盾构机主轴承（共4篇）
盾构机主轴承 篇1
1 台C1RC6280型(中铁6号)盾构机,施工中多次因出现30 L油脂桶内油脂不足而导致多点泵无法开启故障,导致盾构机不能正常施工。
1.主轴承润滑系统工作原理
主轴承润滑系统的工作原理如附图所示,由台车补油系统和盾体供油系统2部分组成。在工业空气系统压力满足的前提下,若30 L多点泵9的油脂桶处于低液位,其超音波传感器发出低液位信号,气动电磁阀1、电磁阀7分别得电,工业空气经气动三联阀2、单向阀3进入油脂泵4,油脂泵4开始供油。油脂泵4供油时,盾构机配套台车上油脂桶内的润滑油脂经位于盾体内的电磁阀7、过滤器8进入30 L油脂桶内。待出现高液位信号后,阀1和阀7断电,供油终止。
盾构机工作时,电动机10驱动多点泵9,油脂经多点泵上的多个出口(图中未标出)泵入盾构机主轴承润滑部位。
2.故障处理
(1)液位传感器损坏
该故障故障表现为密封润滑系统无法向30 L油脂桶自动供油,30 L油脂桶内的油脂用完后系统不报警。检查时,发现该机液位传感器线路全部断开且无法连接。
分析传感器损坏的原因是装机时,负责紧固螺栓的人员无意中将液位传感器踩坏。为不影响施工进度,维修人员在“低液位”传感器输出端加载24 V电信号,以使油脂泵4向盾体内30 L油脂桶内泵送油脂。30 L油脂桶注满油脂满后,再在“高液位”输出端加载1个24 V电信号,油脂泵4即停止供油。此时也可将油脂泵4工位选择开关拨到维修挡位使其停止供油。
将该液位传感器线路拆卸作锡焊处理,接好传感器线路后,油脂润滑系统工作正常。
1.气动电磁阀2.气动三联阀3.单向阀4.油脂泵5.手动球阀6.压力表7.电磁阀8.过滤器9.30L多点泵10.电动机
(2)滤网堵塞
该故障表现为多点泵9启动指示灯闪烁,与润滑油脂系统连锁的各系统无法工作,盾构机不能继续掘进。
多点泵9指示灯闪烁的原因有二:一是电动机10主线路开关跳闸,二是30 L油脂桶低液位报警。
检查发现:电动机10主线路漏电开关未跳闸;气动电磁阀1及电磁阀7指示灯点亮;油脂泵4停止工作,压力表6呈现高压;气动电磁阀1和电磁阀7开启,30 L油脂桶内油脂少、液位低。
按照系统设计要求,出现低液位报警信号后,台车补油系统应立即向30 L油脂桶内供油,待油脂注满(高液位信号出现)后供油停止。
由以上现象初步判断,液位低故障的原因是油脂泵4出口至30 L油脂桶入口间管路或元件堵塞,堵塞点可能在在电磁阀7和过滤器8之间。维修人员拆卸过滤器8的滤芯,发现其2层铜滤网堵塞严重,滤网间隙被铁屑和硬油脂填充。彻底清洗滤芯后装入原位,经调试系统正常工作。
(3)电磁阀无法开启
电磁阀7出现故障也会造成多点泵9启动指示灯闪烁和30 L油脂桶液位低。此故障一般为供油管路、控制阀块以及过滤器堵塞。
维修人员首先拆开电磁阀7出口与过滤器8连接接头,发现该处无油;再拆开电磁阀7入口接口,台车补油系统则能快速供油,由此判断电磁阀7堵塞。
经仔细拆检发现,电磁阀7控制线路脱落,线圈内进入油脂和水,阀芯无法正常开启。维修人员将电磁阀7的出、入口之间开1小槽,组装后试机,故障消失。
土压平衡盾构机主轴承的力学分析 篇2
