淺談盾構機推進系統與故障

杜大川 關振華

(北方重工集團有限公司 盾構機分公司，遼寧 沈陽 110141)

1 盾構機推進系統

1.1 盾構機推進系統構成

由于盾構機在進行掘進的過程中，會遇到土層、巖石的阻擋，導致其整體受到的地表阻力不均勻，容易出現方向的偏差；此外，其涉及線路往往需要轉彎、扭曲，若只依靠單純的液壓缸動力，則難以實現。因此要依靠推進系統調節液壓缸來調整盾構機，通過實現扭矩來完成預定的效果。

每個盾構機中都含有許多個液壓缸，若是根據盾構機的直徑已經工作需求，將不同的液壓缸進行單獨設計，則會耗費大量的人力與物力，且不能很好地滿足工作要求。因此，在設計液壓缸時，往往采用分組編制的方式，通過不同的組別進行控制。如圖1：

圖1 盾構機液壓推進系統圖

在實際的操作與運用中，盾構機推進系統十分復雜，為了敘述清晰，本文在不破壞推進系統基本工作原理的基礎上，將推進系統每個組成部分簡化為2 個液壓缸，如圖所示。

忽略該盾構機的直徑，其液壓推進系統中一共有22 個液壓缸，在其基礎上將其分類，分為4 個組成部分。而每一個組成部分中的液壓缸數量相同，將該4 個組成部分分為1、2、3 和4，由圖可見，第4 部分即最下部分的液壓缸有7 個，數量最多，而1、2 和3 部分的液壓缸數量都是5 個，其液壓缸數量分布的不同主要是依據盾構推進系統工作要求來決定的，在工作時，不同組成部分所受到的阻力不同，其最下部分受到的阻力最大，因此所需要的液壓缸的數量最多。這也是所有盾構機推進系統設計的基本原理。

在該推進系統中，高壓油由液壓泵提供，由組成閥來完成轉向的目的，該組成閥由4 個插裝閥和2 個2 位4 通電磁閥結合構成。在此基礎上，液壓油分為4 條不同的路徑，分別進入到推進系統的4 個組成部分，進入后通過減壓閥調整其壓力，實現工作過程中所需要的壓力與動力，在從各自的路徑流出，通過一個組合閥（由1 個插裝閥和1個2 位3 通電磁閥構成），在這個過程中，實現對液壓缸的控制。

1.2 盾構機推進系統運轉的條件

盾構機推進系統要進行正常的運轉，需要滿足許多條件。

（1）確保推進系統推進機正確啟動與運行；

（2）推進系統高壓電纜的限位正確，沒有出現偏差；

（3）推進系統4 個組成部分的油缸正常運轉；

（4）水管卷筒的限位正確，沒有出現偏差；

（5）推進系統的刀盤的轉速需要大于0；

（6）刀盤液壓系統的最大壓力必須小于預設值；

（7）后配套油缸的液壓油壓力小于預設的數值。

2 盾構機推進系統故障

盾構機推進系統出現故障主要有兩種情況。

2.1 故障一

當盾構機準備工作時，推進油泵運行正常，準備推進，但是在調節油缸組壓力的時候發現油壓一直低于啟動壓力（即大約14bar），導致了油缸壓力不夠，無法工作。

根據盾構機運行的條件可知，當盾構機無法實現正常工作時，一定時其中的某個條件未能實現。因此，通過對不同條件要求的分析排除故障產生的原因。首先，從前兩項條件做起，發現沒有異常，再將推進系統改變為管片拼裝的模式，發現其油壓正常，液壓缸運作正常，則可以推定其管片拼裝模式中，其工作運行正常。

再到下一個模式，掘進模式，在這個模式中，主要檢查工作壓力控制閥的電信號是否正常顯示，以及油缸組流量控制閥運行是否正確。若二者都顯示正常，則進一步檢查推進系統的細小參數值。

最后看主控室顯示屏所顯示的盾構機的掘進壓力，其壓力數值為400bar,為正常數值，這個數值是從油泵向PLC 所傳送的信號。通過這個數值表明，其電磁閥沒有問題，發現是電信號中斷，因此要從電信號中斷的原因著手。

故障產生原因及排除

通過S266 盾構機上PLC 程序對盾構機推進系統的分析，可以了解到油泵的壓力傳感器是如何控制盾構機的工作。

盾構機4 組不同的油缸壓力調節按鈕在通過對PLC 的輸入值進行處理，分別加上25bar 即可作為不同組的油缸的壓力控制值，設為a，通過該數值來控制不同油缸的壓力控制閥，在此基礎上，不同組別的油缸的壓力傳感器數值的最大值分別加上20bra，設為b，將其余壓力傳感器的數值保持在一定幅度內的動態地相應與平衡，從而來調節油泵壓力控制閥，實現對不同組別推進油缸壓力值的控制，從而控制盾構機的運作。

簡而言之，即增大A 組（1 組）的油缸的壓力控制閥的數值，則其壓力傳感器則會變小，在這樣的情況下，油缸組壓力的最大數值b 又要與壓力傳感器的數值保持動態的平衡，因此PLC 必須要對壓力控制閥進行調節，保持b 與壓力傳感器數值的平衡。

而在該故障產生的情況下，壓力傳感器損壞，因此無法實現與壓力傳感器的平衡，因此在對壓力控制閥輸送電信號的時候發生錯誤，導致液壓缸無法正常運轉。解決的方法就是更換壓力傳感器，則能使得盾構機推進系統正常運轉。

2.2 故障二

盾構機推進系統還容易出現的另一種故障是在管片拼裝模式下發生的，當在對推進系統進行試驗時，設定由單個油缸進行推進伸縮時，出現了多個油缸的同時伸縮。

根據推進系統的工作原理，控制推進油缸的伸縮主要是通過推進油缸自身實現的，因此其故障產生原因，主要是推進油缸自身的缺陷。

當伸出油缸在運行的過程中，若前方出現了障礙物，油缸的推進壓力較小，無法正常伸縮時，則說明油缸的液壓油壓力不足，導致了其不能正常的伸縮。要判斷是否是這個原因，通過檢查推進主閥是否正常運轉來實現。當推進主閥在正常運轉時，油缸伸出的時候，其有桿腔和無桿腔都滿足一定的油壓，在此基礎上，不同腔承受壓力的面積不同，共同推動油缸伸出。因此，若單向閥產生問題，導致油缸的回油過程中，其過濾器產生阻力，則會出現故障。只需要將其過濾器更換，即可消除故障。故障產生原因及排除

由上可知，若盾構機停止工作的時間較長，容易導致其單向閥發生生銹的情況，直接導致了單向閥失去工作效力，同時，若工作人員對于回油過程中的過濾器沒有進行良好的控制，導致過濾前后油壓不同，存在一定的差額，則會導致油缸不當地伸出。

因此排除故障只需要更新過濾器，避免過濾前后所產生的壓力，則可使得推進系統正常工作。

［1］王國義.盾構機推進系統及故障排除[J].山西建筑，2012（23）.

［2］于睿坤.盾構機推進系統分析與建模[J].山西建筑，2011（01）.