淺談盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的維護(hù)及故障診斷

姜成

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 430074）

0 引言

盾構(gòu)隧道機(jī)是一種現(xiàn)代建筑機(jī)械，致力于在各種地質(zhì)條件下建造隧道。推力系統(tǒng)是機(jī)器的關(guān)鍵部分，由于其很大的力而由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。地下條件是如此復(fù)雜，通常是不可預(yù)測的，以至于推力系統(tǒng)可能會暴露在極端的工作條件下并遇到?jīng)_擊載荷，例如從掘進(jìn)工作面通過機(jī)器前的巖石傳遞的力。推力系統(tǒng)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(jīng)定義了盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的合規(guī)性以進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。他們定義了機(jī)械系統(tǒng)的剛度和隧道面的等效接觸剛度。該定義主要涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件的載荷傳遞特性，因此相關(guān)研究因其工作重點(diǎn)不同而無法應(yīng)用于液壓執(zhí)行器的動態(tài)過程。

由于其高耐用性，高功率重量比和快速響應(yīng)，液壓驅(qū)動系統(tǒng)已在各種應(yīng)用和行業(yè)中扮演著非常重要的角色。特別是對于重型機(jī)械以及在最惡劣或極端條件下運(yùn)行的機(jī)械（例如建筑機(jī)械），液壓動力傳輸是最佳的解決方案，并且大多是獨(dú)家解決方案。在此類應(yīng)用中的一個(gè)重要問題是執(zhí)行器與環(huán)境之間的適當(dāng)相互作用，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)不可避免地要承受相當(dāng)大的沖擊載荷。在這種情況下，液壓系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)施加在其上的外部負(fù)載，并在消除沖擊能量并獲得所需工作壓力的同時(shí)，盡可能對環(huán)境做出穩(wěn)定的響應(yīng)。正常狀態(tài)到?jīng)_擊響應(yīng)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(wěn)定的操作系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至?xí)ο到y(tǒng)造成巨大損害?？梢詮膬蓚€(gè)角度來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定過渡運(yùn)動期間的沖擊效果：①研究由壓力或流量反饋構(gòu)建的封閉控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性；②通過增加能量存儲設(shè)備來改善系統(tǒng)，以吸收液壓沖擊或負(fù)載沖擊。

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

研究人員經(jīng)常關(guān)注機(jī)械系統(tǒng)的順應(yīng)性理論和相應(yīng)的評估方法。許多研究成果已應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。這些研究主要針對工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手，要考慮機(jī)械裝置的剛度或柔韌性，并進(jìn)行順應(yīng)性控制以確保力或運(yùn)動與操作環(huán)境相適應(yīng)，例如在組裝過程中將螺栓插入孔中。不幸的是，液壓系統(tǒng)的柔韌性相差很大，因此在機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析中采用的那些不適用于液壓系統(tǒng)。

1 盾構(gòu)機(jī)常見液壓系統(tǒng)故障

1.1 液壓油被污染

液壓油的污染是盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的主要問題。污染物通常會阻塞機(jī)油濾清器和管道，液壓油污染的主要原因有兩個(gè)：①周圍環(huán)境中的水或空氣混入了油中。實(shí)驗(yàn)表明，空氣會從損壞的密封位置或漏油進(jìn)入機(jī)油，從而加速機(jī)油的氧化變質(zhì)。如果將水混入高溫高壓液壓油中，將立即導(dǎo)致油爆裂。在嚴(yán)重的情況下，它將對組件造成非常嚴(yán)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(guī)定溫度