盾构机是集隧道施工中的开挖、取土、支撑、衬砌于一体的机械化设备,盾构机施工速度快、精度高、安全性好,盾构机以其特有的优势在轨道建设中广泛应用。盾构机在进行盾构作业时承受着复杂的力及力矩[1],而主轴承作为支撑盾构机刀盘的主要承载部件,承担着盾构机运转过程中的主要载荷,是刀盘驱动系统的关键部件。
刀盘驱动系统是盾构机的主要部件,加工及安装精度高,制作难度大,在施工中不可维修。考虑到盾构机在砂土、沙砾等土层中推进施工,所以要求盾构刀盘系统中的重要部件的使用寿命与刀盘同步。盾构机主轴承一般为内齿式三排圆柱滚子组合轴承(见图1),要求能同时承受轴向力、径向载荷以及倾覆力矩。盾构机主轴的驱动扭矩可达5100k N·m,扭矩系数为2.2,采用大扭矩马达驱动。通过8个变频驱动电机各带动1个小齿轮,与轴承的内齿相啮合,从而带动整个刀盘运转。
2 盾构机刀盘系统受力分析
由于我国地质复杂,盾构机掘进时会遇到非常复杂地层环境。盾构机切削刀一般采用锲形刀具。盾构机刀盘在工作过程中主要承受轴向的推力F和刀盘旋转工程中的扭矩T。
盾构机刀盘旋转切割土体,并由主油缸向前推进,从而实现连续的机械化掘进。刀盘不断将开挖面前方土体切削下来,并通过传送机构将土体传送到后方的车体上运送到地面。盾构机向前推进的同时,切削刀随刀盘旋转[2]切削土体时,与土体开挖面产生复杂的相互作用,随着土体的不同,刀盘的切削形式和切削原理大不相同,则将对刀盘的磨损、换刀及盾构掘进速率产生非常大的影响,因此正确模拟盾构机刀盘的受力情况将是非常重要的。盾构机所受推力F等于盾构机在运动方向上下左右各面的摩擦力及刀盘所受切削阻力之和(盾构机外载荷受力图见图2)。
2.1 刀盘推进力
盾构机推进力[3,4]原则上要大于所有推进阻力之和。盾构机推进阻力主要由以下几个方面组成:(1)盾构机四周与土体之间的摩擦阻力或粘结阻力F1;(2)推进时刀刃前端贯入阻力F2;(3)作用在刀盘上推进阻力F3;(4)变向阻力F4;(5)盾构机内衬与盾尾板间的摩擦阻力F5;(6)后方牵引台车的牵引阻力F6。因此,
但实际上常根据盾构直径作快速估算,对土压式盾构机,一般每平方米推力P为(0.5~1.0)×106N,盾构刀盘直径D,推力上坡、转弯及脱困的直线倍数为1.5。因此,
2.2 盾构扭矩计算
盾构机所需总扭矩T总[3,4]由土体条件、盾构形式、盾构构造和盾构直径决定。一般由以下几部分组成:(1)土壤切削扭矩T1;(2)刀盘与土壤摩擦阻力所需扭矩T2;(3)因搅拌土壤产生的阻力扭矩T3;(4)刀盘周边摩擦扭矩T4;(5)密封阻力扭矩T5;(6)刀盘自重产生的旋转力矩T6;
式中,一般取K=1.4~2.3。
3 盾构机主轴承校核计算
由盾构机主刀盘受力分析可知,盾构机主轴承主要承受轴向推力F总推,倾覆力矩T总。
假设某盾构机主轴承结构参数为:上下排滚动体分布圆直径D,上排滚柱直径d01,有效工作长度L01,数量Z01;下排滚柱直径d02,有效工作长度L02,数量Z02;第三排(竖排)滚柱直径d03,有效工作长度L03,数量Z03;滚道表面淬火60HRC(682HV),承受载荷轴向力F总推,倾覆力矩T总,按滚柱式回转支撑的轴向额定静负荷容量公式,上、下排滚道的轴向额定静负荷容量Coa。由于盾构机主要承受轴向力,因此径向力基本上按正常的三排组合滚子轴承设计要求设计即可。
