對土壓平衡盾構機液壓系統故障分析

任新功

中鐵隧道局集團國際事業部 廣東 廣州 511458

土壓平衡盾構機的液壓系統在很大程度上決定設備的機械性能，將會對工程施工質量造成直接影響。在具體的建設施工中，為保障土壓平衡盾構機高效運作，應重視對盾構機液壓系統實施日常維護管理，及時解決液壓系統中的故障問題，確保按要求完成工程施工進度，避免因延誤工期造成經濟損失。基于此，在日常維護土壓平衡盾構的機液壓系統時，應依據具體故障情況采用有效的診斷方法及處理方法，保障更好地利用土壓平衡盾構機開展建設施工。

1 土壓平衡盾構機液壓系統的故障問題及應對策略

1.1 設備頭部出現周期性下降故障

在土壓平衡盾構機推進施工時，因泥土倉承受的土壓力值比理論值要低，導致盾構機設備頭部出現周期性下降故障問題。在實際處理故障過程中，應使土壓平衡盾構機泥土倉中土壓力值在理論值以上水平，全面分析施工情況、地質結構等，將發泡劑等添加劑加入在盾構機正面位置，對開挖面的土體實施有效改良[1]。在具體的推進施工時，應科學分析隧道的埋深，并仔細勘察施工位置的土層狀況以及地層變形量等，合理調整液壓系統中的土壓力設定值等參數，加強控制盾構機的推進速度。

1.2 停止推進后泥土倉出現土壓自動上升故障

土壓平衡盾構機向前推進時，泡沫系統保持關閉狀態，因某個進氣閥出現故障問題，導致卡住閥芯。這會使進氣閥仍保持開啟狀態，泥土倉會有外界的壓力空氣進入，土壓平衡盾構機停止推進作業時，泥土倉就會出現土壓自動上升故障。針對這一故障問題，操作人員應先將空氣壓縮機關掉，并把儲氣罐的放氣閥打開，將其中的壓縮空氣放出去，實施卸壓處理，在泥土倉土壓穩定后停止操作。如果泥土倉土壓出現大幅度上升，為避免發生地表面隆起的狀況，應將皮帶輸送機、螺旋輸送機進行啟動，并把螺旋輸送機的出土閘門打開，使螺旋輸送機以較低的速度保持運轉，緩慢實施出土操作，等到泥土倉土壓恢復正常值。與此同時，操作人員應對泡沫系統中的空氣進氣閥進行仔細檢查，找出卡住進氣閥的原因，并進行維修處理，若進氣閥嚴重損壞可進行更換，確保進氣閥能夠正常操作。此外，操作人員在停止推進土壓平衡盾構機后，應盡可能在操作室內進行設備監督，及時發現并處理盾構機的異常情況[2]。

1.3 磁閥電源漏電保護器發生跳閘故障

在土壓平衡盾構機的液壓系統中，可利用電源對多個區域的電磁閥實施控制。電磁閥電源出現跳閘故障，通常是由于該電源下有電磁閥發生短路問題，可能因接線位置進水造成電磁閥短路。在發生電磁閥電源跳閘情況，如果不能進行合閘處理，應對電磁閥進行檢查，主要是觀察電磁閥有無水跡存在。操作人員若沒有發現明顯水跡，可沿著電磁閥找到接線端子箱，并把熔斷器撥開，將區域內電磁閥電源進行斷開處理，再通過反復測試確定發生故障的區域。在此基礎上，操作人員應把這個區域內全部電磁閥熔斷器拔下，并利用萬用表對電磁閥接線電阻進行檢測，若發現某一接線阻值接近零，可確定該電磁閥存在短路故障，再檢查處理電源接線。

1.4 星輪轉盤轉動故障問題

在土壓平衡盾構機推進中，液壓系統壓力不足無法支持施工操作，主要是因為液壓泵的工作效率較低，也可能是因為單聯閥損壞，還可能是由于調整溢流閥壓力不足[3]。如果因液壓泵效率問題，造成星輪轉盤發生轉動過慢的故障，能通過更換液壓泵加以解決。若因其他原因導致星輪轉動慢，能對溢流閥壓力實施調整，也能更換單聯閥進行解決。液壓馬達出現內部損壞故障，或者存在泄漏較大等問題，會導致液壓馬達效率明顯降低，相應的輸出功率明顯減小，導致星輪轉盤轉動速度較慢。操作人員需要更換新馬達實施處理。由于馬達是由花鍵連接星輪轉盤減速器，如果液壓馬達連接內部出現花鍵磨損嚴重的情況，就會無法正常進行傳遞扭矩，致使星輪轉盤轉動速度明顯減慢，甚至出現不轉動的情況。操作人員可更換減速器輸入軸進行處理，確保星輪轉盤正常轉動。

