盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動及刀盤管路優(yōu)化措施探析

關(guān) 川

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

近年來，國內(nèi)交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，隧道開挖技術(shù)進(jìn)展較快。盾構(gòu)機(jī)作為集液壓、電氣、機(jī)械為一體的機(jī)械操作設(shè)備，具有安全、快速、高性能等諸多優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各類隧道工程，主驅(qū)動是其核心工作部件，為設(shè)備工作的動力輸出和轉(zhuǎn)換。在實(shí)際施工過程中，盾構(gòu)機(jī)經(jīng)常會因?yàn)楦黝愒虬l(fā)生主驅(qū)動及刀盤管路故障，影響其工作效率?；诖?，對盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動及刀盤管路常見故障進(jìn)行介紹，分析故障原因及優(yōu)化措施，以確保工程施工的順利完成。

1 常見故障及原因

1.1 補(bǔ)油泵出口壓力不足

實(shí)際施工過程中，由于溢流閥未設(shè)定壓力、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電磁換向閥卡死等原因，會導(dǎo)致補(bǔ)油泵壓力不足。針對上述問題，可采用由簡至繁的排除法：確認(rèn)泵體轉(zhuǎn)向標(biāo)識正確后，檢查電磁閥的插頭是否有電壓；在電磁插頭持續(xù)得電的基礎(chǔ)上，檢查其控制程序、連接方式等；檢查溢流閥所設(shè)置的壓力，包括關(guān)閉泵出口閥、調(diào)整螺釘旋轉(zhuǎn)位置等；最后對電磁轉(zhuǎn)換向閥進(jìn)行拆解清洗。

1.2 補(bǔ)油泵啟動異常

補(bǔ)油泵啟動異常的原因有電機(jī)軟啟動設(shè)置錯誤、電磁轉(zhuǎn)向閥電力不足、轉(zhuǎn)換閥卡死等。針對上述原因，首先要檢查電機(jī)軟起動設(shè)置，將軟啟動設(shè)定于合適、合理的參數(shù)范圍內(nèi)；其次，檢查電磁閥電磁插頭電壓情況，一旦發(fā)現(xiàn)啟動電壓不足則應(yīng)檢查其控制程序、連接方式；最后要排除電磁閥卡死的可能。

1.3 主驅(qū)動內(nèi)密封泄漏

土倉噴泡沫壓力不足會引起土倉內(nèi)渣土回管、出現(xiàn)泡沫管堵塞，在拆開泡沫管清洗時很容易導(dǎo)致泥漿水流入主驅(qū)動回轉(zhuǎn)體內(nèi)，進(jìn)而引發(fā)主驅(qū)動內(nèi)密封泄漏。另外，刀盤運(yùn)行時對回轉(zhuǎn)體主驅(qū)動密封進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)密封泄漏處有潤滑油滲出?？傊?，齒輪潤滑油減少源自于密封不嚴(yán)，可以檢查吊盾構(gòu)密封性，以便決定是否采用質(zhì)量更好的內(nèi)唇型密封。

更換內(nèi)密封時需要注意：首先要擦干凈密封，取出唇型密封里彈簧，避免因?yàn)閺椥赃^硬而摩擦兩邊的接觸面，將密封圈唇型面向里，將自制橡膠塊平穩(wěn)、順暢頂進(jìn)去；其次，安裝壓條，在橡膠塊平穩(wěn)推進(jìn)去的同時，平穩(wěn)推壓條，直到滿足密封要求；再次，安裝外密封裝置時，不要去掉彈簧，唇型向外安裝，避免回轉(zhuǎn)體外雜物、水蒸汽的進(jìn)入，而后壓緊壓條；然后，用黃油封住油孔，要讓主驅(qū)動對應(yīng)點(diǎn)外能看到外溢的黃油；最后，對主驅(qū)動的大齒輪箱進(jìn)行耐壓密封試驗(yàn)，確保萬無一失。