按照滚动轴承理论,径向额定静负荷容量Car。
按照滚动轴承安全系数f计算公式
按照上面三排组合滚子轴承参数计算轴承的回转摩擦力矩。
按照求出的e值,查出转盘轴承的计算参数KG。
对于滚柱式轴承KH=1.26,因此,
式(5)~式(13)请见文献[5]。
4 刀盘直径6.3m的刀盘实例计算
某工程沿线的隧道覆土厚度10~20m,地下稳定水位地表下1~2m,隧道直径为6.3m,隧道所处地层为全风化含砾粉砂岩,该标段地表标高为7.9m,隧道拱顶埋深为16.8m,盾壳底部埋深为22.8m。
由于盾构机工作环境的不同,其受力情况很不一样,各个阻力的大小分别与盾构直径、长度、重量、地质土壤性质、各接触面的摩擦系数等因素有关,实际计算时可以根据盾构机的直径做快速估算。盾构机在施工中的总推力及总扭矩按公式(2)、(4)分别是:
总推力:F总=1.6PD2=1.5×0.8×106×6.32=4.76×107N
切削总扭矩:T总=KD3=23×6.33≈5.75×107N·m
然后结合盾构机主轴承的计算公式,对主轴承的承载能力进行校核。盾构机主轴承的结构参数是:上下排滚动体分布圆直径2250mm,上排滚柱直径90mm,有效工作长度90mm,数量64;下排滚柱直径45mm,有效工作长度45mm,数量104;第三排(竖排)滚柱直径40mm,有效工作长度40mm,数量128;滚道表面淬火60HRC(682HV)。承受载荷轴向力4.76×107N,倾覆力矩5.75×107N·m,按照前述公式分别计算各项数值如下:
上、下排滚道的轴向额静负荷容量:
上、下排滚道的当量轴向负荷容量:
盾构机主轴承回转摩擦力矩Mf,首先求出偏心距:
由于e>0.262,按2e/D=0.95查出KG=1.05
由上计算可知,该盾构机主轴承可以满足设计需要。
5 结语
本文对盾构机刀盘进行受力研究,运用理论公式和经验方法对其进行了计算和比较,并通过刀盘受力计算结果来校核盾构机主轴承的安全校核系数和摩擦力矩。计算结果表明,盾构机刀盘受力经验算法较为准确,一般在进行计算时取经验值的上限来进行计算,这样可以提供较大的设计留量来满足不同地质环境的需求,可以通过经验计算来设计盾构机主轴承。希望通过交流,能推进盾构机主轴承的设计和开发。
摘要：盾构机主轴承是盾构机的主要部件,对盾构机的使用寿命起到至关重要的作用。文中运用理论和经验公式对盾构推力和刀盘扭矩进行了计算和比较,并对盾构机主轴承进行了校核计算,对新型盾构机主轴承的研发具有一定的参考意义。
关键词：盾构机主轴承,三排组合滚子轴承,受力分析
参考文献
[1]宋克志,潘爱国.盾构切削刀具的工作原理分析[J].建筑机械,2007(2):74-75.
[2]闵锐.复合型掘进机刀盘的设计分析[J].设计制造,2004(8):68-69.
[3]崔国华,王国强,何恩光,等.盾构掘进机主要技术参数的计算分析[J].矿山机械,2006(12):11-13.
[4]张杰.EPB盾构机刀盘力学分析与优化[D].大连:大连理工大学,2009.
