盾构机推进系统与故障

盾构机推进系统与故障（共4篇）

盾构机推进系统与故障 篇1

摘要：本文总结了盾构机液压推进系统漏油、推进压力低、推进系统无法动作等常见故障的原因与防治措施。

关键词：盾构,液压系统,故障,防治

概述

盾构机作是集机械、液压、电气与自动化控制于一体的综合性大型施工机械, 以其优质、高速, 安全的优势在地铁隧道施工中被广泛应用, 因此研究分析盾构液压推进系统的故障原因, 总结防治措施, 显得非常重要。

1、液压系统泄漏

1) 、故障现象

液压推进系统的泄漏, 是推进系统最常见的液压故障。可分为外漏与内漏。它直接影响到元件的性能, 影响液压系统的正常运行。

2) 、故障原因

(1) 油接头安装质量差, 没有密封好, 造成漏油;

(2) 油接头因液压管路长时间震动而松动, 产生漏油;

(3) 油接头处密封圈的质量差, 过早老化, 使密封失效, 造成漏油;

(4) 油温过高而使液压油的粘度太小, 造成漏油;

(5) 系统压力持续增高, 使密封圈损坏失效;

(6) 系统的回油背压高, 使不受压力的回油管路产生泄漏;

(7) 处于压力油路中的溢流阀、换向阀等内泄漏严重。

3) 、预防措施

(1) 选用粘度合适的液压油, 保证良好的粘温性能;

(2) 定期检查泵、阀、油缸等元件中运动部位的配合间隙, 保证间隙适当;

(3) 安装各种接头时, 一定要使紧固螺母与接头上的螺纹配合恰当。特别是第一次安装时, 要去掉毛刺, 否则, 带毛刺硬性拧紧, 会把螺纹挤坏, 留下后患。装接头时, 可先用手拧紧密封面接触, 手拧不动时。表示密封面已接触上, 然后再用扳手拧紧;

(4) 要保证油封和密封件的质量, 材质、几何形状和精度符合设计要求。由于各种密封圈特别是O型密封圈规格很多, 而且相邻尺寸的直径差别不大, 凭目力较难分辨。因此, 各种规格的密封圈应标明尺寸, 分别储存, 避免大小混杂。换装时便于按规定尺寸选用, 不能以小代大或以大代小。安装时不要用带棱角的工具, 以防划伤密封件。O型密封圈装好后不能有扭曲现象。U、V、Y形等有方向性的密封圈, 安装时要注意方向, 不要装反。换下的废旧密封圈要及时放在一边, 不能新旧混淆, 以免换装时弄错而造成返工。

(5) 使用冷却系统, 使油温保持在小于50℃的工作温度内;

(6) 保证系统工作压力小于350bar, 避免系统长期工作在较高压力工况下;

(7) 增大回油管路的管径, 减少回油管路的弯头数量, 使回油畅通;

(8) 阀件、密封油箱油接头等结构的设计要合理。

4) 、排除方法

(1) 将松动的油接头进行复紧, 对位置狭小的油接头, 要采用特殊的扳手复紧;

(2) 将损坏漏油的油接头、“O”型圈进行更换;

(3) 清洗、检查溢流阀、换向阀等有关阀件。

2、盾构推进压力失常

1) 、故障现象

推进压力失常主要表现为:对液压推进压力系统进行调整时比例溢流阀失效, 系统压力建立不起来 (压力不够) 、或完全无压力、或压力调不下来、或上升后又掉下来, 以及压力不稳定等。

2) 、故障原因

(1) 推进主溢流阀阀芯卡死在大开口位置, 油泵输出的压力油通过溢流阀流回油箱, 使压力油与回油路短接;溢流阀的阻尼孔堵塞, 或者调压弹簧折断等原因造成系统无压力;溢流阀阀芯卡死在关闭阀口位置, 使系统压力下不来;

(2) 推进油泵转向不对, 根本无压力油输出, 系统压力一点也不上去;因电机转速过低, 功率不足, 或者油泵使用日久内部磨损, 内泄量大, 容积效率低, 导致油泵输出流量不够, 系统压力不够;

(3) 阀板或阀件有内泄漏, 无法建立起需要的压力;

(4) 密封圈老化或断裂, 造成泄漏, 无法建立起需要的压力;

(5) 千斤顶内泄漏, 无法建立需要的压力;

(6) 推进、拼装压力转换开关失灵, 无法建立推进所需的高压。

3) 、预防措施

(1) 保证系统工作压力小于350bar, 避免系统长期工作在较高压力工况下;

(2) 保证液压阀台, 干净、无污染, 保证液压系统清洁;

