盾构机典型润滑问题解析

2022-01-14田水清

中国设备工程 2022年1期

田水清

（中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，陕西西安 710000）

1 盾构机油液检测的必要性

盾构机是地铁工程、水利工程等隧道施工中重要的机械设备，其造价昂贵，出现故障不易维修，故要求设备有较好的完好率。因地铁隧道施工环境中存在大量粉尘、水分等污染物，导致盾构机润滑故障率高，带来了较大的经济损失，也延误了施工工期。而油液检测作为机械设备的“润滑体检技术”，通过定期抽检有代表性的在用润滑油进行检测分析，判断设备运行磨损状况和潜在润滑风险，能够保证设备长期稳定处于最佳运行状态，预防和避免产生较大事故。

2 典型润滑问题解析

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司油液检测中心成立于2015年，专业从事盾构机在用润滑油检测、润滑故障诊断分析的服务机构。中心某年度共为51台次盾构机提供在用润滑油油液检测服务，检测盾构机在用润滑油样1481个。检测油样分布见图1。所有盾构机在用油样中，存在润滑问题的油样共计279个，占盾构机在用油样总数的18.8%。润滑问题率偏大，说明盾构机润滑状况不容乐观，设备常处于润滑不良状态。

典型润滑问题有：油品劣化、水分污染、运动粘度异常、液压油固体颗粒污染、磨损异常、润滑脂污染和轻质燃油污染，其分布见图2。其中油品劣化、水分污染、运动粘度异常、液压油固体颗粒污染、磨损异常油样占总问题油样的95.7%，需要重点关注，属于主要润滑问题。而润滑脂污染和轻质燃油污染占4.3%，属于少数特殊润滑故障情况。典型润滑问题分析如下。

图2 典型润滑问题分布

（1）油品劣化，占总问题油样率35.5%，是最突出的润滑问题，表现为润滑油变质，通常伴随着润滑油较新油颜色加深，甚至变成黑色墨水状，油品性质不稳定出现分层现象，上层或下层出现不溶物颗粒，黑色油泥等劣化产物出现。油品劣化后，油品不足于维持正常润滑，会导致油温持续升高进而出现严重的异常磨损，需要重点关注。产生油品劣化的原因为：①润滑油长时间使用，设备中污染物逐步沉积导致油品变质；②设备使用温度高，超出润滑油的正常使用温度，导致油品发生氧化质变进而产生劣化；③盾构机日常润滑保养维护不到位不正确，将未知污染物通过加油补油维修等工序进入油箱，进而导致油品劣化。

（2）水分污染，占总问题油样率22.2%，是次突出的润滑问题，表现为外来的水分大量进入润滑油中，发生浑浊、乳化、乃至油水分离等情况。水分的存在会水解润滑油添加剂使润滑油失去特殊的抗磨等性能，使润滑油基础油发生氧化变质，导致润滑不良等事故出现。因盾构隧道环境中湿度大，极易发生油样水分污染，需要重点关注。水分污染常见原因为：①刀盘主轴承、螺旋机减速箱等部件密封损坏，导致冷却水、环境水进入油箱；②新润滑油存储不当，出现新润滑油产生水分污染，进而污染润滑部件；③加油或补油工作不洁净，过程不规范，导致外部水分进入油箱。

（3）运动粘度异常，占总问题油样率19.0%。按照国家通用的换油标准，一般润滑油的运动粘度与新油比较，液压油变化率在±10%范围内，齿轮油变化率在±15%范围内，均属于正常，超过此范围为异常。盾构机每个润滑部件，厂家都会推荐润滑油型号，给出最佳运动粘度值，要尽量遵守。运动粘度异常分为运动粘度过大和过小2种。运动粘度过小会导致润滑油产生的油膜不足以分开设备润滑接触面，产生擦伤、划伤等方向的异常磨损。油品粘度过大，会导致设备传动能量加大，润滑油温度升高，导致油品劣化，机械耗能异常等情况出现。运动粘度是判断油品是否可以使用的核心指标。产生油样运动粘度异常的原因主要如下：①油品劣化或因机械剪切作用，导致的油品分子结构产生大的改变，导致油样运动粘度减小；②油品中增粘类添加剂的消耗，使润滑油运动粘度产生大的改变。③设备使用人员或者维护人员工作不规范，未按要求加注设备所需要的润滑油，导致加油或者补油错误；④未知污染物进入油箱，导致油品运动粘度发生巨变。