球磨机主轴承的使用经验 篇3
球磨机主轴承是球磨机的重要组成部分, 它支承着整个磨机的重量。主轴承由轴承底座、轴瓦、轴承盖及润滑系统组成, 而轴瓦是其核心零件。主轴承的失效形式主要体现在轴瓦的烧损, 烧瓦被看作是水泥厂的灾难性事故, 因为一旦烧瓦, 处理起来停机时间长, 检修工作量大, 不但影响设备运转率, 还会降低轴瓦的使用寿命。因此, 正确的使用和维护主轴承, 避免出现烧瓦事故以及缩短检修时间等, 对于水泥企业有重要的意义。
1 轴瓦温度高及其温度控制
轴瓦温度受环境及中空轴影响, 环境温度高, 轴瓦的温度会升高, 而中空轴的温度受磨内物料温度、磨内气体温度以及中空轴与轴瓦的润滑状态等影响。降低轴瓦温度的方法有:加大淋油量, 加大轴瓦及稀油站的冷却水量, 筒体淋水等。
目前, 大部分球磨机轴瓦的瓦衬材料为ZCh Sn Sb11-6锡锑轴承合金 (巴氏合金) , 其最高工作温度为150℃, 熔点约为241℃, 但并不是说球磨机的轴瓦就能在150℃下工作, 其允许的工作温度受润滑油的承载能力和巴氏合金的承载能力等的影响, 也就是说, 轴瓦最大工作温度应在润滑油和巴氏合金的允许工作温度范围之内。早期的球磨机用中空轴上的油圈带油润滑, 润滑油为旧牌号的50~70号机械油, 轴瓦的测温点在轴瓦120°端面中部的深孔内, 采用WTZ-288型电接点压力式温度计测温, 允许工作温度为60℃。新式磨机轴瓦测温点在瓦宽度方向中部的端面, 采用WZPM-201端面热电阻测温, 热电阻放在巴氏合金层的下面, 采用XYZ型稀油站或GXYZ型高压稀油站集中润滑, 润滑油为带极压添加剂的N320中负荷闭式工业齿轮油 (L-CKC320) 或N220中负荷闭式工业齿轮油 (L-CKC220) , 轴瓦的允许工作温度为65℃。
因为轴瓦测温点位置特殊, 只能反映局部温度, 在轴瓦局部发热升温, 尤其是新瓦试车时, 不能及时反映整个轴瓦宽度方向的温度情况, 同时, 有时会出现测温装置出现故障, 测温不准的情况。对此, 我们通过现场积累的经验, 采用测温枪测量中空轴表面温度或主轴承回油温度来进行比较。根据经验, 中空轴表面温度一般要比瓦面的温度高10℃~15℃, 而主轴承回油温度比轴瓦温度低5℃左右, 也就是说, 可以控制回油温度在60℃或中空轴表面温度在75℃。另外, 通过用测温枪测量中空轴表面的温度, 我们还会发现中空轴表面的温度差异, 从而判断中空轴与轴瓦的接触是否正常、润滑状态是否正常, 以便作出处理。
目前, 很多润滑油增加了油脂的抗极压和抗磨能力, 并有专门用于球磨机轴瓦的润滑油, 从而提高润滑油的承载能力, 使得轴瓦允许工作温度提高到75℃甚至更高, 这更有利于防止磨机轴瓦温度升高。
2 主轴承烧瓦的原因及预防措施
烧瓦的原因较多, 主要有以下几方面: (1) 设计方面:筒体钢板厚度薄, 容易使筒体产生挠度过大、永久性弯曲和热变形的现象。瓦口间隙设计不合理, 进油不畅或形不成承载油膜等设计缺陷, 也可能构成烧瓦事故; (2) 制造方面:中空轴的径向偏摆大, 两中空轴出厂安装不同心;轴瓦瓦衬浇铸质量差, 在承载区内有较大空洞或离壳现象等; (3) 安装方面, 轴承研刮不当, 轴瓦瓦口间隙小或轴瓦与中空轴的接触不良或轴瓦球面与轴承底座不能灵活摆动, 或者把允许轴瓦在轴承底座内一定范围内摆动 (但不允许轴瓦从轴承底座脱离) 的定位螺栓顶住轴瓦, 使轴瓦不能灵活摆动等; (4) 使用维护方面, 润滑油选用不当, 油的黏度低或抗极压、抗磨能力差等, 轴瓦及稀油站的冷却水量小或进水温度高, 少油、缺油或油脏等, 测温装置失灵导致测温不准, 未能及时发现温度异常等。以上原因中, 大多数企业的主轴承烧瓦是因润滑故障引起的。因此, 应从以下方面加以预防。
