對土壓平衡盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)故障分析

任新功

中鐵隧道局集團(tuán)國際事業(yè)部 廣東 廣州 511458

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)在很大程度上決定設(shè)備的機(jī)械性能，將會對工程施工質(zhì)量造成直接影響。在具體的建設(shè)施工中，為保障土壓平衡盾構(gòu)機(jī)高效運作，應(yīng)重視對盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)實施日常維護(hù)管理，及時解決液壓系統(tǒng)中的故障問題，確保按要求完成工程施工進(jìn)度，避免因延誤工期造成經(jīng)濟(jì)損失?；诖?，在日常維護(hù)土壓平衡盾構(gòu)的機(jī)液壓系統(tǒng)時，應(yīng)依據(jù)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(gòu)機(jī)開展建設(shè)施工。

1 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的故障問題及應(yīng)對策略

1.1 設(shè)備頭部出現(xiàn)周期性下降故障

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工時，因泥土倉承受的土壓力值比理論值要低，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)設(shè)備頭部出現(xiàn)周期性下降故障問題。在實際處理故障過程中，應(yīng)使土壓平衡盾構(gòu)機(jī)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(zhì)結(jié)構(gòu)等，將發(fā)泡劑等添加劑加入在盾構(gòu)機(jī)正面位置，對開挖面的土體實施有效改良[1]。在具體的推進(jìn)施工時，應(yīng)科學(xué)分析隧道的埋深，并仔細(xì)勘察施工位置的土層狀況以及地層變形量等，合理調(diào)整液壓系統(tǒng)中的土壓力設(shè)定值等參數(shù)，加強(qiáng)控制盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度。

1.2 停止推進(jìn)后泥土倉出現(xiàn)土壓自動上升故障

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)時，泡沫系統(tǒng)保持關(guān)閉狀態(tài)，因某個進(jìn)氣閥出現(xiàn)故障問題，導(dǎo)致卡住閥芯。這會使進(jìn)氣閥仍保持開啟狀態(tài)，泥土倉會有外界的壓力空氣進(jìn)入，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停止推進(jìn)作業(yè)時，泥土倉就會出現(xiàn)土壓自動上升故障。針對這一故障問題，操作人員應(yīng)先將空氣壓縮機(jī)關(guān)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(wěn)定后停止操作。如果泥土倉土壓出現(xiàn)大幅度上升，為避免發(fā)生地表面隆起的狀況，應(yīng)將皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)進(jìn)行啟動，并把螺旋輸送機(jī)的出土閘門打開，使螺旋輸送機(jī)以較低的速度保持運轉(zhuǎn)，緩慢實施出土操作，等到泥土倉土壓恢復(fù)正常值。與此同時，操作人員應(yīng)對泡沫系統(tǒng)中的空氣進(jìn)氣閥進(jìn)行仔細(xì)檢查，找出卡住進(jìn)氣閥的原因，并進(jìn)行維修處理，若進(jìn)氣閥嚴(yán)重?fù)p壞可進(jìn)行更換，確保進(jìn)氣閥能夠正常操作。此外，操作人員在停止推進(jìn)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)后，應(yīng)盡可能在操作室內(nèi)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)并處理盾構(gòu)機(jī)的異常情況[2]。

1.3 磁閥電源漏電保護(hù)器發(fā)生跳閘故障

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)中，可利用電源對多個區(qū)域的電磁閥實施控制。電磁閥電源出現(xiàn)跳閘故障，通常是由于該電源下有電磁閥發(fā)生短路問題，可能因接線位置進(jìn)水造成電磁閥短路。在發(fā)生電磁閥電源跳閘情況，如果不能進(jìn)行合閘處理，應(yīng)對電磁閥進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(qū)域內(nèi)電磁閥電源進(jìn)行斷開處理，再通過反復(fù)測試確定發(fā)生故障的區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，操作人員應(yīng)把這個區(qū)域內(nèi)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(jìn)行檢測，若發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動故障問題

