盾构机刀盘系统的控制及故障诊断分析

李杰

摘要：当前，对城市地下进行开发或者在隧道进行施工的过程当中，运用的重要的挖掘工具就是盾构机。在国内进行隧道施工的过程当中，盾构机的使用也越来越广泛。当前国内在设计盾构机控制系统的过程当中，还需要不断的进行完善。在盾构机组成的各系统中，刀盘系统是一项重要的组成部分。

关键词：挖掘工具;盾构机;刀盘电气系统

一、前言

随着社会经济的不断发展和进步，人们的生活水平正在不断的提高，城市人口变得就越来越多，但是人们生活的空间有限，所以越来越多的人开始关注地下空间的开发利用，进而不断的推动了地下开发方法的发展。在对地下空间进行开发的过程当中，使用盾构机进行施工可以将施工效率进行有效的提升。

二、故障诊断研究的现状

国外在对设备的故障进行研究的过程当中，已经经历了半个世纪。针对故障诊断技术来说，美国在这方面技术相对比较先进。这些设计可以保证设备在运行的过程当中的可靠性以及安全性。美国还设计以及研发了M6000等产品，在实际施工的过程当中，应用的也很广泛。英国以及瑞典等国家对于相关设备都有一定的研究，并且这些设备在国际上都存在一定的影响。国内在设备开展故障诊断工作方面，和外国相比起步较晚，但是当前国内这方面的技术已经有一些进展了。比如说国内智能检测系统在石化以及航空等方面都已经进行了应用，智能系统可以对故障进行快速诊断。当前国内外在对设备进行故障诊断的过程当中，一般是对故障树以及贝叶斯网络进行应用。在国外，研究盾构机的状态检测以及故障诊断技术时起步较早，而且在最开始使用的方式比较传统，现在慢慢的变得智能化，一般是对盾构机的相关性能以及施工方面的一些决策以及相关特点进行分析和研究。外国的一些盾构检测技术一般只是针对于某些型号的盾构机来应用的，在国内的盾构机当中很难对其进行应用。如果想要将器械的安全性以及可靠性和正常的维护运行进行保证，那么关键方法就是保证盾构机当中电气系统的正常运行。

当前，不管是国内还是在国外，如果盾构机出现一些电气故障问题，那么在对其进行故障诊断的过程当中，使用的方法相对来说比较传统。之后在诊断盾构机的电气故障的过程当中，一般是对上位机当中的一些传感设施进行应用，对设备进行检测。如果设备发生相关的故障问题，那么需要应用人工经验，对设备的故障进行逐步的检查，但是其中存在一些故障，在上位机当中并没有办法进行显示，这样就没有办法对设备进行一些全面的诊断。在对传统的经验方法进行应用的过程当中，应该遵循“先简后繁，由外而内”的原则，应该先对电线以及电源进行检查，之后在对外部的线路进行检查，比方说短路或者断路以及接触不良的问题等。采用这种传统的检测方式，大多是在故障发生之后才对其进行诊断，损耗大量的人力物力以及财力。

三、盾构机刀盘系统的主要组成部分

（一）盾构机的工作方式

一般来说，外部供电是盾构机的主要动力来源。在有效的进行隧道掘进工作的过程当中，PLC、设备内部设施以及触摸屏之间共同配合来进行。在对盾构机进行选择的过程当中，不同的施工地质以及不同的工作环境，需要对不同类型的盾构机进行选择。盾构机在开展挖掘施工的过程当中，需要对刀盘主驱动系统进行应用，对电机、减速机、齿轮之间的耦合进行利用，让刀盘进行不断的旋转，之后通过推进系统的推进，使得设备不断前进。系统在开展开挖工作的过程当中，要精准的掌控盾构机进尺以及出土量，有机的结合螺旋输送机以及刀盘系统，这样可以将泥土仓当中排出的土量以及盾构机进尺的均衡性进行保证，这样可以将土压平衡的情况进行保证，防止施工地面出现隆起或沉降。

（二）刀盘系统的组成部分

在盾构机的各个系统中，刀盘系统是其中的重要部分，如果想要保证盾构机的正常运行，那么就要保证刀盘系统的安全性能刀盘是安装有各种刀具和进料口的切削体，通过刮刀或滚刀切削的土体，通过进料口进入土仓，继而通过螺旋输送机、皮带机传输到设备后部。刀盘通过主驱动提供动力，分为液压马达驱动和电机驱动两种方式。根据开挖土质的不同，刀盘刀具的选择各不相同。土质为沙土、黏土等选择使用刮刀，土质为岩石类则选择滚刀。所有的刀具通过螺栓和刀盘连接。齿轮箱和驱动部分以及减速机是刀盘驱动系统的三个组成部分。盾构机前盾还安装有稀油润滑装置，润滑泵将主驱动底部的润滑油脂运输到每个润滑点当中，之后喷射润滑主齿轮箱，起到给齿圈润滑和降温的作用。在刀盘法兰板的后边安装有旋转接头，其中有泡沫管路传送泡沫到面板的泡沫喷溅口。在刀盘面板上还安装具有检测磨损刮刀功能的压力传感器，通过压力不同变化，来提醒工作人员，让工作人员检查是否需要对磨损刀具进行更换。不同的刀盘结构，有不同的施工条件以及施工地质，因而刀盘面板类型也是不同的。盾构机的心脏就是刀盘驱动部分，想要保证盾构机的正常运行，那么就需要保证刀盘驱动部分的可靠性以及安全性。不管是在国内还是在国外，在对刀盘进行驱动的过程当中，普遍使用的方法就是液压驱动与电动驱动。液压泵站和液压马达以及齿轮机构和减速机这些部件就是液压驱动部分的整体部件。对液压系统以及供油压力和流量进行控制，进而控制马达的转速，来将刀盘的转速以及转矩进行调节。主泵站主要给马达提供稳定的动力。液压系统的输出流量進行控制是通过电控比例阀控制的，PLC产生的电信号控制通过比例阀的流量，可以结合实际的情况来实时的调节马达的排量，这样可以保证液压马达将输出转速的要求进行满足。

（三）刀盘的故障处理

刀盘的常见故障主要有几方面。一、刀具磨损。通过检测刀压力的变化，判断刀具是否损坏，如果损坏更换刀具。二、刀盘无法启动。在上位机界面检查刀盘转动的安全条件，确保所有条件全都满足。三、稀有润滑故障。检测润滑管路中压力，若压力高更换滤芯，观察压力是否降低。通过对不同故障，针对性的解决，可以提高设备使用效率，保证施工过程的顺利进行。

四、总结

综上，通过研究与分析盾构机刀盘系统的组成、控制以及故障检测技术，以期对该项技术进行不断的改进。在刀盘故障的实际处理过程当中，可以更加的方便快捷，进而保证施工的安全性以及可靠性。

参考文献：

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