馬鶴

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

對(duì)于盾構(gòu)機(jī)來(lái)說(shuō)，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是以“心臟”的地位而存在，而主驅(qū)動(dòng)的密封便是心臟外的一層保護(hù)膜。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過(guò)程中，主驅(qū)動(dòng)密封不能夠在洞室中進(jìn)行更換，如若由于密封損壞或者間隙過(guò)大等原因，使泥沙顆?；蛘啐X輪油等侵入到齒輪箱當(dāng)中，導(dǎo)致主軸承損壞，將會(huì)引起整個(gè)盾構(gòu)機(jī)的癱瘓，為盾構(gòu)工程帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

1 主驅(qū)動(dòng)密封的設(shè)計(jì)

1.1 出廠設(shè)計(jì)

在當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，雖然盾構(gòu)機(jī)的品牌多種多樣，但是主驅(qū)動(dòng)密封的形式卻十分相似，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面應(yīng)保障密封唇口具有較強(qiáng)的跟隨性，與旋轉(zhuǎn)軸之間始終處于最理想的角度。在確保密封效果的基礎(chǔ)上，使各個(gè)密封件之間的接觸面積盡量變小，控制摩擦發(fā)熱和對(duì)唇口產(chǎn)生的磨損，使其能夠與壓力工況相符合。對(duì)盾構(gòu)機(jī)主密封進(jìn)行的設(shè)計(jì)主要分為內(nèi)周密封和外周密封兩周，內(nèi)周密封由唇形密封實(shí)現(xiàn)，外周密封由VD密封實(shí)現(xiàn)，其中唇形密封能夠?qū)崿F(xiàn)靜、動(dòng)、自密封作用，韌性良好。而VD密封是將V形的一側(cè)唇部加厚處理而成，活動(dòng)性較強(qiáng)，能夠彌補(bǔ)較大的公差和角度差，具體的出廠設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 主驅(qū)動(dòng)出廠密封設(shè)計(jì)示意圖

1.2 工作原理

在兩道密封中間注入EP0潤(rùn)滑油，外周的設(shè)計(jì)注入量約為20mL/min，內(nèi)周每腔的注入量約為16mL/min，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)累計(jì)消耗量約為2000mL/min。VD密封能夠促進(jìn)潤(rùn)滑油產(chǎn)生壓力，當(dāng)壓力超出界定范圍時(shí)會(huì)發(fā)生外泄，同時(shí)還能夠有效防止?jié)櫥突亓鳜F(xiàn)象。在油脂注入到設(shè)備中后，潤(rùn)滑油會(huì)被擠進(jìn)壓板與土倉(cāng)隔板當(dāng)中，防止泥沙進(jìn)入到密封內(nèi)部，極大的提升了密封性。

2 盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封存在的問(wèn)題

2.1 VD密封斷裂實(shí)效

VD密封中可能會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，通常出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象的主要原因在于安裝時(shí)使用的膠粘強(qiáng)度不足，粘接不夠均勻，而密封與襯套在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，襯套產(chǎn)生切向拉伸力，如若局部粘接強(qiáng)度較弱，則會(huì)在拉伸的作用下逐步開(kāi)裂，然后在應(yīng)力集中的作用下，產(chǎn)生密封斷裂問(wèn)題。因此，在驅(qū)動(dòng)密封的過(guò)程中，應(yīng)保障粘接強(qiáng)度的均勻性，防止密封材料發(fā)生應(yīng)力集中。VD密封在發(fā)生斷裂之后，腔體內(nèi)的潤(rùn)滑油將會(huì)涌出，導(dǎo)致軸承箱泄漏。同時(shí)，由于密封背部壓力喪失，在前端土壓力的作用之下導(dǎo)致泥沙進(jìn)入其中，使密封產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致失效。

2.2 唇形密封磨損

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，將主驅(qū)動(dòng)解體之后能夠看到密封唇口處有非正常的磨損現(xiàn)象，尤其是外側(cè)密封處，由于能夠與泥沙進(jìn)行直接接觸，因此受磨損程度更高。在機(jī)器正常運(yùn)行的過(guò)程中，刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速n為1.4r/min，外周密封線速度V為2πrn/60，也就是0.23m/s，溫度大約在50℃，加之得不到潤(rùn)滑油的有效供給，因此十分容易產(chǎn)生磨損問(wèn)題，長(zhǎng)期以往，甚至?xí)?dǎo)致盾構(gòu)機(jī)癱瘓的后果發(fā)生。

