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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(fā)生了罕見的主軸承潤滑系統(tǒng)污染主液壓系統(tǒng)的故障。故障發(fā)生時，里程為DK68＋295.48m，TBM的純掘進時間為2896.5h。故障發(fā)生起源是TBM在施工中發(fā)現(xiàn)主液壓系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)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(fā)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(zhì)檢測和故障診斷工作。
（1）多次提取不同部位的主液壓系統(tǒng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)油樣含有大量的SIOZ顆粒和油質(zhì)發(fā)生變化。判斷可能是液壓系統(tǒng)內(nèi)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。
?。?）對TBM主機的電氣控制元件進行了逐個檢測，未發(fā)現(xiàn)電氣控制元件有問題，參數(shù)及動作正常。
?。?）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(tǒng)中工作正常。
（4）為了準確尋找主液壓系統(tǒng)的污染源，對污染物可能進人液壓系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了分析。污染物可能進人主液壓系統(tǒng)的環(huán)節(jié)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(tǒng)、混凝土罐吊機系統(tǒng)、材料升降平臺系統(tǒng)、上部材料吊機系統(tǒng)、1＃與2＃皮帶機系統(tǒng)、主軸承潤滑系統(tǒng)的液壓馬達、護盾系統(tǒng)等。
2、故障診斷與查找
經(jīng)過多方分析、查證，逐步將懷疑重點縮小至護盾系統(tǒng)和主軸承潤滑系統(tǒng)。理由是經(jīng)過3次主液壓系統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)的油樣中仍有大量的SIOZ顆粒，主液壓系統(tǒng)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(jīng)查護盾系統(tǒng)的油缸。油管、控制閥完好，可以排除，唯一的懷疑目標只有主軸承潤滑系統(tǒng)的液壓馬達，經(jīng)檢查主軸承的潤滑系統(tǒng)的齒輪油內(nèi)含有大量石粉顆粒，主軸承潤滑系統(tǒng)的濾清器嚴重堵塞。為了準確查清主軸承潤滑系統(tǒng)的污染物進人主液壓系統(tǒng)的原因，檢查了主軸承潤滑系統(tǒng)與主液壓系統(tǒng)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(lián)軸器相連，經(jīng)拆解該液壓馬達和油泵，密封已損壞，最終造成污染物通過這條途徑長驅(qū)直人主液壓系統(tǒng)。根據(jù)主軸承潤滑系統(tǒng)發(fā)生的現(xiàn)象及檢測、化驗、分析，我們對故障診斷如下：
?。?）主軸承內(nèi)、外圈迷宮密封和內(nèi)、外圈各三道唇形密封均已破損；
?。?）內(nèi)圈、外圈密封油脂量供給不足，也未形成連續(xù)的環(huán)形粉塵阻隔帶；
?。?）掘進期間刀盤內(nèi)粉塵無阻擋地直人主軸承齒輪箱，從而使主軸承潤滑系統(tǒng)嚴重污染；
?。?）由于主軸承潤滑系統(tǒng)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(tǒng)污染不能及時掌握、排除；
?。?）由于主軸承潤滑系統(tǒng)污染時間較長，致使?jié)櫥捅煤鸵簤厚R達的密封破損，通過密閉的聯(lián)軸器腔，使已嚴重污染的齒輪油進人主液壓系統(tǒng)，引起嚴重的液壓系統(tǒng)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(nèi)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。
?。?）更換主軸承潤滑系統(tǒng)的油泵和液壓馬達。改封閉聯(lián)軸器腔為下部開放式，以便解決串油問題；
?。?）連通所有Ｆ4、F2油脂通道，視情況提高油脂泵的工作頻率；
?。?）在密切監(jiān)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(nèi)軸承研究機構(gòu)及現(xiàn)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(fā)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。
?。?）在洞內(nèi)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；
?。?）在洞內(nèi)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(jīng)驗和把握。最后，經(jīng)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(jiān)測數(shù)據(jù)。
4、具體方案的實施
（1）在洞內(nèi)無吊機的情況下，根據(jù)地質(zhì)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(nèi)。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(zhuǎn)動的部分搭設必要的工作平臺。
?。?）按照圖1所示位置，依次拆下主軸承內(nèi)因迷宮密封、內(nèi)圈唇形密封及隔環(huán)和外圈唇形密封及隔環(huán)。
（4）在主軸承潤滑系統(tǒng)中先加人液壓油，運轉(zhuǎn)主軸承及潤滑系統(tǒng)。同時，開啟主軸承脂潤滑系統(tǒng)，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(tǒng)內(nèi)加注原裝齒輪油。
（5）主軸承再試轉(zhuǎn)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(zhuǎn)TBM并跟蹤檢查，正常后，方可按TBM正常運轉(zhuǎn)的技術文件進行主軸承及潤滑系統(tǒng)及迷宮密封的檢查。
5、結(jié)語
我們這次遇到TBM發(fā)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(jiān)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(jīng)驗。
