盾构机主驱动常见故障分析
[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
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、主轴承等方面。
一、盾构机主驱动的主要组成
1、主驱动箱：主驱动箱是主驱动总成的的主要结构件，用于承载主轴承、驱动法兰、减速机机等其他部件，同时提供主轴承润滑系统的齿轮油容纳空间，为前部密封及油脂润滑系统提供油脂通道。
2、主轴承：主驱动的核心组件，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。
3、连接环：连接、固定主驱动各结构件，配合主驱动箱，提供润滑油脂通道。
4、密封隔环：将多道唇形密封分离隔开，形成空腔以填充润滑脂。
5、密封滑环：提供唇形密封的接触面。
6、密封压环：固定唇形密封，形成合适的预紧压力。
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。
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。
9、减速机：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。
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。
二、盾构机主驱动常见故障分析
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、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。
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，润滑效果可能失效，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，应对齿轮油润滑系统加以防护，或添加加热装置，以解决此问题。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。
3、密封及润滑油脂注入混乱
实例：某盾构机在调试时，主驱动EP2油脂泵开启后很长一段时间，刀盘法兰面一直无油脂溢出。某盾构在工地组装完毕试掘进时，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：出现这种现象的主要原因时油管接错。在主驱动油脂润滑和密封系统统中，齿轮油、EP2油脂、HBW油脂在成分上存在很大的差异，所使用的部位有严格要求，如果在连接油管时，不能将主驱动箱的各油道孔区分明确，应会导致这种现象的出现。如果EP2油脂混入齿轮油系统中，由于EP2的粘稠度远大于齿轮油，就会导致刀盘法兰处无油脂溢出，同时造成齿轮油脉冲传感器报警。如果HBW油脂进入到齿轮室内，除会造成上述现象外，还会加剧齿轮的轴承的磨损，带来难以估量的损失。因此，在工厂装配时，必须严格按照图纸要求，对主驱动箱上油脂孔详细区分，并做好标记，确保管路连接正确。尤其是在拆机运输时，还有工地设备转场时，必须在管路拆除前制作明确的标记，以保证再次组装的顺利进行。
三、总结
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。
盾构机主驱动常见故障分析
