盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂供應(yīng)系統(tǒng)改進(jìn)

江 旭/JIANG Xu

(廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510635)

盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂供應(yīng)系統(tǒng)改進(jìn)

江 旭/JIANG Xu

(廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510635)

[摘 要]針對(duì)現(xiàn)有盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)的不足，在原裝機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研究復(fù)雜工況下如何確保主驅(qū)動(dòng)外密封完好。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)；外密封；潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)；油脂倉(cāng)壓力；泥水壓力；油脂管理

盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)性能的好壞直接影響盾構(gòu)掘進(jìn)效率，主驅(qū)動(dòng)損壞更會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)無(wú)法掘進(jìn)，帶來嚴(yán)重后果。主驅(qū)動(dòng)的損壞常從外密封的失效開始，因其直接與倉(cāng)內(nèi)帶壓力的泥水或泥土相通，一旦泥砂突破外密封圈進(jìn)入到主驅(qū)動(dòng)內(nèi)部，將導(dǎo)致大齒輪圈、小齒輪、軸承等的磨損，從而導(dǎo)致主驅(qū)動(dòng)部件損壞，所以掘進(jìn)過程中必須特別注意對(duì)主驅(qū)動(dòng)外密封的保護(hù)。

1 工程背景及主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

本次進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂供應(yīng)系統(tǒng)改進(jìn)的盾構(gòu)，主驅(qū)動(dòng)已累計(jì)運(yùn)行5 735h，盾構(gòu)功能齊全，性能完好。本區(qū)間隧道長(zhǎng)1 620m，隧道范圍內(nèi)較多地段穿越全、強(qiáng)風(fēng)化巖層，部分地段穿越中、微風(fēng)化巖層；地質(zhì)情況復(fù)雜，對(duì)主驅(qū)動(dòng)性能考驗(yàn)較大。主驅(qū)動(dòng)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(qiáng)緣的3排帶有迷宮圈的唇型密封系統(tǒng)，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(gè)作用，一是往外擠出油脂抵擋土倉(cāng)內(nèi)泥水壓力，二是潤(rùn)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(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)剖面及油脂通道如圖1所示。

圖1 主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)剖面及油脂通道圖

2 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中主驅(qū)動(dòng)使用狀況

盾構(gòu)始發(fā)之前，對(duì)主驅(qū)動(dòng)密封進(jìn)行檢測(cè)，主驅(qū)動(dòng)密封完好，性能滿足使用要求。盾構(gòu)在始發(fā)調(diào)試時(shí)，主驅(qū)動(dòng)齒輪油間斷出現(xiàn)流量為0的情況，導(dǎo)致刀盤無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，在盾構(gòu)破除連續(xù)墻進(jìn)行試掘進(jìn)10cm時(shí)，齒輪油流量經(jīng)常為0。取主驅(qū)動(dòng)齒輪箱齒輪油，檢查發(fā)現(xiàn)，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(zhì)。

取齒輪油送檢，送檢油樣3份，分別為主驅(qū)動(dòng)OAX3口處油樣、齒輪油泵濾芯處油樣、新320#齒輪油，進(jìn)行油樣對(duì)比檢測(cè)，以便檢測(cè)出變質(zhì)齒輪油所含雜質(zhì)。經(jīng)檢驗(yàn)，OAX3口處油樣數(shù)據(jù)異常項(xiàng)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(shù)據(jù)異常項(xiàng)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(xiàng)目上限參考值為：水分含量為0．2%(v/m)、硅含量為30mg/ kg。據(jù)此判斷，油樣中水分和硅元素含量超標(biāo)。

對(duì)主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，檢查其漏油檢測(cè)口，從漏油檢測(cè)口流出少量水，約90mL，無(wú)黃油和泥沙。隨后，向左、向右轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤各20min，速度2．0r/min，然后停轉(zhuǎn)刀盤，運(yùn)行齒輪油泵3小時(shí)左右，停機(jī)檢查磁濾芯和油泵出口濾芯。經(jīng)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(jīng)油樣分析和現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)檢查，判斷主驅(qū)動(dòng)外密封完好，水和鐵屑的產(chǎn)生是由于主驅(qū)動(dòng)返廠維修后加注齒輪油不滿在現(xiàn)場(chǎng)存放過程中水汽進(jìn)入而導(dǎo)致的，少量黃油是主驅(qū)動(dòng)維修過程中涂抹的以及主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封注入黃油過多導(dǎo)致的，盾構(gòu)可繼續(xù)掘進(jìn)，但應(yīng)密切關(guān)注主驅(qū)動(dòng)及齒輪油、黃油和漏油檢測(cè)口的情況。

3 對(duì)主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)

3.1 盾構(gòu)現(xiàn)有主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂供應(yīng)系統(tǒng)

