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大型盾构机主轴承润滑故障诊断与对策

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2010年5月第35卷第5期润滑与密封LUBR I CATI O N ENGI N EER I N GMay 2010Vol 135No 15DO I :1013969/j 1issn 10254-0150120101051027收稿日期:2009-12-30作者简介:陈闽杰(1983—),男,硕士研究生,工程师,主要研究方向:设备润滑故障诊断和状态检测技术研究1E 2mail:chenm injie@g meri 1com 1大型盾构机主轴承润滑故障诊断与对策陈闽杰1　刘小波2　贺石中1(11广州机械科学研究院设备润滑与磨损状态监测中心　广东广州510701;21中铁十二局集团第二工程有限公司　山西太原030032)摘要:针对某大型盾构机出现的异常振动问题,通过对主轴承润滑系统及密封方式的研究,对可能造成主轴承润滑系统污染的润滑剂和水样进行检测,分析表明盾构机出现异常振动是由于润滑系统受到油脂污染,造成轴承和齿轮的润滑不良。

根据分析结果,检查了润滑系统管路,并对油箱进行反复清洗,除去油箱中的污染物,使润滑系统恢复正常,保证了盾构机的运行安全。

关键词:盾构机;油脂污染;油液分析;润滑故障诊断中图分类号:T H13313　文献标识码:B 文章编号:0254-0150(2010)5-113-5Lubr i ca ti on Fault D i a gnosis and Counter m ea sures of Ma i n Beari n i n Shi eld Machi n eC he n M in ji e 1　L i u Xi ao bo 2　He S h i zho ng1(1.Equi pment Lubricating and W earing Condition Monitoring Center,Guangzhou Mechanical EngineeringResearch Institute,Guangzhou Guangdong 510701,China;2.The 2nd Engineering Co .L td .of the 12th Bureau Group of China Rail w ay,Taiyuan Shanxi 030032,China )Abstract:Based on the analysis of main bearing lubricati on system and sealing of shield machine,lubricant and watersamp les which m ight contam inate the lubrication system were analyzed .The test results indicate that the cause of abnor mal vibration of shield machine is grease contam ination in the lubricati on system which leads to poor lubricati on of main bear 2ing and gears .According to the analyzing results,counter measures including ins pecting the lubricati on p ipeline,flushing the oil tank to remove the contam inants were taken to nor malize the lubricati on system and ensure the nor mal working of shield machine .Keywords:shield machine;grease contam ination;oil analysis;lubrication fault diagnosis　盾构机是地下掘进盾构施工中的主要施工机械,它在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时,可在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业[1-2],目前在我国的城市地铁、过江公路隧道、跨海隧道等大型隧道工程项目中得到了广泛的应用。

盾构机主轴承是盾构机的核心部件,起着支撑盾构刀盘并使之回转破岩的作用[3]。

如果在施工过程中,主轴承润滑油泄漏或者泥水、沙砾及渣土进入主轴承润滑系统,将导致主轴承和齿轮副的迅速破坏。

破坏的主轴承需从盾构机上方开挖竖井吊出更换,难度非常大,将给盾构施工带来不可估量的损失。

因此,保障盾构机主轴承润滑系统的运行安全具有很大的意义。

中铁十二局广深港客运专线狮子洋隧道工程项目部(以下简称中铁项目部)的右线盾构机在推进过程中出现异常振动,无法正常工作,常处于半停机状态,平均每天只能工作2～5h,严重影响了工程的施工进度。

2009年2月21日,对左线主轴承在用润滑油和右线主轴承在用润滑油进行取样并到广州机械科学研究院设备润滑与磨损状态监测中心进行分析,发现右线主轴承润滑油黏度、水分等指标严重超标,油中有大量粉尘、纤维(成絮状,大量结团)和其他物质污染,油品质量已严重劣化。

此外还在油中发现大量的钢质擦伤和切削磨损金属颗粒,而且较多的钢质擦伤颗粒表面有明显的缺油高温烧伤发蓝痕迹,这表明有关部件已严重润滑不良,磨损情况严重。

1　盾构机主轴承的润滑结构111　主轴承机械结构与润滑系统的构成[4]该隧道项目有左线和右线两台盾构机,均采用北方重工生产的泥水2气垫式平衡盾构机,开挖直径111192m,是目前国内最大的盾构机之一。

正常掘进速度为015环/h 。

盾构机的刀盘驱动系统如图1所示[2]。

图1　刀盘驱动系统结构图Fig 1　Structure of cutter head drive system该盾构机刀盘的支撑法兰直径约6m,转速为0～312r/m in 。