(3) 保证系统温度小于50℃, 冷却系统要常开;

(4) 经常检查液压系统, 及时发现问题, 进行修复。

4) 、排除方法

(1) 查明产生内外泄露的具体位置, 并及时排除;

(2) 修复或更换主溢流阀, 确保主溢流阀无故障;

(3) 适当加粗泵吸油管尺寸, 吸油管接头处加强密封, 清洗滤油口。

(4) 修复或更换油泵, 确保油泵运行平稳, 无噪声;

(5) 查明产生内外泄露的具体位置, 及时修复、更换泄漏部件;

(6) 更换老化或损坏的密封圈;

(7) 更换磨损与损伤的千斤顶密封装置, 保证千斤顶运行平稳, 无爬行;

(8) 修复或更换推进、拼装压力转换开关或电磁阀。

3、盾构推进系统无法动作

1) 、故障现象

盾构推进系统无法动作, 是盾构推进系统常见的液压故障之一, 其主要表现是盾构推进系统可以建立压力但液压缸千斤顶不动作。

2) 、故障原因

(1) 管路内混入污染物, 堵塞油路, 使液压油无法到达液压缸;

(2) 三位四通电磁换向阀失灵 (电压过低、励磁线圈绝缘不良、铁心与滑阀不同轴、弹簧弹性失效等) 导致系统卸荷和封闭, 或是由阀芯与阀体孔之间严重内泄露;

(3) 油温远远超过50℃, 引起连锁保护开关起作用而使千斤顶不能动作;

(4) 由于刀盘、螺旋机未启动, 导致连锁保护开关起作用而使千斤顶不能动作;

(5) 先导泵损坏, 无法建立控制油压, 无法对液压系统进行控制;

(6) 滤油器被污染物堵塞, 液压油无法通过。

3) 、预防措施

(1) 保持液压油的清洁, 避免杂物混入油箱内, 拆装液压元件时保持系统的清洁;

(2) 至多500小时或是三个月就要检查和更换滤油器;

(2) 适当加粗泵吸油管尺寸, 吸油管接头处加强密封, 清洗滤油口;

(3) 发现故障及时修理, 不随便将盾构的连锁开关短接, 不强行启动盾构设备;

(4) 按要求正确设定、调定好系统的压力。

4) 、排除方法

(1) 检查控制电路是否故障, 电气线路是否接错, 换向电信号是否到达电磁阀, 如有问题, 修复电路。

(2) 检查、排除电磁换向阀故障, 如不能修复, 需更换换向阀;

(3) 按要求修复或更换损坏的先导泵;

(4) 疏通或更换堵塞的油管, 取出管路内堵塞的杂物;

(5) 更换损坏或堵塞的滤油器。

4、结语

液压推进系统故障可以分为液压系统漏油、盾构推进压力低、盾构推进系统无法动作三大类。为确保液压推进系统正常工作, 我们要加强预防措施, 有效减少盾构的故障停机发生频率, 提高盾构掘进施工的稳定性和安全、可靠性。

参考文献

[l]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社.2004:312-314.

盾构机推进系统与故障 篇2

对于土压平衡盾构机, 推进系统是其关键部分, 它由PLC自动控制系统控制。推进系统能否正常推进受到的制约条件很多, 因此如果在盾构机掘进中推进系统无法推进, 故障很难排除。现以北方重工6.28m土压平衡盾构机的推进系统为例, 简要介绍盾构机的推进系统故障排除。

1 盾构机plc系统介绍

北方重工盾构机采用施耐德TSX premium系列PLC, 使用的PLC变成软件为pl7。采用基于RS485 总线的分布式I/O 。Plc硬件结构图如图1 所示:

2 盾构机推进系统介绍

盾构机推进系统液压原理图 (如图2) 。如图2 所示推进油缸16 个, 为单油缸机构, 其中1、5、9、13 号油缸是带有行程测量系统的油缸, 通过这四个油缸可以在盾构机的操作室中显示各自代表组的油缸行程 (0 mm ~ 2 200 mm) 。油缸在布置均匀布置, 被分配以16 个不同的编号1 ~ 16 , 按上下左右分为四区, 上区包括圆周上方的油缸1、2、16 号油缸, 右区包括右侧的3、4、5、6 号油缸, 下区包括下半部分的7、8、9、10、11 号油缸, 左区包括左半部分的12、13、14、15 号油缸, 每个分区由一个阀块控制 (DK2100、DK2200、DK2300、DK2400) , 可以控制分区压力, 以及单独选择特定的油缸推进以适应不同的底层。各个分区阀块由一个统一的阀块供油DK2500, 在DK2500 阀块处可以统一控制各油缸的伸出缩回。 推进泵采用一个柱塞式变量泵 (jz2000) 、两个定量泵 (JZ2100、JZ2200) 组成的三联泵。柱塞泵高压级调压可为盾构机推进提高足够的油压, 柱塞泵低压级调压以及两个定量泵可以提供推进油缸快速伸出缩回所需的流量。推进泵的启动通过CV2005, CV2011, CV2021 实现卸荷, 泵无负荷运转, 当需要油缸动作时系统接入溢流阀实现起压而使油缸动作。

