盾构螺旋输送机旋转异常的分析处理

赵康峰/ZHAO Kang-feng

（ 中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016）

盾构因其高效、便捷、安全的优势使其在地铁施工中应用的越来越广泛。螺旋输送机作为盾构的重要组成部分，承载着盾构出渣、保证土仓压力平衡、防喷涌等重要功能，由于螺旋输送机液压系统元件众多，螺旋输送机在使用过程中难免会出现一些问题。本文将针对一个典型案例对螺旋输送机液压控制系统进行详细分析。

1 案例分析

2017年初，厦门某地铁施工现场，工作人员反映，在各个电气元器件运行正常的情况下，螺旋输送机只有正转，没有反转，根据现场反馈的情况，初步判断是液压系统的异常导致了这种现象的产生。

1.1 盾构螺旋输送机液压控制原理分析

盾构结构简图如图1所示，盾构螺旋输送机液压驱动系统采用斜盘轴向柱塞闭式变量泵加斜盘式轴向柱塞闭式马达的闭式液压驱动系统。螺旋送机速度分为高低两档，高低速切换主要通过螺旋输送机高低速控制电磁阀的动作实现，同时螺旋输送机转速可以在0～22转之间无级调节，螺旋输送机液压系统中通过闭式变量柱塞泵和变量马达的变量匹配调节来实现螺旋输送机的无级调速。螺旋输送机泵排量的大小受制于先导控制压力，先导控制压力主要来源于螺旋输送机恒功率控制阀组上的比例溢流阀，通过控制比例溢流阀的输入电流控制比例溢流阀输出压力，比例溢流阀的输出压力与螺旋输送机泵斜盘摆角大小成比例关系，螺旋输送机泵斜盘摆角的大小决定了螺旋输送机泵输出流量，进而影响螺旋输送机转速。螺旋输送机正反转主要是通过控制斜盘式轴向柱塞泵斜盘摆动的方向来实现，螺旋输送机泵斜盘摆动的方向由电磁阀控制。

图1 盾构简图

1.2 螺旋输送机反转异常原因假设

根据螺旋输送机的液压控制原理和工作流程（图2、图3），判断出螺旋输送机没有反转是因为反转时螺旋输送机泵斜盘没有变换方向，产生这种情况的原因可能有：①螺旋输送机反转时反转控制电磁阀没有得电，反转控制X2口没有压力油通过；②螺旋输送机反转时比例溢流阀没有输入电流，导致溢流阀没有压力输出，由于压力过低斜盘没有变换方向；③螺旋输送机反转时先到控制孔X2处的阻尼孔堵塞，压力油没有到达螺旋输送机摆角控制伺服滑阀的控制腔，导致斜盘没有变换方向，螺旋输送机没有反转。

2 问题处理与分析

2.1 采用排除法对问题进行排除

根据以上分析，我们对螺旋输送机没有反转原因进行了排查。

启动螺旋机泵，待机状态下螺旋输送机A口压力为35bar，B口压力只有不到15bar，AB口压力差相差比较大，由于该现象对螺旋输送机正反转没有直接影响，所以暂且搁置，没有分析。

先试了一下正转，动作正常，空载时A口压力约为60bar，根据经验，螺旋输送机空转旋转压力在60bar左右，可以判断出空转时螺旋输送机负载正常，没有机械干涉；调节螺旋输送机转速旋钮，螺旋输送机转速平稳且速度可控，正转正常，通过这种现象可以分析出电气以及控制阀组性能稳定，无异常；观察螺旋输送机反转电磁阀，得电正常，原因1中提到的反转电磁阀不得电可以排除；然后旋转螺旋输送机转速控制电位计，观察螺旋输送机泵先导控制X2口，发现X2的压力根据转速电位计输出量变化，且能达到最大压力，由此可以排除原因2中提到的比例阀输出异常这个情况。

通过现场的现象分析，产生螺旋输送机反转没有转速这一现象最有可能是螺旋输送机泵先导控制X2口的阻尼孔堵塞，基于这种判断，我们拆卸了X2口带有阻尼孔的阀块，并用高压空气对阻尼孔进行了吹洗，确定清洗干净后，又重新装好并连接管路，再次启动螺旋输送机泵，打到反转，调节转速控制电位计旋钮，螺旋输送机泵仍然没有旋转。3种可能全部被排除。

图2 螺旋输送机液压系统原理图

图3 螺旋输送机旋转工作流程图

2.2 转换思路分析问题

以上3种假设原因全部排除后，再次对问题可能产生的原因进行了梳理，联想到螺旋输送机待机状态下，AB口压差相差较大这个现象，分析螺旋输送机没有反转可能是由于螺旋输送机泵本身的问题产生的。

螺旋输送机泵采用力士乐A4VSG500HD1/30R轴向柱塞闭式变量泵，螺旋输送机泵液压原理图和泵工作流程如图4、图5所示，螺旋输送机泵启动时斜盘摆角处于中位，在没有控制压力的情况下，泵没有压力油输出，同时闭式泵由于AB口通过负载后联通，为了散热，泵本身集成有热油阀，系统运行时产生的部分热油通过换油阀流回油箱，流回油箱的油需要通过补油泵来补充，补油泵补充的油来自油箱冷却后的油，通过这种方式完成闭式泵的散热；当控制口X1或者X2口有压力油时，伺服滑阀动作，启动之初螺旋输送机泵没有输出压力，引发变量活塞动作的压力油需要补油泵提供，补油泵的压力油通过伺服滑阀到达螺旋输送机摆角变量缸的控制腔，驱动变量缸动作，同时变量缸与螺旋输送机斜盘通过机械结构连接，变量缸动作带动斜盘摆动，而后螺旋输送机泵有流量输出，系统压力建立。伺服滑阀在控制腔装有弹簧，来自X1或者X2口的压力油推动伺服滑阀动作的同时挤压弹簧，直至弹簧压力与控制油压力平衡后，伺服滑阀回到中位，变量缸停止动作并稳定在固定位置，斜盘摆角稳定在某一角度，泵输出恒定流量。

图4 螺旋输送机泵液压原理图

图5 螺旋输送机泵工作流程图

通过分析得知伺服滑阀在泵流量产生过程中起到非常大的作用，螺旋输送机空转时AB口较大的压力差是由于初始状态下螺旋输送机泵伺服滑阀两端的弹簧压力不对等引起的，由于伺服滑阀两端弹簧压力不对等，滑阀阀芯在螺旋输送机泵空转时没有处于中位，在没有控制压力的情况下，螺旋输送机泵有个很小的摆角，泵A口输出了压力油，但是流量很小，由于泵本身有泄露，流量很小的情况还没有产生足够大的压力，此时螺旋输送机仍不至于旋转，泵空转时AB口有较大压差得到解释。同时反转时控制X2口处虽然有压力油，但是压力油的压力还不足以推动伺服滑阀动作，所以泵摆角没有变化，B口没有压力油输出，螺旋输送机不旋转。

2.3 解决问题

基于以上分析我们把B口伺服滑阀的弹簧压力进行了调节，再次启动螺旋输送机泵，AB口压力均为30bar左右，两者相差不大。反转螺旋输送机，动作正常，空载压力60bar左右，速度也可以调节，问题得到解决。

后续我们对该项目螺旋输送机的使用情况进行了跟踪，自问题处理之后螺旋输送机再没有出现过反转异常的情况。

3 结 语

本文针对螺旋输送机反转异常的现象对盾构螺旋输送液压系统工作原理进行了分析，列举了盾构螺旋输送机在使用过程中出现问题的可能原因以及排查方法，为盾构螺旋输送机类似问题的分析与处理提供了依据。