下（xià），不斷擠入唇形密（mì）封圈的楔（xiē）形口中，對密封唇產生一定的壓力。當接觸壓力pw的Z大值大於介質壓力pi時，密封唇就會堵塞介質泄漏的通道，起到（dào）密封的作用。

　　3、結（jié）論
　　（1）壓緊環唇形密封圈的密封能力與預緊載荷和材質均有關係。當預緊載荷越大，密封圈（quān）硬度值越（yuè）高時，密封麵的接觸壓力就越大，密封能力就越強，就能抵抗更大的外部壓力。

　　（2）對於（yú）大（dà）埋深盾構機主軸承外密封的設計，在材（cái）料方麵，應選擇（zé）高硬（yìng）度值的壓緊（jǐn）環密封圈，必要時可增加壓緊環密封圈的（de）數量;在結構方麵，為了提高壓緊環密（mì）封圈的密封性能，應適當改進密封圈的結構尺寸，增加（jiā）壓緊環（huán）的直徑，保證壓緊環有足夠的預緊行程施加更大的位移載荷，提高密封麵接觸壓力。