盾构机主驱动的故障原因分析及其维护

盾构机主驱动的故障原因分析及其维护

【摘要】对于盾构机来讲，其最为核心的驱动部件就是主驱动，在进行盾构法隧道施工时起着动力转换和输出作用。在实际的工程应用中，主驱动故障是极为普遍的状况，只有对其进行早期预防和常规保养才能有效保障盾构机的正常使用。本文主要针对主驱动的常见故障进行分析，并总结出了切实有效的维护措施，以期能有效预防主驱动故障，保障工程施工的顺利进行。

【关键词】盾构机；主驱动；故障分析；维护措施

1 引言

近年来，随着我国交通行业的迅速发展，我国的地铁隧道和穿山隧道的开挖技术也取得突飞猛进的发展，盾构机作为一种集液压、机械、电气和自动化控制于一体的大型综合性施工机械，以其快速、优质、安全、高效等众多优势在地铁以及穿山隧道的施工中得到极其广泛的应用。而在盾构机中其最为核心的驱动部件就是主驱动，它在隧道的施工中起到动力转换与输出的作用。但是在实际的工程应用中，通常会由于早期预防和长期保养不当，致使主驱动会出现一些故障，其中最为常见的主驱动故障主要发生于前部密封、密封滑环、减速机、主轴承、马达或驱动电机等诸多方面。

2 盾构机主驱动的原理

盾构机的主驱动装置主要由主轴承、主驱动箱、连接环、密封压环、密封滑环、密封隔环、减速机、马达或电机、扭矩限制器以及刀盘驱动等部件组成。轴承外圈和前体的连接主要是通过连接法兰用螺栓来进行固定的，内（齿）圈主要是通过螺栓与刀盘来进行连接的，借助液压的动力来带动减速器、液压马达以及轴承的内齿圈来直接驱动刀盘进行旋转。主轴承主要设置有2道唇形内密封和3道唇形外密封（图1），前一道内密封主要是用来阻止盾体内的大气尘土入侵，而后一道内密封主要是用来防止主轴承内的润滑油外渗；外密封的前两道采主要是用永久性的失脂润滑来阻止土仓内泥浆和渣土的渗入，而后一道密封和内密封的后一道基本相同，也是用来防止主轴承内的润滑油渗漏。

图1 主驱动内密封示意图

1.主轴承外密封；

2.刀盘联接件；

3.主轴承内密封；

4.主轴承；

5.减速器

3 盾构机主驱动故障分析和维护措施

3.1 密封滑环磨损

实例：通过拆检沈重NFM EPB?6280的盾构机的主驱动，发现外密封滑环和唇形密封的连接处存在明显的环槽状摩擦痕迹，其中第一道密封处的痕迹的宽

度和深度分别为13mm和 2.6mm，而第二道密封处的痕迹宽度和深度分别为11mm和1.6mm，第三道密封处的痕迹宽度和深度分别为9mm和0.3mm。同时，在内密封滑环前端第一道密封处还存在一道宽度和深度分别为2mm和0.3mm的环形擦痕，而在第二道密封处摩擦痕迹不明显。

故障原因分析：在盾构机中由于主驱动密封滑环的唇形密封分布状况的不同，可将其分为内、外密封滑环两种类型，都随刀盘的转动而转动。通常状况下，内密封处的油压比较小，也不受外部压力的作用，这就使得内密封滑环具有较好的受力状态，因此其磨损就比较小。而外密封滑环的磨损通常主要发生在最前侧部位，基本就是在第三道唇形密封的接触点上。这道密封的前侧主要用以直接来承受开挖舱的土压压力，其唇口拥有较大的形变，紧紧依附于外密封滑环之上，并对其产生了较大的径向作用力，进而加剧了滑环的磨损。维护措施：在进行设计时，通常在外密封滑环之间保留一定的调整空间，可以通过顶丝螺栓和紧固螺栓的配合，来进行滑环和密封唇口之间接触位置的调整。在实际的工程施工中，盾构机每掘进1km就要检查一次外密封滑环，进而有效确定是不是需要对其进行调整。