1.4 管片拼裝系統(tǒng)問題

在實(shí)際施工過程中，管片拼裝常見故障是拼裝機(jī)的提升油缸出現(xiàn)回縮或伸出，操作者很難準(zhǔn)確定位故障的具體位置，進(jìn)而影響后屈管片的拼裝質(zhì)量。實(shí)際上最常用的故障排查方法是排除法：控油缸油路平衡閥堵塞是引發(fā)此類故障最主要的原因，可以通過及時更換平衡閥閥芯來解決問題；油缸本身內(nèi)泄也會產(chǎn)生同樣的問題，如果更換平衡閥閥芯后故障依然存在，則應(yīng)進(jìn)行內(nèi)泄檢查。

1.5 密封滑環(huán)磨損

在拆檢盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動的過程中，發(fā)現(xiàn)密封滑環(huán)、唇型密封接觸面有明顯的環(huán)狀摩擦耗損。根據(jù)主驅(qū)動密封滑環(huán)唇型密封的分布位置，密封滑環(huán)可大致分為內(nèi)、外密封滑環(huán)兩類。由于內(nèi)密封處油壓小、無外部壓力，受力狀態(tài)相對均勻，一般不會出現(xiàn)大的磨損。而外密封滑環(huán)磨損通常出現(xiàn)在最前側(cè)，一方面與前側(cè)需承受開挖艙土壓有關(guān)，另一方面與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)：外密封滑環(huán)唇口型較大，緊密連接于密封滑環(huán)上，滑環(huán)需要承受較大的徑向壓力，加劇磨損；為保障密封效果，密封接觸面需要加注HBW油脂，而油脂內(nèi)不可避免會有纖維、金屬顆粒、雜質(zhì)等，在相對密封的空間內(nèi)，兩個接觸面相互接觸、反復(fù)摩擦，也會加劇磨損。在設(shè)計(jì)過程中，外密封滑環(huán)應(yīng)留有一定的調(diào)整空間，采用緊固螺栓、頂絲螺栓配合，調(diào)整滑環(huán)、密封唇口接觸位置?？梢栽诙軜?gòu)機(jī)開挖1 km 后，檢查其外密封環(huán)，以調(diào)整接觸面之間的空間。

1.6 齒輪油系統(tǒng)報警

盾構(gòu)調(diào)試或不同品牌盾構(gòu)運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)齒輪油系統(tǒng)發(fā)放脈沖增多，傳出報警信號，進(jìn)而導(dǎo)致刀盤無法轉(zhuǎn)動。脈沖傳感器設(shè)置有下限值，一旦發(fā)出報警信號則說明齒輪油系統(tǒng)運(yùn)行異常，此時齒輪潤滑效果下降，各部分之間失去正常的嚙合關(guān)系同時摩擦熱量增加，很容易出現(xiàn)損壞。導(dǎo)致破壞原因主要有：

（1）油溫過低，齒輪油黏度加大，導(dǎo)致濾過器工作條件偏離原有的設(shè)定范圍、無法達(dá)到原有的理論流量，因此在溫度較低環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)做好齒輪油潤滑防護(hù)，可添加相應(yīng)的加熱設(shè)備。

（2）齒輪油內(nèi)有一些異物，過濾過程極易堵塞濾過器，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況分析，異物多源自于齒輪油加注過程中，清潔度不足。

（3）裝配過程中涂抹的平面封膠過硬也會影響齒輪工作。

1.7 密封及潤滑油品檢查

由主軸承唇形密封結(jié)構(gòu)可以看出，前三道密封通過EP1 潤滑，其與最后一道密封背靠背裝配，最后一道前部腔體內(nèi)注入HBW，能有效防止土艙土體進(jìn)入，預(yù)防各類損壞；背部腔體通過輔助油箱注入齒輪油，以清理主軸密封腔體內(nèi)雜質(zhì)，確保良好的密封效果。但在施工過程中，齒輪油循環(huán)壓力較大，前部腔體內(nèi)HBW 在未完全充滿腔體的情況下很有可能沖開密封，導(dǎo)致溢出。而HBW 不充滿腔體，又會失去其密封保護(hù)作用，導(dǎo)致在開挖過程中土艙土體很容易進(jìn)入主軸承內(nèi)、損壞主軸承。

