盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、質(zhì)量、環(huán)境、職業(yè)健康安全管理體系2016年內(nèi)審末次審查會(huì)議廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司佛山2號(hào)線一期工程土建監(jiān)理一標(biāo)段監(jiān)理部2018.05.03目錄1主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2主軸承結(jié)構(gòu)及工作原理3主軸承密封系統(tǒng)4中心回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)及功能1.1、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介 盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是盾主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)機(jī)的“心臟心臟”，是盾構(gòu)機(jī)動(dòng)力，是盾構(gòu)機(jī)動(dòng)力輸出的中心，直接起到動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出的中心，直接起到動(dòng)力轉(zhuǎn)換和輸出的作用，同時(shí)起到支承盾和輸出的作用，同時(shí)起到支承盾體刀盤并使之旋轉(zhuǎn)破巖的作業(yè)。體刀盤并使之旋轉(zhuǎn)破巖的作業(yè)。盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制作工藝、裝配工藝的要求非常制

2、作工藝、裝配工藝的要求非常高，且在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中維高，且在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中維修困難、復(fù)雜，所以要求主驅(qū)動(dòng)修困難、復(fù)雜，所以要求主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其構(gòu)配件要有較長(zhǎng)的使用系統(tǒng)及其構(gòu)配件要有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的穩(wěn)定性。壽命和較高的穩(wěn)定性。1.2、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要組成1 1、主驅(qū)動(dòng)箱：主驅(qū)動(dòng)箱是主驅(qū)動(dòng)總成的主要結(jié)構(gòu)件，用于承載主軸承、驅(qū)動(dòng)、主驅(qū)動(dòng)箱：主驅(qū)動(dòng)箱是主驅(qū)動(dòng)總成的主要結(jié)構(gòu)件，用于承載主軸承、驅(qū)動(dòng) 法蘭、減速機(jī)等其他部件，同時(shí)提供主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的齒輪油容納空間，為法蘭、減速機(jī)等其他部件，同時(shí)提供主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的齒輪油容納空間，為 前部密封及油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)提供油脂通道。前部密封及油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)提供油脂

3、通道。2 2、主軸承：主驅(qū)動(dòng)的核心組件，外環(huán)與主驅(qū)動(dòng)箱相對(duì)固定，內(nèi)環(huán)與刀盤驅(qū)動(dòng)、主軸承：主驅(qū)動(dòng)的核心組件，外環(huán)與主驅(qū)動(dòng)箱相對(duì)固定，內(nèi)環(huán)與刀盤驅(qū)動(dòng) 法蘭相連接，是驅(qū)動(dòng)刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)渡連接部件。法蘭相連接，是驅(qū)動(dòng)刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)渡連接部件。3 3、連接環(huán)：連接、固定主驅(qū)動(dòng)各結(jié)構(gòu)件，配合主驅(qū)動(dòng)箱，提供潤(rùn)滑油脂通道、連接環(huán)：連接、固定主驅(qū)動(dòng)各結(jié)構(gòu)件，配合主驅(qū)動(dòng)箱，提供潤(rùn)滑油脂通道4 4、密封隔環(huán)：將多道唇形密封分離隔開(kāi)，形成空腔以填充潤(rùn)滑油脂。、密封隔環(huán)：將多道唇形密封分離隔開(kāi)，形成空腔以填充潤(rùn)滑油脂。5 5、密封滑環(huán)：提供唇形密封的接觸面。、密封滑環(huán)：提供唇形密封的接觸面。6 6、密封壓環(huán)：固定唇形密封，

4、形成合適的預(yù)緊壓力。、密封壓環(huán)：固定唇形密封，形成合適的預(yù)緊壓力。1.2、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要組成7 7、刀盤驅(qū)動(dòng)法蘭：連接主軸承大齒圈與刀盤法蘭的連接部件，帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。、刀盤驅(qū)動(dòng)法蘭：連接主軸承大齒圈與刀盤法蘭的連接部件，帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。8 8、馬達(dá)或電機(jī)：刀盤的動(dòng)力源，將流體勢(shì)能或電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能。、馬達(dá)或電機(jī)：刀盤的動(dòng)力源，將流體勢(shì)能或電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能。9 9、減速機(jī)：配合馬達(dá)或電機(jī)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)扭矩。、減速機(jī)：配合馬達(dá)或電機(jī)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)扭矩。1010、扭矩限制器：應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)型盾構(gòu)機(jī)，連接電機(jī)與減速機(jī)，在刀盤扭矩急、扭矩限制器：應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)型盾構(gòu)

