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关于隧道施工中盾构机主轴承润滑系统故障问题研究和处理 　　摘要: 盾构机是地下掘进盾构施工中的主要施工机械，它在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，可在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。本文就某大型盾构机出现的异常振动问题，通过对主轴承润滑系统及密封方式的研究，采取一系列的措施，使润滑系统恢复正常，保证盾构机的运行安全，并提高其使用寿命。 关键词: 盾构机；油脂污染；润滑故障诊断发 中图分类号：U45 文献标识码：A 伴随着城市轨道交通的高速发展，地铁施工成为工程建设单位关注的焦点。盾构施工作为地铁隧道施工的一种方法，因其对人民群众的日常生活影响最小、施工人员劳动强度低、安全性高而备受各施工单位青睐。盾构机主轴承是盾构机的核心部件，起着支撑盾构刀盘并使之回转破岩的作用。如果在施工过程中，主轴承润滑油泄漏或者泥水、沙砾及渣土进入主轴承润滑系统，将导致主轴承和齿轮副的迅速破坏。破坏的主轴承需从盾构机上方开挖竖井吊出更换，难度非常大，将给盾构施工带来不可估量的损失。因此，保障盾构机主轴承润滑系统的运行安全具有很大的意义。 某项目部的右线盾构机在推进过程中出现异常振动，无法正常工作，常处于半停机状态，平均每天只能工作2-5h，严重影响了工程的施工进度。随后，项目部对左线主轴承在用润滑油和右线主轴承在用润滑油进行取样并对其进行检测分析，发现右线主轴承润滑油黏度、水分等指标严重超标，油中有大量粉尘、纤维(成絮状，大量结团) 和其他物质污染，油品质量已严重劣化。此外还在油中发现大量的钢质擦伤和切削磨损金属颗粒，而且较多的钢质擦伤颗粒表面有明显的缺油高温烧伤发蓝痕迹，这表明有关部件已严重润滑不良，磨损情况严重。 1主轴承的润滑结构与工作原理 1．1主轴承机械结构与润滑系统的构成 该隧道项目有左线和右线两台盾构机，均采用北方重工生产的泥水--气垫式平衡盾构机，开挖直径11．192m，是目前国内较大的盾构机之一。正常掘进速度为0．5环/h。盾构机的刀盘驱动系统如图1所示。 1、大齿圈 2、主轴承滚柱 3、密封支持 4、环形法兰 5、密封隔套 6、外部和内部密封系统7、密封衬套 8、驱动小齿轮 9、减速器和变频驱动电机 图1 刀盘驱动系统结构图 该盾构机刀盘的支撑法兰直径约6m，转速为0～312 r/min。主轴承主要由三排滚柱轴承构成，分别承受径向和轴向载荷。滚柱轴承宽度为300～400mm，采用铜质保持架。在掘进工作时，由8个变频驱动电机各带动一个小齿轮，这些小齿轮共同带动与刀盘一同固定在环形法兰上的大齿圈，从而带动刀盘的旋转。该主轴承润滑系统采用BPEnergol GR-XP680的齿轮油，采取集中润滑的方式对三排滚柱轴承和8个小齿轮进行润滑。齿轮箱中的油位约为2/3处，因此其中6个小齿轮的啮合面完全浸没在齿轮油中，而位于盾构机上部的2个小齿轮依靠油泵喷油润滑和主轴承大齿圈转动时将油带到与小齿轮啮合的齿面上。 1．2润滑系统的密封结构 主轴承润滑系统密封由一道位于刀盘端面的机械密封和里面的五道唇形密封组成,如图2所示。这几道密封隔离了刀盘侧开挖出来的泥浆和渣土，避免它们进入主轴承和齿轮箱, 同时也防止主轴承和齿轮箱的润滑油泄漏，保证主轴承和齿轮箱的安全使用寿命。唇型密封本身具有良好的弹性，在油压的作用下紧贴于密封隔套上。五道唇型密封隔出了5个密封仓，分别表示为①，②，③，④，⑤。每个密封仓各有一个油道与油脂润滑系统联通。工作时不断向①,②密封仓注入HBW特种保压油脂，一方面润滑唇型密封，另一方面在压力作用下沿着端面的迷宫密封向外溢出，用以抵抗地下水的压力，将泥水和渣土阻挡在润滑系统外部; 另外，向③，④密封仓注入EP2极压润滑脂，主要起润滑和阻挡HBW润滑脂进入的作用。第⑤密封仓的油道不加注润滑脂或润滑油，而是用于漏油检查和油脂润滑效果检查。HBW润滑脂理论设计消耗量为40 kg/h，EP2润滑脂理论设计消耗量为415 kg/h。唇形密封的寿命较短，一般在完成一条隧道的掘进后(或使用10000 h后) 就需要进行更换。 1、刀盘支撑环2、外密封压环 3、外密封隔套4、唇形密封圈5、主轴承6、转鼓 图2 主轴承密封结构图 2故障分析 2．1润滑系统污染来源分析 通过对盾构机主轴承润滑系统和密封结构的分析，初步判断右线主轴承润滑系统受到外界的污染,从而导致主轴承齿轮油黏度大幅度上升，使得油品泵送困难，产生润滑不良; 同时伴有水污染进入。为了确定污染来源，对施工现场的地下水、泥浆水、出渣泥浆等可能的污染源进行采样分析，并对BPEnergolGR2XP680新油、HBW新脂、EP2新脂等进行检测分 析。结果见表1