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)中，液壓系統(tǒng)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(lián)閥損壞，還可能是由于調(diào)整溢流閥壓力不足[3]。如果因液壓泵效率問題，造成星輪轉(zhuǎn)盤發(fā)生轉(zhuǎn)動過慢的故障，能通過更換液壓泵加以解決。若因其他原因?qū)е滦禽嗈D(zhuǎn)動慢，能對溢流閥壓力實施調(diào)整，也能更換單聯(lián)閥進(jìn)行解決。液壓馬達(dá)出現(xiàn)內(nèi)部損壞故障，或者存在泄漏較大等問題，會導(dǎo)致液壓馬達(dá)效率明顯降低，相應(yīng)的輸出功率明顯減小，導(dǎo)致星輪轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動速度較慢。操作人員需要更換新馬達(dá)實施處理。由于馬達(dá)是由花鍵連接星輪轉(zhuǎn)盤減速器，如果液壓馬達(dá)連接內(nèi)部出現(xiàn)花鍵磨損嚴(yán)重的情況，就會無法正常進(jìn)行傳遞扭矩，致使星輪轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動速度明顯減慢，甚至出現(xiàn)不轉(zhuǎn)動的情況。操作人員可更換減速器輸入軸進(jìn)行處理，確保星輪轉(zhuǎn)盤正常轉(zhuǎn)動。

1.5 履帶部出現(xiàn)不行走故障

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)不能提供足夠的壓力，主要是由于液壓泵效率較低或者發(fā)生損壞，也可能是因為存在雙聯(lián)換向閥泄漏大問題，同時溢流閥調(diào)整值小也會出現(xiàn)問題，操作人員可更換液壓泵實施處理，也能將溢流閥調(diào)整值調(diào)大，或者通過更換雙向換向閥進(jìn)行處理。其次，行走馬達(dá)發(fā)生故障問題，主要是因為先導(dǎo)管堵塞或者出現(xiàn)漏液問題，也可能由于馬達(dá)內(nèi)部出現(xiàn)故障。操作人員可依據(jù)具體情況通過更換新的先導(dǎo)管或行走液壓馬達(dá)進(jìn)行處理。再次，液壓馬達(dá)存在過載問題，相應(yīng)的安全閥調(diào)整壓力較低，會導(dǎo)致發(fā)生履帶不行走故障，可對過載安全閥實施重新調(diào)整[4]。第四，在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)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(dǎo)致出現(xiàn)履帶部出現(xiàn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞。操作人員需要更換減壓閥或制動器進(jìn)行故障處理。此外，由于履帶減速器內(nèi)部發(fā)生驅(qū)動斷裂的問題，或者行星機(jī)軸承損壞，導(dǎo)致履帶不行走。操作人員可對行走馬達(dá)進(jìn)行拆卸處理，對馬達(dá)運轉(zhuǎn)性能進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，若馬達(dá)沒有損壞，則需要找出履帶減速機(jī)內(nèi)部故障問題。操作人員也能利用探棍進(jìn)行檢測，在馬達(dá)運轉(zhuǎn)情況下減速機(jī)內(nèi)有較大且不均勻的雜音，可確定行走減速器內(nèi)部發(fā)生故障問題。對此，操作人員可依據(jù)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(gòu)機(jī)開展推進(jìn)過程中，由于作業(yè)溫度過高會降低工作性能，甚至?xí)挂簤合到y(tǒng)發(fā)生故障問題。 因為液壓油箱油量較少，液壓油循環(huán)明顯加快，造成油溫過高。操作人員應(yīng)確保加入的液壓油在規(guī)定要求的油位。其次，液壓油的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)也會造成油溫過高，由于水等雜質(zhì)摻雜在液壓油內(nèi)，液壓油性能大幅度降低，會使液壓性、抗磨性明顯降低，導(dǎo)致液壓循環(huán)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(nèi)水量較小，或者內(nèi)部出現(xiàn)堵塞的情況，會嚴(yán)重阻礙進(jìn)行正常降溫。操作人員將水的流量調(diào)大，并保障在推進(jìn)作業(yè)時保持開水狀態(tài)，同時需要對冷卻器進(jìn)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(tǒng)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(xiàn)機(jī)件發(fā)熱、油液泄露等情況。若油溫上升到較高水平，會使一些執(zhí)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(tài)，液壓油會出現(xiàn)氧化的情況，逐漸形成很多沉淀物，會嚴(yán)重堵塞濾油器及油液，導(dǎo)致油壓系統(tǒng)不能正常運行。

