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TB880E主軸承潤滑系統污染主液壓系統故障診斷與處理

2010-12-09

作者：劉軍；董天鴻

　　內容提要：本文主要闡述了西康鐵路秦嶺1線北口，TBM在隧道施工中發生的一次特大故障。從對故障的診斷、處理方案和實施中，使隧道施工企業的技術人員得到了超大型施工機械重大故障的處理經驗。
　　關鍵詞：TBM；主軸承；潤滑系統；污染；液壓系統；處理方案　
　　從德國引進的全斷面巖石掘進機（TBM），在西康鐵路秦嶺1線北口施工中，發生了罕見的主軸承潤滑系統污染主液壓系統的故障。故障發生時，里程為DK68＋295.48m，TBM的純掘進時間為2896.5h。故障發生起源是TBM在施工中發現主液壓系統頻繁出現多處控制閥不動作，或時而動作時而不動作，液壓濾清器頻繁發生堵塞報警，迫使TBM自動停機、施工中斷。
　　1、故障檢測及分析

　　為了準確判定故障原因，進行了多方面的油質檢測和故障診斷工作。

　　（1）多次提取不同部位的主液壓系統的油樣，先后在西安和北京、蘭州等地油水檢測中心進行光譜、鐵譜分析，結果發現油樣含有大量的SIOZ顆粒和油質發生變化。判斷可能是液壓系統內進人了石粉和其它油品，但污染源究竟在什么部位，當時仍然在查找中。

　　（2）對TBM主機的電氣控制元件進行了逐個檢測，未發現電氣控制元件有問題，參數及動作正常。

　　（3）對液壓元件進行了重點檢測，有個別元件還進行了拆檢，如4＃、5＃液壓泵，1＃、2＃皮帶機液壓馬達和一些控制閥。除了正常磨損外，在清潔的液壓系統中工作正常。

　　（4）為了準確尋找主液壓系統的污染源，對污染物可能進人液壓系統的各個環節進行了分析。污染物可能進人主液壓系統的環節有：

　　a、液壓管路被巖石砸破而處理不及時、不恰當；

　　b、與石碴有直接或間接接觸的液壓元件，如油箱的防塵蓋呼吸器、鋼拱架安裝系統、混凝土罐吊機系統、材料升降平臺系統、上部材料吊機系統、1＃與2＃皮帶機系統、主軸承潤滑系統的液壓馬達、護盾系統等。

　　2、故障診斷與查找

　　經過多方分析、查證，逐步將懷疑重點縮小至護盾系統和主軸承潤滑系統。理由是經過3次主液壓系統的換油、濾油、試機（換油在一萬升以上），工作一段時間后，主液壓系統內的油樣中仍有大量的SIOZ顆粒，主液壓系統的濾芯仍然頻繁堵塞，TBM自動停機，說明污染源一定在與石碴接觸頻繁且污染途徑暢通的位置。經查護盾系統的油缸。油管、控制閥完好，可以排除，的懷疑目標只有主軸承潤滑系統的液壓馬達，經檢查主軸承的潤滑系統的齒輪油內含有大量石粉顆粒，主軸承潤滑系統的濾清器嚴重堵塞。為了準確查清主軸承潤滑系統的污染物進人主液壓系統的原因，檢查了主軸承潤滑系統與主液壓系統的關系，兩者相連的部件只有液壓馬達。該液壓馬達與主軸承潤滑油泵通過一封閉的聯軸器相連，經拆解該液壓馬達和油泵，密封已損壞，Z終造成污染物通過這條途徑長驅直人主液壓系統。根據主軸承潤滑系統發生的現象及檢測、化驗、分析，我們對故障診斷如下：