(1) 加强润滑管理, 选用合适的润滑油, 并按季节适时换油;同时, 要保持稀油站控制系统的可靠性和灵活性, 使稀油站的供油温度保护和供油压力保护发挥作用, 避免因供油温度高或少油、缺油而引起烧瓦。
(2) 注意主轴承的密封, 防止灰尘进入及润滑油外漏。灰尘进入主轴承后, 不仅会加速轴瓦的磨损, 同时还会使润滑油变质, 降低润滑油的使用寿命。
(3) 保持轴瓦冷却水的畅通, 防止堵塞、漏水造成润滑失效而引起轴瓦过热甚至烧瓦。
(4) 运行中, 一方面要注意轴瓦温度的变化情况, 控制温度在允许范围内, 同时要对中空轴温度、稀油站的供油温度和回油温度等进行比较, 以防止轴瓦测温热电阻失灵, 测温不准而造成烧瓦。中控室操作人员要经常查看电流及轴瓦温度曲线, 及时发现及时处理。
(5) 停磨时, 要用辅传慢转磨机约30min, 以降低轴瓦温度, 等轴瓦温度正常后才停机;停磨时间较长时, 还需在中途开稀油站或高压稀油站的高低压油泵慢转磨机, 以避免磨机筒体在无润滑油的情况下因热胀冷缩而受到阻卡而拉伤轴瓦。为了防止筒体在热态停机时产生过大挠度, 一些厂用千斤顶在磨机筒体中部托住筒体, 也具有一定作用。
一旦发生烧瓦事故, 视程度不同, 我们的处理经验措施是:
轻度烧瓦。指烧瓦时间较短, 瓦面受伤程度较小, 只是局部磨损或出现高点, 磨损并被带出的只是呈片状巴氏合金, 且进油处瓦口间隙没有被堵塞等情况。如按传统处理方法, 必须顶磨取瓦研刮, 既费时也费力。对此, 我们总结出不顶磨取瓦的快速处理方法, 即:辅传慢转磨机, 加大磨机的通风量及烧瓦处的淋油量, 一方面使轴瓦及中空轴快速冷却下来;另一方面则在慢转过程中, 把中空轴表面粘附或烧结的巴氏合金刮去, 并用油石打磨中空轴, 等中空轴温度正常后, 停磨吊出轴承盖, 清理瓦口进出油处的巴氏合金屑 (主要是清理瓦口间隙) , 清洗稀油站回油处滤网及进油过滤网, 油脏时要更换润滑油。然后按正常生产减小投料量启动磨机, 加大烧瓦处的淋油量使磨机在运转中把瓦面产生的高点磨去。运转中要注意控制中空轴表面的温度不超过75℃, 温度高时把磨机停下来, 慢转磨冷却, 等中空轴表面的温度降到30℃再重新启动磨机。经过几次磨合, 就可使高点磨去, 中空轴温度达到正常范围之内。此方法在Φ1.7×2.5m煤磨、Φ2.4×12m和Φ2.6×10m水泥磨等轻度烧瓦时应用过, 只要1~3个程序就可处理好, 效果较好。
重度烧瓦。指烧瓦持续时间长, 烧瓦程度严重, 巴氏合金带出量较多, 进油处瓦口严重堵塞, 中空轴被划出沟槽及整个瓦衬无法再继续使用等。每次重度烧瓦, 轻则要损失0.4~0.7mm巴氏合金, 缩短主轴承轴瓦3~5年的使用寿命, 重则使巴氏合金在高温下软化, 并在中空轴的压力下被挤压出来, 最终导致巴氏合金层报废。如图1。