若溢流閥的調(diào)整值設(shè)置過高，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)作業(yè)時，液壓工作元件需要克服比較大的負(fù)荷，相應(yīng)的功率明顯增加，會導(dǎo)致液壓油溫很快升高。操作人員應(yīng)合理控制各溢流閥的調(diào)整值，使其壓力值保持適應(yīng)狀態(tài)。若馬達(dá)出現(xiàn)質(zhì)量問題，會嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常運作，導(dǎo)致液壓油循環(huán)明顯加快，但功率大幅度減低，會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)運轉(zhuǎn)發(fā)生異常情況，需要更換質(zhì)量較好的馬達(dá)設(shè)備。

1.7 液壓泵異常運轉(zhuǎn)故障

液壓泵若發(fā)生異常運轉(zhuǎn)，操作人員會聽見異常聲響，并且伴隨發(fā)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(cè)未做好密封處理，有空氣可進(jìn)入，也可能是液壓泵內(nèi)部損壞問題。操作人員因打開油箱取出過濾器，并進(jìn)行有效的清洗處理，還應(yīng)密封加固液壓泵吸油側(cè)，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(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的維護(hù)處理

2.1 制定完善的檢查維修制度，及時處理液壓系統(tǒng)的故障問題

為確保土壓平衡盾構(gòu)機(jī)能保持正常運作，建設(shè)施工單位應(yīng)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(tǒng)，并讓他們記錄相應(yīng)的檢查結(jié)果、故障處理情況等。維護(hù)管理人員應(yīng)按照制度要求進(jìn)行維修處理，有效避免再次發(fā)生故障問題，通過積累故障處理經(jīng)驗，能更好地指導(dǎo)后續(xù)維護(hù)工作的開展。維護(hù)管理人員可按照每周兩次的頻率，對土壓平衡盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)中的管接頭有無泄漏情況等，檢測液壓油溫是否符合規(guī)定要求。維護(hù)管理人員應(yīng)及時解決故障問題，使土壓平衡盾構(gòu)機(jī)能正常運作[6]。此外，維護(hù)管理人員應(yīng)每月定時開展液壓系統(tǒng)大檢查，如檢查過濾器、液壓油泵等設(shè)備的實際使用情況。

2.2 做好相應(yīng)的防控措施，避免液壓系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)入雜質(zhì)

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)中，很多的設(shè)備零件比較精密，并且有較多細(xì)小縫隙。若是灰塵、水等雜質(zhì)有縫隙進(jìn)入液壓系統(tǒng)，會使設(shè)備零件發(fā)生故障問題。對此，維護(hù)管理人員應(yīng)做好相應(yīng)的防護(hù)措施，如在拆卸液壓系統(tǒng)中組件時，必須注意將組件避開灰塵等雜質(zhì)，防止由零件的縫隙進(jìn)入。在換油處理時也應(yīng)注意防范雜質(zhì)進(jìn)入，維護(hù)管理人員應(yīng)先清洗，在打開時應(yīng)避免灰塵等雜質(zhì)，并且在日常維護(hù)時應(yīng)做好液壓系統(tǒng)的清潔處理，使過濾器內(nèi)部保持干凈。

2.3 及時排出液壓系統(tǒng)的空氣，防止出現(xiàn)壓力失衡

在平時的常溫狀態(tài)下，液壓系統(tǒng)的液壓油中會有少量氣體進(jìn)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(fā)生破裂，出現(xiàn)氣蝕的問題。若有很多空氣從液壓油中分離出來，會使內(nèi)部壓力增大，導(dǎo)致壓油的塑形增大，會對土壓平衡盾構(gòu)機(jī)運作效率造成影響。對此，在對土壓平衡盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)實施維護(hù)處理時，應(yīng)將液壓系統(tǒng)中的空氣排出。維護(hù)管理人員應(yīng)加強(qiáng)管控液壓油的質(zhì)量，確保油箱內(nèi)加入符合標(biāo)準(zhǔn)的液壓油，使整個液壓系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定。在選擇液壓油時，維護(hù)管理人員應(yīng)依據(jù)液壓系統(tǒng)選擇油牌號，有效避免影響液壓系統(tǒng)運作，為后續(xù)的液壓系統(tǒng)維護(hù)創(chuàng)造有利條件。

