盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)故障分析與維修

李 原

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司 設(shè)備分公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

盾構(gòu)是一種融合了機(jī)械、液壓、電氣自動(dòng)化技術(shù)的大型綜合施工設(shè)備，主要應(yīng)用在地鐵隧道工程中，具有施工效率高、安全性顯著等優(yōu)勢(shì)。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是盾構(gòu)核心結(jié)構(gòu)，可為盾構(gòu)提供動(dòng)力轉(zhuǎn)換及輸出。受各類因素影響，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，需要相關(guān)部門結(jié)合這些故障問題發(fā)生原因，制定出專項(xiàng)可行的解決對(duì)策。

1 盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障發(fā)生經(jīng)過

1.1 主軸承運(yùn)行情況及外密封歷史故障

以廣佛環(huán)線S657 與S658 盾構(gòu)為例，盾構(gòu)使用前，對(duì)盾構(gòu)主軸承進(jìn)行了拆機(jī)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)唇形密封環(huán)基本無(wú)磨損，隨即在檢修工廠內(nèi)進(jìn)行了組裝調(diào)試。在運(yùn)行近1 年的時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)S658 盾構(gòu)的齒輪油檢測(cè)粘度增高，齒輪油內(nèi)含有EP2，但雜質(zhì)正常且無(wú)水分。在施工現(xiàn)場(chǎng)排查了外密封泄漏檢測(cè)口，發(fā)現(xiàn)EP2 主要是由主驅(qū)動(dòng)外密封進(jìn)入齒輪油箱中，項(xiàng)目立即對(duì)齒輪油進(jìn)行了更換，并加強(qiáng)了油水檢測(cè)頻率。

在盾構(gòu)運(yùn)行一段時(shí)間后，由于出現(xiàn)了卡盾，脫困期間土倉(cāng)內(nèi)壓力的波動(dòng)較大，最高達(dá)到4.36bar，導(dǎo)致EP2 再次進(jìn)入齒輪油箱內(nèi)，油樣檢測(cè)粘度340，雜質(zhì)正常，并在后續(xù)發(fā)現(xiàn)內(nèi)密封泄漏腔內(nèi)也有EP2（圖1）。

圖1 主驅(qū)動(dòng)外密封

1.2 主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封損壞

檢測(cè)S658 盾構(gòu)齒輪油油樣黏度，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)正常。在推進(jìn)油缸行程達(dá)到1 000mm 時(shí)，土倉(cāng)頂部壓力于3s 內(nèi)自3.7bar 升至4.0bar，行程達(dá)到1 500mm 時(shí)，壓力瞬間升至4.3bar。相關(guān)操作人員判斷掘進(jìn)壓力的控制難度較大，因此將出渣方式由倉(cāng)門更改為板閥。由于板閥突發(fā)異常未能及時(shí)關(guān)閉，出現(xiàn)了涌渣。在停機(jī)檢查過程中，取齒輪油進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)齒輪油內(nèi)部可見泥沙，雜質(zhì)含量超標(biāo)。

由于S658 盾構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)常壓開倉(cāng)更換主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封的要求，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員研究討論，將下行線地面進(jìn)行了加固處理，在加固后進(jìn)行開倉(cāng)更換主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封裝置。更換密封期間，檢查發(fā)現(xiàn)第一道共3 處損壞，第二道1 處損壞，第三道1 處損壞，損壞形式均為密封根部斷裂。

1.3 小齒輪軸承損壞

如圖2、圖3 所示，S658 盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)共11 臺(tái)，小齒軸承分前后端，前后各11 個(gè)軸承。共22 個(gè)軸承。

圖2 3號(hào)前端軸承座

圖3 8號(hào)前端軸承

小齒拆除過程中發(fā)現(xiàn)，3 號(hào)小齒前端軸承散架，看不到完整軸承，8 號(hào)前端軸承內(nèi)圈斷裂，未跟隨小齒同步拆出。其他軸承拆出外觀完整。

前端軸承外圈定位銷共11 個(gè)，其中1 號(hào)、6號(hào)定位銷完整，其他9 個(gè)均有不同程度磨損。定位銷磨損情況如圖4、圖5 所示。

圖4 完整定位銷

圖5 磨損定位銷

1.4 主軸承大齒圈損壞

主軸承大齒圈檢查發(fā)現(xiàn)5 處齒面掉塊（圖6），位置分別是：1、4、11 號(hào)驅(qū)動(dòng)位置分別有一處，3號(hào)驅(qū)動(dòng)位置兩處。還發(fā)現(xiàn)有5處齒面壓痕（圖7），位置分別是：2 號(hào)驅(qū)動(dòng)位置一處，4、5 號(hào)驅(qū)動(dòng)位置分別有兩處。后續(xù)大齒圈著色探傷檢查發(fā)現(xiàn)5處裂紋，位置分別是：1、2、3 號(hào)驅(qū)動(dòng)位置各一處，4 號(hào)驅(qū)動(dòng)位置兩處。

圖6 掉塊

圖7 壓痕

2 盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)維修方案

2.1 維修方案的制定

依照施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，地表加固及驅(qū)動(dòng)小齒輪的拆除工作可以同步開展。由于S657 盾構(gòu)需要推進(jìn)在預(yù)設(shè)加固區(qū)內(nèi)，S658 盾構(gòu)為原地加固形式。兩臺(tái)盾構(gòu)在驅(qū)動(dòng)小齒輪拆除時(shí)存在一定差異。

S657 盾構(gòu)應(yīng)當(dāng)依照地表加固的進(jìn)度進(jìn)行靈活調(diào)整，確保地表加固完成后能夠立即完成掘進(jìn)工作，使小齒輪安裝及拆卸、主驅(qū)動(dòng)密封更換可以同步進(jìn)行。