处理重度烧瓦时, 必须倒出磨内球段, 顶磨取瓦及重新研刮轴瓦, 检修时长。传统的刮瓦方法为25mm×25mm接触点应不少于2~3点, 接触角为60°~90°, 现在, 都采用江旭昌高工发明的新式刮瓦法 (江氏刮瓦法) , 新式刮瓦法省事、省时, 笔者在处理Φ2.6m×13m水泥磨磨尾轴瓦重度烧瓦时, 就采用这种方法, 具体步骤为:把轴瓦宽度方向的两边约30mm倒坡, 接触角30°内不刮, 用砂纸背面打磨光滑即可, 适当加大进油口处的瓦口间隙, 轴瓦球面用砂纸打磨后, 在四周研刮, 中部不研刮等等。经四次与中空轴研配, 就放入轴承底座内加全部球段试车。试车时, 中空轴温度最高处43℃, 大部分温度在38℃, 运行正常时, 中空轴大部分温度为28℃, 局部温度为43℃。
3 轴瓦瓦衬磨损量的控制
由于轴瓦与中空轴之间的润滑属于动压润滑 (一些新磨机采用动静压轴瓦, 也仅在启动或情况危急时采用) , 运行中存在一定的磨损, 再加上安装、使用维护等方面的原因, 可能造成轴瓦瓦衬烧损, 因此, 轴瓦会越用越薄, 一方面使瓦衬的承载能力变差, 另一方面, 磨机筒体的轴线中心会下降, 从而使磨机大小齿轮的中心距和齿顶间隙变小而产生振动, 加剧磨损。实践表明, Φ2.2×6.5m磨机的轴瓦磨损5mm, 齿顶间隙将减小1.18mm, Φ2.4×12m和Φ2.6×13m磨机轴瓦磨损5mm, 齿顶间隙将分别减小1.71mm和1.70mm。所以, 当轴瓦瓦衬的磨损量超过允许值时应予以更换。
盾构机主轴承 篇4
一、主轴承密封系统的结构形式及其保护措施
1. 主轴承密封结构形式
目前几个主要TBM制造商, 对大直径掘进机主轴承的密封主要采用两种形式, 在密封系统保护措施方面两种形式也有一些差异, 代表着各自对TBM主轴承密封系统的理解以及各自认为有效的保护措施。
(1) 德国WIRTH (NFM) 公司主轴承密封形式。新建铁路吐 (吐鲁番) 库 (库尔勒) 二线中天山隧道采用WIRTH公司生产的TB880E型掘进机, 其主轴承密封系统采用内外各3道唇形密封结构 (图1) 。其中朝向掘进方向的两道密封的唇边向外, 作用是防止掘进过程中的灰尘、泥水、石渣进入主轴承, 最后一道密封的唇边朝向滚子及驱动齿轮机构, 防止润滑油向前方泄漏。
(2) ROBBINS公司主轴承密封结构形式。从主轴承的结构方面分析, ROBBINS公司TBM采用的轴承结构和WIRTH公司的轴承基本相同, 但传动类型有所区别。轴承对外界环境的密封方面采用了水冲刷系统代替脂密封系统 (图2) 。
从以上TBM的密封结构可以看出, 无论主轴承密封结构怎样变化, 均必须实现两项功能, 即防止外界污染物进入轴承、防止轴承本身的润滑油泄漏。
2. 主轴承密封系统的保护措施
不同的TBM厂家对主轴承系统都非常重视, 但有着不同的认识和理念, 也采取了不同的保护措施, 常见的有油脂密封系统、油润滑系统、水或油冲刷系统、冷却系统等。这些保护系统在不同的TBM上发挥着各自的功效, 但始终未能形成统一的标准, 也预示着主轴承密封系统及保护措施仍然有待于进一步研究和优化。
二、主轴承密封系统故障原因分析
1. 密封系统的故障及原因
(1) 密封及相对运动机构的磨损。从结构方面分析, 主轴承密封在运行过程中和轴承的周边支撑部分 (有的称之为耐磨环) 发生相对运动, 长时间运转会造成轴承支撑结构和密封本身的磨损, 这是主轴承密封系统可能出现问题的一个主要原因。