盾構(gòu)現(xiàn)有主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂供應(yīng)系統(tǒng)如圖2所示，1#臺(tái)車上IST氣動(dòng)黃油泵將EP2潤(rùn)滑黃油脂泵送至VOGEL黃油分配泵，再經(jīng)由帶脈沖傳感器的油脂分配閥分配至主驅(qū)動(dòng)外密封系統(tǒng)。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的油脂分配閥分出6根油脂管，分別連接到主驅(qū)動(dòng)油脂腔FA1～FA6油脂注入口。

圖2 盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有油脂供應(yīng)系統(tǒng)

FA1～FA6油脂注入口注入的密封潤(rùn)滑油脂進(jìn)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(jìn)入LA1～LA4漏油檢測(cè)腔，也即若第二道密封損壞，黃油脂進(jìn)入漏油檢測(cè)腔，通過漏油檢測(cè)腔，就能夠判斷第二道密封失效；正常情況下，黃油脂進(jìn)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(jìn)入土倉(cāng)，油脂擠出抵抗外部泥水進(jìn)入，從而起到密封、潤(rùn)滑和抵抗外部泥水壓力的作用。

3.2 主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)

鑒于主驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)狀，為確保主驅(qū)動(dòng)在掘進(jìn)過程中完好，對(duì)現(xiàn)有主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增加可調(diào)的黃油供應(yīng)量，即根據(jù)需要由小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，由一臺(tái)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(shè)置單向閥和手動(dòng)球閥，在現(xiàn)有主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)FA1、FA2、FA5、FA6油脂注入口處與原系統(tǒng)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(cè)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(yīng)，通過油脂充分?jǐn)D出，抵消外密封所承受的外部泥水壓力，并充分潤(rùn)滑密封，以保護(hù)主驅(qū)動(dòng)外密封完好。

圖3 改進(jìn)后的主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)

在改進(jìn)系統(tǒng)使用前，需判定現(xiàn)有系統(tǒng)的油脂供應(yīng)情況，然后啟用改進(jìn)后的主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)，若改進(jìn)的系統(tǒng)使用后，油脂腔壓力增大，則改進(jìn)后的主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)通過增大油脂腔壓力，能起到加強(qiáng)對(duì)主驅(qū)動(dòng)密封的保護(hù)作用，更好地保護(hù)主驅(qū)動(dòng)。

3.3 改進(jìn)后的實(shí)用效果

主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)改進(jìn)前，實(shí)測(cè)記錄了現(xiàn)有主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)：油脂腔FA6點(diǎn)壓力為0．2MPa，F(xiàn)A2點(diǎn)壓力為0．3MPa。主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)改進(jìn)后，由小到大調(diào)節(jié)油脂供應(yīng)量，油脂腔FA6點(diǎn)壓力從0．2MPa逐漸增大，F(xiàn)A2點(diǎn)壓力從0．3MPa逐漸增大，繼續(xù)增加油脂供應(yīng)量，F(xiàn)A6點(diǎn)壓力增大到0．37MPa后不再變化，F(xiàn)A2點(diǎn)壓力增大到0．46MPa后不再變化。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)改進(jìn)之后，油脂腔FA6點(diǎn)壓力為0．37MPa、FA2點(diǎn)壓力為0．46MPa時(shí)，油脂腔填充飽滿密實(shí)，形成油脂外擠效應(yīng)，此時(shí)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(jù)設(shè)計(jì)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(rùn)滑。而在主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)改進(jìn)之前，油脂腔FA6點(diǎn)壓力為0．2MPa，F(xiàn)A2點(diǎn)壓力為0．3MPa，此時(shí)油脂腔并未填充飽滿，外密封圈和襯套之間的潤(rùn)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(nèi)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(dǎo)致外密封系統(tǒng)的損壞，進(jìn)而導(dǎo)致主驅(qū)動(dòng)的損壞。

4 結(jié) 語(yǔ)

主驅(qū)動(dòng)外密封在掘進(jìn)過程中時(shí)刻承受外部泥水壓力，密封一旦失效，會(huì)導(dǎo)致主驅(qū)動(dòng)損壞，將引起嚴(yán)重后果。隧道掘進(jìn)過程中，基本不具備條件進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)的維修。所以掘進(jìn)過程中一旦主驅(qū)動(dòng)外密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)不能滿足使用要求，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，確保主驅(qū)動(dòng)不受損害。

通過本文所述方法，對(duì)主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增加主驅(qū)動(dòng)密封潤(rùn)滑油脂供應(yīng)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(shí)密封圈和襯套受到良好的潤(rùn)滑，外密封和主驅(qū)動(dòng)能夠得到很好的保護(hù)，滿足盾構(gòu)掘進(jìn)需要。本方法的初始應(yīng)用雖基于特定型號(hào)的盾構(gòu)，但其理念和實(shí)現(xiàn)方式同樣適用于其它類型盾構(gòu)，可推而廣之。

（編輯 吳學(xué)松）

Shield main driving seal lubrication oil supply system improvement

［中圖分類號(hào)］TU621

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366(2015)12-0057-03

［收稿日期］2015-10-25