主轴承主要由三排滚柱轴承构成,分别承受径向和轴向载荷。

滚柱轴承宽度为300～400mm,采用铜质保持架。

在掘进工作时,由8个变频驱动电机各带动一个小齿轮,这些小齿轮共同带动与刀盘一同固定在环形法兰上的大齿圈,从而带动刀盘的旋转。

该主轴承润滑系统采用BP Energol GR 2XP 680的齿轮油,采取集中润滑的方式对三排滚柱轴承和8个小齿轮进行润滑。

齿轮箱中的油位约为2/3处,因此其中6个小齿轮的啮合面完全浸没在齿轮油中,而位于盾构机上部的2个小齿轮依靠油泵喷油润滑和主轴承大齿圈转动时将油带到与小齿轮啮合的齿面上。

112　润滑系统的密封结构[5-6]主轴承润滑系统密封由一道位于刀盘端面的机械密封和里面的五道唇形密封组成,如图2所示[6]。

这几道密封隔离了刀盘侧开挖出来的泥浆和渣土,避免它们进入主轴承和齿轮箱,同时也防止主轴承和齿轮箱的润滑油泄漏,保证主轴承和齿轮箱的安全使用寿命。

图2　主轴承密封结构图Fig 2　Seal structure of main bearing唇型密封本身具有良好的弹性,在油压的作用下紧贴于密封隔套上。

五道唇型密封隔出了5个密封仓,分别表示为①,②,③,④,⑤。

每个密封仓各有一个油道与油脂润滑系统联通。

工作时不断向①,②密封仓注入HBW 特种保压油脂,一方面润滑唇型密封,另一方面在压力作用下沿着端面的迷宫密封向外溢出,用以抵抗地下水的压力,将泥水和渣土阻挡在润滑系统外部;另外,向③,④密封仓注入EP2极压润滑脂,主要起润滑和阻挡HBW 润滑脂进入的作用。

第⑤密封仓的油道不加注润滑脂或润滑油,而是用于漏油检查和油脂润滑效果检查。

HBW 润滑脂理论设计消耗量为40kg/h,EP2润滑脂理论设计消耗量为415kg/h 。

唇形密封的寿命较短,一般在完成一条隧道的掘进后(或使用10000h 后)就需要进行更换。

2　故障原因分析211　润滑系统污染来源分析通过对盾构机主轴承润滑系统和密封结构的分析,初步判断右线主轴承润滑系统受到外界的污染,从而导致主轴承齿轮油黏度大幅度上升,使得油品泵送困难,产生润滑不良;同时伴有水污染进入。

为了确定污染来源,对施工现场的地下水、泥浆水、出渣泥浆等可能的污染源进行采样分析,并对BP Energ olGR 2XP 680新油、HBW 新脂、EP2新脂等进行检测分析。

结果见表1,2。

411润滑与密封第35卷表1　元素分析结果Table1　Ele ments content mg/kg 外循环水泥浆水出渣泥浆EP2新脂HBW新脂BP680新油BP680旧油Ca4332479195433361706115Mg>1200>1200>120016>12000494Na16219220518438058Si4321>1200136>12000>1200A l0671126269500182Sn4037402500Mo00712321407Ti025502005Zn212321601098Fe1120>120014>12000207表2　固体颗粒微观分析结果Table2　Solid particles analysis results样品名称分析结果出渣泥浆主要微观组成物为颜色各异、形貌不确定的晶体物质及其他杂质EP2油脂少量的粉尘颗粒污染HBW新脂较多形貌尺寸均匀,外观呈白色的粉尘颗粒和成絮状、大量结团的纤维物质,与主轴承在用油中发现的粉尘、纤维颗粒的形貌特征非常一致BP680新油无从表1中的元素分析结果来看,BP680在用油中主要混入了Si、A l、Mg、Ca等4种元素,这4种元素在新油中的含量几乎没有或者很少,因此,外界污染应是其主要来源。

外界污染主要有3种可能:(1)EP2油脂。

从盾构机润滑系统和密封系统的结构来看,这种可能性最大。

从元素分析的结果来看,由于EP2新脂中的Ca、Mo、Zn元素含量较高,且是其主要元素组成,但在BP680在用油中却含量相对较低;EP2新脂中的Mg、A l元素含量较低,但在BP680在用油中Mg、A l元素含量却较高,是主要的污染元素来源。