(2) 密封辅助部件的损坏。密封系统安装于主轴承上, 同时需要安装相应的辅助部件, 包括隔环、迷宫环等。这些辅助部件主要功能是保证密封正确的工作姿态、保持良好的工作环境等。这些辅助部件出现过度磨损和损坏时必将导致密封系统工作状态变化或者工作环境恶化, 从而加剧密封磨损, 缩短密封的使用寿命。
(3) 密封初始安装不合理。通常情况下, 一台TBM不会仅仅施工一项工程, 会有多次拆装, 此时将会全面细致地检查主轴承及其密封系统, 必要时更换出现磨损、状态较差的密封及辅助部件, 重新安装过程中如出现部件质量、操作工艺、机具设备、工作环境等方面的问题, 则不能保证正确合理的安装, 将导致密封在使用过程中出现故障。
(4) 密封辅助系统故障。不同厂家的主轴承, 保护系统不尽相同, WIRTH公司的轴承采用脂密封系统实施保护, 其作用就是采用脂泵不间断的向唇型密封背后注入脂, 使脂不断向轴承外侧排出, 将可能进入轴承密封位置的灰尘、泥水、石渣等污染物排出, 一旦该系统出现问题导致注脂量不足, 则污染物有可能进入密封进而进入轴承导致严重后果。
2. 主轴承密封系统故障实例及原因分析
新建南疆铁路吐库二线中天山隧道采用WIRTH公司于1997年生产的TBM, 经过施工单位进行大规模的整修后投入施工。其主轴承密封系统在掘进初期先后出现几次故障, 内外密封先后出现漏油现象, 故障现象虽然一致但故障原因并不相同。
(1) 内密封故障。经过对轴承内密封系统拆检并仔细分析, 判定原因为整修后再次组装过程中加工的隔环尺寸偏差, 导致隔环和密封之间出现相对旋转, 长时间运转导致唇形密封被撕裂以及隔环异常磨损, 从而失效。
(2) 外密封故障。通过拆检并对每道密封的状态进行分析, 基本确定组装过程中安装密封时, 操作工艺控制不严、未能进行有效的检查认定, 错误的操作造成局部密封翘曲, 压迫隔环从而使隔环和密封出现相对运动, 导致密封损伤进而失效。
三、保证主轴承密封系统质量的建议
1. 确保密封安装质量
一般情况下, 新出厂的TBM主轴承和密封系统已经在工厂完成安装, 具有良好的工作环境和质量保证措施。经过一个工程或者一个较长阶段使用的TBM, 由于密封和其相对运动部位存在磨损, 再次使用时需要更换密封、更换或者修复耐磨衬套 (耐磨环) 或隔环以及调整密封安装位置等, 可能实施其中之一, 也可能实施多项。处理这些问题, 因对环境要求较为严格, 需要有经验、技术水平较高的人员。一般情况下修复耐磨衬套的工艺相对复杂, 而且国内目前尚无合适的修复材料, 需要返厂维修或者聘请轴承厂家的技术人员现场修复, 在没有更好解决措施的情况下, 唯有如此方可保证主轴承再次组装的质量。
在主轴承密封系统设计过程中充分考虑了轴承与密封实际使用寿命不对等的因素, 因而允许调整密封安装位置, 在整修过程中可根据密封耐磨衬套 (耐磨环) 的磨损情况选择。通常TBM主轴承密封有2~3个安装位置, 如图3。
2. 安装过程中的注意事项
在此, 仅针对转场使用或进行大规模检修的TBM密封系统, 探讨安装过程中的注意事项。
(1) 由于TBM初次到场时密封已经在工厂安装完成, 因此除非采购合同另有规定, 一般TBM厂家不对密封的再次安装提供服务, 可根据需要选择聘请厂家人员实施维修、提供技术支持或自行维修。需要特别关注的是, 3道唇形密封的尺寸并不相同, 但由于密封尺寸较大并且相对差距很小, 容易忽视而导致密封排列顺序错误, 因此必须予以高度重视, 严格遵循厂家的规定。