5、機(jī)，連接電機(jī)與減速機(jī)，在刀盤扭矩急劇增大時(shí)脫離，隔開(kāi)電機(jī)與減速機(jī)，從而避免電機(jī)的損壞。劇增大時(shí)脫離，隔開(kāi)電機(jī)與減速機(jī)，從而避免電機(jī)的損壞。1.2、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要組成1.2、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理盾構(gòu)機(jī)刀盤切削系統(tǒng)為采用多個(gè)電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)機(jī)刀盤切削系統(tǒng)為采用多個(gè)電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)與與刀盤連接的大齒輪刀盤連接的大齒輪圈，本區(qū)間盾構(gòu)采用圈，本區(qū)間盾構(gòu)采用6個(gè)（個(gè)（160Kw）左右對(duì)稱分布的變頻電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)）左右對(duì)稱分布的變頻電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)刀盤。刀盤轉(zhuǎn)速在刀盤。刀盤轉(zhuǎn)速在0.13rpm內(nèi)可無(wú)級(jí)調(diào)速。內(nèi)可無(wú)級(jí)調(diào)速。1.2、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)行星齒輪減速機(jī)減速后，驅(qū)動(dòng)與其對(duì)應(yīng)的小齒輪，各小齒驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)行星

6、齒輪減速機(jī)減速后，驅(qū)動(dòng)與其對(duì)應(yīng)的小齒輪，各小齒輪又與大齒圈共同嚙合傳動(dòng)，提供刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩以抵抗掘進(jìn)扭矩荷載。刀輪又與大齒圈共同嚙合傳動(dòng)，提供刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩以抵抗掘進(jìn)扭矩荷載。刀盤扭矩由圍巖條件、盾構(gòu)型式、盾構(gòu)結(jié)構(gòu)及盾構(gòu)直徑來(lái)決定。盤扭矩由圍巖條件、盾構(gòu)型式、盾構(gòu)結(jié)構(gòu)及盾構(gòu)直徑來(lái)決定。驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)減速機(jī)小齒輪大齒輪圈軸承刀盤滾筒、中間梁刀盤驅(qū)動(dòng)流程圖刀盤驅(qū)動(dòng)流程圖刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)1.2、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理刀盤驅(qū)動(dòng)裝置示意圖1.2.1、刀盤驅(qū)動(dòng)方式 刀盤驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。其中液壓驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)液刀盤驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。其中液壓驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)液壓回路型式分為開(kāi)式和閉式液壓回路驅(qū)動(dòng)；

7、電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)電機(jī)控制形壓回路型式分為開(kāi)式和閉式液壓回路驅(qū)動(dòng)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)電機(jī)控制形式可分為單速、雙速及變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。式可分為單速、雙速及變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 液壓驅(qū)動(dòng)方式起步較早，技術(shù)較成熟，同步性能較好，可帶載啟動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)方式起步較早，技術(shù)較成熟，同步性能較好，可帶載啟動(dòng)，速度無(wú)級(jí)可調(diào)，但系統(tǒng)損耗較大，不利于節(jié)能環(huán)保，且日常維護(hù)工作繁重。速度無(wú)級(jí)可調(diào)，但系統(tǒng)損耗較大，不利于節(jié)能環(huán)保，且日常維護(hù)工作繁重。 單、雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能單一，價(jià)格低廉，一般用于小型盾構(gòu)。單、雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能單一，價(jià)格低廉，一般用于小型盾構(gòu)。 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式綜合了液壓和雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，可帶載啟變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

8、綜合了液壓和雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，可帶載啟動(dòng)，無(wú)級(jí)調(diào)速，同步性能較好，節(jié)能顯著。適用于多種型式和規(guī)格的盾構(gòu)機(jī)。動(dòng)，無(wú)級(jí)調(diào)速，同步性能較好，節(jié)能顯著。適用于多種型式和規(guī)格的盾構(gòu)機(jī)。目錄1主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2主軸承結(jié)構(gòu)及工作原理3主軸承密封系統(tǒng)4中心回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)及功能2、主軸承結(jié)構(gòu)工作原理主軸承是盾構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主軸承是盾構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，起直接傳遞動(dòng)力核心部件，起直接傳遞動(dòng)力和荷載的作用。需要足夠的和荷載的作用。需要足夠的剛度和穩(wěn)定性來(lái)承受較大的剛度和穩(wěn)定性來(lái)承受較大的扭矩和荷載。扭矩和荷載。主軸承三維效果圖2.1.1、作用于軸承的荷載主軸承受力圖刀盤在工作過(guò)程中，始終受到以下幾個(gè)外力的作用：刀

