分析盾构机推进系统与故障

张喜朋

摘要：结合自身工作经验，针对盾构机推进系统进行阐述，分析了系统中的故障及排除，望同行参考指正。

关键词：盾构机；推进系统；故障

1 盾构机推进系统

1.1 盾构机推进系统构成

由于盾构机在掘进的过程中，会遇到土层、岩石的阻挡，导致其整体受到的地表阻力不均匀，容易出现方向的偏差；此外，其设计线路往往需要转弯、扭曲，若只依靠单纯的液压缸动力，则难以实现。因此要依靠推进系统调节液压缸来调整盾构机姿态。

每个盾构机中都含有许多个液压缸，若是根据盾构机的直径、工作需求，将不同的液压缸进行单独设计，则会耗费大量的人力与物力，且不能很好地满足工作要求。因此，在设计液压缸时，往往采用分组编制的方式，通过对不同的组别油缸进行控制，实现盾构机姿态调整。本推进液压系统参照海瑞克S222，如图1：

忽略该盾构机的直径，其液压推进系统中一共有22个液压缸，在其基础上将其分类，分为4 个组成部分。而每一个组成部分中的液压缸数量相同，将该4 个组成部分命名为A、B、C 和D， B组即最下部分的液压缸数量最多，其液压缸数量分布的不同主要是依据盾构推进系统工作要求来决定的，在工作时，不同组成部分所受到的阻力不同，其最下部分受到的阻力最大，因此所需要的液压缸的数量最多。这也是所有盾构机推进系统设计的基本原理。

在该推进系统中，高压油由液压泵提供，由组成阀来完成转向的目的，该组成阀由4 个插装阀和2 个2 位4 通电磁阀结合构成。在此基础上，液压油分为4 条不同的路径，分别进入到推进系统的4 个组成部分，进入后通过减压阀调整其压力，实现工作过程中所需要的压力与动力，在从各自的路径流出，通过一个组合阀（由1 个插装阀和1个2 位3 通电磁阀构成），在這个过程中，实现对液压缸的控制。

1.2 盾构机推进系统运转的条件

盾构机推进系统要进行正常的运转，需要满足许多条件。

（1）确保推进系统推进泵正确启动与运行；

（2）高压电缆的限位正确，没有出现偏差；

（3）推进系统4 个组成部分的油缸正常运转；

（4）水管卷筒的限位正确，没有出现偏差；

（5）推进系统的刀盘的转速需要大于0；

（6）刀盘液压系统的最大压力必须小于预设值；

（7）后配套油缸的液压油压力小于预设的数值。

2 盾构机推进系统故障

盾构机推进系统出现故障主要有两种情况。

2.1 故障一

当盾构机准备工作时，推进油泵运行正常，准备推进，但是在调节油缸组压力的时候发现油压一直低于启动压力（即大约14bar），导致了油缸压力不够，无法工作。

根据盾构机运行的条件可知， 当盾构机无法实现正常工作时，一定是其中的某个条件未能实现。因此，通过对不同条件要求的分析排除故障产生的原因。首先，从前两项条件做起，发现没有异常，再将推进系统改变为管片拼装的模式，发现其油压正常，液压缸运作正常，则可以推定其管片拼装模式中，其工作运行正常。

再到下一个模式，掘进模式，在这个模式中，主要检查工作压力控制阀的电信号是否正常显示， 以及油缸组流量控制阀运行是否正确。若二者都显示正常，则进一步检查推进系统的细小参数值。

最后看主控室显示屏所显示的盾构机的掘进压力，其压力数值为400bar，为正常数值，这个数值是从油泵的压力传感器向PLC 所传送的信号。通过这个数值表明，其电磁阀没有问题，发现是电信号中断，因此要从电信号中断的原因着手。

故障产生原因及排除

通过盾构机上PLC 程序对盾构机推进系统的分析，可以了解到油泵的压力传感器是如何控制盾构机的工作。

盾构机4 组不同的油缸压力调节按钮在通过对PLC 的输入值进行处理，分别加上25bar 即可作为不同组的油缸的压力控制值，设为a，通过该数值来控制不同油缸的压力控制阀，在此基础上，不同组别的油缸的压力传感器数值的最大值分别加上20bra，设为b，将其余压力传感器的数值保持在一定幅度内的动态地相应与平衡，从而来调节油泵压力控制阀，实现对不同组别推进油缸压力值的控制，从而控制盾构机的运作。

简而言之，即增大A 组（1 组）的油缸的压力控制阀的数值，则其压力传感器则会变小，在这样的情况下，油缸组压力的最大数值b 又要与压力传感器的数值保持动态的平衡， 因此PLC 必须要对压力控制阀进行调节，保持b 与压力传感器数值的平衡。

而在该故障产生的情况下，压力传感器损坏，因此无法实现与压力传感器的平衡， 因此在对压力控制阀输送电信号的时候发生错误，导致液压缸无法正常运转。解决的方法就是更换压力传感器，则能使得盾构机推进系统正常运转。

2.2 故障二

盾构机推进系统还容易出现的另一种故障是在管片拼装模式下发生的，当在对推进系统进行试验时，设定由单个油缸进行推进伸缩时，出现了多个油缸的同时伸缩。

根据推进系统的工作原理，控制推进油缸的伸缩主要是通过推进油缸自身实现的，因此其故障产生原因，主要是推进油缸自身的缺陷。

当伸出油缸在运行的过程中，若前方出现了障碍物，油缸的推进压力较小，无法正常伸缩时，则说明油缸的液压油压力不足，导致了其不能正常的伸缩。要判断是否是这个原因，通过检查推进主阀是否正常运转来实现。当推进主阀在正常运转时，油缸伸出的时候，其有杆腔和无杆腔都满足一定的油压，在此基础上，不同腔承受压力的面积不同，共同推动油缸伸出。因此，若单向阀产生问题，导致油缸的回油过程中，其过滤器产生阻力，则会出现故障。只需要将其过滤器更换，即可消除故障。故障产生原因及排除由上可知，若盾构机停止工作的时间较长，容易导致其单向阀发生生锈的情况，直接导致了单向阀失去工作效力，同时，若工作人员对于回油过程中的过滤器没有进行良好的控制，导致过滤前后油压不同，存在一定的差额，则会导致油缸不当地伸出。

因此排除故障只需要更新过滤器， 避免过滤前后所产生的压力，则可使得推进系统正常工作。

参考文献

[1]王国义.盾构机推进系统及故障排除[J].山西建筑，2012（23）.

[2]于睿坤.盾构机推进系统分析与建模[J].山西建筑，2011（01）.