盾構主軸承再制造技術

張佳興/ZHANG Jia-xing

（中鐵隧道局集團有限公司 專用設備中心，河南 洛陽 471009）

近年來，國內地鐵及城市綜合管廊施工里程逐年攀升，作為施工的主要設備，盾構發揮著越來越大的作用，國內盾構保有量已超過2 000臺套。盾構適用性較為單一，基本以工程設計為依據進行設計，不具備普遍適用性，數量的增多造成部分盾構閑置，不利于開展低碳環保施工。近年來部分制造及施工企業開展了盾構及零部件的再制造工作，一定程度上化解了盾構閑置狀況，開展再制造工作即使再制造后的設備達到或超越原機性能。主軸承是盾構的核心部件之一，其承受施工過程中的沖擊力和扭矩，主軸承的使用壽命在一定程度上決定了盾構的使用壽命。由于盾構施工工藝不可退的特殊性，如果主軸承部件發生故障，需要臨時施做豎井將主軸承部分吊到地面才能進行修復，周期長、費用高、影響大，對項目工期和企業信譽造成很大影響。

針對盾構再制造過程中主軸承的修復，大部分企業根據主軸承檢測情況選擇新制或更換部分零部件，新制主軸承及更換部分零部件不符合綠色再制造的原則，且新制成本較高，工期較長，不利于現場施工，更換部分零部件生產成本較低，但生產廠家利潤低、主動性差，經常造成工期延誤現象。

因此對盾構再制造而言，主軸承再制造的成敗直接影響著整個再制造項目的成敗。

1 設備使用及檢測情況

1.1 使用情況

中鐵隧道局集團有限公司保有的中鐵某號盾構于2010年10月購置并投入使用，截至目前已完成3個項目5個區間的掘進施工任務，累計掘進里程達8 102.36m，使用情況見表1。

表1 中鐵某號盾構使用情況

1.2 檢測情況

軸承的主要檢測項目包括：外觀檢查、硬度檢查、淬硬層深度檢查、 磁粉探傷、保持架檢測、滾子檢測等。按照JB/T 2300-2011 《回轉支承》中“6.1 總成裝配精度的測量”的要求進行檢測。

拆檢前用煤油清洗軸承外表面，去除油污、灰塵等污垢，拆檢后發現，測量時避開銹蝕嚴重、有凹坑的位置。軸承表面有部分銹蝕，污痕，軸承可以正常轉動，部潤滑油顏色發褐黃色，摻有少許黑色泥狀物，保持架完好，可正常使用，整個軸承外徑橢圓變形值0.13mm，內徑橢圓變形值0.155mm。同時對軸承套圈的材質、滾道的硬度和淬硬層深度、淬火面磁粉探傷、保持架間隙等項目進行了檢查。利用百分表檢測旋轉精度結果如表2所示。

表2 旋轉精度檢測表

檢測前用煤油清洗滾子，密封條去除油污、灰塵等污垢，對每一粒滾子進行圓度檢查，從而確定其成組的相互差。并且對每一粒滾子進行 磁粉探傷檢查，確認其表面和近表面是否存在裂紋。絕大部分滾子表面有嚴重的磨損和壓坑情況。檢測結果如表3所示。

2 再制造方案

各套圈的軸向滾道、徑向滾道大部分有壓坑、劃痕的情況，此處會成為以后滾道過早出現疲勞的剝落源。而軸承的徑向游隙為0.45mm，此值偏大，在軸承的使用過程中會引起軸承較明顯的震動。根據檢測結果確定如下再制造方案.

2.1 修磨滾道

1）加工設備：MGK28330立式數控磨床。

2）找正精度：0.03mm。

3）修磨外圈軸向滾道、引導面、徑向滾道、徑向滾道臺階，保證軸向滾道里外差不大于0.01mm，徑向滾道錐度不大于0.01。

4）修磨第二外圈軸向滾道、引導面，保證軸向滾道里外差不大于0.01mm。

5）修磨內圈主推力滾道、引導面：徑向滾道、副推力滾道、引導面；保證軸向滾道里外差不大于0.01mm，徑向滾道錐度不大于0.01。

表3 軸承滾子檢測結果

6）修磨外圈、第二外圈的貼合面保證軸承的軸向游隙滿足使用要求。

7）修磨外圈、內圈徑向滾道，保證軸承的徑向游隙滿足使用要求。

2.2 保持架、密封條處理

1）保持架清洗干凈后，正常使用。

2）密封條清洗干凈后，正常使用。

2.3 滾子處理

1）修磨?80×80滾子，保證成套滾子相互差合格。

2）修磨?40×40滾子，保證成套滾子相互差合格。

3）更換一套新的?40×60滾子，保證徑向游隙合格。

2.4 齒面和安裝孔處理

對齒面和安裝孔的銹蝕進行打磨處理。

2.5 裝 配

1）裝配前，對各套圈進行全面MT探傷檢查，確保無裂紋。

2）對各套圈和附件進行清洗。

3）按照裝配圖紙的要求對軸承進行組裝。

4）按照《軸承成套檢查》的要求檢驗成套軸承旋轉精度。

3 驗收標準

1）軸向游隙：0.07～0.18mm，徑向游隙0.1～0.18mm。

2）旋轉精度：內圈端面跳動≤0.05mm，內圈徑向跳動≤0.25mm。

3）各套圈各軸向滾道形位公差達到：平面度不超過0.08mm，傾斜度不超過0.015mm，平行差不超過0.03mm；各套圈各徑向滾道形位公差達到：橢圓度不超過0.04mm，錐度不超過0.01，跳動不超過0.04mm。

4）返修后的各滾道硬度不低于55HRC，主推力滾道硬化層深度不低于6mm，徑向滾道硬化層深度不低于5mm，副推力滾道硬化層深度不低于4.5mm。

5）滾子表面粗糙度Ra0.20，分組差0.005mm，滾道面形狀輪廓參照原進口件。

6）套圈滾道表面和滾子滾動面經磁粉探傷不允許有裂紋。

4 試驗及對比分析

修復后的主驅動密封跑道安裝在原中鐵某號盾構上，在礫砂、圓礫、素填土、強風化、中風化泥質粉砂巖地層進行掘進，在同標段另一區間掘進的是中鐵某號新盾構掘進情況參數對比見表4，根據表4分析可知，2臺盾構掘進情況外部條件基本一致，在掘進2.13km拆機檢測后發現，再制造的盾構主軸承機況較全新盾構主軸承機況較優，兩臺設備滾子、保持架及內外圈磨損情況基本一致，初步判斷修復后的盾構主軸承基本達到新機標準。

表4 盾構掘進參數對比表

5 結論與討論

目前對盾構進行再制造的企業比較多，再制造的標準不盡相同，主軸承作為支撐盾構刀盤的主要承載部件，承擔著盾構運轉過程中的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件，加工及安裝精度高，制作難度大，在施工中不可維修。所以盾構再制造過程中作為盾構核心部件主軸承卻為重中之重，直接新購主軸承，不利于再制造技術綠色發展。本文依托中鐵某號盾構再制造項目，成功地對盾構主軸承進行再制造，通過本次再制造得到如下結論。

1）主對再制造后的主軸承按新制主軸承出廠驗收標準進行了檢測，各項指標均符合新機標準，為盾構再制造產業提供一定支持。

2）再制造后的盾構主軸承的各項技術指標和可靠性有待于在后期工地負載作業過程中進一步驗證。