盾構主驅動密封潤滑油脂供應系統改進

江 旭/JIANG Xu

(廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510635)

盾構主驅動密封潤滑油脂供應系統改進

江 旭/JIANG Xu

(廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510635)

[摘 要]針對現有盾構主驅動密封系統的不足，在原裝機主驅動密封潤滑油脂系統的基礎上進行改進，研究復雜工況下如何確保主驅動外密封完好。

[關鍵詞]盾構主驅動；外密封；潤滑油脂系統；油脂倉壓力；泥水壓力；油脂管理

盾構主驅動性能的好壞直接影響盾構掘進效率，主驅動損壞更會導致盾構無法掘進，帶來嚴重后果。主驅動的損壞常從外密封的失效開始，因其直接與倉內帶壓力的泥水或泥土相通，一旦泥砂突破外密封圈進入到主驅動內部，將導致大齒輪圈、小齒輪、軸承等的磨損，從而導致主驅動部件損壞，所以掘進過程中必須特別注意對主驅動外密封的保護。

1 工程背景及主驅動結構

本次進行主驅動密封潤滑油脂供應系統改進的盾構，主驅動已累計運行5 735h，盾構功能齊全，性能完好。本區間隧道長1 620m，隧道范圍內較多地段穿越全、強風化巖層，部分地段穿越中、微風化巖層；地質情況復雜，對主驅動性能考驗較大。主驅動用螺栓固定在前盾上，采用3軸滾柱軸承支撐，外圈密封采用重型加強緣的3排帶有迷宮圈的唇型密封系統，第一道密封圈與第二道密封圈之間注入EP2黃油脂，主要有兩個作用，一是往外擠出油脂抵擋土倉內泥水壓力，二是潤滑密封圈和外圈密封襯套，減少密封圈和襯套之間的摩擦磨損。主驅動結構剖面及油脂通道如圖1所示。

圖1 主驅動結構剖面及油脂通道圖

2 盾構掘進過程中主驅動使用狀況

盾構始發之前，對主驅動密封進行檢測，主驅動密封完好，性能滿足使用要求。盾構在始發調試時，主驅動齒輪油間斷出現流量為0的情況，導致刀盤無法轉動，在盾構破除連續墻進行試掘進10cm時，齒輪油流量經常為0。取主驅動齒輪箱齒輪油，檢查發現，齒輪油顏色異常，呈深黃褐色，初步判斷齒輪油已乳化，懷疑齒輪箱齒輪油中混入EP2黃油和其它雜質。

取齒輪油送檢，送檢油樣3份，分別為主驅動OAX3口處油樣、齒輪油泵濾芯處油樣、新320#齒輪油，進行油樣對比檢測，以便檢測出變質齒輪油所含雜質。經檢驗，OAX3口處油樣數據異常項目為：水分含量為1．1%(v/m)、硅含量為35mg/kg；齒輪油泵濾芯處油樣數據異常項目為：水分含量為0．6%(v/ m)、硅含量為35mg/kg；而正常情況下該兩項目上限參考值為：水分含量為0．2%(v/m)、硅含量為30mg/ kg。據此判斷，油樣中水分和硅元素含量超標。

對主驅動進行詳細檢查，檢查其漏油檢測口，從漏油檢測口流出少量水，約90mL，無黃油和泥沙。隨后，向左、向右轉動刀盤各20min，速度2．0r/min，然后停轉刀盤，運行齒輪油泵3小時左右，停機檢查磁濾芯和油泵出口濾芯。經檢查，磁濾芯處有少量鐵屑，油泵出口濾芯含有少量油漆末和少量黃油。

經油樣分析和現場的仔細檢查，判斷主驅動外密封完好，水和鐵屑的產生是由于主驅動返廠維修后加注齒輪油不滿在現場存放過程中水汽進入而導致的，少量黃油是主驅動維修過程中涂抹的以及主驅動內密封注入黃油過多導致的，盾構可繼續掘進，但應密切關注主驅動及齒輪油、黃油和漏油檢測口的情況。

3 對主驅動進行改進

3.1 盾構現有主驅動密封潤滑油脂供應系統

盾構現有主驅動密封潤滑油脂供應系統如圖2所示，1#臺車上IST氣動黃油泵將EP2潤滑黃油脂泵送至VOGEL黃油分配泵，再經由帶脈沖傳感器的油脂分配閥分配至主驅動外密封系統。主驅動系統的油脂分配閥分出6根油脂管，分別連接到主驅動油脂腔FA1～FA6油脂注入口。

