盾構機液壓系統維護及故障診斷研究

丁永強 張旺

摘? 要：盾構機是地下隧道與城市地鐵工程建設的主要機械設備之一，液壓系統作為保障盾構機正常運行的核心，其維護保養工作具有重要的經濟價值與現實意義。維護措施不當，不僅會影響盾構機的工作性能與工作效率，還極有可能導致關鍵元件失效，造成嚴重的設備損壞或者財產損失，甚至威脅操作人員的生命安全。基于此，本文以盾構機液壓系統的日常維護制度為切入點，分析了盾構機液壓系統的常見故障及診斷方法，以期為相關工作提供參考。

關鍵詞：盾構機;液壓系統;維護制度;常見故障;故障診斷

中圖分類號：TU607? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-6903（2020）12-0000-00

隨著我國城市化建設進程的不斷推進，對地鐵、隧道等工程項目的質量要求越來越嚴格。盾構機作為工程施工的基礎設備，其液壓系統的穩定性與安全性不僅與盾構機的自身機械性能相關，同時也是影響工程整體施工質量與施工效率的重要因素。因此，相關人員應對盾構機的日常維護、保養工作給予高度重視，熟知盾構機液壓系統的基本組成元件、工作原理，充分掌握故障診斷、排查方法，以便將系統故障損失、工程事故概率降至最低。

1液壓系統的維護制度

1.1定期檢查制度

完善、健全的定期檢查制度是確保機械設備穩定運行的基本保障。為及時發現 問題，解決問題，避免不必要的設備損壞，應重視液壓系統的定期巡查工作，這不僅可以加快經驗積累速度，同時還能提高看待問題的視角，為后期的維護保養提供便利。如每周巡檢油管、管接頭是否泄漏，油溫是否符合標準;每月檢查液壓泵、過濾網等重要元件的運行情況。此外，還應加強日常保養與維護工作，做好設備巡檢記錄。成立專門的設備管理部，對現場設備管理、設備完好情況、點檢情況等進行綜合檢查，為盾構機液壓系統正常運行提供可靠的制度保障。

1.2防止灰塵、空氣等進入液壓系統

盾構機零部件數量眾多，且結構精密復雜。這些精密零件存在許多孔隙，一旦有雜物混入，就會造成堵塞，進而影響液壓系統的正常運行。如當灰塵堵塞液壓閥的小孔時，會降低液壓系統的靈敏性。此外，除了防止灰塵等雜質進入液壓系統，導致設備故障外，還應注重防止空氣的混入造成液壓系統出現問題。在常溫條件下，液壓油中通常會有5%～8%容積的空氣混入[1]。當液壓系統壓力提高時，氣泡會破裂，導致氣蝕現象，加劇液壓油的塑性變形，繼而降低液壓系統的工作質量與工作效率;而當液壓系統壓力下降時，液壓油內部會混入空氣，產生氣穴現象，給液壓封閉系統造成安全威脅。因此，在液壓系統的維護與保養過程中，必須要采取有效措施，清除灰塵、空氣等雜質，有效提升液壓系統的效能。

2常見液壓系統故障

2.1液壓油被污染

油液污染是造成盾構機液壓系統發生故障的主因，其通常會導致管路與濾油器堵塞，進而影響液壓油的壓力與流量，增加盾構機失效風險，給施工過程、施工安全埋下隱患。液壓油污染造成的盾構機液壓系統故障主要有以下幾方面：（1）污染區堆積在節流縫隙或者節流孔處，導致液壓系統壓力失調、效能不足、定位不準，影響其工作性能的發揮;（2）堵塞濾油網，液壓泵無法正常吸油，回油流量不達標，導致阻力過大而擊穿濾網，使濾網失靈，喪失過濾作用;（3）加劇液壓泵等元件磨損、密封件老化甚至損壞，比例換向閥、壓力閥等失效，產生振動或者噪聲。（4）顆粒物進入油缸或者密封件表面，加劇內部密封件摩擦，損壞活塞桿，極易出現漏油等現象，嚴重影響油缸及密封件的工作性能;（5）液壓系統故障，會導致盾構機經常自動停機。如，在挖掘軟土層的過程中，由于盾構機停機而造成的隧道設計軸線偏離、地表控制失控、盾構下沉等問題。

2.2油溫高于正常值

液壓系統油溫超標主要有以下兩方面原因：第一，由于盾構機的外負荷并非固定不變，刀盤推進系統及驅動系統具有多樣性特征，使部分液壓能向熱能轉換，導致油溫超標。第二，直行液壓油高速通過換向閥或者彎管時，在與管壁碰撞過程中，產生的熱量造成油溫升高。通常情況下，液壓油的溫度應保持在35℃～55℃之間[2]，當液壓系統油溫高于正常范圍，會導致以下危害：一方面，油溫大于55℃會使液壓油的使用壽命降低50%左右。與此同時，高溫環境會造成液壓油氧化，產生沉淀物，堵塞管道及濾油網等元件，影響液壓系統的正常運行;另一方面，溫度升高會降低液壓油的粘度，增加摩擦力，極易造成元器件發熱或者油液泄漏等問題。

