盾構主軸承迷宮密封系統(tǒng)改進及思考

張 凱/ZHANG Kai

(中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450000)

隨著城市地鐵建設的高速發(fā)展，盾構法施工被廣泛應用。盾構主軸承是盾構的核心部件，起著支撐刀盤并使之回轉(zhuǎn)破巖的作用[1]。如果主軸承迷宮密封系統(tǒng)不能正常工作，會造成土倉泥沙進入主軸承，并導致主驅(qū)動箱齒輪油污染，主軸承和主驅(qū)動齒輪副磨損，盾構停機等問題。這樣就需要開挖豎井修復主驅(qū)動，工程量大，費用高，工期長。因此，確保主軸承迷宮密封系統(tǒng)正常工作具有重要意義。

國內(nèi)盾構掘進過程中，出現(xiàn)主軸承迷宮密封系統(tǒng)HBW內(nèi)密封和外密封流量分配器記數(shù)少于正常值的情況，經(jīng)過4～5h拆洗流量分配器，并且采用單獨1min注入內(nèi)密封，單獨1min注入外密封控制方法，流量分配閥的記數(shù)基本達到正常值。一周后，再次出現(xiàn)流量分配閥記數(shù)少于正常值現(xiàn)象，通過拆洗流量分配器，次數(shù)仍然少于正常值，經(jīng)檢查管路，發(fā)現(xiàn)在進入刀盤回轉(zhuǎn)中心的管路中存在HBW油脂結塊的情況。此外發(fā)現(xiàn)流量分配器的滾針軸承表面粘附HBW油脂纖維，軸承不能滾動。因此需對主軸承迷宮密封系統(tǒng)與國內(nèi)HBW油脂進行深入研究。

1 盾構主軸承和回轉(zhuǎn)中心的密封形式

1.1 盾構主軸承的密封形式

盾構主軸承的密封形式如圖1所示，內(nèi)外迷宮密封采用HBW油脂密封；在第一道和第二道密封之間采用EP2油脂密封；在第二道和第三道密封之間采用齒輪油密封；第三道和第四道密封之間為空腔，主要檢測主驅(qū)密封是否磨損。

圖1 盾構主軸承的密封形式

1.2 盾構刀盤回轉(zhuǎn)中心密封形

盾構刀盤回轉(zhuǎn)中心結構如圖2所示，改進前的刀盤回轉(zhuǎn)中心迷宮密封采用HBW油脂密封；改進后的刀盤回轉(zhuǎn)中心迷宮密封采用EP2油脂密封。改進前和改進后的刀盤回轉(zhuǎn)中心迷宮密封在第一道和第二道密封之間以及第二道和第三道密封之間采用EP2油脂密封。

2 故障原因分析及改進

2.1 管路堵塞分析及改進

2.1.1 HBW油脂品質(zhì)不穩(wěn)定

圖2 改進前后刀盤回轉(zhuǎn)中心密封脂注入

HBW是采用基礎油、復合稠化劑和添加劑組成的。在主軸承迷宮系統(tǒng)脈沖次數(shù)少于正常值的現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)項目采用國內(nèi)某品牌HBW油脂，品質(zhì)不穩(wěn)定。如圖3、4所示HBW油脂在管路中易出現(xiàn)油與油脂中的纖維離析，纖維部分就會在管路逐漸積聚，所以造成進入盾構刀盤回轉(zhuǎn)中心HBW輸送管路堵塞，造成整個流量分配器同軸齒輪卡死，導致流量分配器記數(shù)少于正常值。

圖3 接頭堵塞情況

圖4 管路堵塞體

2.1.2 優(yōu)化主軸承迷宮密封系統(tǒng)的管路

改進方案如圖5所示，圖5a和圖5b都采用HBW油脂，其中對刀盤回轉(zhuǎn)中心密封迷宮管路進行改進。圖5a原主軸承迷宮密封系統(tǒng)流量分配器采用5聯(lián)規(guī)格，圖5b改進主軸承迷宮密封系統(tǒng)流量分配器采用4聯(lián)規(guī)格。經(jīng)過優(yōu)化后的主軸承迷宮密封系統(tǒng)，盾構刀盤回轉(zhuǎn)中心迷宮密封使用注入EP2來替換HBW油脂。既可以解決油脂離析造成的堵塞管路，又可以減少施工成本。

圖5 改進前與改進后主軸承迷宮密封系統(tǒng)內(nèi)密封的對比

2.2 流量分配器的螺栓連接方式

原流量分配器通過很多節(jié)短螺栓使單位分配器之間相互連接，在工地現(xiàn)場拆解復雜費時，現(xiàn)在改進后的流量分配器采用螺栓整體連接，拆解時只需松掉流量分配器兩側(cè)的螺母，就可以拆解整聯(lián)流量分配器（圖6）。這樣可使拆解時間縮短2h，如果HBW油脂纖維堵塞流量分配器，就可以快速拆解和清洗流量分配器，保證盾構正常施工。

圖6 改進前與改進后主軸承迷宮密封系統(tǒng)內(nèi)密封的對比

2.3 滑動軸承代替滾針軸承

通過拆解流量分配器發(fā)現(xiàn)滾針式軸承容易被HBW黑油脂填滿造成軸承支撐架和滾針自身不能轉(zhuǎn)動，如圖7所示。經(jīng)過柴油清洗軸承，發(fā)現(xiàn)軸承的滾針已經(jīng)磨損（圖8）。

圖7 清洗前滾動軸承狀態(tài)

圖8 清洗后滾動軸承狀態(tài)

如表1所示，對滾動軸承和滑動軸承進行比較，針對國內(nèi)HBW油脂不穩(wěn)定的現(xiàn)狀選用滑動軸承。由于滑動軸承具有無吸水、油性，熱膨脹系數(shù)小，散熱性好，尺寸穩(wěn)定，不易造成軸承堵塞；靜動摩擦系數(shù)接近，可以消除低速下的爬行；在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜，起到防止磨軸、咬軸的現(xiàn)象；拆裝方便，不需要過高的預緊力。

3 結 語

通過對主軸承迷宮密封系統(tǒng)和國內(nèi)HBW油脂進行研究分析得出兩點結論:第一，國產(chǎn)HBW油脂品質(zhì)不穩(wěn)定，易造成管路堵塞。第二，原流量分配器的滾動軸承易被HBW油脂堵塞，并且拆洗原流量分配器耗時耗力。經(jīng)過改進,原刀盤回轉(zhuǎn)中心迷宮密封注入HBW油脂改為EP2，既可以防止了油脂堵塞，又起到潤滑密封作用；原流量分配器的滾針軸承改為滑動軸承，避免HBW油脂纖維阻塞軸承架，提高軸承的滾動性；原流量分配器螺栓連接形式，由單組分別連接，改為螺桿整體連接，縮短拆洗時間。通過以上3點改進減少主軸承迷宮系統(tǒng)故障率。

表1 滾動軸承與動壓滑動軸承比較[3]

[1]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]莊欠偉，龔國芳，楊華勇.盾構推進系統(tǒng)分析[J].液壓氣動，2004，(4)：11-13.

[3]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]陳閩杰，劉小波，賀石中.大型盾構主軸承潤滑故障診斷與對策[J].潤滑與密封，2010，(3)：113-117.