3.2 齿轮油系统报警

实例：在实际的工程应用中，通过调试不同品牌的盾构机，频繁发现齿轮油系统的脉冲计数传感器不断发出报警信号，导致刀盘不能正常运转。并且盾构在掘进一段距离以后，齿轮油系统报警更加频繁，将主驱动箱后面的观察孔打开后发现存在许多的黑色异物。

故障原因分析：通过对脉冲计数传感器进行有下限值的设定，一旦有报警信号发出，这就说明齿轮油的循环系统的运转不正常，这种情况下，其润滑的效果就极可能失效，进而使各部件之间的啮合运动受到显著影响，另外，还会使各部件之间相对运动时产生的摩擦热量得到显著提升，极易造成部件的损坏。

维护措施：针对油温过低的问题，在气温较低的季节或地区进行施工时，要对齿轮油的润滑系统进行温度防护，通过添加加热装置或防冻油来有效解决这一问题；也可以通过增加少量的液压油来有效降低粘稠度，并定期的对油样进行分析，通过对海瑞克EPB6280的应用发现，此方法解决油温过低问题效果十分显著，值得大力的推广和应用。对于齿轮油中存在异物的情况，在选择齿轮油时，要尽可能的选择纯度和清洁度较高的油，可有效降低过滤器的堵塞现象。

3.3 密封及润滑油品检查

实例：在调试沈重NFM EPB?6280盾构机时，当开启主驱动HBW油脂泵很长一段时间后，在刀盘的法兰面上始终没有溢出油脂，只有齿轮油溢出，打开主驱动的辅助油箱，油液液位下降。

故障原因分析：由主轴承的唇形密封特点可知，其前三道密封主要是由EP1来进行润滑，而最后一道密封则是和前三道密封呈背靠背方式装配，在其前部的

腔体内注入HBW，用以防止土舱的土体进入到主轴承内致使其损坏；而背部的腔体则是从主轴承的辅助油箱内注入齿轮油，清洗主轴承密封腔体内的杂质，以有效确保主轴承密封清洁良好。但在实际工程中通常会由于齿轮油具有较大的循环压力，这就会导致前部腔体的HBW在未能充满腔体时就会形成一定的压力进而将密封冲开，从主轴承的刀盘法兰面直接溢出。如果HBW不能充满前部的腔体，就会使密封失去保护作用。这样在掘进时，就极易使土舱土体进入到主轴承内部，进而损坏主轴承。

维护措施：针对上述现象可以通过对泵出口压力的调整，使其降低到HBW 能顺利的从主轴承的刀盘法兰盘中溢出为止。如果油箱的液位下降，要及时的补充油品；如果颜色变化十分明显，要及时的更换新油品。实际工程中就存在由于检查主轴承齿轮油油箱不及时而导致主轴承的损坏现象。经检测鉴定，驱动电机的减速机末端端盖（图2）和定位孔产生摩擦，导致减速机齿牙断裂这种现象主要就是通过油品颜色检查来进行确定的。

图2 驱动电机减速机末端端盖图

4 结束语

主驱动作为盾构机最为核心的组成构件，为有效保障盾构机的正常运行，在实际的施工过程中，施工企业要积极加强对盾构机的日常检查，对于其在施工中经常出现的故障，要在结构设计、加工以及装配的过程中进行有效的控制，从根本上保障主驱动的总体质量，有效避免由于主驱动的故障问题而造成的损失。

参考文献：

[1]易朋.盾构机主驱动常见故障分析[J].科技与企业，2013.

[2]周鸿源.浅析盾构机主驱动故障与维修[J].城市建设理论研究（电子版），2013.

[3]凌波.盾构主驱动内密封故障与维修[J].城市建设理论研究，2012.

[4]田海雨.浅析盾构机主驱动故障与维修[J].商品与质量，2014.