因此首先排除了EP2油脂作为右线主轴承在用油污染的第一来源,但并不排除EP2油脂的污染存在。

(2)泥浆。

如果主轴承润滑系统混入泥浆,表明系统密封可能已失效严重。

从对外循环水、泥浆水和出渣泥浆的元素分析来看,这些样品中依次呈被包含关系。

特别是出渣泥浆中含有BP680在用油中混入的Ca、Mg、A l、Si等4种污染元素,但同时这些样品中也含有含量稳定的Sn元素。

而这个元素恰恰是BP680在用油所不具有的。

如果泥浆是BP680在用油中的主要污染物,那BP680在用油中也应该有一定含量的Sn元素存在。

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盾构机械运行过程中的故障诊断与预防

盾构机械运行过程中的故障诊断与预防

盾构机械运行过程中的故障诊断与预防在盾构机械运行过程中，故障诊断与预防是至关重要的。

故障可能导致盾构机的停工，延误工期，并带来巨大的经济损失。

因此，及时发现和解决故障，并做好预防工作是非常必要的。

首先，我们需要了解盾构机械的基本原理和工作过程。

盾构机运行过程中主要分为推进和掘进两个阶段。

在推进阶段，盾构机利用推进缸、盾构脚以及液压油缸等装置，将盾构壳体向前推进。

在掘进阶段，盾构机利用刀盘、主推进缸和弯道装置等部件，对岩土进行切割和掘进。

针对盾构机械运行过程中可能出现的故障，我们可以采取以下措施进行故障诊断与预防。

一、故障诊断：1. 定期检查和维护：定期检查盾构机各个部件的磨损情况，如刀盘、主推进缸等，及时更换磨损严重的部件，以避免故障的发生。

同时，还需要定期检查液压系统、电气系统等，确保其正常运行。

2. 监测仪器的应用：安装合适的监测仪器，如振动传感器、温度传感器等，实时监测盾构机的运行状态，及时发现异常信号，并进行故障诊断。

3. 故障记录与分析：定期记录盾构机的故障情况，收集和分析数据，找出故障的规律和原因，制定相应的解决方案。

4. 引入智能化技术：结合人工智能和大数据分析技术，开发智能故障诊断系统，实现对盾构机械运行过程的实时监测与分析，提高故障诊断的准确性和效率。

二、故障预防：1. 设备质量控制：选择优质的盾构机设备，并加强对供应商的质量控制，确保设备的可靠性和稳定性。

2. 健全安全管理机制：建立健全的安全管理制度，对盾构机的操作人员进行专业培训，提高他们的技能和安全意识，减少操作错误带来的故障。

3. 加强维护保养：定期对盾构机进行维护保养，清洁液压系统、检查电气连接、调整传动装置等，保证盾构机的正常运行。

4. 加强通信和协作：不同岗位的工作人员需要密切协作，建立良好的沟通机制，及时沟通和解决问题，避免故障的发生。

5. 定期培训和学习：及时了解新技术和新方法，定期组织培训和学习，提高团队成员的技术水平和专业知识，为故障预防提供支持。

轴承常见故障症状和处理方式

轴承常见故障症状和处理方式

轴承常见故障症状和处理方式一、润滑的原由（1）轴承润滑油注入过多，超出轴承腔空间的三分之二，因润滑油传热效率不高，导致轴承热量散发较差。

（2）轴承缺油。

供油过少供油经常中断导致干摩擦发热，不及时处理会使轴承烧坏。

（3）油品变质。

未按时换油、油渗水乳化或密封性较差进入粉尘均导油品变质。

（4）油品使用牌号不对，不一样的油品相互混用。

二、机械振动原由（1）联轴器同心度较差造成振动。

（2）飞轮叶轮及其他类旋转构件动平衡欠佳或安装找正欠佳造成振动或负载不匀称。

（3）轴承基座刚度过少造成振动。

（4）螺栓松动造成的振动。

高端三类用龙腾刘兴邦三、装配原由（1）带退卸套轴承内圈胀得过紧使其径向游隙过小，滚动体与内外圈形成过大的接触应力。

（2）轴承外圈压得过紧使其变形造成摩擦力过大。

（3）轴承安装歪斜。

（4）轴承周边零部件相互之间摩擦发热甚至于冒烟。

如轴与轴承盒透盖摩擦、推力板与瓦之间摩擦、活动迷宫与固定迷宫相互摩擦。

（5）游动端轴承端面与端盖端面末留有热膨胀间隙造成轴向应力发热。

（6）三角带装配过紧。

轴承定向负载太重，部分滚动体与内外圈接触应力大，内外圈易变性且滚道易部分磨损。

（7）止推轴承（通常成对使用）外圈与滚动体没有留有窜动间隙而是紧紧的压在滚动体上造成接触应力过大。

四、环境要素（1）系统冷却水过少或经常中断，室内空间狭窄不透风，夏天炎热高温。

高端三类用龙腾五、操作原由（1）因片面追求产量，加大负载。

使用轴承超负荷运行。

六、轴承失效（1）轴承内外圈形成裂纹，保持架磨损过多游隙超出极限磨损程度，滚动体打横等形成了比较严重的缺陷。

