盾构机主驱动及刀盘管路优化措施探析

关 川

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

近年来，国内交通运输业发展迅速，隧道开挖技术进展较快。盾构机作为集液压、电气、机械为一体的机械操作设备，具有安全、快速、高性能等诸多优势，广泛应用于各类隧道工程，主驱动是其核心工作部件，为设备工作的动力输出和转换。在实际施工过程中，盾构机经常会因为各类原因发生主驱动及刀盘管路故障，影响其工作效率。基于此，对盾构机主驱动及刀盘管路常见故障进行介绍，分析故障原因及优化措施，以确保工程施工的顺利完成。

1 常见故障及原因

1.1 补油泵出口压力不足

实际施工过程中，由于溢流阀未设定压力、电机反转、电磁换向阀卡死等原因，会导致补油泵压力不足。针对上述问题，可采用由简至繁的排除法：确认泵体转向标识正确后，检查电磁阀的插头是否有电压；在电磁插头持续得电的基础上，检查其控制程序、连接方式等；检查溢流阀所设置的压力，包括关闭泵出口阀、调整螺钉旋转位置等；最后对电磁转换向阀进行拆解清洗。

1.2 补油泵启动异常

补油泵启动异常的原因有电机软启动设置错误、电磁转向阀电力不足、转换阀卡死等。针对上述原因，首先要检查电机软起动设置，将软启动设定于合适、合理的参数范围内；其次，检查电磁阀电磁插头电压情况，一旦发现启动电压不足则应检查其控制程序、连接方式；最后要排除电磁阀卡死的可能。

1.3 主驱动内密封泄漏

土仓喷泡沫压力不足会引起土仓内渣土回管、出现泡沫管堵塞，在拆开泡沫管清洗时很容易导致泥浆水流入主驱动回转体内，进而引发主驱动内密封泄漏。另外，刀盘运行时对回转体主驱动密封进行检查，发现密封泄漏处有润滑油渗出。总之，齿轮润滑油减少源自于密封不严，可以检查吊盾构密封性，以便决定是否采用质量更好的内唇型密封。

更换内密封时需要注意：首先要擦干净密封，取出唇型密封里弹簧，避免因为弹性过硬而摩擦两边的接触面，将密封圈唇型面向里，将自制橡胶块平稳、顺畅顶进去；其次，安装压条，在橡胶块平稳推进去的同时，平稳推压条，直到满足密封要求；再次，安装外密封装置时，不要去掉弹簧，唇型向外安装，避免回转体外杂物、水蒸汽的进入，而后压紧压条；然后，用黄油封住油孔，要让主驱动对应点外能看到外溢的黄油；最后，对主驱动的大齿轮箱进行耐压密封试验，确保万无一失。

1.4 管片拼装系统问题

在实际施工过程中，管片拼装常见故障是拼装机的提升油缸出现回缩或伸出，操作者很难准确定位故障的具体位置，进而影响后屈管片的拼装质量。实际上最常用的故障排查方法是排除法：控油缸油路平衡阀堵塞是引发此类故障最主要的原因，可以通过及时更换平衡阀阀芯来解决问题；油缸本身内泄也会产生同样的问题，如果更换平衡阀阀芯后故障依然存在，则应进行内泄检查。

1.5 密封滑环磨损

在拆检盾构机主驱动的过程中，发现密封滑环、唇型密封接触面有明显的环状摩擦耗损。根据主驱动密封滑环唇型密封的分布位置，密封滑环可大致分为内、外密封滑环两类。由于内密封处油压小、无外部压力，受力状态相对均匀，一般不会出现大的磨损。而外密封滑环磨损通常出现在最前侧，一方面与前侧需承受开挖舱土压有关，另一方面与其结构密切相关：外密封滑环唇口型较大，紧密连接于密封滑环上，滑环需要承受较大的径向压力，加剧磨损；为保障密封效果，密封接触面需要加注HBW油脂，而油脂内不可避免会有纤维、金属颗粒、杂质等，在相对密封的空间内，两个接触面相互接触、反复摩擦，也会加剧磨损。在设计过程中，外密封滑环应留有一定的调整空间，采用紧固螺栓、顶丝螺栓配合，调整滑环、密封唇口接触位置。可以在盾构机开挖1 km 后，检查其外密封环，以调整接触面之间的空间。

