姚 平/ YAO Ping

（中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215131）

1 事件概況

廣州市軌道交通某標(biāo)段，盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)主驅(qū)動(dòng)齒輪箱內(nèi)存在異響，通過檢查，確定主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)已經(jīng)失效，有細(xì)沙、水、密封系統(tǒng)注入的HBW、EP2 油脂一起反流進(jìn)齒輪箱，當(dāng)主驅(qū)動(dòng)大齒圈和小齒輪嚙合時(shí)對(duì)細(xì)沙進(jìn)行擠壓造成了異響。進(jìn)過緊急處理，盾構(gòu)最后順利貫通隧道。

2 主驅(qū)動(dòng)的改造使用情況

本工程所使用的盾構(gòu)是一臺(tái)經(jīng)過維修再制造的舊設(shè)備，主驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主驅(qū)動(dòng)在正常工作狀態(tài)下，外密封系統(tǒng)是不旋轉(zhuǎn)的，而內(nèi)密封系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)的；相對(duì)的，外密封系統(tǒng)接觸面是旋轉(zhuǎn)的，而內(nèi)密封接觸面是不旋轉(zhuǎn)的，內(nèi)外密封兩者剛好相反。

圖1 主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)剖面圖

在維修再制造的過程中，對(duì)主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了全面的維修翻新，更換了內(nèi)外密封系統(tǒng)的所有唇形密封件，修復(fù)了的密封接觸面的溝痕，并對(duì)密封壓環(huán)進(jìn)行了局部改造，原密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，改造后的密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如圖3 所示。

圖2 原密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

通過查詢主驅(qū)動(dòng)原始圖紙，確定了密封系統(tǒng)的工作間隙為5mm，所以，唇形密封要起到密封作用，安裝后的密封唇突出密封壓環(huán)的尺寸必須大于5mm。對(duì)比圖2 和圖3，可知密封系統(tǒng)的改造內(nèi)容如下。

圖3 改造后密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

1）采用了新的唇形密封，新的唇形密封與原來的唇形密封相比，截面尺寸增大，唇口厚度增加，弧度增大，唇口根部與密封支座間的位置關(guān)系也由原來的存在間隙變?yōu)榫o貼。

2）在每道密封壓與唇形密封相對(duì)的位置加工了一個(gè)倒角，目的是為了讓尺寸較大的新密封有更大的空間可以充分張開。

3 主驅(qū)動(dòng)拆解檢查

3.1 外密封系統(tǒng)檢查結(jié)果

將主驅(qū)動(dòng)拆卸后對(duì)外密封系統(tǒng)的唇形密封進(jìn)行測量，如圖4 所示。

圖4 外密封突出密封壓環(huán)尺寸

測量結(jié)果顯示，外密封系統(tǒng)不同位置的唇形密封突出密封壓環(huán)的尺寸并不相同，以主驅(qū)動(dòng)正常工作的安裝位置來說，在其12 點(diǎn)鐘方向平均尺寸為9mm，3 點(diǎn)鐘和9 點(diǎn)鐘方向平均尺寸為6mm，6 點(diǎn)鐘方向平均尺寸為4mm，6 點(diǎn)鐘方向的密封與密封接觸面存在縫隙，無法保壓，也無法阻止前方沙土和水的進(jìn)入。測量結(jié)果顯示外密封有3/4 范圍的尺寸都超過了5mm，但是由于“木桶效應(yīng)”，所以實(shí)際上外密封無法起到密封作用。

3.2 內(nèi)密封系統(tǒng)檢查結(jié)果

主驅(qū)動(dòng)對(duì)拆卸后對(duì)內(nèi)密封系統(tǒng)的唇形密封進(jìn)行測量，如圖5 所示，實(shí)際測量后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)密封系統(tǒng)圓周內(nèi)幾乎所有位置的唇形密封突出密封壓環(huán)的尺寸均為4mm，與密封接觸面存在縫隙，無法保壓，也無法阻止前方沙土和水的進(jìn)入。所以實(shí)際上內(nèi)密封系統(tǒng)沒有起到密封作用。

圖5 內(nèi)密封突出密封壓環(huán)尺寸

3.3 外密封接觸面磨損情況

外密封接觸面的磨損情況如圖6 所示，圓周各處磨損量基本一致，深度在1～2mm 之間。

圖6 外密封接觸面磨損情況

3.4 內(nèi)密封接觸面磨損情況

內(nèi)密封接觸面的磨損情況如圖7 所示，12 點(diǎn)方向的密封接觸面磨損情況較為嚴(yán)重，溝痕深度在2～3mm 之間，而6 點(diǎn)鐘方向的密封接觸面磨損情況較輕，僅見輕微溝痕，并且每道溝痕的深度并不一致，表面還有大量銹跡。

圖7 內(nèi)密封接觸面磨損情況

3.5 油脂分布情況

密封系統(tǒng)內(nèi)油脂分布情況如圖8 所示，很明顯的可以看到，不論是外密封還是內(nèi)密封，黃色的EP2 油脂聚集在注脂孔附近，并且呈軸向分布，并沒有填充成環(huán)，其余位置為黑色的油脂，證實(shí)相鄰的兩道密封之間沒有形成密封效果。