解决方法：一、润滑的原由（1）清理换油时轴承空间润滑脂填满，轴承腔加入三分之一，若平常进行补油，轴承腔加入其三分之一到三分之二是最适宜的。

（2）按时补油，定期检查淋油设备完好情况，如油站润滑要按时清理或更换波芯，防止阻塞。

（3）要按时换油，油品要妥善存放，要做好运行设备轴承的密封工作。

盾构机主轴承的轴承磨损分析与修复技术

盾构机主轴承的轴承磨损分析与修复技术

盾构机主轴承的轴承磨损分析与修复技术引言：盾构机作为现代化隧道掘进设备的重要组成部分，其稳定性和工作效率对于隧道工程的顺利进行至关重要。

主轴承作为盾构机的核心元件之一，负责支撑和传递刀盘的功率，其正常运转和性能状态直接影响盾构机的运行效果和寿命。

本文将对盾构机主轴承的轴承磨损现象进行分析，并提出相应的修复技术。

一、盾构机主轴承的轴承磨损分析1.1 磨损类型盾构机主轴承常见的磨损类型包括疲劳磨损、腐蚀磨损和热磨损。

疲劳磨损是由于长时间重复载荷作用引起的内圈和滚动体表面的裂纹和剥落；腐蚀磨损主要是由于环境中的腐蚀介质侵蚀轴承表面；热磨损是因为轴承在高速运转中由于摩擦产生的热量未能及时散发，导致表面热量积聚，使其硬度下降和表面剥落。

1.2 磨损原因盾构机主轴承的磨损主要有以下原因：1) 轴承负荷过大：隧道工程中，由于地质条件和设计要求的限制，盾构机部分工况下需要承受较大的载荷，轴承负荷过大容易导致轴承磨损。

2) 润滑不良：盾构机主轴承的润滑系统对于轴承寿命有重要影响，润滑不良会增加轴承的摩擦和磨损。

3) 温度异常：盾构机主轴承在高速运转过程中由于工作环境和内部摩擦产生的大量热量不及时散发，会导致轴承温度过高，加剧了轴承的磨损。

4) 清洗不彻底：盾构机作业过程中，往往会有大量的尘土和石渣附着在主轴承上，清洗不彻底会导致轴承局部磨损的加剧。

二、盾构机主轴承的修复技术2.1 摩擦副替换修复技术摩擦副替换修复技术是目前盾构机主轴承常用的修复方法之一。

该方法通过更换新的摩擦副，恢复轴承的正常工作状态。

具体操作步骤如下：1) 拆卸：首先需要将盾构机主轴承进行拆卸，排出原有的润滑剂。

2) 检查：对拆卸下来的主轴承进行检查，确定磨损情况和磨损原因。

3) 替换：根据检查结果选择适当的摩擦副进行替换，并进行润滑剂的加注。

4) 安装：将更换好的摩擦副安装回原有的位置，注意按照正确的安装顺序和方法进行操作。

5) 测试：安装完成后，进行相关的测试和调试，确保修复后的主轴承能够正常工作。

盾构机主驱动轴承的故障诊断方法

盾构机主驱动轴承的故障诊断方法

盾构机主驱动轴承的故障诊断方法李贵红，姜小艳，杜昕，李珊珊，王子恒（兰州职业技术学院，甘肃兰州 730070）［摘要］盾构机在各大城市地铁施工中得到越来越广泛的应用，由于其集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，机体庞大，设备复杂多样，故其安全性、可靠性成为生产厂家和施工方关注的焦点，尤其是主驱动轴承核心部件，一旦发生故障，很难就地修复。

针对其轴承系统中的复合故障极易出现误诊的现状，本文提出了基于经验模态分解（EMD）和冲击脉冲法的轴承故障诊断方法。

实验结果表明，该方法能有效地应用于轴承复合故障诊断。

［关键词］盾构机；轴承；经验模态分解；冲击脉冲法；故障诊断［中图分类号］U455.3 ［文献编码］B ［文章编号］1001-554X（2018）08-0055-04Fault diagnosis method of main drive bearing for shield machine LI Gui-hong，JIANG Xiao-yan，DU Xin，LI Shan-shan，WANG Zi-heng近年来，盾构机在地铁施工中应用越来越广泛，由于其集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，设备复杂多样，体积庞大，维修不便，其安全性、可靠性成为厂家和施工方关注的焦点。

随着盾构掘进地层工况的变化，大批盾构机主驱动轴承（回转支撑轴承、驱动小齿、轴端圆锥滚子轴承）在盾构掘进2～3km拆机转场时，需要对其解体检查，确保下个区间施工的设备保障。

但是，此种检修往往造成维修不足、错误维修或过剩维修，增加了总体故障率。

因此，国内外许多学者对其轴承故障诊断的方法进行了探索。

杨宇［1］等提出了人工神经网络和EMD分解相结合的方法进行轴承故障诊断；Randall R B［2］通过循环平稳解调将机械系统中齿轮、轴承故障信号分离；Peng E K和张超等［3-4］分别将Hilbert-Huang变换与小波变换、EMD和奇异值差分谱理论相结合进行轴承故障诊断。