當(dāng)純液壓油以很高的速度通過液壓彎頭或換向閥時(shí)，由于護(hù)罩外部負(fù)載的可變性，諸如刀頭的驅(qū)動系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)之類的系統(tǒng)會經(jīng)常發(fā)生變化，這將導(dǎo)致一部分液壓能轉(zhuǎn)換為熱能，這會增加油溫。液壓系統(tǒng)的最佳油溫應(yīng)在35℃～55℃的范圍內(nèi)。當(dāng)油溫高于此范圍時(shí)，會產(chǎn)生許多不利影響，會降低機(jī)油的粘度如圖1所示，并且摩擦?xí)黾樱@將導(dǎo)致零件發(fā)熱并增加泄漏的可能性。當(dāng)溫度持續(xù)升高并達(dá)到一定水平時(shí)，也會導(dǎo)致執(zhí)行器動作緩慢。

圖1

2 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)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(guān)檢查人員通過現(xiàn)場目視檢查設(shè)備的封閉狀態(tài)，以確定液壓系統(tǒng)的故障狀態(tài)。

（2）聽覺方法：由于不同的故障會產(chǎn)生不同的噪音，因此維護(hù)人員可以通過聽取液壓系統(tǒng)的反饋聲音來準(zhǔn)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(shè)備實(shí)際操作過程中的振動和溫度等因素，并可以知道設(shè)備本身存在的故障。

（4）排除方法：逐一測試與系統(tǒng)故障相關(guān)的組件。通過不斷縮小故障范圍并最終找到故障點(diǎn)，該方法可以有效，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

（5）比較方法：更換可能導(dǎo)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(chǎn)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(guī)模故障檢查。

（6）綜合方法：是對上述方法進(jìn)行綜合故障排除的方法。由于該方法可以從各個(gè)方面診斷故障，因此更適合對相對復(fù)雜的液壓系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控

當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將便攜式計(jì)算機(jī)連接到PLC上以實(shí)時(shí)監(jiān)視電磁體的狀態(tài)，從而了解液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而易于檢測到某個(gè)方面系統(tǒng)故障，但是，這種方法對技術(shù)人員的要求更高。

2.3 熟悉系統(tǒng)原理圖

在進(jìn)行分析和故障排除時(shí)，可以采取“首先是兩側(cè)，然后是中間”的方法，從電源和執(zhí)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(gè)管道發(fā)出的信號，組件隨時(shí)處于工作狀態(tài)時(shí)檢查每個(gè)組件。

3 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的正確維護(hù)方法

3.1 實(shí)施定期檢查制度

實(shí)施定期檢查制度可以有效保證盾構(gòu)機(jī)的正常運(yùn)行，并應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的長期維修經(jīng)驗(yàn)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(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行的大規(guī)模檢查。檢查關(guān)鍵零件的機(jī)油壓力和過濾器；每月檢查主要是針對液壓油的質(zhì)量。

3.2 液壓系統(tǒng)的防護(hù)工作

（1）雜物進(jìn)入系統(tǒng)。盾構(gòu)機(jī)設(shè)備中使用的液壓系統(tǒng)具有零件精密的特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，一旦雜質(zhì)進(jìn)入，肯定會影響液壓系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，會引起各種故障問題。在實(shí)際的施工過程中，由于施工環(huán)境較為復(fù)雜，雜質(zhì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的情況比較普遍。為了避免雜質(zhì)進(jìn)入對液壓系統(tǒng)功能的威脅，我們需要定期清潔內(nèi)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。在拆卸液壓系統(tǒng)的過程中，還應(yīng)采取相應(yīng)的防塵措施，并對設(shè)備的外部進(jìn)行徹底清潔，以確保在沒有灰塵的情況下不拆卸液壓系統(tǒng)。安裝過濾器和更換機(jī)油時(shí)的具體操作如下。同時(shí)，必須確保完全清除底部污漬，并且只有在用專業(yè)無塵紙擦拭后才能安裝過濾器。

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

4 結(jié)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(shí)際的工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，對已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行總結(jié)，對潛在的隱患進(jìn)行防患于未然，運(yùn)用不同的方法，另一方面提高技術(shù)人員的自身技術(shù)能力，利用自身過硬的理論素養(yǎng)指導(dǎo)實(shí)踐，以提高在盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的故障解決中的效率。