2.3 密封襯套磨損

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求，密封唇口的壓縮量為7mm時(shí)，才能夠保障密封性處于最佳狀態(tài)。隨著盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用時(shí)間的不斷增加，密封唇口與襯套之間相互運(yùn)動(dòng)摩擦，長(zhǎng)此以往，在襯套的四周會(huì)產(chǎn)生一道4mm左右的凹槽，并且在襯套與VD密封的相交處也會(huì)產(chǎn)生一定程度的磨損。這些磨損印記的存在對(duì)唇口密封性能產(chǎn)生較大的不利影響，并且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，磨損現(xiàn)象愈演愈烈，即便中間有潤(rùn)滑油的填充，但是當(dāng)磨損達(dá)到一定界限時(shí)，磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)壓縮量，這將使得潤(rùn)滑油的作用難以抵抗壓力，使外部泥沙混入其中，對(duì)主驅(qū)動(dòng)軸承、齒輪、保持架等造成不同程度的損壞。如若不將存在的凹槽徹底消除，即便是使用新的密封，在凹槽仍然存在的狀態(tài)下，唇口與襯套也很難實(shí)現(xiàn)密切配合，對(duì)密封效果依然會(huì)產(chǎn)生不利影響。

3 主驅(qū)動(dòng)密封的改造方案

通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容的分析可知，在主驅(qū)動(dòng)密封中通常會(huì)由于VD密封磨損、斷裂、襯套磨損等問(wèn)題對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，對(duì)此，應(yīng)對(duì)三道VD的密封材質(zhì)和密封形式進(jìn)行有效的改進(jìn)，以此來(lái)防止上述問(wèn)題的發(fā)生。

3.1 VD密封材質(zhì)的改進(jìn)

由于三道VD密封與齒輪之間的距離較近，當(dāng)主驅(qū)動(dòng)在運(yùn)行過(guò)程中的溫度提升到60℃時(shí)，密封容易產(chǎn)生粘接強(qiáng)度下降而開(kāi)膠現(xiàn)象。對(duì)此，應(yīng)選擇耐高溫的復(fù)合型材料。具體的改造方式為：將內(nèi)周、外周的VD密封材料全部轉(zhuǎn)變成含氟量較高的合成橡膠。這種橡膠具有耐高溫、耐腐蝕等特征，其與其他橡膠相比來(lái)看在很多方面占有明顯優(yōu)勢(shì)，具體如表1所示。

表1 各種橡膠特性表

3.2 VD密封形式的改進(jìn)

由于粘接強(qiáng)度較弱、局部受力不平均等，導(dǎo)致密封斷裂問(wèn)題產(chǎn)生，在對(duì)此方面問(wèn)題的改進(jìn)過(guò)程中，將以往傳統(tǒng)的膠粘法進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以壓板法的方式替代。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，不管是盾構(gòu)機(jī)的密封粘接還是摩擦焊，其縱向軸壓都能夠促進(jìn)相關(guān)部件對(duì)滑動(dòng)的抵抗。在主驅(qū)動(dòng)密封中，在其弧度的安裝面上分別安裝壓板，將以往傳統(tǒng)的VD密封剔除，安裝具有壓接邊緣的VD密封，使其在安裝過(guò)后能夠展現(xiàn)出一個(gè)閉合的環(huán)形形狀，在接縫處用螺栓固定好。具體的改進(jìn)方式為：

（1）對(duì)原扭腿處進(jìn)行立車(chē)加工，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔和套絲，在此基礎(chǔ)上對(duì)壓板的半徑弧度進(jìn)行加工和鉆孔。

（2）在VD密封安裝面上涂滿膠粘劑，避免潤(rùn)滑油從縫隙處產(chǎn)生回流。

（3）保障螺栓的數(shù)量和強(qiáng)度，在安裝時(shí)要注意用力的大小，避免由于受力不均而產(chǎn)生扭曲或者變形。

（4）當(dāng)螺栓被固定完畢以后，將壓板點(diǎn)與螺栓的頂部焊接在一起，保障螺栓不會(huì)在運(yùn)行中脫落。在焊接的過(guò)程中，應(yīng)注意不要將焊渣崩落到密封當(dāng)中，對(duì)整體密封效果產(chǎn)生不良影響。為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生，可以在焊接之前將密封用防火布包好，避免與焊渣相接觸。

上述密封改進(jìn)方案的同時(shí)還應(yīng)注意如密封裝配處加工表面的粗糙度、清潔度及裝配面的銳邊、銳角等因素都將對(duì)密封性能與密封件的壽命產(chǎn)生較大影響。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封的研究能夠得知，在VD密封材質(zhì)上，將以往丁晴轉(zhuǎn)變?yōu)楹暮铣上鹉z，將會(huì)使密封與外殼變得更加可靠。在密封形式上，將以往膠粘法轉(zhuǎn)變?yōu)閴喊宸?，將能夠使密封改造技術(shù)與預(yù)計(jì)效果更近一步。

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