1.6 齿轮油系统报警

盾构调试或不同品牌盾构运行过程中，经常出现齿轮油系统发放脉冲增多，传出报警信号，进而导致刀盘无法转动。脉冲传感器设置有下限值，一旦发出报警信号则说明齿轮油系统运行异常，此时齿轮润滑效果下降，各部分之间失去正常的啮合关系同时摩擦热量增加，很容易出现损坏。导致破坏原因主要有：

（1）油温过低，齿轮油黏度加大，导致滤过器工作条件偏离原有的设定范围、无法达到原有的理论流量，因此在温度较低环境下运转时应做好齿轮油润滑防护，可添加相应的加热设备。

（2）齿轮油内有一些异物，过滤过程极易堵塞滤过器，根据实际运行情况分析，异物多源自于齿轮油加注过程中，清洁度不足。

（3）装配过程中涂抹的平面封胶过硬也会影响齿轮工作。

1.7 密封及润滑油品检查

由主轴承唇形密封结构可以看出，前三道密封通过EP1 润滑，其与最后一道密封背靠背装配，最后一道前部腔体内注入HBW，能有效防止土舱土体进入，预防各类损坏；背部腔体通过辅助油箱注入齿轮油，以清理主轴密封腔体内杂质，确保良好的密封效果。但在施工过程中，齿轮油循环压力较大，前部腔体内HBW 在未完全充满腔体的情况下很有可能冲开密封，导致溢出。而HBW 不充满腔体，又会失去其密封保护作用，导致在开挖过程中土舱土体很容易进入主轴承内、损坏主轴承。

2 优化措施

2.1 预留调整空间

在设计过程中，可以通过顶丝螺栓、紧固螺栓两者之间的配合，在外密封滑环之间预留一点点调整空间，以调整滑环、密封唇之间的接触位置。一般来说，盾构每开挖1 km，就需要检查近端外密封滑环，以确定是否需要调整其空间。

2.2 调整油温

在温度低或环境温度低的区域，应做好齿轮油润滑温度防护措施：通过设置相应的加热设备、升温设备等来提升齿轮油温；通过添加少量液压油等方式降低油黏度，如果条件允许要定期对油样进行检测。有研究指出，海瑞克EPB6280 的应用，能有效降低油温过低而导致的不良效果。针对齿轮油存在异物的情况，应尽可能选择纯度高、清洁度高的油品，防止齿轮在运行过程中出现堵塞。

2.3 调整泵出口压力

针对泵出口压力不足的问题，有研究提出，可通过调整泵出口压力，使其降低至HBW 能够顺利从主轴承刀盘法兰盘中溢出。另外，油箱内液压降低，做好油品的补充，当油颜色发生改变时更换新油品。在施工过程中，确实存在主轴承油油箱检查滞后而导致主轴承损坏的情况，可以通过油品颜色的检测来确定驱动电机减速机齿牙是否断裂。

2.4 筛选优质材料

为了满足盾构机主驱动工作要求，如在开挖过程中承受多种受力情况下不发生弯曲、开裂等，设备要具有良好的承受抗压力、抗冲击力等。为保证保管内壁的清洁、无腐蚀等，设备应采用通过特殊处理的GB/T 8163—2018《输送流体用无缝钢管》标准处理的无缝管，这样不仅使盾构机主驱动及刀盘能符合上述要求，还能实现其经济价值。

2.5 盾构机主驱动和刀盘管路部件优化

根据GB/T 8163—2018，标准化无缝管经过正火、淬火、回火处理，经过机械保压测试试验、最小曲率半径试验，结果达到理想预期要求。实际需求的管子进行热弯曲试验，发现不仅能够达到两个火的弯曲性能，同等条件下具有最小曲率半径；同时，钢管的回火、酸洗磷化及管内外清洁处理，增加了钢管保存时间，还能有效杜绝钢管的二次生锈。符合GB/T 8163—2018 标准的无缝管不仅能确保使用质量，而且比同类的高压油管更经济、性价比更高。

3 小结

作为盾构机最核心的部件，主驱动是盾构机正常运行的动力源泉。在施工过程中，除了要积极开展各类检测维修，及时发现盾构工作过程的中各类故障，还预防盾构实际施工过程中各类事故的发生。另外，要在结构设计、装配等方面进行合理控制，确保盾构整体工作质量，防止因主驱动失效而引发重大损失。更为重要是，在盾构驱动、刀盘管路的设计过程中，要把控好管道加工、焊接过程、装配过程，历经数次试验，及时发现问题，洞悉原因、提出优化措施。这样才能为提高机械设施性能，优化盾构机相关管路，有效预防主驱动故障，确保工程施工的顺利完成，提供理论依据和实践借鉴意义。