（4）液压油固体颗粒污染，占总问题油样率12.5%，是液压油样最常见的润滑问题。液压系统对液压油要求高，油样中固态颗粒物太多，尺寸和数量超过了液压系统的承受量，就会出现重大的润滑问题。液压油固体颗粒物污染，通过颗粒度检测来表征，颗粒度是衡量液压油是否合格的关键性指标。液压油固体颗粒污染的主要原因为：①设备在换油、维修时，没有将油箱中的固体颗粒物清理干净；②液压系统滤芯失效，导致大量固体颗粒物存在；③加油换油的时未能按正常要求操作，带入大量固体颗粒物，并产生了异常磨损，导致设备故障；④未重视呼吸器的作用，部分盾构机的液压油呼吸器脏乱差，反而会污染液压油；⑤维修或维护，使用了不合适的密封件或橡胶垫等，这些材料在液压油中发生反应变质，导致材料降解，大量固体颗粒物的出现。

（5）磨损异常，占总问题油样率6.5%，表现为油样中金属颗粒浓度大、且磨损颗粒尺寸大。通过持续取样检测比较，同一润滑部件油样金属颗粒浓度持续增加，且增长幅度较大，就证明设备发生了异常磨损。发现了设备产生异常磨损需要及时拆机检查，找出异常磨损的原因，及时维修恢复。还有一种假性磨损异常情况，一般为盾构机维修人员在盾构机润滑部件维修中，未将油箱中残留的磨损颗粒彻底清除出去，在后续设备运行时，历史残留的磨损颗粒物会随着润滑油运转，导致油样颗粒浓度大。

（6）润滑脂污染，占总问题油样率2.5%，表现为油样运动粘度大幅度增加。因其原因特殊，危害大，单独列出说明。润滑脂污染是盾构机刀盘主轴承或者螺旋机减速箱的密封损坏，导致外部润滑脂通过压力作用进入齿轮油箱中。润滑脂持续大量进入齿轮箱中，导致油品运动粘度增加，油品由液压转变为半固态甚至固态，对设备运行造成极大的安全隐患。

（7）其他润滑问题主要为轻质燃油污染和油品混加，占总问题油样率1.8%。轻质燃油污染表现为轻质燃油进入润滑油中。通常因为盾构机维修时会用轻质燃油清洗润滑部件，清洗轻质燃油未排放干净残留在油箱中，在后续设备使用中，残留的轻质燃油与新加入的润滑油混合，会导致润滑油运动粘度大幅度下降，产生大量异常磨损。轻质燃油污染虽然属于个例，但是危害大，需要重点关注，设备维修人员和使用人员一定要注意此种情况。

油品混加，就是发生了不同牌号不同类型的油品混合，通常表现为液压油和齿轮油的混合。因液压油和齿轮油性能不同，运动粘度相差数倍，导致油品运动粘度急剧变化。发生此种情况的主要原因为：①设备润滑人员加注补油时不正确不规范，将液压油和齿轮油错用；②液压油和齿轮油加油工具混用，使加油工具中的残油错误进入油箱。

3 润滑管理建议

通过上述分析，我们可以得出结论：（1）盾构机使用单位应加强盾构机润滑管理，培训专业的润滑管理人员，避免出现加油补油错误等低级因管理不善产生的润滑问题；（2）油液检测报告要合格利用，通过检测分析结论指导日常油品更换，做到按质换油；（3）应加强盾构机使用单位油品的存储管理、制度化加油、补油、换油制度，从根本上避免制度有误或执行不力等情况，造成新润滑油污染，避免因加油、补油、换油等工序错误造成的过程污染；（4）对于盾构机典型润滑问题，设备维修单位和使用单位应制定专门方案，逐步逐项排除隐患，专项治理，将问题消除在萌芽状态。（5）润滑管理人员建立健全问题油样整改反馈制度，将润滑问题上升到设备管理部门领导层，督促设备维护人员，做好润滑问题原因查究，问题整改。（6）对于液压油样，固体颗粒物污染直接换油会产生很大的资源浪费。目前液压油净化技术完善，可以用净化设备除去大量颗粒污染物和少量水分，使液压油重新焕发生机，延长油品使用寿命；（7）对于新购置的盾构机，厂家出厂时会用调试润滑油进行调试，目标是为了测试设备功能，也会将生产制造及安装时产生的少量磨损颗粒带入调试润滑油中。设备使用方应按厂家要求，及时更换调试润滑油，将运行产生的磨损颗粒去除；（8）目前施工单位经常租用盾构机进行施工，且逐步常态化，但盾构机租赁也会对润滑管理产生不利影响，租赁单位无法了解盾构机在上个施工项目的润滑情况和维修情况。建议在租赁初期就做关键润滑部位的油样检测，及时了解设备的润滑状况，防患于未然。