浅谈盾构机液压系统的维护及故障诊断

2020-04-11姜成

建材与装饰 2020年9期

姜成

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 430074）

0 引言

盾构隧道机是一种现代建筑机械，致力于在各种地质条件下建造隧道。推力系统是机器的关键部分，由于其很大的力而由液压系统驱动。地下条件是如此复杂，通常是不可预测的，以至于推力系统可能会暴露在极端的工作条件下并遇到冲击载荷，例如从掘进工作面通过机器前的岩石传递的力。推力系统的顺从性是推力过程中需要解决的最明显的问题之一。一些研究人员已经定义了盾构掘进机的合规性以进行分析和设计。他们定义了机械系统的刚度和隧道面的等效接触刚度。该定义主要涉及机械结构和零件的载荷传递特性，因此相关研究因其工作重点不同而无法应用于液压执行器的动态过程。

由于其高耐用性，高功率重量比和快速响应，液压驱动系统已在各种应用和行业中扮演着非常重要的角色。特别是对于重型机械以及在最恶劣或极端条件下运行的机械（例如建筑机械），液压动力传输是最佳的解决方案，并且大多是独家解决方案。在此类应用中的一个重要问题是执行器与环境之间的适当相互作用，因为液压系统不可避免地要承受相当大的冲击载荷。在这种情况下，液压系统应适应施加在其上的外部负载，并在消除冲击能量并获得所需工作压力的同时，尽可能对环境做出稳定的响应。正常状态到冲击响应之间的过渡可能会包含不希望有的冲击力，这些冲击力会使稳定的操作系统不稳定，甚至会对系统造成巨大损害。可以从两个角度来实现稳定过渡运动期间的冲击效果：①研究由压力或流量反馈构建的封闭控制系统的动态响应特性；②通过增加能量存储设备来改善系统，以吸收液压冲击或负载冲击。

但是，到目前为止，尚无参数或变量可用于定义和评估系统响应特性是否足以通过特定的严格的工作条件，无论是定量还是定性。液压系统的顺应性只是解决了液压动力传输中遇到的这个问题，也就是说，给定的液压系统如何有效地减少由于外部冲击负荷而造成的危害。

研究人员经常关注机械系统的顺应性理论和相应的评估方法。许多研究成果已应用于工业领域。这些研究主要针对工业机器人和机械手，要考虑机械装置的刚度或柔韧性，并进行顺应性控制以确保力或运动与操作环境相适应，例如在组装过程中将螺栓插入孔中。不幸的是，液压系统的柔韧性相差很大，因此在机械系统的设计和分析中采用的那些不适用于液压系统。

1 盾构机常见液压系统故障

1.1 液压油被污染

液压油的污染是盾构机液压系统的主要问题。污染物通常会阻塞机油滤清器和管道，液压油污染的主要原因有两个：①周围环境中的水或空气混入了油中。实验表明，空气会从损坏的密封位置或漏油进入机油，从而加速机油的氧化变质。如果将水混入高温高压液压油中，将立即导致油爆裂。在严重的情况下，它将对组件造成非常严重的损坏。②液压元件被液压元件的损坏或摩擦引起的金属屑污染。

1.2 油温超过规定温度

当纯液压油以很高的速度通过液压弯头或换向阀时，由于护罩外部负载的可变性，诸如刀头的驱动系统和推进系统之类的系统会经常发生变化，这将导致一部分液压能转换为热能，这会增加油温。液压系统的最佳油温应在35℃～55℃的范围内。当油温高于此范围时，会产生许多不利影响，会降低机油的粘度如图1所示，并且摩擦会增加，这将导致零件发热并增加泄漏的可能性。当温度持续升高并达到一定水平时，也会导致执行器动作缓慢。

图1

2 盾构机液压系统故障诊断方法

2.1 手动诊断方法

（1）目视检查方法：要求相关检查人员通过现场目视检查设备的封闭状态，以确定液压系统的故障状态。

（2）听觉方法：由于不同的故障会产生不同的噪音，因此维护人员可以通过听取液压系统的反馈声音来准确判断故障的位置和深层原因。

（3）触摸方式：通过这种方式，可以彻底了解设备实际操作过程中的振动和温度等因素，并可以知道设备本身存在的故障。

（4）排除方法：逐一测试与系统故障相关的组件。通过不断缩小故障范围并最终找到故障点，该方法可以有效，准确地发现设备故障。

（5）比较方法：更换可能导致故障的局部零件，然后观察更换效果。如果故障仍然存在，则表明故障产生的其他组件。如果故障已减少或消失，则说明该组件是故障的根本原因。此方法不适用于大规模故障检查。

（6）综合方法：是对上述方法进行综合故障排除的方法。由于该方法可以从各个方面诊断故障，因此更适合对相对复杂的液压系统进行故障排除。这种方法更常用于日常故障诊断。

2.2 借助PLC进行系统监控

当液压系统发生故障时，将便携式计算机连接到PLC上以实时监视电磁体的状态，从而了解液压系统的运行状态，从而易于检测到某个方面系统故障，但是，这种方法对技术人员的要求更高。

2.3 熟悉系统原理图

在进行分析和故障排除时，可以采取“首先是两侧，然后是中间”的方法，从电源和执行器开始，然后分析来自管道或液压组件的故障，并注意各个管道发出的信号，组件随时处于工作状态时检查每个组件。

3 盾构机液压系统的正确维护方法

3.1 实施定期检查制度

实施定期检查制度可以有效保证盾构机的正常运行，并应根据盾构机的长期维修经验制定每日检查，每周检查和每月检查的制度。日常检查是对盾构机液压系统的日常检查。检查主要包括：油管和接头泄漏。每周检查是每周定期对系统进行的大规模检查。检查关键零件的机油压力和过滤器；每月检查主要是针对液压油的质量。

3.2 液压系统的防护工作

（1）杂物进入系统。盾构机设备中使用的液压系统具有零件精密的特点。在实际应用过程中，一旦杂质进入，肯定会影响液压系统的运行质量，会引起各种故障问题。在实际的施工过程中，由于施工环境较为复杂，杂质进入设备内部的情况比较普遍。为了避免杂质进入对液压系统功能的威胁，我们需要定期清洁内部。在清洁过程中，我们必须确保清洁工具的清洁度符合相应的标准。在拆卸液压系统的过程中，还应采取相应的防尘措施，并对设备的外部进行彻底清洁，以确保在没有灰尘的情况下不拆卸液压系统。安装过滤器和更换机油时的具体操作如下。同时，必须确保完全清除底部污渍，并且只有在用专业无尘纸擦拭后才能安装过滤器。

（2）空气进入液压系统。液压系统中存在空气时，空气会随着液压油箱中的压力变化而发生不同的反应。当油箱中的压力降低时，工作油中会出现气体，而当压力升高时，会在工作油表面形成气泡，并且在压力的作用下会发生破裂反应。会导致液压油混浊，这将大大降低液压系统的动力作用。因此，在维护期间，应尽可能消除液压油中的气体。