浅谈盾构掘进机液压系统维护保养及故障诊断

《浅谈盾构掘进机液压系统维护保养及故障诊断》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

浅谈盾构掘进机液压系统维护保养及故障诊断李金鑫张东清摘要随着隧道施工技术的发展，隧道掘进设备应运而生。发展至今，已经形成涵盖敞开式掘进机、复合式土压平衡式盾构机（EPB）、硬岩掘进机（TBM）等多个类别，直径从几米到十几米不等，且出现了可以完成非圆形开挖面的特种盾构。盾构机良好的工作性能离不开高效的工作系统。盾构机大多采用液压驱动系统，拥有一套完善、高效的液压系统，是盾构机正常掘进的基本动力。通过合理、规范、及时的维护和保养，确保液压设备正常运行，成了盾构施工中的一项重要工作。本文对盾构机液压系统的维护保养和故障判断进行简要的阐述，希望为初学者提供一个简单的概念化指引和借鉴。关键词盾构机液压系统维护保养1介质清洁度现行的盾构液压设备采用液压油作为传动介质，油液的污染是导致液压系统出现故障的主要原因，它造成的元件故障占系统总故障率的70％～80％,它给设备造成的危害是严重的。实践证明：提高系统的油液清洁度是提高系统工作可靠性的重要途径，必须认真对待。1.1污染物的来源及危害液压系统中的污染物，主要指在油液中对系统可靠性以及元件寿命有害的各类物质。主要有以下几类：固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和能量污染物。不同的污染物会给系统造成不同程度的危害。固体污染物主要包括：在制造过程中残留的切屑、焊渣、型砂等，从外界侵入的尘埃和机械杂质，工作中产生的磨屑、铁锈、油液氧化以及分解产生的沉淀物，这些污染物会加速元件磨损、影响元件性能、缩短其寿命，卡住运动副、划伤元件内表面引起内泄漏的增大并降低系统工作压力、使运动件动作不灵活。水主要是通过油箱内部凝结和冷却器内部漏水侵入系统，油液中的水会腐蚀金属表面，加速油液的氧化变质，并与添加剂作用产生胶质导致阀芯卡塞以及过滤器堵塞。空气主要通过油箱或低压区泄露部位侵入系统，空气会降低油液体积弹性模量，使系统响应缓慢并失去刚度，引起气蚀致使油液氧化变质，润滑性降低。化学污染物主要包括：制造过程中残留、维修时侵入、工作中生成的各种溶剂、表面活性化合物、油液气化和分解产物。这些物质会与水反应形成酸类物质腐蚀金属表面。微生物会在含水液压油中生存并繁殖，并引起油液变质、劣化，降低润滑性，加速腐蚀。 能量污染主要包括：由系统或环境引起的热能、静电、磁场，会使油液粘度降低，泄露增加，加速油液分解变质。1.2控制污染物的措施针对各种污染物的来源采取相应的防护措施很有必要，对系统残留物主要以预防为主，生成的污染物主要靠系统布置的过滤器进行控制。见图1、图2。图1液压油箱去毛刺并清洗干净图2液压阀组装配前彻底清洗针对残留污染物，可采取加强各工作元件生产完成后的彻底清洗，清洗后要做好防尘，装配前再次认真清洗；装配前对液压油箱、管路、接头等彻底清洗，并进行必要的防尘处理。试运行之前进行系统冲洗。见图3、图4、图5。图3装配前除毛刺图4装配前清洁、除尘图5装配前做防尘保护针对侵入污染物，在油桶向油箱加油前，清除油桶封口周围污物，加油过程或从油箱向油桶中放油时都要经过过滤装置，通常采用滤油小车对其进行过滤。要确保油箱除呼吸孔外其它部位的有效密封，经常检查油箱各接口是否存在渗漏。油箱呼吸孔装有空气过滤器，并确保过滤精度满足通气量需求和有效防止空气固体颗粒污染物进入系统的双重要求。泵站各泵吸油口要低于油箱液位最低液位适当距离，以防泵吸入空气，确保负压区和吸油管接口处气密性。冷却器选用正规厂家，确保热交换能力和密封性能，防止水侵入系统。最后，在维修时，务必做到规范、清洁。见图6、图7。 图6油箱呼吸孔前加装过滤器图7加、放油采用滤油机对于生成污染物，可采取在系统的适当部位设置具有一定过滤精度和纳污容量的过滤器，并在使用过程中关注设备报警信息，根据报警信息更换滤芯。泵站采用开式布局，尽可能增加与环境接触面积，利用洞内通风设施降低环境温度，并设置热交换能力较强的水油热交换器对油液进行冷却，使液压油的温度维持在30～50℃的较理想状态。单靠系统无法完成净化时可采用便携式过滤装置（例如滤油小车）进行系统外过滤。定期取油样进行检测，确定超标污染物品类，并针对其可能造成的原因进行控制。若油液内的污染物严重超标，则可考虑更换新的液压油，并对油箱进行彻底清洗。见图8、图9、图10。