盾构机主驱动系统简介

1、质量、环境、职业健康安全管理体系2016年内审末次审查会议广州轨道交通建设监理有限公司佛山2号线一期工程土建监理一标段监理部2018.05.03目录1主驱动系统简介2主轴承结构及工作原理3主轴承密封系统4中心回转接头结构及功能1.1、主驱动系统功能简介 盾构机盾构机主驱动系统是盾主驱动系统是盾构机的构机的“心脏心脏”，是盾构机动力，是盾构机动力输出的中心，直接起到动力转换输出的中心，直接起到动力转换和输出的作用，同时起到支承盾和输出的作用，同时起到支承盾体刀盘并使之旋转破岩的作业。体刀盘并使之旋转破岩的作业。盾构机主驱动系统结构复杂，对盾构机主驱动系统结构复杂，对制作工艺、装配工艺的要求非常制

2、作工艺、装配工艺的要求非常高，且在盾构掘进施工过程中维高，且在盾构掘进施工过程中维修困难、复杂，所以要求主驱动修困难、复杂，所以要求主驱动系统及其构配件要有较长的使用系统及其构配件要有较长的使用寿命和较高的稳定性。寿命和较高的稳定性。1.2、主驱动系统主要组成1 1、主驱动箱：主驱动箱是主驱动总成的主要结构件，用于承载主轴承、驱动、主驱动箱：主驱动箱是主驱动总成的主要结构件，用于承载主轴承、驱动 法兰、减速机等其他部件，同时提供主轴承润滑系统的齿轮油容纳空间，为法兰、减速机等其他部件，同时提供主轴承润滑系统的齿轮油容纳空间，为 前部密封及油脂润滑系统提供油脂通道。前部密封及油脂润滑系统提供油脂

3、通道。2 2、主轴承：主驱动的核心组件，外环与主驱动箱相对固定，内环与刀盘驱动、主轴承：主驱动的核心组件，外环与主驱动箱相对固定，内环与刀盘驱动 法兰相连接，是驱动刀盘运转的过渡连接部件。法兰相连接，是驱动刀盘运转的过渡连接部件。3 3、连接环：连接、固定主驱动各结构件，配合主驱动箱，提供润滑油脂通道、连接环：连接、固定主驱动各结构件，配合主驱动箱，提供润滑油脂通道4 4、密封隔环：将多道唇形密封分离隔开，形成空腔以填充润滑油脂。、密封隔环：将多道唇形密封分离隔开，形成空腔以填充润滑油脂。5 5、密封滑环：提供唇形密封的接触面。、密封滑环：提供唇形密封的接触面。6 6、密封压环：固定唇形密封，

4、形成合适的预紧压力。、密封压环：固定唇形密封，形成合适的预紧压力。1.2、主驱动系统主要组成7 7、刀盘驱动法兰：连接主轴承大齿圈与刀盘法兰的连接部件，带动刀盘旋转。、刀盘驱动法兰：连接主轴承大齿圈与刀盘法兰的连接部件，带动刀盘旋转。8 8、马达或电机：刀盘的动力源，将流体势能或电能转化为机械动能。、马达或电机：刀盘的动力源，将流体势能或电能转化为机械动能。9 9、减速机：配合马达或电机，通过旋转速度的转换实现较大的驱动扭矩。、减速机：配合马达或电机，通过旋转速度的转换实现较大的驱动扭矩。1010、扭矩限制器：应用于电驱动型盾构机，连接电机与减速机，在刀盘扭矩急、扭矩限制器：应用于电驱动型盾构

5、机，连接电机与减速机，在刀盘扭矩急剧增大时脱离，隔开电机与减速机，从而避免电机的损坏。剧增大时脱离，隔开电机与减速机，从而避免电机的损坏。1.2、主驱动系统主要组成1.2、主驱动系统工作原理盾构机刀盘切削系统为采用多个电机同步驱动盾构机刀盘切削系统为采用多个电机同步驱动与与刀盘连接的大齿轮刀盘连接的大齿轮圈，本区间盾构采用圈，本区间盾构采用6个（个（160Kw）左右对称分布的变频电机同步驱动）左右对称分布的变频电机同步驱动刀盘。刀盘转速在刀盘。刀盘转速在0.13rpm内可无级调速。内可无级调速。1.2、主驱动系统工作原理驱动电机经行星齿轮减速机减速后，驱动与其对应的小齿轮，各小齿驱动电机经行星

