对土压平衡盾构机液压系统故障分析

任新功

中铁隧道局集团国际事业部 广东 广州 511458

土压平衡盾构机的液压系统在很大程度上决定设备的机械性能，将会对工程施工质量造成直接影响。在具体的建设施工中，为保障土压平衡盾构机高效运作，应重视对盾构机液压系统实施日常维护管理，及时解决液压系统中的故障问题，确保按要求完成工程施工进度，避免因延误工期造成经济损失。基于此，在日常维护土压平衡盾构的机液压系统时，应依据具体故障情况采用有效的诊断方法及处理方法，保障更好地利用土压平衡盾构机开展建设施工。

1 土压平衡盾构机液压系统的故障问题及应对策略

1.1 设备头部出现周期性下降故障

在土压平衡盾构机推进施工时，因泥土仓承受的土压力值比理论值要低，导致盾构机设备头部出现周期性下降故障问题。在实际处理故障过程中，应使土压平衡盾构机泥土仓中土压力值在理论值以上水平，全面分析施工情况、地质结构等，将发泡剂等添加剂加入在盾构机正面位置，对开挖面的土体实施有效改良[1]。在具体的推进施工时，应科学分析隧道的埋深，并仔细勘察施工位置的土层状况以及地层变形量等，合理调整液压系统中的土压力设定值等参数，加强控制盾构机的推进速度。

1.2 停止推进后泥土仓出现土压自动上升故障

土压平衡盾构机向前推进时，泡沫系统保持关闭状态，因某个进气阀出现故障问题，导致卡住阀芯。这会使进气阀仍保持开启状态，泥土仓会有外界的压力空气进入，土压平衡盾构机停止推进作业时，泥土仓就会出现土压自动上升故障。针对这一故障问题，操作人员应先将空气压缩机关掉，并把储气罐的放气阀打开，将其中的压缩空气放出去，实施卸压处理，在泥土仓土压稳定后停止操作。如果泥土仓土压出现大幅度上升，为避免发生地表面隆起的状况，应将皮带输送机、螺旋输送机进行启动，并把螺旋输送机的出土闸门打开，使螺旋输送机以较低的速度保持运转，缓慢实施出土操作，等到泥土仓土压恢复正常值。与此同时，操作人员应对泡沫系统中的空气进气阀进行仔细检查，找出卡住进气阀的原因，并进行维修处理，若进气阀严重损坏可进行更换，确保进气阀能够正常操作。此外，操作人员在停止推进土压平衡盾构机后，应尽可能在操作室内进行设备监督，及时发现并处理盾构机的异常情况[2]。

1.3 磁阀电源漏电保护器发生跳闸故障

在土压平衡盾构机的液压系统中，可利用电源对多个区域的电磁阀实施控制。电磁阀电源出现跳闸故障，通常是由于该电源下有电磁阀发生短路问题，可能因接线位置进水造成电磁阀短路。在发生电磁阀电源跳闸情况，如果不能进行合闸处理，应对电磁阀进行检查，主要是观察电磁阀有无水迹存在。操作人员若没有发现明显水迹，可沿着电磁阀找到接线端子箱，并把熔断器拨开，将区域内电磁阀电源进行断开处理，再通过反复测试确定发生故障的区域。在此基础上，操作人员应把这个区域内全部电磁阀熔断器拔下，并利用万用表对电磁阀接线电阻进行检测，若发现某一接线阻值接近零，可确定该电磁阀存在短路故障，再检查处理电源接线。

1.4 星轮转盘转动故障问题

在土压平衡盾构机推进中，液压系统压力不足无法支持施工操作，主要是因为液压泵的工作效率较低，也可能是因为单联阀损坏，还可能是由于调整溢流阀压力不足[3]。如果因液压泵效率问题，造成星轮转盘发生转动过慢的故障，能通过更换液压泵加以解决。若因其他原因导致星轮转动慢，能对溢流阀压力实施调整，也能更换单联阀进行解决。液压马达出现内部损坏故障，或者存在泄漏较大等问题，会导致液压马达效率明显降低，相应的输出功率明显减小，导致星轮转盘转动速度较慢。操作人员需要更换新马达实施处理。由于马达是由花键连接星轮转盘减速器，如果液压马达连接内部出现花键磨损严重的情况，就会无法正常进行传递扭矩，致使星轮转盘转动速度明显减慢，甚至出现不转动的情况。操作人员可更换减速器输入轴进行处理，确保星轮转盘正常转动。