图8磁性过滤器滤芯图9带压差开关过滤器图10液压油过滤冷却系统1.3油液的过滤要尽量防止外界污染物侵入油液，并对系统残留和生成污染物进行强制性清除，其主要方法是采用安装过滤器进行清除。过滤器可根据系统和元件的实际需求以及整机布局和工艺性合理分配在不同位置，如泵吸口、控制阀进口、回油管路、压力油管路等。选择过滤器，主要需要考虑以下几个方面：过滤精度应保证系统油液经过滤后能达到所需的污染度等级；油液通过过滤器所产生的压力损失应尽可能小；过滤器应具有一定纳污容量，防止频繁更换滤芯。2液压系统泄露的控制液压系统泄露的原因是非常复杂的，主要与振动、压差、温升、间隙、设计、制造、安装和维护等不合理有关。泄露可分为外泄露和内泄漏两种。外泄露是指油液从元器件或者管接口内部向外部泄露；内泄漏是指元器件由于磨损等原因有少量溶液从高压腔进入到低压腔。外泄露会造成油液浪费、环境污染、危及人身安全。内泄漏能够引起系统性能不稳定，如使压力流量不正常，严重时会造成停产事故。 液压系统防漏与治漏措施大体有以下几种：尽量减少油路管接头和法兰的数量，在设计中广泛采用叠加阀、插装阀、板式阀，集成块组合形式，有效减少管路泄漏点，是防漏的有效措施之一。液压冲击和机械振动直接或间接地造成管路接头松动而产生泄露，在工况允许的情况下可以通过增减阀芯的换向时间进行改善。液压系统在合理布置的前提下应尽量远离外界振源，为高压硬管固定装置加装减振材料来消除压力脉动，减少震动。定期检查、定期维护、及时处理是防止泄露和减少故障的基本要求。3液压系统噪声的控制噪声是公害，它不仅会使人感到烦躁，也会使大脑产生疲劳，降低工作效率。液压系统产生的噪声会在一定程度上对系统本身工作性能产生影响，且它往往与振动同时发生，会造成较严重的压力振摆，影响系统正常工作并降低元器件使用寿命。液压系统产生噪音的因素很多，如冲击噪声、压力脉动噪声、气穴噪声、元件噪声等。其中70％的噪声是由液压泵引起的，液压泵的输出功率越大、转速越高、油液所含空气越多，噪声就越大。可以采取如下措施来降低液压系统的噪声：（1）设计中选用低噪声泵及元件，降低泵的转速。（2）采用上置式油箱，降低泵的吸油阻力，并减少空气吸入量，设置泄压回路，在设计允许条件下加大管径，并在回路中设置蓄能器。（3）泵进出口采用橡胶软管，管路中使用管夹，选取缓冲材料内衬于管夹内侧，降低振动及噪声。4液压系统的检查维护及保养由于盾构机的液压系统较为复杂，在此对其进行简单的分类，以方便日常的检查与维护。根据功能实现的不同大体将盾构机的液压系统分为如下几个系统。4.1刀盘驱动液压系统刀盘驱动液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)观察泵噪声是否异常，泵出口压力是否与设定压力存在大偏差；(2)观察系统补油压力、控制压力是否异常；(3)观察马达噪声，是否存在异常；(4)观察主、副齿轮箱的油位、色相，并定期取样送检，根据结果制定齿轮油的更换计划；(5)定期检查主驱动内外密封的泄漏情况，若存在泄露，及时上报，并根据所属地层、渗漏情况制定维修、更换计划；(6)经常检查主驱动内外密封的润滑、密封脂的注入情况；(7)定期检查系统各液压泵、马达、管路、接头、阀组的渗漏情况，发现应妥善及时处理； (8)经常关注系统过滤器的使用情况，如存在堵塞报警，及时更换；(9)经常检查齿轮油温度，主驱动泄露油温度，超过预警值时应立即进行排查造成原因并及时解决，确保油温维持在正常水平；(10)保持系统内工作的动力元件、控制元件、执行元件的清洁，保证系统的散热良好；(11)主驱动马达冷却水球阀常开，并观察进出水口温差，温差过大则考虑调整限压阀增大冷却水流量；(12)旋转接头是否润滑正常，有无泄漏。4.2推力及铰接液压系统推力及铰接液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)泵头噪声检查，泵出口压力是否异常；(2)油缸内、外泄露检查，仔细观察油缸活塞杆是否存在刮伤、凹陷；(3)油缸铰接部位按时润滑；(4)推进油缸撑靴完整度检查，油缸固定块螺栓紧固情况检查，并紧固松动的固定螺栓；(5)定期检查铰接环渗漏情况，并注润滑脂，如存在渗漏，则紧固方头紧固螺栓，并加注润滑脂，若渗漏依旧严重，则根据地层、施工具体情况采取应急措施或使用紧急气囊，并制定铰接密封更换计划；(6)系统各部滤芯检查，对堵塞的滤芯，按标准及时更换新的滤芯；(7)定期检查系统各液压泵、马达、管路、接头、阀组的渗漏情况，发现应妥善及时处理。