圖8 密封油脂分布情況

4 原因分析

4.1 外密封系統(tǒng)失效原因分析

根據(jù)外密封的尺寸測量情況和外密封接觸面的磨損情況進(jìn)行分析，密封失效的原因應(yīng)該是唇形密封在安裝過程中局部壓縮過量造成的。

常規(guī)的唇形密封在制作時(shí)時(shí)會(huì)讓唇形密封的外圈入密封槽后，軸承上唇形密封才會(huì)獲得正確的徑向壓縮角度。為了密封在密封槽里能夠盡可能的均勻分布，應(yīng)該在最少3 個(gè)點(diǎn)位同時(shí)將密封推入密封槽內(nèi)，如圖9 所示，接下來，要將密封圈的剩余部分盡可能的同時(shí)擠入密封槽內(nèi)到達(dá)終點(diǎn)位置。為了確保整個(gè)密封的外表面與密封槽的基面相接觸，可以利用鈍器將密封推入正確的位置，整個(gè)圓周都要進(jìn)行這一步驟，如圖10 所示。按照上述正確的安裝步驟，才能夠獲得正確的安裝效果，而失效事件中的主驅(qū)動(dòng)密封顯然沒有進(jìn)行多點(diǎn)推進(jìn)，造成了局部的壓縮過量，唇口徑向角度不一致，導(dǎo)致唇口內(nèi)徑不均，沒有起到密封效果。

圖9 唇形密封多點(diǎn)安裝示意圖

圖10 唇形密封推入示意圖

4.2 內(nèi)密封系統(tǒng)失效原因分析

根據(jù)內(nèi)密封的尺寸測量情況進(jìn)行分析，唇形密封突出密封壓環(huán)尺寸不足5mm 的原因應(yīng)該是新唇形密封與舊密封壓環(huán)的楔形突起不匹配造成的。

楔形突起的作用主要有兩個(gè)，一個(gè)作用是防止唇口在高工作壓力下翻轉(zhuǎn)，另一個(gè)作用是增加密封在高工作壓力下的穩(wěn)定性，延長壽命。但前提是密封支座不能影響唇形密封的密封性能，因此與密封唇口根部是存在著間隙的，目的是不限制唇形密封的張開變形。顯然新的唇形密封安裝后的徑向壓縮角度受到了密封支座的限制，導(dǎo)致無法正確展開，造成了唇口內(nèi)徑尺寸的變小，沒有起到密封效果。但是如果唇形密封突出密封壓環(huán)尺寸在整個(gè)周全均不足5mm 的話，密封唇口與密封接觸面并不接觸，不應(yīng)該對(duì)密封接觸面造成磨損才對(duì)?？蓪?shí)際上內(nèi)密封接觸面存在著磨損，且磨損后的溝槽12 點(diǎn)方向的深度還大于外密封接觸面的溝槽深度，而6 點(diǎn)鐘方向的磨損量很小且有大量銹跡。

對(duì)于上述問題，初步懷疑是內(nèi)密封接觸面所在的鋼結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)了變形導(dǎo)致的，整個(gè)內(nèi)密封接觸面形成的圓柱體出現(xiàn)“抬頭”，前端底部（6 點(diǎn)鐘方向）存在較大間隙，水和細(xì)沙更容易進(jìn)入聚集，因此出現(xiàn)底部磨損較小且磨損程度不一致的情況，這也是未磨損的地方出現(xiàn)大面積銹跡的原因。同時(shí)造成前端頂部（12 點(diǎn)鐘方向）的間隙變小，因此出現(xiàn)了密封接觸面磨損量較大的情況。為了驗(yàn)證，將拆解后的內(nèi)密封接觸面結(jié)構(gòu)件水平放置在立式車床上，利用百分表測量內(nèi)密封接觸面的圓柱度，發(fā)現(xiàn)確實(shí)存著最大2.5mm 的變形量。鋼結(jié)構(gòu)件變形的原因有：①維修前就已經(jīng)受撞擊變形；②維修過程中因焊接引起的熱變形；③本次掘進(jìn)過程中受撞擊變形。由于沒有當(dāng)初維修后的檢測記錄，已經(jīng)無從查起。

可見，新密封與舊密封壓環(huán)的楔形突起不匹配和內(nèi)密封接觸面所在結(jié)構(gòu)件的變形是導(dǎo)致內(nèi)密封系統(tǒng)失效的主要原因。

5 總結(jié)和建議

盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)失效的原因是多方面的，本文中的案例涉及到原因的比較少見，第一個(gè)主要原因是新密封的廠家對(duì)原密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸沒有充分理解，因此提供配套的新唇形密封與舊密封壓環(huán)不匹配，造成密封失效。第二個(gè)主要原因是安裝工人在唇形密封的安裝過程中沒有按照正確的安裝工藝進(jìn)行安裝，導(dǎo)致密封系統(tǒng)沒有起到密封效果。更重要的是設(shè)備在出廠的時(shí)候沒有進(jìn)行的密封效果檢測，所以沒有發(fā)現(xiàn)密封系統(tǒng)存在問題，導(dǎo)致了存在問題的主驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，進(jìn)行帶病工作。多種因素造成了設(shè)備在掘進(jìn)過程中密封系統(tǒng)的失效，好在經(jīng)過緊急處理，盾構(gòu)最后順利貫穿通道，沒有造成嚴(yán)重后果。

主驅(qū)動(dòng)是盾構(gòu)的關(guān)鍵核心部件，主驅(qū)動(dòng)能夠正常工作是盾構(gòu)能夠正常工作的基本保證，而出廠前進(jìn)行密封效果檢測是保證主驅(qū)動(dòng)能夠正常工作，提前檢測才能防患于未然。

綜上，經(jīng)過再制造維修的盾構(gòu)，所有的再制造部件都應(yīng)嚴(yán)格遵守正確的生產(chǎn)工藝和安裝工藝，并在出廠之前進(jìn)行各種必要檢測，嚴(yán)格的檢測是產(chǎn)品質(zhì)量的保證。