1.5 履带部出现不行走故障

土压平衡盾构机的液压系统不能提供足够的压力，主要是由于液压泵效率较低或者发生损坏，也可能是因为存在双联换向阀泄漏大问题，同时溢流阀调整值小也会出现问题，操作人员可更换液压泵实施处理，也能将溢流阀调整值调大，或者通过更换双向换向阀进行处理。其次，行走马达发生故障问题，主要是因为先导管堵塞或者出现漏液问题，也可能由于马达内部出现故障。操作人员可依据具体情况通过更换新的先导管或行走液压马达进行处理。再次，液压马达存在过载问题，相应的安全阀调整压力较低，会导致发生履带不行走故障，可对过载安全阀实施重新调整[4]。第四，在土压平衡盾构机推进行走时，由于行走制动器无法完全打开，将会使行走阻力明显加大，导致出现履带部出现不行走状况。这主要是由于控制制动器的减压阀损坏，或者制动器的内部结构损坏。操作人员需要更换减压阀或制动器进行故障处理。此外，由于履带减速器内部发生驱动断裂的问题，或者行星机轴承损坏，导致履带不行走。操作人员可对行走马达进行拆卸处理，对马达运转性能进行准确判断，若马达没有损坏，则需要找出履带减速机内部故障问题。操作人员也能利用探棍进行检测，在马达运转情况下减速机内有较大且不均匀的杂音，可确定行走减速器内部发生故障问题。对此，操作人员可依据判断情况通过更换行走减速器实施处理，也可通过更换减速器的输入轴排除故障。

1.6 液压油温度过高故障

在土压平衡盾构机开展推进过程中，由于作业温度过高会降低工作性能，甚至会使液压系统发生故障问题。 因为液压油箱油量较少，液压油循环明显加快，造成油温过高。操作人员应确保加入的液压油在规定要求的油位。其次，液压油的质量不达标也会造成油温过高，由于水等杂质掺杂在液压油内，液压油性能大幅度降低，会使液压性、抗磨性明显降低，导致液压循环中油温快速升高，需要通过更换液压油[5]。由于需要利用冷却水对液压油实施降温处理，若液压油冷却器内水量较小，或者内部出现堵塞的情况，会严重阻碍进行正常降温。操作人员将水的流量调大，并保障在推进作业时保持开水状态，同时需要对冷却器进行拆卸清理，或者更换冷却器。如果油温高出适合的范围，将会对液压系统的运行造成不良影响。油温过高会使油液的粘度明显降低，承受更大的摩擦力，出现机件发热、油液泄露等情况。若油温上升到较高水平，会使一些执行元件的运行变得迟缓。若油温长时间保持较高的水平，将会在很大程度上降低液压油的使用寿命。同时，若油温处于高温状态，液压油会出现氧化的情况，逐渐形成很多沉淀物，会严重堵塞滤油器及油液，导致油压系统不能正常运行。

若溢流阀的调整值设置过高，土压平衡盾构机在推进作业时，液压工作元件需要克服比较大的负荷，相应的功率明显增加，会导致液压油温很快升高。操作人员应合理控制各溢流阀的调整值，使其压力值保持适应状态。若马达出现质量问题，会严重影响液压系统的正常运作，导致液压油循环明显加快，但功率大幅度减低，会导致液压系统运转发生异常情况，需要更换质量较好的马达设备。

1.7 液压泵异常运转故障

液压泵若发生异常运转，操作人员会听见异常声响，并且伴随发热的情况。这主要是因为吸油过滤器堵塞，或者液压泵吸油侧未做好密封处理，有空气可进入，也可能是液压泵内部损坏问题。操作人员因打开油箱取出过滤器，并进行有效的清洗处理，还应密封加固液压泵吸油侧，有效隔绝外界空气，或者可更换液压泵实施故障处理。

