盾构主轴承迷宫密封系统改进及思考

张 凯/ZHANG Kai

(中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450000)

随着城市地铁建设的高速发展，盾构法施工被广泛应用。盾构主轴承是盾构的核心部件，起着支撑刀盘并使之回转破岩的作用[1]。如果主轴承迷宫密封系统不能正常工作，会造成土仓泥沙进入主轴承，并导致主驱动箱齿轮油污染，主轴承和主驱动齿轮副磨损，盾构停机等问题。这样就需要开挖竖井修复主驱动，工程量大，费用高，工期长。因此，确保主轴承迷宫密封系统正常工作具有重要意义。

国内盾构掘进过程中，出现主轴承迷宫密封系统HBW内密封和外密封流量分配器记数少于正常值的情况，经过4～5h拆洗流量分配器，并且采用单独1min注入内密封，单独1min注入外密封控制方法，流量分配阀的记数基本达到正常值。一周后，再次出现流量分配阀记数少于正常值现象，通过拆洗流量分配器，次数仍然少于正常值，经检查管路，发现在进入刀盘回转中心的管路中存在HBW油脂结块的情况。此外发现流量分配器的滚针轴承表面粘附HBW油脂纤维，轴承不能滚动。因此需对主轴承迷宫密封系统与国内HBW油脂进行深入研究。

1 盾构主轴承和回转中心的密封形式

1.1 盾构主轴承的密封形式

盾构主轴承的密封形式如图1所示，内外迷宫密封采用HBW油脂密封；在第一道和第二道密封之间采用EP2油脂密封；在第二道和第三道密封之间采用齿轮油密封；第三道和第四道密封之间为空腔，主要检测主驱密封是否磨损。

图1 盾构主轴承的密封形式

1.2 盾构刀盘回转中心密封形

盾构刀盘回转中心结构如图2所示，改进前的刀盘回转中心迷宫密封采用HBW油脂密封；改进后的刀盘回转中心迷宫密封采用EP2油脂密封。改进前和改进后的刀盘回转中心迷宫密封在第一道和第二道密封之间以及第二道和第三道密封之间采用EP2油脂密封。

2 故障原因分析及改进

2.1 管路堵塞分析及改进

2.1.1 HBW油脂品质不稳定

图2 改进前后刀盘回转中心密封脂注入

HBW是采用基础油、复合稠化剂和添加剂组成的。在主轴承迷宫系统脉冲次数少于正常值的现场检查，发现项目采用国内某品牌HBW油脂，品质不稳定。如图3、4所示HBW油脂在管路中易出现油与油脂中的纤维离析，纤维部分就会在管路逐渐积聚，所以造成进入盾构刀盘回转中心HBW输送管路堵塞，造成整个流量分配器同轴齿轮卡死，导致流量分配器记数少于正常值。

图3 接头堵塞情况

图4 管路堵塞体

2.1.2 优化主轴承迷宫密封系统的管路

改进方案如图5所示，图5a和图5b都采用HBW油脂，其中对刀盘回转中心密封迷宫管路进行改进。图5a原主轴承迷宫密封系统流量分配器采用5联规格，图5b改进主轴承迷宫密封系统流量分配器采用4联规格。经过优化后的主轴承迷宫密封系统，盾构刀盘回转中心迷宫密封使用注入EP2来替换HBW油脂。既可以解决油脂离析造成的堵塞管路，又可以减少施工成本。

图5 改进前与改进后主轴承迷宫密封系统内密封的对比

2.2 流量分配器的螺栓连接方式

原流量分配器通过很多节短螺栓使单位分配器之间相互连接，在工地现场拆解复杂费时，现在改进后的流量分配器采用螺栓整体连接，拆解时只需松掉流量分配器两侧的螺母，就可以拆解整联流量分配器（图6）。这样可使拆解时间缩短2h，如果HBW油脂纤维堵塞流量分配器，就可以快速拆解和清洗流量分配器，保证盾构正常施工。

图6 改进前与改进后主轴承迷宫密封系统内密封的对比

2.3 滑动轴承代替滚针轴承

通过拆解流量分配器发现滚针式轴承容易被HBW黑油脂填满造成轴承支撑架和滚针自身不能转动，如图7所示。经过柴油清洗轴承，发现轴承的滚针已经磨损（图8）。

图7 清洗前滚动轴承状态

图8 清洗后滚动轴承状态

如表1所示，对滚动轴承和滑动轴承进行比较，针对国内HBW油脂不稳定的现状选用滑动轴承。由于滑动轴承具有无吸水、油性，热膨胀系数小，散热性好，尺寸稳定，不易造成轴承堵塞；静动摩擦系数接近，可以消除低速下的爬行；在运转过程中能形成转移膜，起到防止磨轴、咬轴的现象；拆装方便，不需要过高的预紧力。

3 结 语

通过对主轴承迷宫密封系统和国内HBW油脂进行研究分析得出两点结论:第一，国产HBW油脂品质不稳定，易造成管路堵塞。第二，原流量分配器的滚动轴承易被HBW油脂堵塞，并且拆洗原流量分配器耗时耗力。经过改进,原刀盘回转中心迷宫密封注入HBW油脂改为EP2，既可以防止了油脂堵塞，又起到润滑密封作用；原流量分配器的滚针轴承改为滑动轴承，避免HBW油脂纤维阻塞轴承架，提高轴承的滚动性；原流量分配器螺栓连接形式，由单组分别连接，改为螺杆整体连接，缩短拆洗时间。通过以上3点改进减少主轴承迷宫系统故障率。

表1 滚动轴承与动压滑动轴承比较[3]

[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]庄欠伟，龚国芳，杨华勇.盾构推进系统分析[J].液压气动，2004，(4)：11-13.

[3]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]陈闽杰，刘小波，贺石中.大型盾构主轴承润滑故障诊断与对策[J].润滑与密封，2010，(3)：113-117.