浅析盾构机主驱动故障与维修

【摘 要】主驱动是盾构机的核心驱动部件，在盾构法隧道施工过程中起到动力转换和输出的作用。在主驱动的实际使用中，主驱动故障的早期预防、常规保养，直接影响着盾构机的使用工况，了解主驱动的常见故障，有助于在常规保养中对故障点加以预防，有助于在出现故障时及时判定原因，制定处理方案。

【关键字】盾构机；主驱动；故障分析

中图分类号：P135 文献标识码：A

引言

盾构机作为集机械、液压、电气与自动化控制于一体的综合性大型施工机械，以其优质、高速、安全的优势在地铁隧道施工与穿山隧道施工中被广泛应用。盾构机的主驱动则是其核心驱动部件，直接起到动力转换和输出的作用。在正常服役条件下，电机、马达、箱体结构等具备较长的使用寿命，对主驱动总成的寿命影响较小。常见的主驱动异常损坏大多发生在前部密封、密封滑环、主轴承、减速机、驱动电机或马达等方面。本文以罗宾斯EPB218-362机型浅析主驱动的故障及维护保养。

1、盾构机主驱动的主要组成

1.1主驱动箱：主驱动箱是主驱动总成的主要结构件，用于承载主轴承、驱动法兰、减速机等其他部件，同时提供主轴承系统的齿轮油容纳空间，为前部密封及油脂系统提供油脂通道。

1.2主轴承：主驱动的核心组件，包含三个轴承，外环与主驱动箱相对固定，内环与刀盘驱动法兰相连，是驱动刀盘运转的过渡连接部件。

1.3连接环：连接、固定主驱动各结构件，配合主驱动箱，提供油脂通道。

1.4密封隔环：将多道唇形密封分离隔开，形成空腔以填充脂。

1.5密封滑环：提供唇形密封的接触面。

1.6密封压环：固定唇形密封，形成合适的预紧压力。

1.7刀盘驱动法兰：连接主轴承大齿圈与刀盘法兰的连接部件，带动刀盘旋转。

1.8马达或电机：刀盘的动力源，将流体势能或电能转化成机械能。该设备装有五台主驱动装置，每一台的动力均为160千瓦、690伏、三相、50赫兹的变频电机。

1.9减速机：减速机为行星齿轮型，三级减速的总减速比为104.8:1。配合马达或电机，通过旋转速度的转换实现较大的驱动扭矩。

1.10扭矩限制器：应用于电驱型盾构机，连接电机与减速机，在刀盘扭矩急剧增大时脱离，隔开电机与减速机，从而避免电机的损坏。

2、盾构机主驱动常见故障分析

2.1密封滑环磨损

实例：在某国外知名品牌的盾构机主驱动拆检中，发现外密封滑环在与唇形密封接触处有明显环槽状摩擦痕迹，第一道密封处为(宽度×深度)13×2.6mm，第二道密封处为(宽度×深度)11×1.6mm,第三道密封处(宽度×深度)9×0.3mm。内密封滑环在前端第一道密封处存在(宽度×深度)2×0.3mm环形擦痕，第二道密封处无明显摩擦痕迹。

分析：主驱动的密封滑环因唇形密封的分布不同，也分为内密封滑环和外密封滑环两种，随着刀盘的转动而转动。由于内密封处油压较小，同时外部无压力，所以内密封滑环一般受力状态较好，不会有太大的磨损。外密封滑环的磨损主要在最前侧，也就是第三道唇形密封的接触点。此道密封的前侧直接承受开挖舱的土压压力，唇口形变较大，紧贴于外密封滑环上，对外密封滑环有较大的径向作用力，从而引起滑环磨损的加剧。另外，此道密封的前端加注的是HBW油脂，为保证密封效果，这种油脂内含有大量的纤维丝和金属颗粒，在密封与滑环的相对动动中，会额外增加摩擦阻力，也会加剧外密封滑环的磨损。在设计时，外密封滑环一般留有一定的调整空间，通过紧固螺栓和顶丝螺栓的配合，可以调整滑环与密封唇口的接触位置。一般来说，在盾构机掘进一公里时应对外密封滑环进行检查，以确定是否需要调整。每个滑环应可调整两次。