　　（1）主軸承內、外圈迷宮密封和內、外圈各三道唇形密封均已破損；

　　（2）內圈、外圈密封油脂量供給不足，也未形成連續的環形粉塵阻隔帶；
　　（3）掘進期間刀盤內粉塵無阻擋地直人主軸承齒輪箱，從而使主軸承潤滑系統嚴重污染；

　　（4）由于主軸承潤滑系統的電傳感器已壞，又無配件更換，機械式報警裝置被坍落的巖石砸壞，不能正常報警，致使主軸承潤滑系統污染不能及時掌握、排除；

　　（5）由于主軸承潤滑系統污染時間較長，致使潤滑油泵和液壓馬達的密封破損，通過密閉的聯軸器腔，使已嚴重污染的齒輪油進人主液壓系統，引起嚴重的液壓系統故障。

　　3、制定解決方案

　　這次故障的根源在于主軸承迷宮密封和唇形密封的失效，加之在隧道內進行故障排除，工作難度相當大。我們制定了兩套解決方案。

　　方案一：不更換主軸承迷宮密封和唇形密封。

　　（1）更換主軸承潤滑系統的油泵和液壓馬達。改封閉聯軸器腔為下部開放式，以便解決串油問題；
　　（2）連通所有Ｆ₄、F₂油脂通道，視情況提高油脂泵的工作頻率；

　　（3）在密切監測的前提下，增加濾油裝置，及時更換齒輪油；

　　（4）要求主軸承廠商和國內軸承研究機構及現場技術人員對主軸承進行全面檢測、檢查，并進行磨粒磨損分析，評估主軸承的剩余壽命。

　　此方案考慮到施工油耗、工程工期問題，若主軸承在剩余工程量的掘進過程不會發生致命故障，暫時解決問題。但是此方案以犧牲主軸承壽命為代價，并且對工程的工期冒有很大的風險。

　　方案二：更換主軸承迷宮密封和唇形密封。

　　（1）在洞內拆下刀盤和碴斗；

　　（2）使刀盤和主軸承脫開，并退讓出足夠的空間，進行主軸承迷宮密封和唇形密封的更換；

　　（3）在洞內裝回碴斗和刀盤。

　　該方案是一種根本的解決辦法，但是時間長。技術難度大，在世界隧道建設史上也是罕見的，就連維爾特（Wirth）公司的專家也沒有足夠的經驗和把握。Z后，經過中、外雙方技術人員商討，決定采用方案二，但方案一的部分工作可在新配件未到達以前進行短期試驗，以取得必要的監測數據。
　　4、具體方案的實施

　　（1）在洞內無吊機的情況下，根據地質條件，將刀盤用錨桿（在刀盤上部左、右兩格）和鋼板（在刀盤下部左、右點支撐）固定在掌子面，使其不能相對位移，以便刀盤（重約150t）裝回時螺孔位置不變，同時將碴斗拆下，并固定在刀盤內。后退TBM主機使主軸與刀盤分離，退讓出足夠的空間，并在主軸承不轉動的部分搭設必要的工作平臺。
　　（2）按照圖1所示位置，依次拆下主軸承內因迷宮密封、內圈唇形密封及隔環和外圈唇形密封及隔環。

F₁ 、F₃＝油沖刷通道
F₂ 、 F ₄＝油脂通道
圖1　主軸承結構

　　（3）清洗主軸承及密封位置，按照圖2所示位置依次安裝新的主軸承內圈唇形密封及隔環，外圈唇形密封及隔環、內圈迷宮密封。

圖2　主軸承密封安裝位置圖

　　（4）在主軸承潤滑系統中先加人液壓油，運轉主軸承及潤滑系統。同時，開啟主軸承脂潤滑系統，并觀察迷宮的油脂出口，油脂擠出迷宮密封是否正常。主軸承試驗互1-3h后，放出液壓油，并向主軸承潤滑系統內加注原裝齒輪油。

　　（5）主軸承再試轉1－3h，并取出油樣進行化驗分析，合格后，方可進行工作平臺拆除,重新將TBM前移，并按技術要求拆除馬盤及碴斗的固定物，安裝好碴斗和刀盤。運轉TBM并跟蹤檢查，正常后，方可按TBM正常運轉的技術文件進行主軸承及潤滑系統及迷宮密封的檢查。

　　5、結語
　　我們這次遇到TBM發生的特大故障，不等不靠，由中方技術人員查找到了故障源，提出了解決方案，并征得德國專家的認可，圓滿解決了使TBM停機42天的重大故障，使TBM比計劃提高一周恢復掘進。同時也使我們更加認識到TBM故障監測和油品化驗分析的重要性及TBM備件貯備的必要性，更重要的是鍛煉了我們技術人員，為今后TBM施工累了經驗。

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