1.5 履帶部出現不行走故障

土壓平衡盾構機的液壓系統不能提供足夠的壓力，主要是由于液壓泵效率較低或者發生損壞，也可能是因為存在雙聯換向閥泄漏大問題，同時溢流閥調整值小也會出現問題，操作人員可更換液壓泵實施處理，也能將溢流閥調整值調大，或者通過更換雙向換向閥進行處理。其次，行走馬達發生故障問題，主要是因為先導管堵塞或者出現漏液問題，也可能由于馬達內部出現故障。操作人員可依據具體情況通過更換新的先導管或行走液壓馬達進行處理。再次，液壓馬達存在過載問題，相應的安全閥調整壓力較低，會導致發生履帶不行走故障，可對過載安全閥實施重新調整[4]。第四，在土壓平衡盾構機推進行走時，由于行走制動器無法完全打開，將會使行走阻力明顯加大，導致出現履帶部出現不行走狀況。這主要是由于控制制動器的減壓閥損壞，或者制動器的內部結構損壞。操作人員需要更換減壓閥或制動器進行故障處理。此外，由于履帶減速器內部發生驅動斷裂的問題，或者行星機軸承損壞，導致履帶不行走。操作人員可對行走馬達進行拆卸處理，對馬達運轉性能進行準確判斷，若馬達沒有損壞，則需要找出履帶減速機內部故障問題。操作人員也能利用探棍進行檢測，在馬達運轉情況下減速機內有較大且不均勻的雜音，可確定行走減速器內部發生故障問題。對此，操作人員可依據判斷情況通過更換行走減速器實施處理，也可通過更換減速器的輸入軸排除故障。

1.6 液壓油溫度過高故障

在土壓平衡盾構機開展推進過程中，由于作業溫度過高會降低工作性能，甚至會使液壓系統發生故障問題。 因為液壓油箱油量較少，液壓油循環明顯加快，造成油溫過高。操作人員應確保加入的液壓油在規定要求的油位。其次，液壓油的質量不達標也會造成油溫過高，由于水等雜質摻雜在液壓油內，液壓油性能大幅度降低，會使液壓性、抗磨性明顯降低，導致液壓循環中油溫快速升高，需要通過更換液壓油[5]。由于需要利用冷卻水對液壓油實施降溫處理，若液壓油冷卻器內水量較小，或者內部出現堵塞的情況，會嚴重阻礙進行正常降溫。操作人員將水的流量調大，并保障在推進作業時保持開水狀態，同時需要對冷卻器進行拆卸清理，或者更換冷卻器。如果油溫高出適合的范圍，將會對液壓系統的運行造成不良影響。油溫過高會使油液的粘度明顯降低，承受更大的摩擦力，出現機件發熱、油液泄露等情況。若油溫上升到較高水平，會使一些執行元件的運行變得遲緩。若油溫長時間保持較高的水平，將會在很大程度上降低液壓油的使用壽命。同時，若油溫處于高溫狀態，液壓油會出現氧化的情況，逐漸形成很多沉淀物，會嚴重堵塞濾油器及油液，導致油壓系統不能正常運行。

若溢流閥的調整值設置過高，土壓平衡盾構機在推進作業時，液壓工作元件需要克服比較大的負荷，相應的功率明顯增加，會導致液壓油溫很快升高。操作人員應合理控制各溢流閥的調整值，使其壓力值保持適應狀態。若馬達出現質量問題，會嚴重影響液壓系統的正常運作，導致液壓油循環明顯加快，但功率大幅度減低，會導致液壓系統運轉發生異常情況，需要更換質量較好的馬達設備。

1.7 液壓泵異常運轉故障

液壓泵若發生異常運轉，操作人員會聽見異常聲響，并且伴隨發熱的情況。這主要是因為吸油過濾器堵塞，或者液壓泵吸油側未做好密封處理，有空氣可進入，也可能是液壓泵內部損壞問題。操作人員因打開油箱取出過濾器，并進行有效的清洗處理，還應密封加固液壓泵吸油側，有效隔絕外界空氣，或者可更換液壓泵實施故障處理。

2 土壓平衡盾構機液壓系統的維護處理

2.1 制定完善的檢查維修制度，及時處理液壓系統的故障問題

為確保土壓平衡盾構機能保持正常運作，建設施工單位應制定完善的檢查維修制度，要求維修管理人員定期檢查液壓系統，并讓他們記錄相應的檢查結果、故障處理情況等。維護管理人員應按照制度要求進行維修處理，有效避免再次發生故障問題，通過積累故障處理經驗，能更好地指導后續維護工作的開展。維護管理人員可按照每周兩次的頻率，對土壓平衡盾構機液壓系統中的管接頭有無泄漏情況等，檢測液壓油溫是否符合規定要求。維護管理人員應及時解決故障問題，使土壓平衡盾構機能正常運作[6]。此外，維護管理人員應每月定時開展液壓系統大檢查，如檢查過濾器、液壓油泵等設備的實際使用情況。