3 运用plc对盾构机推进系统进行故障排查

盾构机推进液压系统使用PLC进行控制, 通过PLC给出液压系统所用的模拟量信号以及数字量信号, 液压系统的压力、油缸行程等信号也传送给plc实现对推进系统的监控。Plc程序为液压系统的大脑, 通过检查PLC程序可以直观的看到推进系统工作时的各个状态, 检查PLC程序并调试程序可以快速准确的发现故障并排除故障。

盾构机的推进受诸多因素的影响, 主要概括为以下几点: (1) 推进系统启动条件不满足, 例如电气状态正常、液压油箱正常、推进电机启动、后配套拖拉油缸压力正常、高压电缆限位正常、水管卷筒限位正常等条件; (2) 液压系统控制阀不动作; (3) 液压泵压力不正常; (4) 推进执行机构不正常。

(1) 可以通过检查梯形图发现推进系统停止运行时的故障原因。例如可以检查推进系统安全启动条件 (PSC) 发现是何原因导致推进无法启动。

(2) 还可以在停止液压泵的情况下单独强制动作电磁阀, 以实现快速排除电气故障, 例如:当某个推进油缸不动作时, 可以在程序当中强制动作该油缸的控制电磁阀, 如果在程序当中强制后电磁阀仍然不动作, 可以检查电磁阀线圈的输出电路是否正常, PLC输入输出模块是否正常。这样可以快速排出电气故障。

在检测液压故障时可以通过plc单独控制电磁阀动作, 辅助液压工程师分析液压故障, 例如:当发现推进液压泵泵头压力不足时可以单独强制动作EV2005 电磁阀, 并通过PLC强制给出控制液压泵流量的模拟量输出信号FV2000, 可以检查推进液压系统安全阀是否正常以及泵在负载为安全阀设定压力情况下的运行情况。

4 结语

盾构机推进系统与故障 篇3

LOVAT盾构机刀盘采用ABB公司ACS800 多传动变频器控制, 变频控制柜的冷却方式为液体循环冷却, 变频系统是否正常运行直接决定刀盘系统工作的稳定性。 在LOVAT盾构施工过程中, 经常出现刀盘变频系统温度过高报警而导致设备停机的现象。

1 刀盘变频柜冷却系统的工作原理

刀盘变频柜冷却系统的工作原理如图1所示。ABB变频柜冷却系统采用冷却液来冷却变频器发热模块。变频器模块工作时所产生的热量传递给冷却液, 再经由热交换器将温度传递给外循环水, 以抑制变频器工作模块的温升。

2 刀盘变频柜冷却系统故障原因分析

依据变频柜冷却系统的工作原理, 变频柜冷却系统高温报警可能由硬件和软件两方面原因造成。

2.1 硬件原因

(1) 外循环水进水温度高或者进水压力不够。

如果盾构机外循环水进水温度高或者外循环水进水压力低, 都容易造成变频器冷却系统效果差。一般行业内规定盾构外循环水进水温度不能高于28℃, 进水压力控制在4~8bar范围内较为适宜。

(2) 热交换器热传递效果差。

冷却系统长时间运行, 有可能在热交换器内部产生水垢或污物, 不及时清除就会造成热交换器部分内表面无法直接和外循环水接触, 导致变频器冷却效果差。

(3) 热交换器选型问题造成冷却效果不好。

若在热交换器原始选型过程中过于保守或选型错误, 将导致变频器冷却效果差。

(4) 变频柜内循环冷却液不充足或冷却效果差。

变频柜内循环冷却液有意外泄漏和消耗的可能性, 造成冷却液不充足, 无法充分冷却变频器模块, 影响其冷却效果。 或者, 内循环冷却液使用寿命已到, 热传递效果差。

2.2 软件原因

变频器或PLC系统内部控制参数设置不合理, 有可能造成变频器冷却系统频繁故障, 需要检查变频器及PLC系统中关于变频器温度控制相关的参数设置。

3 刀盘变频器冷却系统故障的解决措施

3.1 硬件方面

(1) 增加外循环水的冷却效果, 使外循环水进入热交换器的温度足够低。

检查发现现场外循环进水温度在35℃左右 (略高于标准值) , 进水压力为5bar。现场外循环水采用自然冷却的方式, 效果较差, 无法满足设备对外循环水的使用要求。对外循环水冷却系统进行优化, 增加支撑架、散热瀑布阶梯、风扇和喷淋管等部件, 有效地降低了外循环水的温度 (进水温度为30℃左右) , 效果较好。

