盾构液压油乳化问题诊断及处理

陈宏明/CHEN Hong-ming（中铁隧道集团一处有限公司，重庆 410700）

盾构液压油乳化问题诊断及处理

陈宏明/CHEN Hong-ming
（中铁隧道集团一处有限公司，重庆 410700）

[摘 要]盾构的执行机构大多由液压系统驱动，其工作可靠性和寿命与液压油的运行状况有密切的关系。本文阐述了盾构液压系统油液乳化的主要途径，并针对某台盾构施工过程中油液乳化原因进行了分析判断，提出了现场施工过程中防止油液乳化的注意事项，并提出了在线检测水分的设计理念以应对液压油乳化的解决方案。

[关键词]盾构；液压系统；油液乳化

盾构作为地下工程大型施工机械，其执行机构大多由液压系统驱动。盾构工作的可靠性与液压油的运行状态有非常密切的关系。实际使用中，由于施工环境恶劣、人为操作失误等原因，油液乳化多有发生，由于没有针对性的在线检测设备，油液严重乳化后才被发现，现场只能更换全部液压油以解决问题。因此，对盾构液压油乳化现象产生的途径进行分析判断，可以有效防止液压油乳化。

1 盾构液压油乳化的主要途径

盾构液压系统主要由刀盘驱动、推进、管片拼装机及冷却循环系统组成，在整个液压系统中液压油与水有密切接触的部位主要有：①推进铰接液压系统：由于盾构下部的推进油缸及铰接油缸在施工过程中经常被盾构底部的污水埋没，因此在油缸伸缩过程中容易将水分带入液压系统；②冷却循环系统：该系统设计有油水冷却器，现场发生过由于严重结垢，冷却器换热板片密封损坏，造成水分进入液压系统；③油箱上部设有呼吸器，当呼吸器中的干燥器失效后，空气中的水分容易形成冷凝水进入液压系统。现场操作人员只要注意到以上问题，就可以有效防止盾构常规的液压油乳化问题。

2 现场故障排查

某工地盾构施工过程中，油箱液位指示窗口异常，取样发现液压油严重乳化。根据以往盾构液压油乳化的案例，首先怀疑冷却器出现问题，水分进入液压系统造成液压油乳化，但经现场更换新的冷却器后乳化现象并没有得到遏制，并对旧的冷却器做保压实验，确定冷却器不存在问题，因此排除冷却器所造成液压油进水的可能。其次，怀疑空气中的冷凝水通过呼吸器进入液压油箱，现场检查呼吸器正常，可以排除呼吸器进水的可能。最后发现盾构底部积水较多，怀疑推进或铰接油缸密封损坏，造成水分进入系统，经现场检测，油缸并无异常。

经现场查看发现，刀盘驱动系统的一个马达并没有正常连入液压系统，而是马达的A、B口都连接有一段软管，软管自然垂下，端部浸在盾构底部的积水中；提起软管发现端部是用堵板封堵住的，马达上的卸油口用钢堵已堵住，只有一根高低速控制油管连接至高低速控制阀。经现场了解，由于这个马达上部阀块被撞坏，故这样处理。拆解马达高低速切换控制阀组，发现在阀板贴合处有水迹存在。初步判断导致油液乳化的水分是从此处进入系统的。

3 故障原因分析

盾构刀盘驱动系统是一个闭式系统，马达带动减速机组成一个驱动组，多个驱动组并联共同驱动大齿圈，带动刀盘旋转。马达AB口与泵相连，马达有两档排量，通过高低速切换控制阀组供给控制油进行切换。在高低速切换控制阀组未得电时，马达控制口X通过油路与主系统油箱相连。系统原理如图1所示。

图1　 刀盘驱动原理图

现场损坏的马达通过减速机与齿轮系相连，在刀盘转动时，所有减速机同步旋转，损坏的马达在减速机带动下被动旋转。由于马达为容积式柱塞泵，在被动旋转时，A口会产生吸力，造成一定负压，此负压通过连接的油管，作用到浸泡在盾构底部水中的堵板处。当堵板的密封不能承受此负压时，水就会通过A口的管路进到马达里，再通过B口的管路排到盾构底部，形成一个新的以水为介质的循环，如图2所示。

图2　 水循环原理图

虽然新的循环以水为介质，但损坏的马达只有一根高低速切换控制管与盾构的液压系统相连，控制管路为马达提供变量的控制压力。刀盘驱动马达使用的是力士乐轴向柱塞马达，具体型号为：A6VM500HA1T，从厂家提供的原理图3及内部结构图4中，都可以发现控制油与马达的高压口中间是有密封的，从原理上来说，马达AB口进的水分不会进入到控制X口。

图3　 马达控制原理图

图4　 马达结构剖面图

因此需要进一步查明水从马达进入控制管路的机理。

查看力士乐的英文样本，在HD控制方式的注意事项里有这样的说明，如果工作压力大于控制油压力，会有0.3L/min的油液内泄到控制口，进而通过回油管回到油箱。在盾构掘进过程中，刀盘驱动马达工作压力始终大于控制压力，因此通过计算可以得出，通过内泄进入到液压系统的水分流量在10L/h左右，这么大量的水分进入液压系统，在很短时间内液压油就出现乳化现象。

4 故障排除

经过原理分析和现场查看，液压油乳化故障原因是马达损坏后油口与盾构底部的积水联通，水分进入马达后通过控制管路进到油箱，造成液压油乳化。马达在长时间负压水介质情况下工作，可以确定其内部元件已有损坏，需要将马达拆除后返厂维修。现场通过离心机除去液压油中的水分后，经检测，油液可以继续使用。

后续对该台盾构液压油使用情况进行持续性跟踪调查一个月时间，未发现液压油乳化现象，可以确认故障已排除。

5 结 论

盾构液压系统既有开式系统，又有闭式系统，控制原理复杂，由于使用同一个油箱，因此系统任何一处与水分接触，都会造成所有液压系统乳化。现场排除故障需要对系统控制原理特别熟悉，而且对现场工况非常了解的工程师，才能在尽可能短的时间内找到问题根源进而解决问题。同时现场人员应重视系统培训，能够正确处理现场异常状况，不得对系统随意更改，这样才能减少系统故障发生率，提高液压系统的寿命。

[参考文献]

[1] 李壮云．液压元件与系统[M]．北京：机械工业出版社，2008．

[2] 刘 涛，钟 举．液控箱液压油乳化原因分析及下步方向[J]．中国化工贸易，2014，（3）：102.

[3] 黄旺森．盾构液压系统油液污染的控制[J]．机械工程与自动化，2011，（1）：174-175．

（编辑 张海霞）

［中图分类号］TU671

［文献标识码］B

［文章编号］1001-1366（2015）02-0072-03

［收稿日期］2014-12-29

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