盾構刀盤驅動封存防銹應用研究

王勝勇（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

盾構機地下工作環境特別惡劣，不僅非常潮濕，還會與大量淤泥、砂石等直接接觸[1]。刀盤、刀盤驅動、推進系統等裝置是整臺盾構機的核心[2]。刀盤驅動由于轉動且又處于盾構的前端，所以經常會在工作時滲入各種雜質，常見的有地下水、泥沙、工作油脂等。當盾構停止工作，返回維修廠后，若將刀盤驅動整體拆解，清洗保養，再組裝起來，不僅工作量非常巨大，而且很多精密零部件可能會在拆解或安裝過程中發生偏差甚至損壞。比較好的辦法是用一種封存防銹油，在不拆解刀盤驅動器的前提下加在刀盤驅動器內，保護刀盤內部零部件在這段存放期內不被銹蝕和腐蝕。因為工期等各種原因，回維修廠的盾構刀盤驅動器經常不得不在露天的環境下長期堆放。在露天放置，空氣中的水分會在晚上冷凝成水珠留在刀盤驅動器內的零部件上，同時刀盤驅動器內本來殘留的水分會不斷在箱體內蒸發和冷凝，也會增大被銹蝕和腐蝕的部位。這些不利因素對于刀盤驅動內結構較為封閉的齒輪箱等封閉箱體更易導致其銹蝕和腐蝕。這些箱體內部封閉，目前所使用的是普通封存防銹油，這種防銹油都是在零部件被清洗干凈的情況下[3]能起到比較好的防銹和防腐蝕效果，較少考慮到有水、泥沙、其他潤滑油脂等存在的條件下的防銹和防腐效果。之前在維護保養的刀盤驅動器內加注了這類防銹油，過了一個月后將防銹油放掉，發現刀盤驅動器的齒輪箱、軸承、管道很多地方還是銹蝕了，防銹防腐蝕效果很不理想。因此需要對封存防銹油及使用方法等進行技術提升和改進。根據刀盤驅動器存放的條件徹底調整封存防銹油的配方體系，改進使用方法，提高封存防銹油的使用效果，從而減少因銹蝕腐蝕而產生的不必要的部件損耗。

1 對封存防銹油的要求

盾構封存后是露天放置的，特別是當刀盤驅動在夏季露天放置時，防銹油在使用過程中不能因陽光暴曬的高溫而產生大量輕組分揮發，造成安全性方面的危險；秋冬季節，早晚溫差大，特別是晚上，溫度很低，空氣中的水蒸氣會冷凝成水珠結在刀盤驅動器設備內壁，時間長了，防銹油中會有很多水分，防銹油需要具有良好的水置換性能[4]，才可以很好地分離齒輪箱中存留的水分；考慮到設備里不可能全部充滿防銹油，對于設備上端未浸在防銹油中的部分，也要防銹蝕腐蝕，因此封存防銹油中必須有一部分揮發性的氣相防銹劑[5]成分，通過揮發后吸附在未被防銹油浸沒的設備表面，起到防銹作用；刀盤驅動設備中殘留的潤滑油脂，空氣中的顆粒物等也會進入封存防銹油中，需要考慮防銹油在混入一定量這些雜油及固體雜質的條件下，防銹效果是否受影響[6]；另外，還需確保防銹油本身穩定，長期使用后，沒有油泥等沉淀析出，保證盾構刀盤驅動設備的完好。

2 對封存防銹油的試驗

通過和專業油品制造廠商的合作研究，充分考慮盾構刀盤驅動設備的封存條件，重新研制專用的封存防銹油，選擇更為合適的基礎油，復配相應的高效添加劑，調配成盾構專用封存防銹油 A、B、C、D 4 種類型，具體配方見表 1。

表1 4 種封存防銹油的配比

對表 1 中 4 種防銹油進行外觀、40 ℃ 運動黏度、傾點、開口閃點、酸值、水分、機械雜質、20 ℃ 密度等常規理化指標進行分析，考察基本性狀。其結果見表 2。

表2 4 種封存防銹油常規理化試驗數據

從表 2 的常規理化指標可以看出，這 4 種防銹油的理化指標數據基本接近，很難區別差異。對這 4 種盾構機封存防銹油進行水置換性和分離安定性試驗、濕熱試驗和鹽霧試驗，測試防銹相關性能。測試結果見表 3。

表3 4 種盾構機封存防銹油的防銹性能對比

從表 3 的 4 種防銹相關試驗結果可看出，配方 C 和 D 的各項防銹性能在 4 種配方里面是比較好的。為了進一步測試配方 C 和配方 D 的防銹性能，進行了模擬盾構的現場防銹工況的試驗。盾構刀盤驅動器中常用的潤滑油脂有 320/220 重負荷工業齒輪油、2 號極壓鋰基酯、46 號高清潔度抗磨液壓油，液壓油的很多參數和防銹油接近，少量液壓油的存在對防銹油的防銹效果基本沒有影響；齒輪油和潤滑脂則與防銹油相差很大，特別是其中的一些添加劑會嚴重地影響防銹油的防銹效果，因此選擇了齒輪油和潤滑脂這兩種對防銹性能有較大影響的干擾雜質：320 號重負荷工業齒輪油和 2 號鋰基脂。加一定比例的這 2 種干擾雜質以及少量自來水，與防銹油均勻混合，考察油品在混入雜質后，油品各項防銹性能的變化情況。油品調配比例（質量百分比）及試驗結果如下：

