例析机、电、液、PLC在盾构推进系统故障排除中的综合应用

高瑞兰

（济南市技师学院，济南 250000）

盾构机综合机械、电气、液压、PLC等多个学科技术为一体的工程装备，普遍应用于地铁隧道、城市供水、过江隧道等工程项目。推进系统为盾构机提供前进动力，是盾构机多个系统中比较重要的系统。

1 盾构机推进系统

1.1 推进系统的功能和结构

盾构机推进系统为盾构机掘进提供推力，保证盾构机的正常掘进。根据其工作特点，一般采用液压形式，由液压泵、推进缸、液压阀、管路附件和控制系统等部分组成。

推进缸安装在中盾密封隔板后部，并沿中盾四周均匀分布，由液压泵提供高压油，通过各种集成阀块的控制，将整个盾构机上的推进缸均匀分组并进行控制，从而实现盾构姿态的调整、纠偏、精确控制的目的，使盾构机依照预定的轨迹前进。

1.2 推进系统的工作原理

图1为某盾构机推进缸布置，推进缸Z1～Z32，共有32个，其中，Z8、Z18、Z24、Z32是带有位移传感器的油缸，通过这四个推进缸可以在主控室中显示各自代表组的油缸行程。油缸在布置上按双缸间隔均匀布置，被分配以16个不同的编号1～16，按上下左右分为四组，A组包括圆周右方的Z2、Z3、Z4、Z5。图2详细给出了A组推进缸控制阀和2号油缸的回路，B、C、D组油缸的回路和A组相同。

盾构机在掘进过程中有两种工作模式：一种是掘进模式，另一种是管片拼装模式。在掘进模式下，通过调节电磁比例控制阀TJ100和阀TJ110输出的电信号来控制盾构机的掘进，通过阀TJ100可以控制该组油缸的流量，通过阀TJ110可以控制该组油缸的压力。在盾构机需要调节方向时，控制阀TJ110在保证该组油缸流量充足的条件下调节阀TJ100增加或减小该组油缸的液压油压力，从而实现盾构机的方向调节；在管片拼装模式下，PLC控制系统根据设定值向控制阀TJ100和阀TJ120输出电信号，通过阀TJ120增大该组油缸的流量，通过阀TJ100控制该组油缸的工作压力。拼装模式下伸油缸时三位四通换向阀阀芯在右侧实现油缸伸出，拼装模式下缩油缸时阀TJ403先打开将油缸无杆腔的高压油泄压后，阀TJ803和阀TJ145再同时动作，实现油缸的快速缩回。

图1 推进缸分布图

图2 推进系统A组原理图

1.3 推进启动条件

推进系统启动必须满足一系列条件，如图3所示。

2 某盾构机推进系统故障排查[1-3]

2.1 排除操作不当的原因

首先要排除操作原因导致故障，查看上位机有无报警记录，推进允许启动条件是否满足等，例如：辅助系统条件未满足，上位机参数设置不当，铰接位移等参数超出推进允许范围。

图3 推进启动条件

2.2 推进缸故障排查

2.2.1 具体表现

某盾构机掘进过程中，6号推进缸不能伸出，但其余推进缸都能正常调节伸出。

处理措施：根据工作原理，首先检查6号推进缸管路连接是否正常，再根据原理图判断找到相应的控制阀块，然后采用压力表对阀块进油进行压力检测，检测是否有压力存在，再采用手动方式进行换向阀换向，若油缸能动作，说明电气问题，这时需要找到电气图的相应问题。电气上主要检查电磁阀插头和相关线路是否有损坏、接触不良的现象。

2.2.2 故障排除过程

（1）机械排查。检查管路连接正常，排除机械故障。

（2）液压排查。用油压表测阀块进油压力正常，通过手动控制电磁换向阀伸出侧阀芯，6号油缸能够伸出，排除液压故障。如图4和图5所示，三位四通换向阀的TJ150电磁阀得电为6号油缸的伸出。

图4 6号油缸换向阀

（3）电气排查。通过检查电气线路，发现6号油缸伸出电磁阀指示灯没亮，图6中15-1K1不得电，证明电气线路或PLC信号有故障。经检查PLC输出模块发现Q16.0有输出，说明是电气线路出现了故障，经过仔细检查电气线路，发现输出模块9-6D2的2号端子接线松动。

图5 6号油缸伸出电气图

图6 PLC I/O口

PLC I/O口变量如图7所示，PLC对应I/O口功能如图8所示。

（4）故障排除。紧固输出模块9-6D2的2号端子接线，故障排除，具体如图9所示。

4 结语

图7 PLC I/O口变量

图8 PLC对应I/O口功能

综上所述，盾构机推进系统应用了机械、液压流体、电气、PLC等多种技术，只有掌握多种相关学科知识并综合运用，才能迅速排除盾构机故障。

图9 6号油缸数字输出模块