(2) 拆解热交换器清理其内部杂质和水垢。

对热交换器进行拆检, 发现热交换器内部存在大量水垢和污物, 初步分析是循环水使用的水质问题造成。 经调查, 外循环水使用的是地下水且未经过软化处理, 这种水中通常含有悬浮物 (泥沙及其它污物) 以及钙、镁等重碳酸盐。 当水中的钙、镁等重碳酸盐在水温升高时易生成碳酸钙、碳酸镁等沉淀物, 即水垢。 一般水温在45℃以上就要开始形成水垢, 水温越高越易结垢。 为此, 将现场所使用的冷却水换成经过处理的软水, 并清理热交换器内部水垢和污物。

(3) 热交换器选型校验。

按照热交换器选型计算公式, 根据刀盘变频器系统的发热量、散热量、散热面积等参数进行冷却器的校验, 得出结论:热交换器选型能够满足系统使用要求。

(4) 补充冷却液或更换新的冷却液。

现场观察变频器冷却液液位正常且未达到报警值, 初步排除因冷却液不足所带来的隐患。 据了解该设备已使用近3 年, 通常冷却液一般要两年更换一次, 因此对变频器系统冷却液进行全新更换。

3.2 软件方面

ABB ACS800变频器自身带有温度保护装置, 经查阅使用手册, 该型号变频器温度保护报警值是115℃, 变频器温度保护跳闸值是125℃。在PLC系统程序中, 变频器温度保护是通过控制变频器冷却液的温度来间接实现的, 即当冷却液温度达到保护值后变频器将停止工作。变频器和冷却液温度保护逻辑关系:

(1) 当冷却液温度实测值达到设定值, 而变频器模块实测温度未达到变频器内部设定的保护值125℃, 冷却液温度保护动作, 即冷却液温度值保护超前于变频器温度保护。

(2) 当冷却液温度实测值未达到设定值, 而变频器模块实测温度达到变频器内部设定的保护值125℃, 变频器自身温度保护动作, 即冷却液温度值保护滞后于变频器温度保护。

查看PLC系统程序发现变频器冷却液温度保护设定值为42℃ (经了解该设定值现场使用时经常达到) , 当冷却液温度超过42℃则变频器就停止工作, 使其盾构的工作效率大大降低, 变频器温度保护频繁跳闸。对此进行改进:在确保变频器自身温度保护动作灵敏的前提条件下, 将变频器内循环冷却液温度保护值调高, 这样就不会造成变频柜频繁跳闸。初步调整的温度为50℃, 若此温度保护值内, 变频器温度过高, 则变频器自身温度保护将起作用, 进行变频器跳闸温度保护。

4 变频器冷却系统改进后的效果

通过对刀盘变频器冷却系统进行硬件和软件方面的改进, 刀盘变频器工作的稳定性得到了极大的提升。在盾构的掘进过程中, 外循环水系统进水温度一般能稳定在28~32℃, 变频器冷却液温度一般能控制在38℃以下 (若掘进时间过长偶尔会出现超过42℃的情况, 因参数进行了调整, 避免了变频器停止工作的风险) , 能够满足刀盘运行要求。

5 结语

一定要严把冷却水质量关, 严格控制冷却水进水温度和压力, 才能确保冷却系统正常工作。目前, 改进后的设备刀盘运行稳定, 在成都地铁四号线四标项目部创造了24h掘进25环的好成绩, 这也充分地说明刀盘变频冷却系统改进成功。

摘要：分析LOVAT盾构机刀盘变频器冷却系统频繁故障的原因, 并提出解决措施, 以确保刀盘变频系统能够长期安全稳定运行。

盾构机掘进系统的分析与研究 篇4

1 国内外研究现状

盾构机是根据隧道工程的具体情况进行设计和制造的,因此每一个盾构机都是特殊的,这决定了制造盾构机的产业链体系。不同国家的盾构机产业模式不尽相同,主要有以下三种模式:

(1)欧美模式:在欧美国家的产业链上,盾构机的设计和研发都是自发的,盾构机的部件主要是通过全球采购或与重型制造企业结盟的方式获得,装配速度很快,这样有利于保证技术服务的便捷和周到。

