盾构机液压系统维护及故障诊断研究

丁永强 张旺

摘  要：盾构机是地下隧道与城市地铁工程建设的主要机械设备之一，液压系统作为保障盾构机正常运行的核心，其维护保养工作具有重要的经济价值与现实意义。维护措施不当，不仅会影响盾构机的工作性能与工作效率，还极有可能导致关键元件失效，造成严重的设备损坏或者财产损失，甚至威胁操作人员的生命安全。基于此，本文以盾构机液压系统的日常维护制度为切入点，分析了盾构机液压系统的常见故障及诊断方法，以期为相关工作提供参考。

关键词：盾构机;液压系统;维护制度;常见故障;故障诊断

中图分类號：TU607     文献标识码：A       文章编号：2096-6903（2020）12-0000-00

随着我国城市化建设进程的不断推进，对地铁、隧道等工程项目的质量要求越来越严格。盾构机作为工程施工的基础设备，其液压系统的稳定性与安全性不仅与盾构机的自身机械性能相关，同时也是影响工程整体施工质量与施工效率的重要因素。因此，相关人员应对盾构机的日常维护、保养工作给予高度重视，熟知盾构机液压系统的基本组成元件、工作原理，充分掌握故障诊断、排查方法，以便将系统故障损失、工程事故概率降至最低。

1液压系统的维护制度

1.1定期检查制度

完善、健全的定期检查制度是确保机械设备稳定运行的基本保障。为及时发现 问题，解决问题，避免不必要的设备损坏，应重视液压系统的定期巡查工作，这不仅可以加快经验积累速度，同时还能提高看待问题的视角，为后期的维护保养提供便利。如每周巡检油管、管接头是否泄漏，油温是否符合标准;每月检查液压泵、过滤网等重要元件的运行情况。此外，还应加强日常保养与维护工作，做好设备巡检记录。成立专门的设备管理部，对现场设备管理、设备完好情况、点检情况等进行综合检查，为盾构机液压系统正常运行提供可靠的制度保障。

1.2防止灰尘、空气等进入液压系统

盾构机零部件数量众多，且结构精密复杂。这些精密零件存在许多孔隙，一旦有杂物混入，就会造成堵塞，进而影响液压系统的正常运行。如当灰尘堵塞液压阀的小孔时，会降低液压系统的灵敏性。此外，除了防止灰尘等杂质进入液压系统，导致设备故障外，还应注重防止空气的混入造成液压系统出现问题。在常温条件下，液压油中通常会有5%～8%容积的空气混入[1]。当液压系统压力提高时，气泡会破裂，导致气蚀现象，加剧液压油的塑性变形，继而降低液压系统的工作质量与工作效率;而当液压系统压力下降时，液压油内部会混入空气，产生气穴现象，给液压封闭系统造成安全威胁。因此，在液压系统的维护与保养过程中，必须要采取有效措施，清除灰尘、空气等杂质，有效提升液压系统的效能。

2常见液压系统故障

2.1液压油被污染

油液污染是造成盾构机液压系统发生故障的主因，其通常会导致管路与滤油器堵塞，进而影响液压油的压力与流量，增加盾构机失效风险，给施工过程、施工安全埋下隐患。液压油污染造成的盾构机液压系统故障主要有以下几方面：（1）污染区堆积在节流缝隙或者节流孔处，导致液压系统压力失调、效能不足、定位不准，影响其工作性能的发挥;（2）堵塞滤油网，液压泵无法正常吸油，回油流量不达标，导致阻力过大而击穿滤网，使滤网失灵，丧失过滤作用;（3）加剧液压泵等元件磨损、密封件老化甚至损坏，比例换向阀、压力阀等失效，产生振动或者噪声。（4）颗粒物进入油缸或者密封件表面，加剧内部密封件摩擦，损坏活塞杆，极易出现漏油等现象，严重影响油缸及密封件的工作性能;（5）液压系统故障，会导致盾构机经常自动停机。如，在挖掘软土层的过程中，由于盾构机停机而造成的隧道设计轴线偏离、地表控制失控、盾构下沉等问题。

2.2油温高于正常值

液压系统油温超标主要有以下两方面原因：第一，由于盾构机的外负荷并非固定不变，刀盘推进系统及驱动系统具有多样性特征，使部分液压能向热能转换，导致油温超标。第二，直行液压油高速通过换向阀或者弯管时，在与管壁碰撞过程中，产生的热量造成油温升高。通常情况下，液压油的温度应保持在35℃～55℃之间[2]，当液压系统油温高于正常范围，会导致以下危害：一方面，油温大于55℃会使液压油的使用寿命降低50%左右。与此同时，高温环境会造成液压油氧化，产生沉淀物，堵塞管道及滤油网等元件，影响液压系统的正常运行;另一方面，温度升高会降低液压油的粘度，增加摩擦力，极易造成元器件发热或者油液泄漏等问题。