6、齿轮减速机减速后，驱动与其对应的小齿轮，各小齿轮又与大齿圈共同啮合传动，提供刀盘驱动扭矩以抵抗掘进扭矩荷载。刀轮又与大齿圈共同啮合传动，提供刀盘驱动扭矩以抵抗掘进扭矩荷载。刀盘扭矩由围岩条件、盾构型式、盾构结构及盾构直径来决定。盘扭矩由围岩条件、盾构型式、盾构结构及盾构直径来决定。驱动电机减速机减速机小齿轮大齿轮圈轴承刀盘滚筒、中间梁刀盘驱动流程图刀盘驱动流程图刀盘转动1.2、主驱动系统工作原理刀盘驱动装置示意图1.2.1、刀盘驱动方式 刀盘驱动方式主要有液压和电机驱动两种。其中液压驱动方式根据液刀盘驱动方式主要有液压和电机驱动两种。其中液压驱动方式根据液压回路型式分为开式和闭式液压回路驱动；

7、电机驱动方式根据电机控制形压回路型式分为开式和闭式液压回路驱动；电机驱动方式根据电机控制形式可分为单速、双速及变频电机驱动。式可分为单速、双速及变频电机驱动。 液压驱动方式起步较早，技术较成熟，同步性能较好，可带载启动，液压驱动方式起步较早，技术较成熟，同步性能较好，可带载启动，速度无级可调，但系统损耗较大，不利于节能环保，且日常维护工作繁重。速度无级可调，但系统损耗较大，不利于节能环保，且日常维护工作繁重。 单、双速电机驱动功能单一，价格低廉，一般用于小型盾构。单、双速电机驱动功能单一，价格低廉，一般用于小型盾构。 变频电机驱动方式综合了液压和双速电机驱动方式的优点，可带载启变频电机驱动方式

8、综合了液压和双速电机驱动方式的优点，可带载启动，无级调速，同步性能较好，节能显著。适用于多种型式和规格的盾构机。动，无级调速，同步性能较好，节能显著。适用于多种型式和规格的盾构机。目录1主驱动系统简介2主轴承结构及工作原理3主轴承密封系统4中心回转接头结构及功能2、主轴承结构工作原理主轴承是盾构驱动系统的主轴承是盾构驱动系统的核心部件，起直接传递动力核心部件，起直接传递动力和荷载的作用。需要足够的和荷载的作用。需要足够的刚度和稳定性来承受较大的刚度和稳定性来承受较大的扭矩和荷载。扭矩和荷载。主轴承三维效果图2.1.1、作用于轴承的荷载主轴承受力图刀盘在工作过程中，始终受到以下几个外力的作用：刀

9、盘在工作过程中，始终受到以下几个外力的作用：P1-P1-刀盘旋转时切削前方土体产生的平衡切削力；刀盘旋转时切削前方土体产生的平衡切削力；P2-P2-由于掌子面断面硬度不同而造成的偏向轴向荷载；由于掌子面断面硬度不同而造成的偏向轴向荷载；P3-P3-径向荷载；径向荷载；P4-P4-到头回退时所受的轴向力；到头回退时所受的轴向力；W-W-刀盘装置自重；刀盘装置自重；T-T-总推力，包括盾体四周土壤间的摩擦阻力、推进总推力，包括盾体四周土壤间的摩擦阻力、推进时，产生的贯入阻力、作用在切削刀盘上的推荐阻力、时，产生的贯入阻力、作用在切削刀盘上的推荐阻力、盾构内衬与盾尾的摩擦阻力、后方台车的牵引阻力等；

10、盾构内衬与盾尾的摩擦阻力、后方台车的牵引阻力等；2.1.2、主轴承结构主轴承密封系统 主轴承滚子 齿轮箱 减速机小齿轮 保险杠刀盘侧刀盘侧 外壳体 转鼓2.1.2、主轴承结构盾构机主轴承一般为内齿式三排圆柱滚子组合轴承（见右图），要求能同时承受轴向力径向荷载以及倾覆力矩。其中轴向力和倾覆力矩由第一、第二列滚子承受，径向力由垂直布置的第三列滚子承受。本区间盾构机主轴的驱动扭矩最大可达6528kNm（120%脱困扭矩），正常工作扭矩为5540kNm以内。目录1主驱动系统简介2主轴承结构工作原理3主轴承密封系统4中心回转接头结构及功能3.1主轴承常用的密封圈的形式 目前国际上著名的盾构厂商对主轴承的