圖2 盾構主驅動現有油脂供應系統

FA1～FA6油脂注入口注入的密封潤滑油脂進入油脂腔，油脂腔由兩道密封組成（圖1），第一道密封唇口朝外指向刀盤，主要起到抵抗外部泥水壓力的作用；第二道密封唇口與第一道密封唇口方向一致也是朝外，防止黃油脂進入LA1～LA4漏油檢測腔，也即若第二道密封損壞，黃油脂進入漏油檢測腔，通過漏油檢測腔，就能夠判斷第二道密封失效；正常情況下，黃油脂進入FA1～FA6黃油腔后，在黃油分配泵供油壓力的作用下，從油脂腔第一道密封擠出進入土倉，油脂擠出抵抗外部泥水進入，從而起到密封、潤滑和抵抗外部泥水壓力的作用。

3.2 主驅動密封潤滑油脂系統進行改進

鑒于主驅動的現狀，為確保主驅動在掘進過程中完好，對現有主驅動密封潤滑油脂系統進行改進，增加可調的黃油供應量，即根據需要由小到大進行調節，由一臺黃油泵、壓力表、單向閥、球閥和管路組成，如圖3所示，從新增的黃油泵出口，順管路加裝0～400bar壓力表，然后一分為四條管路，每條管路上設置單向閥和手動球閥，在現有主驅動密封潤滑油脂系統FA1、FA2、FA5、FA6油脂注入口處與原系統4條管路匯合后注入油脂腔，并且在FA2和FA6入口處增加0～6bar壓力表來檢測油脂壓力。

新增黃油分配泵的目的是增大油脂腔的供油量和油脂壓力，更好地形成油脂外擠效應，通過油脂充分擠出，抵消外密封所承受的外部泥水壓力，并充分潤滑密封，以保護主驅動外密封完好。

圖3 改進后的主驅動密封潤滑油脂系統

在改進系統使用前，需判定現有系統的油脂供應情況，然后啟用改進后的主驅動密封潤滑油脂系統，若改進的系統使用后，油脂腔壓力增大，則改進后的主驅動密封潤滑油脂系統通過增大油脂腔壓力，能起到加強對主驅動密封的保護作用，更好地保護主驅動。

3.3 改進后的實用效果

主驅動密封潤滑油脂系統改進前，實測記錄了現有主驅動密封潤滑油脂系統相關數據：油脂腔FA6點壓力為0．2MPa，FA2點壓力為0．3MPa。主驅動密封潤滑油脂系統改進后，由小到大調節油脂供應量，油脂腔FA6點壓力從0．2MPa逐漸增大，FA2點壓力從0．3MPa逐漸增大，繼續增加油脂供應量，FA6點壓力增大到0．37MPa后不再變化，FA2點壓力增大到0．46MPa后不再變化。

實測數據表明：主驅動密封潤滑油脂系統改進之后，油脂腔FA6點壓力為0．37MPa、FA2點壓力為0．46MPa時，油脂腔填充飽滿密實，形成油脂外擠效應，此時依靠的是油脂的外擠作用抵抗外部泥水壓力，唇口朝外的外密封圈根據設計理念朝外張開，密封圈與外圈密封襯套之間填充有壓力黃油，壓力黃油外擠抵抗外部泥水壓力，密封圈不承受泥水壓力，并且受到良好的油脂潤滑。而在主驅動密封潤滑油脂系統改進之前，油脂腔FA6點壓力為0．2MPa，FA2點壓力為0．3MPa，此時油脂腔并未填充飽滿，外密封圈和襯套之間的潤滑效果差，且由于不能形成油脂腔壓力，油脂外擠效果差，密封圈承受外部泥水壓力，唇口朝內壓緊在外圈密封襯套上，加劇外密封圈和襯套之間的磨損，極易導致外密封系統的損壞，進而導致主驅動的損壞。

4 結 語

主驅動外密封在掘進過程中時刻承受外部泥水壓力，密封一旦失效，會導致主驅動損壞，將引起嚴重后果。隧道掘進過程中，基本不具備條件進行主驅動的維修。所以掘進過程中一旦主驅動外密封潤滑油脂系統不能滿足使用要求，必須對系統進行改進，確保主驅動不受損害。

通過本文所述方法，對主驅動密封潤滑油脂系統進行改進，增加主驅動密封潤滑油脂供應量，建立并維持油脂腔壓力，依靠油脂外擠作用抵抗外部泥水壓力，同時密封圈和襯套受到良好的潤滑，外密封和主驅動能夠得到很好的保護，滿足盾構掘進需要。本方法的初始應用雖基于特定型號的盾構，但其理念和實現方式同樣適用于其它類型盾構，可推而廣之。

（編輯 吳學松）

Shield main driving seal lubrication oil supply system improvement

［中圖分類號］TU621

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)12-0057-03

［收稿日期］2015-10-25