2.3液壓系統泄漏

盾構機液壓系統泄漏，會導致激烈沖擊，使各連接處松動，對設備密封性造成嚴重影響。液壓系統泄漏可分為外泄漏與內泄漏兩大類。其中，外泄漏主要是指液壓油管、液壓缸、液壓閥、液壓馬達等元件出現漏油問題，液壓油從系統泄漏到外部環境;而內泄漏則是指密封件失效或者是受高低壓側的壓力差等因素影響，導致液壓油從系統高壓側流向低壓側，出現液壓閥泄漏、動力系統泄漏等現象，進而干擾設備正常運作。

2.4元器件磨損

液壓泵、液壓閥是盾構機液壓系統中最易損壞的元器件，其自身質量的好壞對系統工作性能及基本效率起到決定性影響。液壓系統運行過程中，難免會有金屬顆粒物進入，造成油液污染。而液壓閥、液壓泵等精密元器件的滑動間隙以及密封間隙有限，一旦金屬顆粒物卡入縫隙，很難清除，從而導致間隙磨損嚴重。元器件過度磨損，往往會造成設備運行異常或者故障頻發，對生產效率、技術性能指標造成不良影響。

3盾構機液壓系統的故障診斷

3.1手動診斷方法

手動診斷方法主要有目視法、觸測法、聽覺法等。（1）目視法。通過目測設備狀態，預判設備故障位置。（2）觸測法。用手觸摸，監測設備的振動、溫度等變化，以掌握設備異常情況。（3）聽覺法。聽取液壓系統反饋的聲音，對比設備是否出現雜、重、亂等噪聲，分析撞擊、松動等故障位置與原因。

3.2試驗診斷方法

試驗診斷法包含排除法、比較法、綜合法等。（1）排除法。根據經驗，逐一排查導致故障發生的相關組件，通過縮小故障范圍，獲取故障發生位置，確定故障點。（2）比較法。針對可能出現故障的零件，在不用儀器測試的前提下，通過對換相同的、運行正常的零件，觀察故障變化，判斷故障分析更換的零件是否損壞。由于工作量較大，該方法不適用于大范圍故障排查。③綜合法。結合排查法與比較法，對液壓系統故障進行綜合排查。該方法可從各個方面進行故障診斷分析，因此被廣泛應用于復雜的盾構機液壓系統中。

3.3電磁鐵動作循環表診斷法

對于系統復雜、元件數量多的盾構機液壓系統，僅根據液壓系統原理圖，無法精準找尋故障發生的位置與原因。因此，針對該情況，應結合電磁鐵動作循環表對照分析，快速診斷、排查盾構機液壓系統的故障點，以便及時發現問題、解決問題，盡可能減小故障的損失。

3.4 PLC監控判斷法

隨著信息技術的飛速發展，目前可控制編程器被普遍應用于盾構機控制系統中，用于執行液壓系統的存儲邏輯運算與算術運算等指令。因此，在盾構機液壓系統出現故障時，可以在高新技術人員的指導下，通過PLC控制系統檢測液壓系統初始階段是否異常，并開展故障檢測、故障隔離、故障評價與決策，以確保系統安全、穩定運行。

3.5其他檢測方法

液壓系統進入灰塵等雜質，也會造成元件損壞，威脅設備安全。因此，在盾構機液壓系統出現故障時，應檢查過濾器、液壓閥、液壓油等是否混入污染物。

4結語

綜上所述，盾構機是城市地鐵與隧道工程建設的重要設備之一，液壓系統作為盾構機的核心部件，其不僅是影響盾構機自身機械性能的重要因素，同時也對工程整體施工質量與施工效率起著決定性作用。因此，相關人員要注重盾構機液壓系統的維護保養，要熟知各種故障的特點與頻發位置。積極探索，善于發現故障的發生規律，并在實踐中不斷積累經驗，熟練掌握故障診斷方法與排查技巧，堅持“預防為主、安全第一、綜合管理”的原則，有效提升盾構機液壓系統故障診斷與解決效率。

參考文獻

[1] 王世明.工程機械液壓系統故障監測診斷技術的現狀和發展趨勢[J].機床與液壓，2009，37（2）：175-180+198..

[2] 陳發達，吳賢國，王彥玉，等.基于貝葉斯網絡的土壓盾構刀盤失效故障診斷[J].土木工程與管理學報，2017，34（6）：57-62+72.

收稿日期：2020-10-15

作者簡介：丁永強（1985—），男，河北唐山人，本科，工程師，研究方向：盾構機液壓系統設計與維護。