2 優(yōu)化措施

2.1 預(yù)留調(diào)整空間

在設(shè)計(jì)過程中，可以通過頂絲螺栓、緊固螺栓兩者之間的配合，在外密封滑環(huán)之間預(yù)留一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)整空間，以調(diào)整滑環(huán)、密封唇之間的接觸位置。一般來說，盾構(gòu)每開挖1 km，就需要檢查近端外密封滑環(huán)，以確定是否需要調(diào)整其空間。

2.2 調(diào)整油溫

在溫度低或環(huán)境溫度低的區(qū)域，應(yīng)做好齒輪油潤滑溫度防護(hù)措施：通過設(shè)置相應(yīng)的加熱設(shè)備、升溫設(shè)備等來提升齒輪油溫；通過添加少量液壓油等方式降低油黏度，如果條件允許要定期對油樣進(jìn)行檢測。有研究指出，海瑞克EPB6280 的應(yīng)用，能有效降低油溫過低而導(dǎo)致的不良效果。針對齒輪油存在異物的情況，應(yīng)盡可能選擇純度高、清潔度高的油品，防止齒輪在運(yùn)行過程中出現(xiàn)堵塞。

2.3 調(diào)整泵出口壓力

針對泵出口壓力不足的問題，有研究提出，可通過調(diào)整泵出口壓力，使其降低至HBW 能夠順利從主軸承刀盤法蘭盤中溢出。另外，油箱內(nèi)液壓降低，做好油品的補(bǔ)充，當(dāng)油顏色發(fā)生改變時更換新油品。在施工過程中，確實(shí)存在主軸承油油箱檢查滯后而導(dǎo)致主軸承損壞的情況，可以通過油品顏色的檢測來確定驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)齒牙是否斷裂。

2.4 篩選優(yōu)質(zhì)材料

為了滿足盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動工作要求，如在開挖過程中承受多種受力情況下不發(fā)生彎曲、開裂等，設(shè)備要具有良好的承受抗壓力、抗沖擊力等。為保證保管內(nèi)壁的清潔、無腐蝕等，設(shè)備應(yīng)采用通過特殊處理的GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)處理的無縫管，這樣不僅使盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動及刀盤能符合上述要求，還能實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價值。

2.5 盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動和刀盤管路部件優(yōu)化

根據(jù)GB/T 8163—2018，標(biāo)準(zhǔn)化無縫管經(jīng)過正火、淬火、回火處理，經(jīng)過機(jī)械保壓測試試驗(yàn)、最小曲率半徑試驗(yàn)，結(jié)果達(dá)到理想預(yù)期要求。實(shí)際需求的管子進(jìn)行熱彎曲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不僅能夠達(dá)到兩個火的彎曲性能，同等條件下具有最小曲率半徑；同時，鋼管的回火、酸洗磷化及管內(nèi)外清潔處理，增加了鋼管保存時間，還能有效杜絕鋼管的二次生銹。符合GB/T 8163—2018 標(biāo)準(zhǔn)的無縫管不僅能確保使用質(zhì)量，而且比同類的高壓油管更經(jīng)濟(jì)、性價比更高。

3 小結(jié)

作為盾構(gòu)機(jī)最核心的部件，主驅(qū)動是盾構(gòu)機(jī)正常運(yùn)行的動力源泉。在施工過程中，除了要積極開展各類檢測維修，及時發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)工作過程的中各類故障，還預(yù)防盾構(gòu)實(shí)際施工過程中各類事故的發(fā)生。另外，要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配等方面進(jìn)行合理控制，確保盾構(gòu)整體工作質(zhì)量，防止因主驅(qū)動失效而引發(fā)重大損失。更為重要是，在盾構(gòu)驅(qū)動、刀盤管路的設(shè)計(jì)過程中，要把控好管道加工、焊接過程、裝配過程，歷經(jīng)數(shù)次試驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)問題，洞悉原因、提出優(yōu)化措施。這樣才能為提高機(jī)械設(shè)施性能，優(yōu)化盾構(gòu)機(jī)相關(guān)管路，有效預(yù)防主驅(qū)動故障，確保工程施工的順利完成，提供理論依據(jù)和實(shí)踐借鑒意義。