2.2齿轮油系统报警

实例：在中铁系列盾构的工厂调试时和多台不同品牌的盾构实际使用中，多次发现齿轮油系统的脉冲计数传感器发出报警信号，致使刀盘无法转动。某盾构在掘进一段距离后，齿轮油系统频繁报警，打开主驱动箱后部观察孔，发现黑色异物。

分析：脉冲计数传感器设定的有下限值，如果发出报警信号，说明齿轮油循环系统运转异常，此时，效果可能失效，影响各部件的啮合运动，同时，还可能无法降低各配件相对运动时的摩擦热量，可能导致异常损坏。出现这种现象的原因主要有以下两种，一是油温过低，齿轮油的粘稠度太高，导致过滤器的工作条件不符合设计值，无法达到理论上的流量。因此，在寒冷季节或寒冷地区施工时，应对齿轮油系统加以防护，或添加加热装置解决此问题；或增加少量的液压油降低粘稠度，并定期进行油样分析，罗宾斯EPB218-362遇到该问题时按照此方法解决问题，效果显著。再有就是齿轮油内有异物，导致过滤器堵塞。从多台盾构机的使用情况来看，异物的存在大多来源于齿轮油在加注过程中的清洁度不够，还有在装配时涂抹的平面密封胶过多硬化以后形成的。

2.3密封及油品检查

实例：罗宾斯218-362型盾构机在调试时，主驱动HBW油脂泵开启后很长一段时间，刀盘法兰面一直无油脂溢出，只有齿轮油溢出，打开主驱动辅助油箱，液位下降。盾构机在掘进过程中应经常对主轴承齿轮油箱、驱动电机齿轮箱、主轴承辅助油箱等液位检测。

分析：根据主轴承唇形密封（图1）特点，前三道密封由EP1进行，最后一道密封与前三道密封背靠背装配，前部腔体注入HBW，防止土舱土体进入主轴承使其损坏；背部腔体由主轴承辅助油箱注入齿轮油，将少量进入主轴承密封腔体的杂质进行清洗，保持主轴承密封清洁作用。由于该齿轮油循环系统压力过大，前部腔体的HBW还来不及充满整个腔体形成一定压力时，将密封冲开，直接从主轴承刀盘法兰面溢出。一旦HBW没有充满前部腔体，该密封起不到保护作用，掘进时，土舱土体很容易从该通道进入主轴承内部，导致主轴承损坏。随后，通过调整泵出口压力，降低一定值，直到HBW从主轴承刀盘法兰盘溢出解决此问题。盾构机掘进过程中，操作人员应每天对主轴承油箱、辅助油箱、驱动电机齿轮箱进行检查，目测液位是否下降，每周油样颜色检查，500环后油样分析。若油箱液位下降，补充油品；若颜色变化明显则及时油样分析，及时更换新油品。某地铁施工中由于疏忽大意，对主轴承齿轮油油箱检查不及时，当主轴承出现异响时，取出齿轮油发现全变成黑色。经检测，驱动电机减速机末端端盖(图2)与定位孔发生摩擦，减速机齿牙断裂。经分析：驱动电机减速机端盖与定位孔过盈配合，受力发生摩擦，间隙渐渐变大，导致定位失效，减速机齿轮与主轴承大齿圈齿轮啮合不紧密，发生来回窜动，最终出现打齿现象，发生事故。如果前期对油品进行颜色检查，颜色变化较大时进行油样分析，可以发现金属含量过高，停机全面检查并分析原因，完全可以消除事故。

图1 图2

3、总结

综上所述，主驱动总成由于其关键性，在制造与装配过程中应严格按照图纸要求控制尺寸公差及内部清洁。作为使用单位，应了解主驱动的主要结构及常见故障，有助于在设计、加工、装配过程中加以重点控制，保证主驱动的总体质量，同时也有助于在施工过程中对主驱动有针对性的加以维护和保养，避免因主驱动的失效而造成工程停工等重大损失。