2.3液压系统泄漏

盾构机液压系统泄漏，会导致激烈冲击，使各连接处松动，对设备密封性造成严重影响。液压系统泄漏可分为外泄漏与内泄漏两大类。其中，外泄漏主要是指液压油管、液压缸、液压阀、液压马达等元件出现漏油问题，液压油从系统泄漏到外部环境;而内泄漏则是指密封件失效或者是受高低压侧的压力差等因素影响，导致液压油从系统高压侧流向低压侧，出现液压阀泄漏、动力系统泄漏等现象，进而干扰设备正常运作。

2.4元器件磨损

液压泵、液压阀是盾构机液压系统中最易损坏的元器件，其自身质量的好坏对系统工作性能及基本效率起到决定性影响。液压系统运行过程中，难免会有金属颗粒物进入，造成油液污染。而液压阀、液压泵等精密元器件的滑动间隙以及密封间隙有限，一旦金属颗粒物卡入缝隙，很难清除，从而导致间隙磨损严重。元器件过度磨损，往往会造成设备运行异常或者故障频发，对生产效率、技术性能指标造成不良影响。

3盾构机液压系统的故障诊断

3.1手动诊断方法

手动诊断方法主要有目视法、触测法、听觉法等。（1）目视法。通过目测设备状态，预判设备故障位置。（2）触测法。用手触摸，监测设备的振动、温度等变化，以掌握设备异常情况。（3）听觉法。听取液压系统反馈的声音，对比设备是否出现杂、重、乱等噪声，分析撞击、松动等故障位置与原因。

3.2试验诊断方法

试验诊断法包含排除法、比较法、综合法等。（1）排除法。根据经验，逐一排查导致故障发生的相关组件，通过缩小故障范围，获取故障发生位置，确定故障点。（2）比较法。针对可能出现故障的零件，在不用仪器测试的前提下，通过对换相同的、运行正常的零件，观察故障变化，判断故障分析更换的零件是否损坏。由于工作量较大，该方法不适用于大范围故障排查。③综合法。结合排查法与比较法，对液压系统故障进行综合排查。该方法可从各个方面进行故障诊断分析，因此被广泛应用于复杂的盾构机液压系统中。

3.3电磁铁动作循环表诊断法

对于系统复杂、元件数量多的盾构机液压系统，仅根据液壓系统原理图，无法精准找寻故障发生的位置与原因。因此，针对该情况，应结合电磁铁动作循环表对照分析，快速诊断、排查盾构机液压系统的故障点，以便及时发现问题、解决问题，尽可能减小故障的损失。

3.4 PLC监控判断法

随着信息技术的飞速发展，目前可控制编程器被普遍应用于盾构机控制系统中，用于执行液压系统的存储逻辑运算与算术运算等指令。因此，在盾构机液压系统出现故障时，可以在高新技术人员的指导下，通过PLC控制系统检测液压系统初始阶段是否异常，并开展故障检测、故障隔离、故障评价与决策，以确保系统安全、稳定运行。

3.5其他检测方法

液压系统进入灰尘等杂质，也会造成元件损坏，威胁设备安全。因此，在盾构机液压系统出现故障时，应检查过滤器、液压阀、液压油等是否混入污染物。

4结语

综上所述，盾构机是城市地铁与隧道工程建设的重要设备之一，液压系统作为盾构机的核心部件，其不仅是影响盾构机自身机械性能的重要因素，同时也对工程整体施工质量与施工效率起着决定性作用。因此，相关人员要注重盾构机液压系统的维护保养，要熟知各种故障的特点与频发位置。积极探索，善于发现故障的发生规律，并在实践中不断积累经验，熟练掌握故障诊断方法与排查技巧，坚持“预防为主、安全第一、综合管理”的原则，有效提升盾构机液压系统故障诊断与解决效率。

参考文献

[1] 王世明.工程机械液压系统故障监测诊断技术的现状和发展趋势[J].机床与液压，2009，37（2）：175-180+198..

[2] 陈发达，吴贤国，王彦玉，等.基于贝叶斯网络的土压盾构刀盘失效故障诊断[J].土木工程与管理学报，2017，34（6）：57-62+72.

收稿日期：2020-10-15

作者简介：丁永强（1985—），男，河北唐山人，本科，工程师，研究方向：盾构机液压系统设计与维护。