2.2 做好相應的防控措施，避免液壓系統內進入雜質

在土壓平衡盾構機的液壓系統中，很多的設備零件比較精密，并且有較多細小縫隙。若是灰塵、水等雜質有縫隙進入液壓系統，會使設備零件發生故障問題。對此，維護管理人員應做好相應的防護措施，如在拆卸液壓系統中組件時，必須注意將組件避開灰塵等雜質，防止由零件的縫隙進入。在換油處理時也應注意防范雜質進入，維護管理人員應先清洗，在打開時應避免灰塵等雜質，并且在日常維護時應做好液壓系統的清潔處理，使過濾器內部保持干凈。

2.3 及時排出液壓系統的空氣，防止出現壓力失衡

在平時的常溫狀態下，液壓系統的液壓油中會有少量氣體進入，若液壓油中壓力下降，空氣就會跑出來。若液壓油中的壓力明顯增加，會使外面的氣泡發生破裂，出現氣蝕的問題。若有很多空氣從液壓油中分離出來，會使內部壓力增大，導致壓油的塑形增大，會對土壓平衡盾構機運作效率造成影響。對此，在對土壓平衡盾構機液壓系統實施維護處理時，應將液壓系統中的空氣排出。維護管理人員應加強管控液壓油的質量，確保油箱內加入符合標準的液壓油，使整個液壓系統更加可靠、穩定。在選擇液壓油時，維護管理人員應依據液壓系統選擇油牌號，有效避免影響液壓系統運作，為后續的液壓系統維護創造有利條件。

3 土壓平衡盾構機的液壓系統的故障診斷方法

3.1 仔細研究液壓系統原理圖，快速找出故障問題

維護管理人員應對液壓系統原理圖進行仔細研究，若盾構機液壓系統發生故障，可先對液壓元件的結構及性能等進行分析，并從多個方面診斷液壓系統的故障問題。在對液壓系統原理圖有熟練掌握的情況下，維護管理人員應在較短時間內找出故障位置，并能及時修理解決故障問題。

3.2 掌握電磁鐵的動作循環表，防止灰塵等雜質混入

維護管理人員應對電磁鐵動作循環表有比較熟練地掌握，更快地診斷出故障所在。維護管理人員如果發現較多的液壓元件，并且液壓系統非常復雜，應用液壓系統原理圖將很難找準故障。對此，維護管理人員可利用電磁鐵動作循環表找出液壓系統中的故障問題，并采取針對性措施進行解決。其次，維護管理人員應檢查液壓系統中是否混入灰塵等雜質，主要是檢查過濾器等設備，對故障問題有更加準確的診斷。由于灰塵等雜質混入后，會使液壓系統零件發生故障問題，很可能導致整個液壓系統處在危險狀態。

3.3 科學應用診斷故障方法，提高故障檢查的準確性

維護管理人員可使用試驗法來診斷液壓系統中的故障，其中試驗法有比較法、排除法等多種方法，應選擇適合的方法診斷系統故障。維護管理人員若采取目測法進行檢驗，應嚴格按照現場相關檢測要求，全面檢驗液壓系統中設備的封閉情況，準確掌握液壓系統出現的故障問題。若設備發生不同故障問題會有對應的噪音產生，維護管理人員可采用耳聽法進行檢驗，需要認真聆聽液壓系統運行過程中發出的聲音，對發生故障問題的部位、具體原因等進行準確判斷。維護管理人員可能采用觸摸法進行檢驗，感受設備在運行中的震動情況、溫度變化等，掌握設備存在的故障問題。對于比較法，維護管理人員在檢查一些可替換的零件時，若發現故障問題可進行替換處理。如果在替換的零件后，原故障仍然存在，這個零件并沒有發生故障，需要檢查其他零件點。如果液壓系統故障消失，這個零件存在故障的零件。比較法只能用于較小范圍的故障診斷。對于排除法，維護管理人員能對系統故障相關的零件實施全面檢驗，有效縮小發生故障的范圍，并將故障點確定下來，再采取措施解決故障，能快速檢查出系統故障。對于綜合診斷法，維護管理人員應巧妙結合比較法和排除法，在較短時間內精準找出故障位置。通常比較復雜的液壓系統有較強的適用性。此外，可利用PLC監控實時監控土壓平衡盾構機的液壓系統狀態，當前土壓平衡盾構機中利用可編程控制器作為控制系統，并且由PLC控制電磁閥的開關。可利用電腦與PLC連接，監控液壓系統的狀態，準確找出故障位置。

4 總結

綜上，在土壓平衡盾構機推進施工過程中，其液壓系統可能發生多種故障問題，會嚴重影響盾構機正常作業。對此，維護管理人員應認真細致地完成設備零件的維修保養操作，仔細研究液壓系統原理圖，并掌握電磁鐵的動作循環表，合理應用故障診斷方法，及時處理磨損的設備零部件，及時發現并有效處理故障問題，保障土壓平衡盾構機正常運作。