摘（zhāi）　要：盾構機安全軸是連接主驅動減速機和大齒圈的關鍵部件（jiàn），在大扭矩（jǔ）工（gōng）況（kuàng）條件下（xià）可以起到保護減速機（jī）和大齒圈的作用（yòng）。在沈陽地（dì）鐵10號線某項目盾構機頻繁出現了安全軸斷軸故障，經過分析減速機連接主驅動結構件的螺栓緊（jǐn）固情況等因素，總結出在掘進期間維修保養和操作脫困的（de）成功經驗。
　　關鍵詞：安全（quán）軸；螺栓預緊力；維（wéi）修保養（yǎng）；脫困
　　引言
　　沈陽地鐵十（shí）號線某項目盾構機刀盤主驅動安全軸出現（xiàn）四次斷軸故障，每次故障均對戴納米克進口減速機造成不同程度的損壞（huài），共更換三台（tái）減速機。對於正在掘進施工的（de）盾構機，維（wéi）修主驅（qū）動減速機和更換安全軸極其（qí）困難，很難保證減速機裝配精度（dù），增（zēng）加了機（jī）械故障發生的概率（lǜ）^[1]。因此，在掘進期間從維修保養和操作脫困等（děng）方麵采取積極有效的措施，可（kě）大大減少安全軸斷軸故障發生的頻率。
　　1　安全軸故障概況
　　1.1安（ān）全軸斷軸時的扭矩
　　按照盾構（gòu）機（jī）設計要求，主驅動額定扭矩為5500kN•m，Z大脫困（kùn）扭矩為6840kN•m。根據盾構機（jī）操作係統保存的數據顯（xiǎn）示，發生斷軸（zhóu）時盾構機刀盤扭矩均未超過理論設計的額定扭矩和Z大（dà）脫困扭矩（jǔ）。 　　1.2安全軸未起（qǐ）到安全保（bǎo）護作用（yòng）
　　通（tōng）過4次故障的（de）損壞情況來看，安全軸都不（bú）是正常的損壞，斷開的部位要麽靠近減（jiǎn）速機（jī）一側（cè），給減速機端部（bù）造成損壞或減速機（jī）斷軸，要麽（me）靠近主軸承一側，小齒輪（lún）和軸承有不同程（chéng）度損壞。
　　2　影響安全軸（zhóu）斷軸的主要因（yīn）素
　　從刀（dāo）盤工作扭矩的數據看，沒有超過設計額定範（fàn）圍，那麽就應該考慮其他因（yīn）素的影響。從減速機與主驅動處的連接狀況，在多次出現安全軸斷軸事故後，盾構機施工現場連接減速器和刀盤的雙頭螺柱在掘（jué）進中出現鬆脫的問題。通過雙頭螺柱模（mó）擬件擰緊實驗和減速機振動（dòng）測試（shì）等手段，來觀察減速機和主驅動的連接狀況。
　　2.1雙頭螺柱模擬件擰緊實驗
　　在實驗過程中使（shǐ）用與實際（jì）結構一致的模擬件作為被連接件，被連接（jiē）件包含5層用來模擬多級減速器結構。實（shí）驗將2根雙頭螺柱（zhù）分別反複擰緊3次，每次扭矩從200Nm遞增到880Nm，記錄扭矩對應的預緊力大小（xiǎo）。
　　通過實驗數據發（fā）現，預緊力沒有達到額定預緊（jǐn）力（lì）並且離（lí）散性較大，初步分析接合麵表麵粗糙度、形位公差、潤滑條件、內外（wài）螺紋配合、擰緊（jǐn）次（cì）數、擰（nǐng）緊速度等因素容易影響螺栓的預緊（jǐn）力。因此，預緊力不足就直接導致減速機與主驅動的連接不（bú）緊，安全軸容易受到切向載荷影響^[2]。 　　2.2減（jiǎn）速機（jī）振動測試
　　實驗人員使用三向加速度傳感器（qì）測試減速（sù）機-電機總成在掘進過程中的振（zhèn）動情況。加速度的（de）測試位置分別（bié）為電機外殼、一級減速器外殼、刀盤背麵。掘進參數如（rú）下：總推力18000kN、刀盤扭矩3800kNm、刀（dāo）盤轉速1.5rpm、掘進速度（dù）40mm/min。
　　通過觀察不同位置的三向加速度信號，電機的三個方向加速度基本一（yī）致，變化範圍為2g到-2g之間。一級減速器三方向加（jiā）速度有了較為明顯的差異，x方向（切向）加速度變化範圍（wéi）為1g到2g之間，z方向（切向）加速度（dù）變化範圍為-0.5g到-1.5g之間。刀盤三方向加速度區別較大，x方向（切向）加速度變化（huà）範圍為1g到2g之間（jiān），y方向（切向）加速（sù）度（dù）變化範（fàn）圍為（wéi）0.5g到1g之間。
　　從電機到刀盤，軸向振動（dòng）和切向振動幅度逐漸減小，但減速（sù）機附近的切向振動始終較大，使螺柱接合麵產生滑移（yí）從而導致鬆脫。
　　測試結果表明：掘進時電機（jī）是減速機振動的重要來源，其切向振動是導致鬆脫的（de）主要原因^[3]。