11、密封均采用骨架式唇形密封圈，常目前国际上著名的盾构厂商对主轴承的密封均采用骨架式唇形密封圈，常用的唇形密封圈有单唇形密封圈、带压紧环的唇形密封圈及多唇密封圈用的唇形密封圈有单唇形密封圈、带压紧环的唇形密封圈及多唇密封圈, ,三种三种形式的密封材料一般都是耐油耐水的高强耐磨丁晴橡胶或聚亚氨脂。其结构如形式的密封材料一般都是耐油耐水的高强耐磨丁晴橡胶或聚亚氨脂。其结构如下图所示。下图所示。单唇形密封圈带压紧环唇形密封圈多唇形密封圈3.1.2 单唇形密封圈 单唇形密封圈安装结构形式如右图所示，图中共有内外两层4道密封腔介于刀盘与主轴承及齿轮箱之间，对刀盘侧开挖仓内渣土、泥水起隔离作用，避免从转鼓两侧

12、缝隙进入主轴承及齿轮箱，同时也防止主轴承及齿轮箱内的润滑油泄露，保证主轴承及齿轮箱的安全使用寿命。 盾构机在推进过程中，刀盘侧最大要承受0.3 0.5Mpa的压力。在第道密封腔内要连续注入高粘度特种油脂，由于压力作用，该油脂沿迷宫缝溢出，将渣土及泥水阻挡在外。在第、第腔室内注入一般油脂，同时对油脂进行监测，若发现第道腔有渗漏（第道腔混有高粘度油脂），这时要停止向第道腔内注入一般油脂，让第、道腔共同取代腔的作用。腔室定时注入液压油进行冲洗润滑，同时起冷却作用。内密封与外密封工作原理相同。3.1.3 压紧环密封圈 该密封结构与单唇型结构在整体分布上比较相似，相对与主轴承而言均有内外两层密封，但每层

13、密封的密封圈数量及安装结构有较大的差别。在外密封圈上有一个硬化压紧环，通过密封圈压环来压紧这个硬化压紧环可以使密封唇产生预压力，达到更好的密封效果。其密封腔内也需注入油脂，与单唇型相似。 在密封唇口和渣土与密封衬套长时间相对旋转和摩擦，会在衬套圆周方向磨处一道约 35mm的细槽，造成密封性能的影响，并加速密封唇口的磨损这种结构可以通过调整衬套的位置并更换新的密封圈，使其保证密封的可靠性。（通过调整衬套位置，更换较长新螺栓，错开已磨损细槽的位置）3.1.4 多唇形密封圈 多唇形密封圈结构也分为内外两层密封对主轴承和齿轮进行保护。在内外两层多唇密封圈之间连续注入压力油脂（黄油），在压力作用下，多余

14、的油脂沿密封唇口溢出至土仓，将渣土及泥水封堵在主密封外侧，使七不能沿转鼓两侧缝隙进入主轴承及齿轮箱处。3.2 三种主轴承密封结构的比较（2）承压情况 单唇形及带压紧环的密封系统在特种高粘度油脂的配合下，能承受土仓测的约0.60.8Mpa的土水压力，多唇形只能承受约0.30.4Mpa的土水压力。（1）使用油脂情况 单唇形及带压紧环的密封系统在第一道密封圈与刀盘侧土体间的腔室中要注入特种高粘度油脂，而多唇形只用注入普通油脂（黄油），相对于前两种结构运行成本较低。（3）密封寿命 三种密封结构相比，单唇形使用寿命最长，其次是带压紧环唇形，使用寿命最短的是多唇形。多唇形一般在地铁23个标段（约2Km）施

15、工完成后，需要对其密封唇及结构件进行检测和维护或更换。3.2 三种主轴承密封结构的比较 总体上主轴承的各密封系统结构虽然有所不同，但基本都需要内外两道密封，且每道密封都由多道密封圈组成。在实际使用中，具体选用哪种形式的主轴承密封结构，需要根据工程地质、设备投资及运行维修成本来综合考虑。目录1主驱动系统简介2主轴承结构工作原理3主轴承密封系统4中心回转体结构及功能4.1、中心回转体功能简介 刀盘中心回转体安装于刀盘中心后部并随刀盘同步旋转，是刀盘前方土体改良添加液若干压注管道、刀盘液控仿形刀液压管道及注水管等诸多管道的连接枢纽。4.2、中心回转体结构及工作原理 刀盘中心回转体结构主要由刀盘连接段、内部旋转中心轴、密封系统、外壳及内部管路组成。 通常旋转中心轴于刀盘中心部位相连接并跟随其回转，外壳则与固