盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究

花 巖（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，鄭州 450016）

盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究

花 巖
（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，鄭州 450016）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國鐵路、城市地鐵以及水利工程等項(xiàng)目也變的更加多，因此，隧道施工變的更加重要，而盾構(gòu)法施工安全、效率高、環(huán)保，因此盾構(gòu)法施工越來越受到隧道施工行業(yè)的青睞。本文對于盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測與故障診斷進(jìn)行簡單的分析。

盾構(gòu)機(jī)；關(guān)鍵設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

1　盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的作用

隨著近些年來我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們收入的普遍提高，交通壓力也變的越來越大，各種各樣的隧道的需求量也變的更加巨大，相比于其他的器械來說，使用盾構(gòu)機(jī)施工安全系數(shù)高、施工效率高、具有很高的連續(xù)性，成為我國隧道項(xiàng)目施工的首選。

盾構(gòu)機(jī)是一個(gè)非常龐大、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的設(shè)備，是由許許多多的部件組合而成，各個(gè)部件之間的關(guān)聯(lián)性非常強(qiáng)，任何一個(gè)部件出現(xiàn)故障，都有可能導(dǎo)致整個(gè)盾構(gòu)機(jī)故障停機(jī)，若是在施工過程中出現(xiàn)重大故障問題，很有可能造成工程的前功盡棄甚至是人員的傷亡。因此，對于盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷就變的格外重要，對于盾構(gòu)機(jī)故障診斷的研究足夠深入，可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生的故障并進(jìn)行診斷修復(fù)，能夠減少盾構(gòu)機(jī)停機(jī)修復(fù)的次數(shù)，降低施工成本，提高隧道工程的施工效率并增加施工過程中的安全性。

2　盾構(gòu)機(jī)采用的診斷技術(shù)分類簡介

（1）感官檢查診斷技術(shù)：利用操作或維修人員的視、聽、觸、嗅覺，觀測盾構(gòu)機(jī)設(shè)備或部件的運(yùn)動(dòng)情況，主控室的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)如電流、溫度、壓力、流量、速度等，檢查機(jī)件的異響、異味、發(fā)熱、裂紋、銹蝕、損傷、松動(dòng)、油液色澤、油管滴漏等，初步判斷部件的工作狀態(tài)。

（2）溫度監(jiān)測技術(shù)：溫度的變化與被監(jiān)測設(shè)備的性能和工況有密切的關(guān)系。盾構(gòu)機(jī)的溫度監(jiān)測技術(shù)分接觸和非接觸式測溫兩種方法。接觸式測溫主要是采用熱電偶測溫，在盾構(gòu)主軸承潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的各個(gè)泵站等分別布置了溫度傳感器，對油溫等進(jìn)行有效的監(jiān)控；與此同時(shí)，現(xiàn)場維護(hù)人員利用手持式紅外線測溫計(jì)進(jìn)行非接觸式測溫，可以方便、快速、安全地監(jiān)測電機(jī)、馬達(dá)、變速箱、皮帶機(jī)滾筒、電氣元器件、高壓電纜接頭等部件的工作溫度。

（3）無損檢測技術(shù)：主要是指工業(yè)內(nèi)窺鏡監(jiān)測法觀測設(shè)備內(nèi)部情況；

（4）油樣檢測分析技術(shù)：盾構(gòu)機(jī)的各類油液的理化性能分析和磨損磨粒分析，比如鐵譜分析和光譜分析；

（5）旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測試技術(shù)：盾構(gòu)機(jī)電機(jī)、變速箱、水泵、風(fēng)機(jī)等回轉(zhuǎn)機(jī)械；

（6）故障樹邏輯診斷：結(jié)合油質(zhì)分析、振動(dòng)分析以及噪聲、溫度和性能狀態(tài)參數(shù)測試等多種方法，能夠清晰地揭示盾構(gòu)機(jī)某一系統(tǒng)內(nèi)的故障規(guī)律和邏輯關(guān)系。適合于電氣或液壓系統(tǒng)的故障診斷；

（7）電氣液壓在線實(shí)時(shí)診斷：通過盾構(gòu)機(jī)自身所布設(shè)的各種傳感器監(jiān)測位移、速度、流量、壓力、油位、溫度、轉(zhuǎn)速以及電氣的電壓、電流等參數(shù)，對盾構(gòu)機(jī)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測以及超過界定值的故障報(bào)警和停機(jī)控制。

3　盾構(gòu)機(jī)主要零部件的故障機(jī)理與特性研究

3.1主驅(qū)動(dòng)的故障診斷與特性研究

主驅(qū)動(dòng)是盾構(gòu)機(jī)上最關(guān)鍵的部件，一旦發(fā)生故障，洞內(nèi)很難拆檢和處理，因此加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)防發(fā)生故障，是維修保養(yǎng)工作的最重要工作。