3 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)的故障診斷方法

3.1 仔細(xì)研究液壓系統(tǒng)原理圖，快速找出故障問題

維護(hù)管理人員應(yīng)對液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行仔細(xì)研究，若盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，可先對液壓元件的結(jié)構(gòu)及性能等進(jìn)行分析，并從多個方面診斷液壓系統(tǒng)的故障問題。在對液壓系統(tǒng)原理圖有熟練掌握的情況下，維護(hù)管理人員應(yīng)在較短時間內(nèi)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(huán)表，防止灰塵等雜質(zhì)混入

維護(hù)管理人員應(yīng)對電磁鐵動作循環(huán)表有比較熟練地掌握，更快地診斷出故障所在。維護(hù)管理人員如果發(fā)現(xiàn)較多的液壓元件，并且液壓系統(tǒng)非常復(fù)雜，應(yīng)用液壓系統(tǒng)原理圖將很難找準(zhǔn)故障。對此，維護(hù)管理人員可利用電磁鐵動作循環(huán)表找出液壓系統(tǒng)中的故障問題，并采取針對性措施進(jìn)行解決。其次，維護(hù)管理人員應(yīng)檢查液壓系統(tǒng)中是否混入灰塵等雜質(zhì)，主要是檢查過濾器等設(shè)備，對故障問題有更加準(zhǔn)確的診斷。由于灰塵等雜質(zhì)混入后，會使液壓系統(tǒng)零件發(fā)生故障問題，很可能導(dǎo)致整個液壓系統(tǒng)處在危險狀態(tài)。

3.3 科學(xué)應(yīng)用診斷故障方法，提高故障檢查的準(zhǔn)確性

維護(hù)管理人員可使用試驗法來診斷液壓系統(tǒng)中的故障，其中試驗法有比較法、排除法等多種方法，應(yīng)選擇適合的方法診斷系統(tǒng)故障。維護(hù)管理人員若采取目測法進(jìn)行檢驗，應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)場相關(guān)檢測要求，全面檢驗液壓系統(tǒng)中設(shè)備的封閉情況，準(zhǔn)確掌握液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的故障問題。若設(shè)備發(fā)生不同故障問題會有對應(yīng)的噪音產(chǎn)生，維護(hù)管理人員可采用耳聽法進(jìn)行檢驗，需要認(rèn)真聆聽液壓系統(tǒng)運行過程中發(fā)出的聲音，對發(fā)生故障問題的部位、具體原因等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。維護(hù)管理人員可能采用觸摸法進(jìn)行檢驗，感受設(shè)備在運行中的震動情況、溫度變化等，掌握設(shè)備存在的故障問題。對于比較法，維護(hù)管理人員在檢查一些可替換的零件時，若發(fā)現(xiàn)故障問題可進(jìn)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(fā)生故障，需要檢查其他零件點。如果液壓系統(tǒng)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(hù)管理人員能對系統(tǒng)故障相關(guān)的零件實施全面檢驗，有效縮小發(fā)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(tǒng)故障。對于綜合診斷法，維護(hù)管理人員應(yīng)巧妙結(jié)合比較法和排除法，在較短時間內(nèi)精準(zhǔn)找出故障位置。通常比較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)有較強(qiáng)的適用性。此外，可利用PLC監(jiān)控實時監(jiān)控土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)狀態(tài)，當(dāng)前土壓平衡盾構(gòu)機(jī)中利用可編程控制器作為控制系統(tǒng)，并且由PLC控制電磁閥的開關(guān)?？衫秒娔X與PLC連接，監(jiān)控液壓系統(tǒng)的狀態(tài)，準(zhǔn)確找出故障位置。

4 總結(jié)

綜上，在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工過程中，其液壓系統(tǒng)可能發(fā)生多種故障問題，會嚴(yán)重影響盾構(gòu)機(jī)正常作業(yè)。對此，維護(hù)管理人員應(yīng)認(rèn)真細(xì)致地完成設(shè)備零件的維修保養(yǎng)操作，仔細(xì)研究液壓系統(tǒng)原理圖，并掌握電磁鐵的動作循環(huán)表，合理應(yīng)用故障診斷方法，及時處理磨損的設(shè)備零部件，及時發(fā)現(xiàn)并有效處理故障問題，保障土壓平衡盾構(gòu)機(jī)正常運作。