1 號油：90% C 配方油+5% 某品牌 320 號重負荷工業齒輪油＋5% 某品牌 2 號鋰基脂。

2 號油：88% C 配方油+5% 某品牌 320 號重負荷工業齒輪油＋5% 某品牌 2 號鋰基脂＋2% 自來水。

3 號油：90% D 配方油＋5% 某品牌 320 號重負荷工業齒輪油＋5% 某品牌 2 號鋰基脂。

4 號油：88% D 配方油＋5% 某品牌 320 號重負荷工業齒輪油＋5% 某品牌 2 號鋰基脂＋2% 自來水。

表4 4 種模擬盾構機工況的防銹性能對比

盾構刀盤驅動齒輪箱在存放過程中由于各種原因，設備中總是會存在一些水分和潤滑油脂，為了減少水分對設備的銹蝕腐蝕作用及減少潤滑油脂對防銹效果的影響，需要油品將水分從設備零部件表面置換出來，穩定在油中，起到良好的防銹效果，因此水置換性試驗和分離安定性試驗就很能模擬現場工況。由表 4 可見，配方 C 的防銹油對于齒輪油和潤滑脂混入后的分離安定性好，但加入了水分后，分離安定性明顯變差。配方 D 的防銹油的在混入齒輪油和潤滑脂及水分后，水置換性能和分離安定性依然良好，使得防銹油可以在遇到潤滑油脂及水分的情況下，將水分置換脫離出金屬表面，穩定于防銹油中，將潤滑油脂從金屬表面分離出來，穩定于防銹油中，達到防銹的目的。

濕熱試驗和鹽霧試驗是目前最常用的直接評價防銹油防銹能力的最佳手段。結合表 3 和表 4 可見，防銹油在混入齒輪油和潤滑脂及水分后，對防銹效果或多或少都會有影響。這是因為潤滑油脂中的極壓、抗磨劑成分進入防銹油體系后，會與防銹劑在金屬表面產生競爭吸附[7]，導致防銹能力出現下降。將這些影響降到最低，就是盾構封存防銹油研制的方向和目的。從表 3 和表 4 中的數據可看出，在混入潤滑油脂和水分后，配方 C 的濕熱試驗時間和鹽霧試驗時間都出現了明顯的下降；同樣混入了潤滑油脂和水分后，配方 D 的濕熱試驗時間和鹽霧試驗時間只是稍有下降，下降幅度明顯低于配方 C，說明配方 D 的盾構封存防銹油對齒輪油和潤滑脂以及水分有更好的允許混入的能力，在苛刻的使用條件下具有更好的防銹效果。配方 D 的封存防銹油被命名為 HIRI 533 盾構專用封存防銹油。

3 現場應用

在盾構返回基地后，先放空刀盤驅動齒輪箱中的齒輪油，查看齒輪箱內部的情況，如已經出現了嚴重銹蝕，則拆卸刀盤驅動進行維修；如果未出現很明顯的銹蝕情況，在排空齒輪油后（尤其齒輪箱中的水分盡可能要清除干凈），加入清洗油進行洗滌，將原有的齒輪油成分盡量稀釋，使齒輪油的添加劑成分盡可能脫離軸承和齒輪表面。進行一個較長時間的旋轉清洗過程后，放空清洗油，然后加入 HIRI 533 盾構專用封存防銹油后，再進行一個較長時間的旋轉浸潤過程，保證防銹油能夠浸潤盾構刀盤內壁的所有零部件。

在進行旋轉包覆防銹油后，為了減少空氣中的水分對防銹效果的影響，對盾構刀盤驅動器的剩余空間可充入氮氣，起到保護作用。具體操作如下：使用真空泵（選用功率較小的手持式）將齒輪箱內的空氣抽出，然后充入氮氣，經兩 三次充放后，齒輪箱內的空氣基本被氮氣取代，充入的氮氣壓力為 0.98×102～1.96×102KPa。

當重新啟用時，在放出防銹油前，先緩慢釋放齒輪箱中的氮氣壓力，然后放空防銹油，再加入之前的清洗油進行較長時間的旋轉清洗，將防銹油中的防銹劑盡可能脫離齒輪表面。最后放空清洗油，再加入工作用的齒輪油。

應用案例：在 1 臺 863 盾構存放期間，按照上述操作在盾構刀盤驅動器中加入了 HIRI 533 盾構專用封存防銹油后，經過了 10 個月的放置，拆解之后，發現其中軸承、齒輪齒面均無生銹情況，可馬上使用，通過現場應用，證明盾構專用封存防銹油的作用是顯著的。

4 結 語

(1) 研制的盾構專用封存防銹油配方合理，常規理化指標較好，性狀穩定。

(2) 通過合理地使用，對于減少部件的非正常損耗，發揮了非常大的作用，產生直接經濟效益之外，對減少人工維修保養工時及費用，提高設備利用效率，也產生了大量間接的經濟效益。