(2)日本模式:日本模式不同于欧美模式,由于日本企业本身都是设备系统生产能力极强的制造企业,这利于企业开发和保护先进的设备制造技术,也就是说日本企业的核心竞争力在技术而不是服务。在盾构机产业链上,日本企业的设计、制造、组装环节都已实现了自身化,同时也能够为用户提供完善的应用技术服务。

(3)中国模式:中国走在欧美国家和日本之后,也在向着设计和制造自主化、施工一体化的方向努力,目前我国已经实现了以现场施工为主导的产业链模式,由后端向前端发展,施工、反馈和提升是一个衔接不断的有序过程。

2 盾构掘进系统研究

盾构隧道施工法是一种建造掘进隧道的方法,主要工具就是掘进机,在施工过程中要防止开挖面和围岩崩塌状况的出现,对隧道进行掘进和出渣之后,安装衬砌隧道内壁和进行注浆,其原理是虫子在船上打动,首先由英国人研制,现在在地铁、水电和铁路等隧道工程中得到了广泛应用,目前,由于盾构机刀具的不同和土层的稳定性差异,盾构机有很多种分类,其中最为常用的两种盾构机类型为泥水盾构和土压盾构。

盾构掘进系统有许多机械设备构成,其中有单个的部件如刀盘、盾构千斤顶、螺旋输送机,也有小的设备系统如设备自身润滑密封系统、同步注浆系统、盾尾密封系统、管片拼装系统和开挖面土体改良装置等。其中盾构机刀盘是盾构掘进系统的核心部件,用于切削土体,直接影响盾构机的切削效果、隧道的掘进速度和整个工程的施工费用。

3 盾构机过程数值模拟

刀盘驱动扭矩是盾构选型过程中关于盾构机设计的最主要的技术参数,属于力学参数计算的范畴,地质环境、土层稳定状况、隧道挖掘状况等条件都会影响到这个参数的数值,所以对盾构机相关参数的计算是一个十分复杂的研究课题。在盾构机切刀掘进过程中,由于工作环境复杂、实验方法有限等原因得到有针对性的效益分析,可以利用非线性显示分析程序ABAQUS/Explicit,仿真模拟在隧道项目过程中用刀具对岩土进行切削的受力情况,考虑到有限元动态接触的特性,对比模拟过程中得到的切削力值和理论上的计算值,在这样有利于得出掘进系统参数,为力学参数提供可供参考的依据;在盾构刀盘掘进过程中,同样也面临复杂的应用情况,主要体现在在掘进过程中难以保证土体的稳定性、地层具有不规律的弹塑性,同时有些可利用的经验公式在实际应用中还存在前提条件的限制,可以考虑用有限单元法,通过虚拟大变形、非线性的模型得到有效地数值计算公式,以解决当前棘手的工程问题。

总的来说,通过对盾构机掘进系统的研究和分析,取得了一系列的理论成果。在盾构机的切刀切削岩土体和掘进过程中,通过对一系列的数值模拟,分别得出了切削力值与理论计算值、扭矩数值与理论数值比较接近的结果,这证明了模拟过程中仿真方法的正确性和可行性,为以后的隧道项目工程实践提供了可供参考的理论依据。同时,我们在选择土体模型和相关参数时,由于土壤的情况影响着土壤模型的构建和失效准则的选取,可以考虑将上述仿真方法应用到土体结构的模拟中,这样可以为隧道施工中的盾构机的设计和使用提供更多的可行性建议。

摘要：随着经济的不断发展和人口的剧增,当前我国城市的土地面积已经难以满足社会生产生活的需求,这使得人们将目光从地上转移到了地下,隧道工程技术由此得到了进一步的发展。近几年,隧道工程的范围扩展到了城市的公路、铁路和管线布局中,施工单位一般选择盾构机这种专用工程机械来开展隧道挖掘作业,盾构机在隧道工程中起到了重要的作用。同时,不可否认的是,在隧道工程的作业过程中,常常会遇到复杂多变的地质构造,这会加大盾构机掘进系统受力分析的难度,影响施工单位的施工进度,因此,我们有必要对盾构机掘进系统和土体结构之前的相互关系作一分析和研究。

关键词：盾构机,切削,数值模拟

参考文献

[1]吴艳华,刘德全,盛少琴等.盾构机刀具选型及布置[J].广东造船,2013,32(01):54-56,36.

[2]许洋洋,周芸梦.双护盾盾构辅助推进液压系统设计[J].电子测试,2013(18):17-18.

[3]王贯洲,洪高,石春等.盾构机液压系统的维修保养与故障分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012(24).