淺談盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)與故障

杜大川 關(guān)振華

(北方重工集團(tuán)有限公司 盾構(gòu)機(jī)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141)

1 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)

1.1 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成

由于盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)的過(guò)程中，會(huì)遇到土層、巖石的阻擋，導(dǎo)致其整體受到的地表阻力不均勻，容易出現(xiàn)方向的偏差；此外，其涉及線路往往需要轉(zhuǎn)彎、扭曲，若只依靠單純的液壓缸動(dòng)力，則難以實(shí)現(xiàn)。因此要依靠推進(jìn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓缸來(lái)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)扭矩來(lái)完成預(yù)定的效果。

每個(gè)盾構(gòu)機(jī)中都含有許多個(gè)液壓缸，若是根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的直徑已經(jīng)工作需求，將不同的液壓缸進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，則會(huì)耗費(fèi)大量的人力與物力，且不能很好地滿足工作要求。因此，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，往往采用分組編制的方式，通過(guò)不同的組別進(jìn)行控制。如圖1：

圖1 盾構(gòu)機(jī)液壓推進(jìn)系統(tǒng)圖

在實(shí)際的操作與運(yùn)用中，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)十分復(fù)雜，為了敘述清晰，本文在不破壞推進(jìn)系統(tǒng)基本工作原理的基礎(chǔ)上，將推進(jìn)系統(tǒng)每個(gè)組成部分簡(jiǎn)化為2 個(gè)液壓缸，如圖所示。

忽略該盾構(gòu)機(jī)的直徑，其液壓推進(jìn)系統(tǒng)中一共有22 個(gè)液壓缸，在其基礎(chǔ)上將其分類，分為4 個(gè)組成部分。而每一個(gè)組成部分中的液壓缸數(shù)量相同，將該4 個(gè)組成部分分為1、2、3 和4，由圖可見(jiàn)，第4 部分即最下部分的液壓缸有7 個(gè)，數(shù)量最多，而1、2 和3 部分的液壓缸數(shù)量都是5 個(gè)，其液壓缸數(shù)量分布的不同主要是依據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)工作要求來(lái)決定的，在工作時(shí)，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(shù)量最多。這也是所有盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理。

在該推進(jìn)系統(tǒng)中，高壓油由液壓泵提供，由組成閥來(lái)完成轉(zhuǎn)向的目的，該組成閥由4 個(gè)插裝閥和2 個(gè)2 位4 通電磁閥結(jié)合構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，液壓油分為4 條不同的路徑，分別進(jìn)入到推進(jìn)系統(tǒng)的4 個(gè)組成部分，進(jìn)入后通過(guò)減壓閥調(diào)整其壓力，實(shí)現(xiàn)工作過(guò)程中所需要的壓力與動(dòng)力，在從各自的路徑流出，通過(guò)一個(gè)組合閥（由1 個(gè)插裝閥和1個(gè)2 位3 通電磁閥構(gòu)成），在這個(gè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的控制。

1.2 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的條件

盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)要進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，需要滿足許多條件。

（1）確保推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)機(jī)正確啟動(dòng)與運(yùn)行；

（2）推進(jìn)系統(tǒng)高壓電纜的限位正確，沒(méi)有出現(xiàn)偏差；

（3）推進(jìn)系統(tǒng)4 個(gè)組成部分的油缸正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

（4）水管卷筒的限位正確，沒(méi)有出現(xiàn)偏差；

（5）推進(jìn)系統(tǒng)的刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速需要大于0；

（6）刀盤(pán)液壓系統(tǒng)的最大壓力必須小于預(yù)設(shè)值；

（7）后配套油缸的液壓油壓力小于預(yù)設(shè)的數(shù)值。

2 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)故障

盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障主要有兩種情況。

2.1 故障一

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備工作時(shí)，推進(jìn)油泵運(yùn)行正常，準(zhǔn)備推進(jìn)，但是在調(diào)節(jié)油缸組壓力的時(shí)候發(fā)現(xiàn)油壓一直低于啟動(dòng)壓力（即大約14bar），導(dǎo)致了油缸壓力不夠，無(wú)法工作。

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行的條件可知，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常工作時(shí)，一定時(shí)其中的某個(gè)條件未能實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)對(duì)不同條件要求的分析排除故障產(chǎn)生的原因。首先，從前兩項(xiàng)條件做起，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有異常，再將推進(jìn)系統(tǒng)改變?yōu)楣芷囱b的模式，發(fā)現(xiàn)其油壓正常，液壓缸運(yùn)作正常，則可以推定其管片拼裝模式中，其工作運(yùn)行正常。