（1）主變速箱是盾構(gòu)機(jī)主要的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件之一。由于主變速箱承受高負(fù)荷、大扭矩，因而故障發(fā)生率較高。因現(xiàn)場施工噪聲大，受壞境因素與診斷者的經(jīng)驗(yàn)差異的制約，用傳統(tǒng)的變速箱診斷法如手摸、耳聽會(huì)出現(xiàn)誤診與漏診，給正常施工帶來損失。由于設(shè)備出現(xiàn)故障前都會(huì)有初期振動(dòng)特征信號產(chǎn)生，因此采用振動(dòng)測試技術(shù)對變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的各種特征信號進(jìn)行采集、處理，并結(jié)合潤滑油的磨粒分析（如鐵譜、光譜、粘度）等多種監(jiān)測手段，便會(huì)大大提高故障的預(yù)報(bào)和診斷能力，減少故障的發(fā)生率。

（2）主軸承的結(jié)構(gòu)運(yùn)用最多的一般是三排三列滾柱式，承受軸向和徑向力。主軸承一般采用多道迷宮式唇形密封阻隔外界渣塵和水的侵入，密封的好壞是保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。運(yùn)用機(jī)載PLC在線監(jiān)測，對主軸承密封油脂HBW、EP2的壓力、注入量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免因油脂注入量的不足導(dǎo)致渣土進(jìn)入密封系統(tǒng)損壞密封；通過對驅(qū)動(dòng)箱潤滑油樣的分析來檢查密封系統(tǒng)的狀況。

3.2液壓系統(tǒng)的故障機(jī)理與特性研究

盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)主要包括主驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、推進(jìn)液壓系統(tǒng)、管片拼裝機(jī)液壓系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)、注漿液壓系統(tǒng)、輔助液壓系統(tǒng)、超挖刀液壓系統(tǒng)、冷卻循環(huán)液壓系統(tǒng)等。盾構(gòu)機(jī)的絕大部分工作機(jī)構(gòu)主要由液壓驅(qū)動(dòng)來完成，液壓系統(tǒng)可以說是盾構(gòu)機(jī)的心臟，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，會(huì)使得整個(gè)盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)作停滯、癱瘓，因此，對于盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測意義非凡。統(tǒng)計(jì)表明，液壓系統(tǒng)故障問題70%跟油液污染有關(guān)，因此防止保證油液的清潔度尤為重要，應(yīng)從以下三個(gè)方面入手保證油液的清潔度，降低系統(tǒng)的故障幾率：（1）加入清凈的油液；（2）在日常維修保養(yǎng)過程中盡量避免外來物對油液造成污染；（3）系統(tǒng)內(nèi)濾芯報(bào)警后要及時(shí)更換。

3.3電氣系統(tǒng)的故障機(jī)理及特性研究

盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)主要由配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。為了保障盾構(gòu)機(jī)工作的高度可靠性、安全性和易維護(hù)性，其控制系統(tǒng)采用了PLC可編程控制系統(tǒng)。正常情況下，PLC控制系統(tǒng)的故障診斷通過上位機(jī)就能解決絕大部分電氣、液壓故障，但遇到聯(lián)鎖關(guān)系復(fù)雜上位機(jī)不能直接反映其故障的情況，就需要借助于專用筆記本編程器才能快速查找和確定故障。使用專用筆記本編程器可以快速查詢故障信息的部位和相關(guān)信息狀態(tài)，分析內(nèi)部聯(lián)鎖關(guān)系，修改和優(yōu)化程序。使用專用筆記本又可以對PLC程序進(jìn)行在線監(jiān)控。連接筆記本到PLC上，進(jìn)入在線狀態(tài)時(shí)PLC程序的所有狀態(tài)都將實(shí)時(shí)反映在編程器上，這樣就可以非常直觀、快速地查找到故障，并分析可能的故障原因，最終排除故障。

4　總結(jié)

盾構(gòu)機(jī)對于隧道等工程的作用是不言而喻的，盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)對整個(gè)工程造成無比巨大的危害，因此，對于施工方來說，對盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷的研究都是必須熟練掌握的技術(shù)。

［1］劉宏志.TBM及盾構(gòu)機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷實(shí)用技術(shù)綜述［J］.隧道建設(shè)，2007，27（06）:86-88.

［2］趙華.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在TBM與盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用［R］.成都:中鐵隧道集團(tuán)有限公司，2010.

［3］茅承覺.盾構(gòu)機(jī)受力分析探討［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2013（10）:113-116.

［4］李明鍔.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)概述及電氣故障處理方法與心得 ［J］.城市建設(shè)理論研究，2014.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.230