王胜勇（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

盾构机地下工作环境特别恶劣，不仅非常潮湿，还会与大量淤泥、砂石等直接接触[1]。刀盘、刀盘驱动、推进系统等装置是整台盾构机的核心[2]。刀盘驱动由于转动且又处于盾构的前端，所以经常会在工作时渗入各种杂质，常见的有地下水、泥沙、工作油脂等。当盾构停止工作，返回维修厂后，若将刀盘驱动整体拆解，清洗保养，再组装起来，不仅工作量非常巨大，而且很多精密零部件可能会在拆解或安装过程中发生偏差甚至损坏。比较好的办法是用一种封存防锈油，在不拆解刀盘驱动器的前提下加在刀盘驱动器内，保护刀盘内部零部件在这段存放期内不被锈蚀和腐蚀。因为工期等各种原因，回维修厂的盾构刀盘驱动器经常不得不在露天的环境下长期堆放。在露天放置，空气中的水分会在晚上冷凝成水珠留在刀盘驱动器内的零部件上，同时刀盘驱动器内本来残留的水分会不断在箱体内蒸发和冷凝，也会增大被锈蚀和腐蚀的部位。这些不利因素对于刀盘驱动内结构较为封闭的齿轮箱等封闭箱体更易导致其锈蚀和腐蚀。这些箱体内部封闭，目前所使用的是普通封存防锈油，这种防锈油都是在零部件被清洗干净的情况下[3]能起到比较好的防锈和防腐蚀效果，较少考虑到有水、泥沙、其他润滑油脂等存在的条件下的防锈和防腐效果。之前在维护保养的刀盘驱动器内加注了这类防锈油，过了一个月后将防锈油放掉，发现刀盘驱动器的齿轮箱、轴承、管道很多地方还是锈蚀了，防锈防腐蚀效果很不理想。因此需要对封存防锈油及使用方法等进行技术提升和改进。根据刀盘驱动器存放的条件彻底调整封存防锈油的配方体系，改进使用方法，提高封存防锈油的使用效果，从而减少因锈蚀腐蚀而产生的不必要的部件损耗。

1 对封存防锈油的要求

盾构封存后是露天放置的，特别是当刀盘驱动在夏季露天放置时，防锈油在使用过程中不能因阳光暴晒的高温而产生大量轻组分挥发，造成安全性方面的危险；秋冬季节，早晚温差大，特别是晚上，温度很低，空气中的水蒸气会冷凝成水珠结在刀盘驱动器设备内壁，时间长了，防锈油中会有很多水分，防锈油需要具有良好的水置换性能[4]，才可以很好地分离齿轮箱中存留的水分；考虑到设备里不可能全部充满防锈油，对于设备上端未浸在防锈油中的部分，也要防锈蚀腐蚀，因此封存防锈油中必须有一部分挥发性的气相防锈剂[5]成分，通过挥发后吸附在未被防锈油浸没的设备表面，起到防锈作用；刀盘驱动设备中残留的润滑油脂，空气中的颗粒物等也会进入封存防锈油中，需要考虑防锈油在混入一定量这些杂油及固体杂质的条件下，防锈效果是否受影响[6]；另外，还需确保防锈油本身稳定，长期使用后，没有油泥等沉淀析出，保证盾构刀盘驱动设备的完好。

2 对封存防锈油的试验

通过和专业油品制造厂商的合作研究，充分考虑盾构刀盘驱动设备的封存条件，重新研制专用的封存防锈油，选择更为合适的基础油，复配相应的高效添加剂，调配成盾构专用封存防锈油 A、B、C、D 4 种类型，具体配方见表 1。

表1 4 种封存防锈油的配比

对表 1 中 4 种防锈油进行外观、40 ℃ 运动黏度、倾点、开口闪点、酸值、水分、机械杂质、20 ℃ 密度等常规理化指标进行分析，考察基本性状。其结果见表 2。

表2 4 种封存防锈油常规理化试验数据

从表 2 的常规理化指标可以看出，这 4 种防锈油的理化指标数据基本接近，很难区别差异。对这 4 种盾构机封存防锈油进行水置换性和分离安定性试验、湿热试验和盐雾试验，测试防锈相关性能。测试结果见表 3。

表3 4 种盾构机封存防锈油的防锈性能对比

从表 3 的 4 种防锈相关试验结果可看出，配方 C 和 D 的各项防锈性能在 4 种配方里面是比较好的。为了进一步测试配方 C 和配方 D 的防锈性能，进行了模拟盾构的现场防锈工况的试验。盾构刀盘驱动器中常用的润滑油脂有 320/220 重负荷工业齿轮油、2 号极压锂基酯、46 号高清洁度抗磨液压油，液压油的很多参数和防锈油接近，少量液压油的存在对防锈油的防锈效果基本没有影响；齿轮油和润滑脂则与防锈油相差很大，特别是其中的一些添加剂会严重地影响防锈油的防锈效果，因此选择了齿轮油和润滑脂这两种对防锈性能有较大影响的干扰杂质：320 号重负荷工业齿轮油和 2 号锂基脂。加一定比例的这 2 种干扰杂质以及少量自来水，与防锈油均匀混合，考察油品在混入杂质后，油品各项防锈性能的变化情况。油品调配比例（质量百分比）及试验结果如下：

