TBM主轴承润滑系统减少故障的对策.docx

研究ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎ主轴承润滑系统减少故障的对策赵战欣（中铁１８局集团公司隧道工程公司，天津３００２２２）ＴＢＭ摘要：主轴承对于隧道掘进机的工程地位特别重大，良好润滑是主轴承正常工作的重要保障。总结和分析ＴＢＭ主轴承结构及特点，论述润滑方式及密封对于保证主轴承状态的作用，结合以往施工实践中曾经出现的主轴承故障，从状态监测、维护保养及运行操作三个方面，针对不同的侧重点，分别提出了避免和减少主轴承故障的对策，强调以加强维护保养、按技术规范操作和控制ＴＢＭ掘进作为主轴承良好状态的重点保证措施，出现故障及时维修，只有这样才能为掘进施工保驾护航。关键词：ＴＢＭ；主轴承；润滑；故障；耐磨环；密封中图分类号：Ｕ４５５．３１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－３９５３（２０１３）０６－００１１－０４全断面硬岩隧道掘进机（以下简称“ＴＢＭ”）在我国的应用日趋广泛，近两年开工建设采用ＴＢＭ施工的工程，主要集中在水利水电和城市轨道交通工程中。然而采用ＴＢＭ施工毕竟刚刚在国内推广，以往施工过程中曾经出现过影响重大的设备故障，必须引起高度重视，避免延误工期、增加成本，甚至带来安全隐患。我们常说，主轴承是ＴＢＭ的“心脏”，其重要性可见一斑，这不仅仅是因为ＴＢＭ主轴承造价昂贵、交货期长，洞内排除主轴承故障的经济成本与工期成本高、安全风险大也是一个重要因素。润滑系统是ＴＢＭ主轴承的重要保障，密封系统是主轴承的重要屏障，根据多年的工程实践经验，认为结合ＴＢＭ主轴承结构特点、润滑方式及密封型式，从状态监测、维护保养及运行操作三个方面采取有效措施，必能使主轴承润滑系统处于良好运行状态，从而保证ＴＢＭ正常工作。［１］!#$%’%(图１主轴承外啮合形式示意图!#,%’()*+!#!#-./0.1$%图主轴承内啮合形式示意图２齿圈和驱动小齿轮啮合产生的金属磨粒不断进入到润滑油中，如不迅速清除，将引起零部件的过度磨损，导致故障发生。基于设计的角度考虑，在润滑油回油回路设置了磁性过滤器，运行中产生的磨粒，通过回油回路中设置的强磁场牢牢吸附在环状或柱状磁铁上（见图３、图４）。定期拆解磁性过滤器，收集累积的磨粒，则可据此判断磨损速率。对于外啮合模式，其在使用中润滑油携带的金属磨粒不易累积在啮合轮齿中，避免了二次磨料磨损的可能。主轴承结构形式主轴承因其重要性，截至目前，工程单位基本都选用世界知名品牌、不敢丝毫大意。按照结构形式：驱动齿轮环绕中心齿圈的啮合方式谓之外啮合（见图１），驱动齿轮被外围齿圈包容在内谓之内啮合（见图２）。从结构整体刚度而论，显然内啮合模式的径向尺寸大，受力刚性好，虽然造价高，用户一般仍偏爱选取此类轴承。对于内啮合模式，在主轴承运行过程中，由于大１收稿日期：２０１３－０６－２５作者简介：赵战欣（１９７３—），男，高级工程师，主要从事ＴＢＭ施工技术管理方面的工作润滑方式及密封由于主轴承大齿圈尺寸大转速慢，仅靠飞溅润２国防交通工程与技术１１２０１３第６期·研究与设计·ＴＢＭ主轴承润滑系统减少故障的对策赵战欣组件和机头架内主轴承，在主轴承径向内外侧位置设置了３道或４道唇形密封，润滑油腔最近一侧密封空腔，一般充填润滑油，起到冲刷作用。剩余密封空间则定量均匀供给润滑油脂，阻挡外界脏污进入。与唇形密封径向内侧紧密配合的是表面非常坚硬且高度光洁的耐磨环，一旦耐磨环磨损形成较大间隙和沟槽，外界污物将长驱直入，对润滑油腔的污染和损害将会非常严重，工程中因耐磨环失效导致轴承连锁失效的案例屡见不鲜（见图６）。因此，润滑油脂的定量、均匀供给非常重要，必须足够重视。最外一道密封也有采用水做介质，但运用中后期容易磨损，造成水与润滑油互渗、润滑油运动粘度急剧下降，后果更严重，很多用户对此润滑设计持有疑虑。［２，３］现场故障轴承拆解中发现，主轴承润滑油腔内侧径向润滑油输入（输出）孔，往往有磨粒堆积现象，严重时大磨粒甚至堵死孔口，严重影响运行中轴承润滑油的流量和压力，这对轴承正常运行的润滑机能损害极大，极易造成摩擦副的胶合。为减少润滑油中磨粒含量，新设计分体式轴承（见图７），轴承靠前，大齿圈在后，往往将润滑油回油通道用一道密封分开以各自回油。图３磁柱式滤芯图４磁环式滤芯滑，不能保证轮齿运转到顶部时摩擦副表面形成油膜，一旦油膜缺失，极压性能急剧下降，导致接触的轮齿面和滚道面点蚀、胶合，解体后的轴承经常可以看到耐磨环严重磨损沟槽（图５）和滚道面麻点似的凹坑（见图６）。图５耐磨环严重磨损沟槽图７分体式轴承工作参数监控及处理主轴承运行时应重点关注润滑系统的流量、压力、温度等运行参数。ＴＢＭ设置了润滑系统自我保护的三级预警监控参数，低于设定流量或达到润滑压力控制上限、ＰＬＣ则会显示警告信号，一旦脱离控制范围、ＰＬＣ则触发联锁停机控制信号，ＴＢＭ直接停机，避免事态进一步扩展。运行中严密观测