再到下一個(gè)模式，掘進(jìn)模式，在這個(gè)模式中，主要檢查工作壓力控制閥的電信號(hào)是否正常顯示，以及油缸組流量控制閥運(yùn)行是否正確。若二者都顯示正常，則進(jìn)一步檢查推進(jìn)系統(tǒng)的細(xì)小參數(shù)值。

最后看主控室顯示屏所顯示的盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)壓力，其壓力數(shù)值為400bar,為正常數(shù)值，這個(gè)數(shù)值是從油泵向PLC 所傳送的信號(hào)。通過(guò)這個(gè)數(shù)值表明，其電磁閥沒(méi)有問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)是電信號(hào)中斷，因此要從電信號(hào)中斷的原因著手。

故障產(chǎn)生原因及排除

通過(guò)S266 盾構(gòu)機(jī)上PLC 程序?qū)Χ軜?gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的分析，可以了解到油泵的壓力傳感器是如何控制盾構(gòu)機(jī)的工作。

盾構(gòu)機(jī)4 組不同的油缸壓力調(diào)節(jié)按鈕在通過(guò)對(duì)PLC 的輸入值進(jìn)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(shè)為a，通過(guò)該數(shù)值來(lái)控制不同油缸的壓力控制閥，在此基礎(chǔ)上，不同組別的油缸的壓力傳感器數(shù)值的最大值分別加上20bra，設(shè)為b，將其余壓力傳感器的數(shù)值保持在一定幅度內(nèi)的動(dòng)態(tài)地相應(yīng)與平衡，從而來(lái)調(diào)節(jié)油泵壓力控制閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同組別推進(jìn)油缸壓力值的控制，從而控制盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)作。

簡(jiǎn)而言之，即增大A 組（1 組）的油缸的壓力控制閥的數(shù)值，則其壓力傳感器則會(huì)變小，在這樣的情況下，油缸組壓力的最大數(shù)值b 又要與壓力傳感器的數(shù)值保持動(dòng)態(tài)的平衡，因此PLC 必須要對(duì)壓力控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持b 與壓力傳感器數(shù)值的平衡。

而在該故障產(chǎn)生的情況下，壓力傳感器損壞，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)與壓力傳感器的平衡，因此在對(duì)壓力控制閥輸送電信號(hào)的時(shí)候發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致液壓缸無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。解決的方法就是更換壓力傳感器，則能使得盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 故障二

盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)還容易出現(xiàn)的另一種故障是在管片拼裝模式下發(fā)生的，當(dāng)在對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，設(shè)定由單個(gè)油缸進(jìn)行推進(jìn)伸縮時(shí)，出現(xiàn)了多個(gè)油缸的同時(shí)伸縮。

根據(jù)推進(jìn)系統(tǒng)的工作原理，控制推進(jìn)油缸的伸縮主要是通過(guò)推進(jìn)油缸自身實(shí)現(xiàn)的，因此其故障產(chǎn)生原因，主要是推進(jìn)油缸自身的缺陷。

當(dāng)伸出油缸在運(yùn)行的過(guò)程中，若前方出現(xiàn)了障礙物，油缸的推進(jìn)壓力較小，無(wú)法正常伸縮時(shí)，則說(shuō)明油缸的液壓油壓力不足，導(dǎo)致了其不能正常的伸縮。要判斷是否是這個(gè)原因，通過(guò)檢查推進(jìn)主閥是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)推進(jìn)主閥在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油缸伸出的時(shí)候，其有桿腔和無(wú)桿腔都滿足一定的油壓，在此基礎(chǔ)上，不同腔承受壓力的面積不同，共同推動(dòng)油缸伸出。因此，若單向閥產(chǎn)生問(wèn)題，導(dǎo)致油缸的回油過(guò)程中，其過(guò)濾器產(chǎn)生阻力，則會(huì)出現(xiàn)故障。只需要將其過(guò)濾器更換，即可消除故障。故障產(chǎn)生原因及排除

由上可知，若盾構(gòu)機(jī)停止工作的時(shí)間較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致其單向閥發(fā)生生銹的情況，直接導(dǎo)致了單向閥失去工作效力，同時(shí)，若工作人員對(duì)于回油過(guò)程中的過(guò)濾器沒(méi)有進(jìn)行良好的控制，導(dǎo)致過(guò)濾前后油壓不同，存在一定的差額，則會(huì)導(dǎo)致油缸不當(dāng)?shù)厣斐觥?/p>

因此排除故障只需要更新過(guò)濾器，避免過(guò)濾前后所產(chǎn)生的壓力，則可使得推進(jìn)系統(tǒng)正常工作。

［1］王國(guó)義.盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)及故障排除[J].山西建筑，2012（23）.

［2］于睿坤.盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)分析與建模[J].山西建筑，2011（01）.