1 号油：90% C 配方油+5% 某品牌 320 号重负荷工业齿轮油＋5% 某品牌 2 号锂基脂。

2 号油：88% C 配方油+5% 某品牌 320 号重负荷工业齿轮油＋5% 某品牌 2 号锂基脂＋2% 自来水。

3 号油：90% D 配方油＋5% 某品牌 320 号重负荷工业齿轮油＋5% 某品牌 2 号锂基脂。

4 号油：88% D 配方油＋5% 某品牌 320 号重负荷工业齿轮油＋5% 某品牌 2 号锂基脂＋2% 自来水。

表4 4 种模拟盾构机工况的防锈性能对比

盾构刀盘驱动齿轮箱在存放过程中由于各种原因，设备中总是会存在一些水分和润滑油脂，为了减少水分对设备的锈蚀腐蚀作用及减少润滑油脂对防锈效果的影响，需要油品将水分从设备零部件表面置换出来，稳定在油中，起到良好的防锈效果，因此水置换性试验和分离安定性试验就很能模拟现场工况。由表 4 可见，配方 C 的防锈油对于齿轮油和润滑脂混入后的分离安定性好，但加入了水分后，分离安定性明显变差。配方 D 的防锈油的在混入齿轮油和润滑脂及水分后，水置换性能和分离安定性依然良好，使得防锈油可以在遇到润滑油脂及水分的情况下，将水分置换脱离出金属表面，稳定于防锈油中，将润滑油脂从金属表面分离出来，稳定于防锈油中，达到防锈的目的。

湿热试验和盐雾试验是目前最常用的直接评价防锈油防锈能力的最佳手段。结合表 3 和表 4 可见，防锈油在混入齿轮油和润滑脂及水分后，对防锈效果或多或少都会有影响。这是因为润滑油脂中的极压、抗磨剂成分进入防锈油体系后，会与防锈剂在金属表面产生竞争吸附[7]，导致防锈能力出现下降。将这些影响降到最低，就是盾构封存防锈油研制的方向和目的。从表 3 和表 4 中的数据可看出，在混入润滑油脂和水分后，配方 C 的湿热试验时间和盐雾试验时间都出现了明显的下降；同样混入了润滑油脂和水分后，配方 D 的湿热试验时间和盐雾试验时间只是稍有下降，下降幅度明显低于配方 C，说明配方 D 的盾构封存防锈油对齿轮油和润滑脂以及水分有更好的允许混入的能力，在苛刻的使用条件下具有更好的防锈效果。配方 D 的封存防锈油被命名为 HIRI 533 盾构专用封存防锈油。

3 现场应用

在盾构返回基地后，先放空刀盘驱动齿轮箱中的齿轮油，查看齿轮箱内部的情况，如已经出现了严重锈蚀，则拆卸刀盘驱动进行维修；如果未出现很明显的锈蚀情况，在排空齿轮油后（尤其齿轮箱中的水分尽可能要清除干净），加入清洗油进行洗涤，将原有的齿轮油成分尽量稀释，使齿轮油的添加剂成分尽可能脱离轴承和齿轮表面。进行一个较长时间的旋转清洗过程后，放空清洗油，然后加入 HIRI 533 盾构专用封存防锈油后，再进行一个较长时间的旋转浸润过程，保证防锈油能够浸润盾构刀盘内壁的所有零部件。

在进行旋转包覆防锈油后，为了减少空气中的水分对防锈效果的影响，对盾构刀盘驱动器的剩余空间可充入氮气，起到保护作用。具体操作如下：使用真空泵（选用功率较小的手持式）将齿轮箱内的空气抽出，然后充入氮气，经两 三次充放后，齿轮箱内的空气基本被氮气取代，充入的氮气压力为 0.98×102～1.96×102KPa。

当重新启用时，在放出防锈油前，先缓慢释放齿轮箱中的氮气压力，然后放空防锈油，再加入之前的清洗油进行较长时间的旋转清洗，将防锈油中的防锈剂尽可能脱离齿轮表面。最后放空清洗油，再加入工作用的齿轮油。

应用案例：在 1 台 863 盾构存放期间，按照上述操作在盾构刀盘驱动器中加入了 HIRI 533 盾构专用封存防锈油后，经过了 10 个月的放置，拆解之后，发现其中轴承、齿轮齿面均无生锈情况，可马上使用，通过现场应用，证明盾构专用封存防锈油的作用是显著的。

4 结 语

(1) 研制的盾构专用封存防锈油配方合理，常规理化指标较好，性状稳定。

(2) 通过合理地使用，对于减少部件的非正常损耗，发挥了非常大的作用，产生直接经济效益之外，对减少人工维修保养工时及费用，提高设备利用效率，也产生了大量间接的经济效益。