9、盤在工作過(guò)程中，始終受到以下幾個(gè)外力的作用：P1-P1-刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)切削前方土體產(chǎn)生的平衡切削力；刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)切削前方土體產(chǎn)生的平衡切削力；P2-P2-由于掌子面斷面硬度不同而造成的偏向軸向荷載；由于掌子面斷面硬度不同而造成的偏向軸向荷載；P3-P3-徑向荷載；徑向荷載；P4-P4-到頭回退時(shí)所受的軸向力；到頭回退時(shí)所受的軸向力；W-W-刀盤裝置自重；刀盤裝置自重；T-T-總推力，包括盾體四周土壤間的摩擦阻力、推進(jìn)總推力，包括盾體四周土壤間的摩擦阻力、推進(jìn)時(shí)，產(chǎn)生的貫入阻力、作用在切削刀盤上的推薦阻力、時(shí)，產(chǎn)生的貫入阻力、作用在切削刀盤上的推薦阻力、盾構(gòu)內(nèi)襯與盾尾的摩擦阻力、后方臺(tái)車的牽引阻力等；

10、盾構(gòu)內(nèi)襯與盾尾的摩擦阻力、后方臺(tái)車的牽引阻力等；2.1.2、主軸承結(jié)構(gòu)主軸承密封系統(tǒng) 主軸承滾子 齒輪箱 減速機(jī)小齒輪 保險(xiǎn)杠刀盤側(cè)刀盤側(cè) 外殼體 轉(zhuǎn)鼓2.1.2、主軸承結(jié)構(gòu)盾構(gòu)機(jī)主軸承一般為內(nèi)齒式三排圓柱滾子組合軸承（見(jiàn)右圖），要求能同時(shí)承受軸向力徑向荷載以及傾覆力矩。其中軸向力和傾覆力矩由第一、第二列滾子承受，徑向力由垂直布置的第三列滾子承受。本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)主軸的驅(qū)動(dòng)扭矩最大可達(dá)6528kNm（120%脫困扭矩），正常工作扭矩為5540kNm以內(nèi)。目錄1主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2主軸承結(jié)構(gòu)工作原理3主軸承密封系統(tǒng)4中心回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)及功能3.1主軸承常用的密封圈的形式 目前國(guó)際上著名的盾構(gòu)廠商對(duì)主軸承的

11、密封均采用骨架式唇形密封圈，常目前國(guó)際上著名的盾構(gòu)廠商對(duì)主軸承的密封均采用骨架式唇形密封圈，常用的唇形密封圈有單唇形密封圈、帶壓緊環(huán)的唇形密封圈及多唇密封圈用的唇形密封圈有單唇形密封圈、帶壓緊環(huán)的唇形密封圈及多唇密封圈, ,三種三種形式的密封材料一般都是耐油耐水的高強(qiáng)耐磨丁晴橡膠或聚亞氨脂。其結(jié)構(gòu)如形式的密封材料一般都是耐油耐水的高強(qiáng)耐磨丁晴橡膠或聚亞氨脂。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。下圖所示。單唇形密封圈帶壓緊環(huán)唇形密封圈多唇形密封圈3.1.2 單唇形密封圈 單唇形密封圈安裝結(jié)構(gòu)形式如右圖所示，圖中共有內(nèi)外兩層4道密封腔介于刀盤與主軸承及齒輪箱之間，對(duì)刀盤側(cè)開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)渣土、泥水起隔離作用，避免從轉(zhuǎn)鼓兩側(cè)