4.3螺旋输送机液压系统螺旋输送液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)泵噪声检查，泵出口压力是否异常；(2)马达噪声检查，齿轮油位是否与标定值相差较大，颜色是否正常，润滑情况是否良好；(3)后仓门密封条是否完好，润滑是否良好，开闭时有无泥浆从密封条处泄漏，紧急关闭功能是否正常，仓门关闭后蓄能器剩余压力是否在合理范围，闸门伸缩油缸铰接球头润滑是否正常；(4)后仓门行程传感器拉线开关工作是否正常，接近开关是否正常；(5)系统管线、接头、阀组是否存在渗漏，并对出现的渗漏及时处理。4.4管片拼装机液压系统管片拼装机液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)泵头有无异响，泵出口压力是否正常；(2)系统内的液压管路、接头、各阀组是否存在渗漏，并及时对渗漏进行处理；(3)检查各执行元件动作是否正常、可靠； (4)各自动润滑部位润滑情况是否良好，手动润滑应按时足量；(5)定期检查能量链是否完好无断裂、脱扣、破损；(6)定期检查遥控器是否工作正常，各按钮、拨钮是否损坏；(7)定期检查拼装机尼龙板磨损情况，必要时更换新的尼龙板。4.5管片运输及辅助液压系统管片运输及辅助液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)泵检查有无异响，泵出口压力是否正常；(2)各执行部件动作是否正常；(3)定期检查磨损探测器压力值是否正常；(4)对喂片小车前后行走轮定期保养润滑；(5)定期检查系统管线、阀组、执行元件有无渗漏并及时处理之；(6)经常检查喂片机尼龙板的磨损情况，并根据磨损状况确定更换计划。4.6同步注浆液压系统同步注浆液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)泵检查，噪音是否过大，出口压力是否异常；(2)根据操作室的报警信息确定是否对注浆泵的滤芯进行更换；(3)管线排查，并对管线、阀组、执行机构渗漏部位进行处理；(4)注浆泵水槽定期更换清水，清洗排出水槽内杂物，观察计数器计数是否正常；(5)注浆泵操作面板是否清洁、干燥，各操作按钮是否正常；(6)前后轴自动润滑是否正常，并定期对前后轴手动润滑点、互锁油缸手动润滑点定期润滑，观察搅拌轴端轴承密封是否良好无漏浆。4.7油箱过滤冷却循环液压系统油箱过滤冷却循环液压系统的检查维护主要包括以下几个方面：(1)泵检查，是否存在异响；(2)水油热交换器出口油温是否过高，若出口油温高，则对进水温度、流量进行相应调整；(3)定期检查水油热换器进出水压差是否过大，若压差较大，清洗冷却器前滤芯，或采用软水冲洗过滤器，必要时将过滤器拆卸清洗；(4)管线排查，并对渗油、渗水的管线、接头、工作部位进行处理。5液压系统故障简易诊断方法 盾构机的液压系统是由机械、液压、电气、PLC工业控制系统共同组成的，出现故障的形式多种多样，任何一个、或几个环节及部位出现故障都可能导致整个系统的瘫痪。对于液压系统故障的排除，需要认真研习图纸，通晓系统组织构成、工作方式、工作原理、控制方式、联锁分布，并具备扎实的机械传动和液压理论知识，以及掌握一定电气基础和相应的PCL控制原理。但是，一般来说，液压系统的故障原因大多数来自液压系统介质的污染，造成工作、控制元件失效。故分析诊断故障时，需要对其重点考虑。目前采用的较为普遍的方法，主要利用检修人员的个人经验，借助简单仪表根据液压系统出现的故障，客观的采用问、看、听、摸、闻等方法了解系统的工作情况，做进一步的分析、诊断，初步确定故障产生的原因、部位，大体包含以下几点：对设备操作者进行询问，了解设备的基本运行情况。询问当班维保人员并参考以往维保记录，了解液压系统是否工作正常；液压泵有无异常现象；上一次油液取样送检的时间以及检验的结果；滤芯清洗更换记录；最近是否进行过密封件的更换；故障前后液压系统是否出现过异常现象；上一次出现类似故障是何时，如何进行处理；观察操作室报警信息，是否存在电气、控制方面的报警信息；根据实际情况，对液压系统工作压力、动作响应速度、液压油温度、泄漏量的大小、振动和噪声，判断其工作情况；根据工作元件温升、是否存在爬行判断运动部件工作情况。6结语盾构机的液压系统维护与保养是盾构施工中的关键一环，要做好盾构机的维护与维修工作，必须具备系统的理论和不断积累的工作经验，不但要深入掌握和了解现行的机械、液压、电气、PLC工控系统的理论知识，还要在实际的保养和维修工作中不断总结和积累，才能具备较强的对故障分析和处理能力，为工程创造价值。