盾构机主驱动的问题分析和处理

摘要：盾构机是工程上隧道专用挖掘设备，工程施工中的关键核心设备，而主驱动又是盾构机的核心关键部位，因此主驱动的质量影响着整个盾构的质量和施工效果。主驱动的密封装置、主轴承、减速机、润滑装置等都有着至关中的作用，通过分析和解决这些系统出现的问题能更好的服务于盾构的施工和维护。

关键词：盾构机；隧道；主驱动；核心；施工

1盾构主驱动工作原理

1.1 盾构工作原理概述

盾构是由金属外侧护盾及内部各功能系统协调运作，及开挖、排渣、衬砌等于一体的一次成形隧道施工机械。内部系统在功能上则由主机及后配套组成，前方主机为施工动作及信息反馈单元，后配套则主要是动力源提供和信息汇集处理单元，两者密切配合，共同保证盾构机功能的有机运作。

盾构是通过刀盘的旋转来切削前方掌子面的泥土或岩石，并起到支撑掌子面的作用。刀盘上的泡沫、膨润土、喷水等系统起到改造挖掘条件的辅助作用，主驱动则是驱动刀盘的核心部件，直接提供动力扭矩的传递。

1.3 主驱动工作原理

1.3.1 主驱动动力传递

主驱动由电机（电驱形式）或马达（液驱形式）、减速机、行星传动小齿轮、主轴承、驱动箱体、内外密封装置、刀盘驱动连接法兰等组装而成。减速机把电机或马达的动力转化为大扭矩，通过与主驱动内齿圈的齿轮啮合，把扭矩传递给主轴承，驱动法兰则把刀盘和主轴承连接在一起，动力扭矩也就传递到刀盘上并体现在刀具与掌子面切削作用上。

为降低摩擦对工作面的磨损和疲劳损坏，主驱动箱体内的齿轮油用于润滑主轴承及与其啮合的小齿轮等，减速机内部齿轮油用于润换三级减速的行星轮架及传动轴，外置的齿轮油泵则以脉冲计数的方式，通过驱动箱上油脂孔通道进入主驱动轴承内部，给予内部三排滚动体及滚道面润滑。同时，主驱动动力传递过程中，有部分损失的能量转换为了热量形式，造成局部部件的温度升高。三级减速机壳体被设计成空腔装置来流通冷却水，用以给减速机内部齿轮油降温。

1.3.3 主驱动密封装置

主轴承内圈转动并带动刀盘旋转，外圈固定于主驱动箱体上，而主驱动箱体则是固定于护盾内部结构件上相对不动的，于是主驱动被设计成内外两处密封；就液驱主驱动分析，外密封有三道唇形密封，内密封有二道唇形密封；每道密封之间由隔板隔开，用于保持密封的位置形态，最外侧有压板封盖并给与密封一定的压力。密封采用背靠背形式，最内侧密封唇口朝内，封堵齿轮油，其余几道密封都是唇口向外，用于封堵外侧杂物。密封之间形成密封腔，由内而外，外密封第一道密封腔为空腔，检测齿轮油是否泄漏，第二道密封腔为黄油脂润滑，最外侧密封腔打入HBW黑油脂并溢出到密封外侧土仓处，从而隔离开外部土仓环境。

2 主驱动故障问题分析

2.1 密封滑环磨损

内外密封装置中，唇形密封与内外滑环接触，由此通过设定的密封弹性压缩量来起到密封作用。由于密封与滑环的相对滑动，长期以来就会在滑环上形成凹槽，密封出现一定的磨损，从而降低密封效果。内密封最外侧不受土仓压力及渣土的影响，唇形密封工况较好，磨损相对较小；外密封外侧受土仓压力变化和渣土的影响，工况恶劣，最外道密封与滑环接触面磨损一般最严重，中间一道次之，最内侧磨损相对较轻。盾构在掘进到一定距离后，需要进行定期拆检维护保养，可通过外滑环上的紧固螺栓和顶丝，调整外滑环与密封接触面。

2.2 主轴承磨损

主轴承的磨损一般体现在齿面、滚动体、滚道面、防尘密封、主轴承与刀盘驱动法兰连接面上等。

2.2.1 油品污染

主轴承因浸泡在驱动箱体内齿轮油里，若是齿轮油的清洁度较差，都会加剧齿轮、滚动体和滚道面的磨损。造成齿轮油清洁度差的原因除了正常的内部结构相对位移产生的金属颗粒。还有装配过程中配件的清洁不到位也可造成内部油品的污染；密封损坏造成外部渣土进入齿轮油，密封处润滑油管接错，造成其他油脂混入齿轮油；减速机异常磨损的碎片混入齿轮油等。

主驱动在装配和使用过程中要加强检查，充分降低主驱动内部的污染，提高设备内部的清洁度。例如，装配过程中可采用便于操作的手触方式直观的进行检查，或使用磁铁吸附检查是否含有铁屑，对铁屑的抽检含量制定严格的量化抽检制度。

2.2.2 主驱动过载

刀盘在旋转切削中，高速启动刀盘或者运转中进行急停，还有未停止转动就反向逆转操作，会造成瞬时的大扭矩传递，对主驱动造成过载，直观的表现就是主轴承与刀盘驱动法兰的装配连接面会有相对位移造成金属拉伤，更有甚者出现连接螺栓的剪切断裂。

拆检主驱动过程中，通过配件的损坏情况进行逆向分析，施工过程中的过载误操作是完全能够避免的，这需要对盾构的性能参数要有清晰的把控，同时严格按照操作规范进行施工。

2.2.3 疲劳强度损伤

主轴承内部滚道面及软带、滚动体达到疲劳强度受损，可能与本身的加工质量有关，主要表现在滚动体、滚道面的淬硬层应力较大且分布不均，淬硬层深度差别较大，使材料过早的达到疲劳损伤。

主轴承由驱动小齿轮驱动，而驱动小齿轮装配在驱动箱内，因为小齿轮的轴向尺寸较长，故对其同轴度要求的自然很高。加工尺寸稍有偏差，或装配过程连接面面上有异物残留，都会形成较大的同轴度误差，以致小齿轮与主轴承的齿啮合更容易疲劳受损，严重可能直接导致齿面出现裂纹，进一步齿断裂并造成传动结构内部连环破坏。

盾构机的国内存量越来越大，对其维修改造的业务也会越来越多，维修拆检再组装过程中，一定要充分了解其设计理念，不能有丝毫的马虎大意，造成不必要的过大损失。

3 总结

主驱动是盾构机里关键的部位，而主驱动内部的各系统需要有机的配合协作才能保证功能的正常实现，使用中更要进行定期的检查、维护，实时处理各种问题，固定交接手续，保证设备质量和工程高效施工。