淺談盾構機液壓系統的維護及故障診斷

姜成

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 430074）

0 引言

盾構隧道機是一種現代建筑機械，致力于在各種地質條件下建造隧道。推力系統是機器的關鍵部分，由于其很大的力而由液壓系統驅動。地下條件是如此復雜，通常是不可預測的，以至于推力系統可能會暴露在極端的工作條件下并遇到沖擊載荷，例如從掘進工作面通過機器前的巖石傳遞的力。推力系統的順從性是推力過程中需要解決的最明顯的問題之一。一些研究人員已經定義了盾構掘進機的合規性以進行分析和設計。他們定義了機械系統的剛度和隧道面的等效接觸剛度。該定義主要涉及機械結構和零件的載荷傳遞特性，因此相關研究因其工作重點不同而無法應用于液壓執行器的動態過程。

由于其高耐用性，高功率重量比和快速響應，液壓驅動系統已在各種應用和行業中扮演著非常重要的角色。特別是對于重型機械以及在最惡劣或極端條件下運行的機械（例如建筑機械），液壓動力傳輸是最佳的解決方案，并且大多是獨家解決方案。在此類應用中的一個重要問題是執行器與環境之間的適當相互作用，因為液壓系統不可避免地要承受相當大的沖擊載荷。在這種情況下，液壓系統應適應施加在其上的外部負載，并在消除沖擊能量并獲得所需工作壓力的同時，盡可能對環境做出穩定的響應。正常狀態到沖擊響應之間的過渡可能會包含不希望有的沖擊力，這些沖擊力會使穩定的操作系統不穩定，甚至會對系統造成巨大損害?？梢詮膬蓚€角度來實現穩定過渡運動期間的沖擊效果：①研究由壓力或流量反饋構建的封閉控制系統的動態響應特性；②通過增加能量存儲設備來改善系統，以吸收液壓沖擊或負載沖擊。

但是，到目前為止，尚無參數或變量可用于定義和評估系統響應特性是否足以通過特定的嚴格的工作條件，無論是定量還是定性。液壓系統的順應性只是解決了液壓動力傳輸中遇到的這個問題，也就是說，給定的液壓系統如何有效地減少由于外部沖擊負荷而造成的危害。

研究人員經常關注機械系統的順應性理論和相應的評估方法。許多研究成果已應用于工業領域。這些研究主要針對工業機器人和機械手，要考慮機械裝置的剛度或柔韌性，并進行順應性控制以確保力或運動與操作環境相適應，例如在組裝過程中將螺栓插入孔中。不幸的是，液壓系統的柔韌性相差很大，因此在機械系統的設計和分析中采用的那些不適用于液壓系統。

1 盾構機常見液壓系統故障

1.1 液壓油被污染

液壓油的污染是盾構機液壓系統的主要問題。污染物通常會阻塞機油濾清器和管道，液壓油污染的主要原因有兩個：①周圍環境中的水或空氣混入了油中。實驗表明，空氣會從損壞的密封位置或漏油進入機油，從而加速機油的氧化變質。如果將水混入高溫高壓液壓油中，將立即導致油爆裂。在嚴重的情況下，它將對組件造成非常嚴重的損壞。②液壓元件被液壓元件的損壞或摩擦引起的金屬屑污染。

1.2 油溫超過規定溫度

當純液壓油以很高的速度通過液壓彎頭或換向閥時，由于護罩外部負載的可變性，諸如刀頭的驅動系統和推進系統之類的系統會經常發生變化，這將導致一部分液壓能轉換為熱能，這會增加油溫。液壓系統的最佳油溫應在35℃～55℃的范圍內。當油溫高于此范圍時，會產生許多不利影響，會降低機油的粘度如圖1所示，并且摩擦會增加，這將導致零件發熱并增加泄漏的可能性。當溫度持續升高并達到一定水平時，也會導致執行器動作緩慢。