12、縫隙進(jìn)入主軸承及齒輪箱，同時(shí)也防止主軸承及齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油泄露，保證主軸承及齒輪箱的安全使用壽命。 盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中，刀盤側(cè)最大要承受0.3 0.5Mpa的壓力。在第道密封腔內(nèi)要連續(xù)注入高粘度特種油脂，由于壓力作用，該油脂沿迷宮縫溢出，將渣土及泥水阻擋在外。在第、第腔室內(nèi)注入一般油脂，同時(shí)對(duì)油脂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)第道腔有滲漏（第道腔混有高粘度油脂），這時(shí)要停止向第道腔內(nèi)注入一般油脂，讓第、道腔共同取代腔的作用。腔室定時(shí)注入液壓油進(jìn)行沖洗潤(rùn)滑，同時(shí)起冷卻作用。內(nèi)密封與外密封工作原理相同。3.1.3 壓緊環(huán)密封圈 該密封結(jié)構(gòu)與單唇型結(jié)構(gòu)在整體分布上比較相似，相對(duì)與主軸承而言均有內(nèi)外兩層密封，但每層

13、密封的密封圈數(shù)量及安裝結(jié)構(gòu)有較大的差別。在外密封圈上有一個(gè)硬化壓緊環(huán)，通過(guò)密封圈壓環(huán)來(lái)壓緊這個(gè)硬化壓緊環(huán)可以使密封唇產(chǎn)生預(yù)壓力，達(dá)到更好的密封效果。其密封腔內(nèi)也需注入油脂，與單唇型相似。 在密封唇口和渣土與密封襯套長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)旋轉(zhuǎn)和摩擦，會(huì)在襯套圓周方向磨處一道約 35mm的細(xì)槽，造成密封性能的影響，并加速密封唇口的磨損這種結(jié)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)整襯套的位置并更換新的密封圈，使其保證密封的可靠性。（通過(guò)調(diào)整襯套位置，更換較長(zhǎng)新螺栓，錯(cuò)開(kāi)已磨損細(xì)槽的位置）3.1.4 多唇形密封圈 多唇形密封圈結(jié)構(gòu)也分為內(nèi)外兩層密封對(duì)主軸承和齒輪進(jìn)行保護(hù)。在內(nèi)外兩層多唇密封圈之間連續(xù)注入壓力油脂（黃油），在壓力作用下，多余

14、的油脂沿密封唇口溢出至土倉(cāng)，將渣土及泥水封堵在主密封外側(cè)，使七不能沿轉(zhuǎn)鼓兩側(cè)縫隙進(jìn)入主軸承及齒輪箱處。3.2 三種主軸承密封結(jié)構(gòu)的比較（2）承壓情況 單唇形及帶壓緊環(huán)的密封系統(tǒng)在特種高粘度油脂的配合下，能承受土倉(cāng)測(cè)的約0.60.8Mpa的土水壓力，多唇形只能承受約0.30.4Mpa的土水壓力。（1）使用油脂情況 單唇形及帶壓緊環(huán)的密封系統(tǒng)在第一道密封圈與刀盤側(cè)土體間的腔室中要注入特種高粘度油脂，而多唇形只用注入普通油脂（黃油），相對(duì)于前兩種結(jié)構(gòu)運(yùn)行成本較低。（3）密封壽命 三種密封結(jié)構(gòu)相比，單唇形使用壽命最長(zhǎng)，其次是帶壓緊環(huán)唇形，使用壽命最短的是多唇形。多唇形一般在地鐵23個(gè)標(biāo)段（約2Km）施

15、工完成后，需要對(duì)其密封唇及結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)或更換。3.2 三種主軸承密封結(jié)構(gòu)的比較 總體上主軸承的各密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然有所不同，但基本都需要內(nèi)外兩道密封，且每道密封都由多道密封圈組成。在實(shí)際使用中，具體選用哪種形式的主軸承密封結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)工程地質(zhì)、設(shè)備投資及運(yùn)行維修成本來(lái)綜合考慮。目錄1主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2主軸承結(jié)構(gòu)工作原理3主軸承密封系統(tǒng)4中心回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)及功能4.1、中心回轉(zhuǎn)體功能簡(jiǎn)介 刀盤中心回轉(zhuǎn)體安裝于刀盤中心后部并隨刀盤同步旋轉(zhuǎn)，是刀盤前方土體改良添加液若干壓注管道、刀盤液控仿形刀液壓管道及注水管等諸多管道的連接樞紐。4.2、中心回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)及工作原理 刀盤中心回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)主要由刀盤連接段、內(nèi)部旋轉(zhuǎn)中心軸、密封系統(tǒng)、外殼及內(nèi)部管路組成。 通常旋轉(zhuǎn)中心軸于刀盤中心部位相連接并跟隨其回轉(zhuǎn)，外殼則與固