(2) 密封安装前要对耐磨衬套 (耐磨环) 的状态进行检测, 可能的情况下要对一些磨损位置进行修复。
(3) 检查密封油脂孔道是否通畅, 彻底清理堵塞的孔道。
(4) 密封和轴承的各个接触部位可能会有不同类型的O形密封, 在密封安装过程要对有O形密封的位置仔细控制, 避免安装过程中损坏密封。
3. 确保密封辅助部件的质量控制
密封辅助系统一般包括密封安装的辅助部件、TBM运行过程中密封的保护装置等, 辅助部件包括密封隔环、迷宫密封等;密封保护装置不同的厂家设计不同, 通常有脂密封系统、油密封系统等。
(1) 脂密封系统。脂密封系统为常见的密封保护装置, 其功能是润滑密封运行位置和防止外界灰尘等污染物进入密封位置、进而进入主轴承。
在施工过程中 (主轴承运行过程) , 通过不断的向密封之间的缝隙注入油脂, 使油脂向主轴承密封系统外部不断地排出, 从而起到润滑密封和防止外界污染物进入密封的效果。油密封系统的功能和脂密封系统的功能类似, 不同之处在于介质采用的为齿轮油或者液压油。
在主轴承密封系统安装时, 要对整个脂密封系统的状况进行全面检查, 包括注脂量、各个分配器的工况、清除系统的残留脂等。系统安装完成后, 需要完成对密封各个腔室、迷宫内密封脂的充填, 以确保在密封正式运行时注脂正常。
(2) 密封安装的辅助部件。辅助部件包括密封隔环、迷宫等组成, 其功能主要是保护密封、防止外界杂质进入密封系统。在重新安装密封系统时, 由于以上部件的磨损, 大部分时间需要对以上部件进行重新加工并安装, 但是以上部件的尺寸要求非常严格, 特别是密封隔环, 隔环位置见图4。
在密封运行过程中, 隔环具有限制密封的非正常运动、保证密封的正常状态的功能, 其尺寸 (直径、厚度) 参数必须准确无误, 否则将会导致密封的迅速失效。所以如果再次组装TBM时需要加工隔环, 有必要对隔环在安装位置的状态进行现场检查, 从而确保隔环的状态满足密封的安装和运行要求。
4. 使用与维护保养方面的注意事项
(1) 规范掘进施工操作掘进机操作人员必须事先已经接受了系统的相关培训, 并且经考核合格, 具备了熟练、准确地掌握设备所有系统, 熟悉所有的操作和显示元件的功能。掘进之前必须做好全部的准备与检查工作, 操作过程中严格执行掘进操作流程并遵守相关要求。
(2) 加强日常检查保养。对于TBM这样的大型综合性施工机械, 使用过程中必须制定维修保养规程并严格执行, 特别是对于主轴承等关键部位, 更应高度关注。树立“越早的失误危害越深”的观念, 以油水管理为重点, 坚持油液超精细过滤;吸取设备管理先进企业的经验, 强化保养观念。
(3) 建立健全状态监测制度。TBM都配置有状态监测系统, 依照设备结构特点和运转规律, 采用TBM机载在线监测装置、数据采集系统与离线的振动分析、油样检测等手段相结合、简易诊断与精密诊断相接合、在线监测与离线监测相结合。
5. 辅助的加强保护措施
迷宫作为密封的主要防护装置, 一方面要求密封脂可以顺利的从迷宫的间隙中不断溢出, 还要有防止灰尘、石渣进入迷宫的措施。因此在迷宫完成安装后, 对迷宫装置的防护需要进一步加强。
四、总结