　　3　施（shī）工現場應對措施
　　3.1掘進（jìn）施工的參數優化
　　由於沈陽（yáng）地層主要為中粗（cū）砂、圓礫及粉質粘土，在（zài）長時間停機時為（wéi）防（fáng）止地麵沉降（jiàng）需用渣土來保持土倉壓（yā）力（lì），而再（zài）次掘進時由（yóu）於土倉壓力較（jiào）高，導致刀盤扭矩過（guò）大。而盾構機操作手不能有效的控製土（tǔ）倉壓力或對（duì）渣土不能有效的改良導致扭矩過大而多次旋轉刀盤，這（zhè）樣會對安全軸造成損害。
　　針對大扭矩的影響，首先解決好盾構正常掘進的參數問題，從（cóng）操作控製和渣土管理方（fāng）麵治理（lǐ）大扭矩（jǔ）問題。其次，通過係統程序修改（gǎi），限製已使（shǐ）用的盾構機的Z大刀盤工作扭矩（jǔ），下調至4300kN•m，同時禁止盾（dùn）構機使用脫困模式。
　　3.2現場應急維修
　　安全軸出現故障後，首（shǒu）先通過電機電流數據，確定哪一個電機沒有扭矩輸出，安全軸是否斷開，避免出現故障（zhàng）後繼續掘的進情況。
　　在組織搶修過程中，要嚴格按裝（zhuāng）配要求進行維修，關鍵（jiàn）步驟有：放出主（zhǔ）驅動680齒輪油、拆解電機、拆解減速機、取（qǔ）出斷在裏麵的安全（quán）軸、安裝（zhuāng）新的安全軸、裝配減速機、裝配電（diàn）機、螺栓擰緊、扭矩測試、重新注油。
　　3.3日常維修保養方麵的（de）預防措施
　　經過分析相鄰兩次故障的間隔時（shí）間，發現在Z短間隔（gé）時間不超（chāo）過100環，因此根據設備狀態和生（shēng）產需要，在日常維修保養工作中（zhōng）建立（lì）螺栓擰緊檢查計劃。要求以30環（huán）為（wéi）時間節點，對減速機（jī）雙頭（tóu）螺柱用扭矩（jǔ）扳（bān）手（900kNm）進行複緊，並將結果記錄（lù）在工作檔案中。
　　4　脫困過（guò）程中注意事項
　　在施工過（guò）程中（zhōng），由於停機時間較（jiào）長，而且停機過程中土倉（cāng）內壓力普遍較（jiào）高，再次掘進時，刀盤無法啟動，這時可采取如下辦法使（shǐ）刀盤脫困^[4]。
　　（1）由於土倉內壓力較高（gāo），所以需要先進行排土，將土（tǔ）倉（cāng）內壓力降低。（2）啟（qǐ）動刀盤，將刀（dāo）盤轉數調到正轉（zhuǎn）0.1r/min，如果扭矩漲到（dào）額（é）定扭矩的60%（約4000kNm），刀盤仍無法啟動，這時（shí）應停止啟動，等待扭矩降為0。再將刀盤轉數調到反轉（zhuǎn）0.1r/min，如果扭矩漲到額定扭矩的60%（4000kNm），刀盤仍無法啟動，則停止啟動。根據實際推進的扭矩（jǔ）及沈陽地層（中粗砂（shā），粉（fěn）質粘土）情況（kuàng），4000kNm扭矩就足以驅動刀盤，如果無法啟動，也不要在嚐試更高的扭矩，意義不（bú）大。（3）將推進油缸收回，收回根數根（gēn）據實際情況確定（間隔式回收），目的是減小刀盤掌子（zǐ）麵推力。再按上述啟動刀盤過程進行嚐試。（4）可通過（guò）泡沫噴射口，向刀盤前注入空氣，減小刀盤掌（zhǎng）子麵（miàn）推力，配合回收推進油缸。（5）刀盤長時間停機，再次啟動時。切忌刀盤（pán）向（xiàng）同一方（fāng）向連續多次大扭矩啟動。（6）刀盤脫困有轉數後，扭矩仍會較（jiào）大，這時需要刀盤在（zài）旋轉2-3分鍾並向刀盤（pán）前及土倉內注入膨潤土對（duì）降低刀盤扭（niǔ）矩有顯著（zhe）效果。
　　5　結論（lùn）
　　通過現場對減速機雙（shuāng）頭螺（luó）柱的維護和合理的操（cāo）作控製，可以有效地（dì）解決主驅動係統（tǒng）存在的問題，為采用類似設計（jì）形式的盾構機提供了經（jīng）驗參考，但是為了徹底解決此類故障帶來的影響，建議從主驅動（dòng）設計結構上做出調整，例如縮短減速機與主驅動的連接長度，將法蘭環焊接在主驅動上，並在法蘭環上加工螺紋孔用來把合減速機，也可以采用過載保（bǎo）護限製器（qì）的設計形式。
　　參考文（wén）獻
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來源：《科學與財富》2017年第02期