圖1

2 盾構機液壓系統故障診斷方法

2.1 手動診斷方法

（1）目視檢查方法：要求相關檢查人員通過現場目視檢查設備的封閉狀態，以確定液壓系統的故障狀態。

（2）聽覺方法：由于不同的故障會產生不同的噪音，因此維護人員可以通過聽取液壓系統的反饋聲音來準確判斷故障的位置和深層原因。

（3）觸摸方式：通過這種方式，可以徹底了解設備實際操作過程中的振動和溫度等因素，并可以知道設備本身存在的故障。

（4）排除方法：逐一測試與系統故障相關的組件。通過不斷縮小故障范圍并最終找到故障點，該方法可以有效，準確地發現設備故障。

（5）比較方法：更換可能導致故障的局部零件，然后觀察更換效果。如果故障仍然存在，則表明故障產生的其他組件。如果故障已減少或消失，則說明該組件是故障的根本原因。此方法不適用于大規模故障檢查。

（6）綜合方法：是對上述方法進行綜合故障排除的方法。由于該方法可以從各個方面診斷故障，因此更適合對相對復雜的液壓系統進行故障排除。這種方法更常用于日常故障診斷。

2.2 借助PLC進行系統監控

當液壓系統發生故障時，將便攜式計算機連接到PLC上以實時監視電磁體的狀態，從而了解液壓系統的運行狀態，從而易于檢測到某個方面系統故障，但是，這種方法對技術人員的要求更高。

2.3 熟悉系統原理圖

在進行分析和故障排除時，可以采取“首先是兩側，然后是中間”的方法，從電源和執行器開始，然后分析來自管道或液壓組件的故障，并注意各個管道發出的信號，組件隨時處于工作狀態時檢查每個組件。

3 盾構機液壓系統的正確維護方法

3.1 實施定期檢查制度

實施定期檢查制度可以有效保證盾構機的正常運行，并應根據盾構機的長期維修經驗制定每日檢查，每周檢查和每月檢查的制度。日常檢查是對盾構機液壓系統的日常檢查。檢查主要包括：油管和接頭泄漏。每周檢查是每周定期對系統進行的大規模檢查。檢查關鍵零件的機油壓力和過濾器；每月檢查主要是針對液壓油的質量。

3.2 液壓系統的防護工作

（1）雜物進入系統。盾構機設備中使用的液壓系統具有零件精密的特點。在實際應用過程中，一旦雜質進入，肯定會影響液壓系統的運行質量，會引起各種故障問題。在實際的施工過程中，由于施工環境較為復雜，雜質進入設備內部的情況比較普遍。為了避免雜質進入對液壓系統功能的威脅，我們需要定期清潔內部。在清潔過程中，我們必須確保清潔工具的清潔度符合相應的標準。在拆卸液壓系統的過程中，還應采取相應的防塵措施，并對設備的外部進行徹底清潔，以確保在沒有灰塵的情況下不拆卸液壓系統。安裝過濾器和更換機油時的具體操作如下。同時，必須確保完全清除底部污漬，并且只有在用專業無塵紙擦拭后才能安裝過濾器。

（2）空氣進入液壓系統。液壓系統中存在空氣時，空氣會隨著液壓油箱中的壓力變化而發生不同的反應。當油箱中的壓力降低時，工作油中會出現氣體，而當壓力升高時，會在工作油表面形成氣泡，并且在壓力的作用下會發生破裂反應。會導致液壓油混濁，這將大大降低液壓系統的動力作用。因此，在維護期間，應盡可能消除液壓油中的氣體。

4 結束語

由此可見，不同的故障需要有不同的解決措施，我們要在實際的工作中不斷積累經驗，對已經發生的故障進行總結，對潛在的隱患進行防患于未然，運用不同的方法，另一方面提高技術人員的自身技術能力，利用自身過硬的理論素養指導實踐，以提高在盾構機液壓系統的故障解決中的效率。