在拆除小齒輪期間，還需要對(duì)泄漏區(qū)域進(jìn)行反復(fù)、多次清洗，使底部排出的齒輪油各項(xiàng)指標(biāo)合格。

在泄露倉(cāng)清洗完成后，還需要人工清理驅(qū)動(dòng)箱，清洗后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)檢測(cè)，如小齒輪探傷、大齒輪探傷、軸承直徑與軸直徑測(cè)量等。如果檢測(cè)期間發(fā)現(xiàn)大齒輪出現(xiàn)了損壞問題，則需要在大齒輪修復(fù)完畢后，再開始安裝小齒輪。

按順序做好電機(jī)與減速箱拆除工作。做好電機(jī)標(biāo)記，避免在后續(xù)安裝時(shí)流程錯(cuò)誤。注重在拆除期間的接口及管路的防護(hù)工作，要求拆除后使用手拉葫蘆、吊帶等將電機(jī)平穩(wěn)放置在盾構(gòu)的平臺(tái)上。

2.2 主驅(qū)動(dòng)清洗與檢測(cè)

在盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)清洗檢測(cè)前，需要確保泄漏倉(cāng)已經(jīng)清洗干凈，以齒輪油油樣的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。在小齒輪拆除后，還需要對(duì)全部小齒輪以及主軸承進(jìn)行全面清洗，避免雜質(zhì)對(duì)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響。

2.3 主驅(qū)動(dòng)大齒輪圈修復(fù)

結(jié)合大齒輪圈探傷結(jié)果，發(fā)現(xiàn)7 處齒頂?shù)魤K，無(wú)裂紋。9 處壓痕有不通程度裂紋，其中5處較為明顯。裂紋較深的區(qū)域需要委托專業(yè)修復(fù)廠家進(jìn)行修復(fù)處理。

在大齒輪圈實(shí)際修復(fù)過程中，需首先對(duì)承軸箱進(jìn)行防護(hù)，使用面團(tuán)封堵箱內(nèi)裂縫，防止碎屑進(jìn)入到其他小驅(qū)動(dòng)箱。在焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)采用包芯工藝，依照齒輪規(guī)格要求進(jìn)行匹配。

對(duì)修復(fù)完成后的大齒輪圈進(jìn)行全面檢測(cè)。加齒輪油應(yīng)當(dāng)循環(huán)清洗，在油水檢測(cè)結(jié)果合格后更換新齒輪油。

2.4 主驅(qū)動(dòng)密封更換

更換出現(xiàn)損壞的主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封，要求在主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封重新安裝前，應(yīng)當(dāng)清理疏通油脂通道。向內(nèi)密封檢測(cè)孔內(nèi)注入齒輪油，確?？變?nèi)異物可以完全排出。根據(jù)磨損情況，開會(huì)討論后對(duì)跑道進(jìn)行了調(diào)整，外移8mm。密封安裝全程由設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行，項(xiàng)目人員盯控安裝質(zhì)量。

3 原因分析

3.1 內(nèi)密封損壞原因分析

掘進(jìn)時(shí)土倉(cāng)壓力波動(dòng)過大，出渣時(shí)由于板閥突發(fā)異常未能及時(shí)關(guān)閉，出現(xiàn)了涌渣20m3左右，倉(cāng)內(nèi)壓力由4.3bar 降至2.3bar 的現(xiàn)象；掘進(jìn)時(shí)有5 個(gè)電機(jī)未使用（共11 個(gè)電機(jī)），主驅(qū)動(dòng)溫度偏高。

結(jié)合以上情況分析導(dǎo)致造成主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封損壞的原因可能有3 點(diǎn)。

1）主驅(qū)動(dòng)運(yùn)行過程中溫度過高時(shí)，容易導(dǎo)致密封粘結(jié)強(qiáng)度下降而開膠。

2）倉(cāng)內(nèi)壓力波動(dòng)過大，壓力突然下降，密封背部壓力突然喪失，導(dǎo)致泥沙在前端土壓作用下進(jìn)入密封，使密封產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。

3）密封質(zhì)量不合格，導(dǎo)致橡膠過早老化、開膠。

3.2 小齒輪軸承損壞原因分析

小齒輪軸承損壞的原因可能有4 點(diǎn)。

1）安裝時(shí)前端軸承外圈定位槽與軸承座定位銷錯(cuò)位，導(dǎo)致軸承外圈與定位銷卡死，軸承滾珠受徑向力，導(dǎo)致軸承損壞。

2）軸承定位槽寬度為13mm，定位銷直徑為10mm。定位銷在槽內(nèi)有3mm 活動(dòng)空間，刀盤左右換向過程中，軸承外圈定位槽來回撞擊定位銷，造成定位銷損壞。

3）小齒輪支撐軸承偏載，導(dǎo)致軸承滾珠接觸面單側(cè)出現(xiàn)壓痕。

4）因主驅(qū)動(dòng)密封損壞，齒輪箱進(jìn)入泥沙，軸承滾珠黏附泥沙，造成小齒軸承損壞。

4 結(jié)論

總而言之，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行期間的平穩(wěn)性與高效性可直接影響到盾構(gòu)整體運(yùn)行效果。為從根本上提高主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)維保水平，需細(xì)致分析現(xiàn)存于主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的故障問題發(fā)生原因，結(jié)合此些原因優(yōu)化維保方案，降低主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障發(fā)生幾率，使地鐵隧道工程能夠始終趨向于高質(zhì)高效化開展。