2 土压平衡盾构机液压系统的维护处理

2.1 制定完善的检查维修制度，及时处理液压系统的故障问题

为确保土压平衡盾构机能保持正常运作，建设施工单位应制定完善的检查维修制度，要求维修管理人员定期检查液压系统，并让他们记录相应的检查结果、故障处理情况等。维护管理人员应按照制度要求进行维修处理，有效避免再次发生故障问题，通过积累故障处理经验，能更好地指导后续维护工作的开展。维护管理人员可按照每周两次的频率，对土压平衡盾构机液压系统中的管接头有无泄漏情况等，检测液压油温是否符合规定要求。维护管理人员应及时解决故障问题，使土压平衡盾构机能正常运作[6]。此外，维护管理人员应每月定时开展液压系统大检查，如检查过滤器、液压油泵等设备的实际使用情况。

2.2 做好相应的防控措施，避免液压系统内进入杂质

在土压平衡盾构机的液压系统中，很多的设备零件比较精密，并且有较多细小缝隙。若是灰尘、水等杂质有缝隙进入液压系统，会使设备零件发生故障问题。对此，维护管理人员应做好相应的防护措施，如在拆卸液压系统中组件时，必须注意将组件避开灰尘等杂质，防止由零件的缝隙进入。在换油处理时也应注意防范杂质进入，维护管理人员应先清洗，在打开时应避免灰尘等杂质，并且在日常维护时应做好液压系统的清洁处理，使过滤器内部保持干净。

2.3 及时排出液压系统的空气，防止出现压力失衡

在平时的常温状态下，液压系统的液压油中会有少量气体进入，若液压油中压力下降，空气就会跑出来。若液压油中的压力明显增加，会使外面的气泡发生破裂，出现气蚀的问题。若有很多空气从液压油中分离出来，会使内部压力增大，导致压油的塑形增大，会对土压平衡盾构机运作效率造成影响。对此，在对土压平衡盾构机液压系统实施维护处理时，应将液压系统中的空气排出。维护管理人员应加强管控液压油的质量，确保油箱内加入符合标准的液压油，使整个液压系统更加可靠、稳定。在选择液压油时，维护管理人员应依据液压系统选择油牌号，有效避免影响液压系统运作，为后续的液压系统维护创造有利条件。

3 土压平衡盾构机的液压系统的故障诊断方法

3.1 仔细研究液压系统原理图，快速找出故障问题

维护管理人员应对液压系统原理图进行仔细研究，若盾构机液压系统发生故障，可先对液压元件的结构及性能等进行分析，并从多个方面诊断液压系统的故障问题。在对液压系统原理图有熟练掌握的情况下，维护管理人员应在较短时间内找出故障位置，并能及时修理解决故障问题。

3.2 掌握电磁铁的动作循环表，防止灰尘等杂质混入

维护管理人员应对电磁铁动作循环表有比较熟练地掌握，更快地诊断出故障所在。维护管理人员如果发现较多的液压元件，并且液压系统非常复杂，应用液压系统原理图将很难找准故障。对此，维护管理人员可利用电磁铁动作循环表找出液压系统中的故障问题，并采取针对性措施进行解决。其次，维护管理人员应检查液压系统中是否混入灰尘等杂质，主要是检查过滤器等设备，对故障问题有更加准确的诊断。由于灰尘等杂质混入后，会使液压系统零件发生故障问题，很可能导致整个液压系统处在危险状态。

3.3 科学应用诊断故障方法，提高故障检查的准确性

维护管理人员可使用试验法来诊断液压系统中的故障，其中试验法有比较法、排除法等多种方法，应选择适合的方法诊断系统故障。维护管理人员若采取目测法进行检验，应严格按照现场相关检测要求，全面检验液压系统中设备的封闭情况，准确掌握液压系统出现的故障问题。若设备发生不同故障问题会有对应的噪音产生，维护管理人员可采用耳听法进行检验，需要认真聆听液压系统运行过程中发出的声音，对发生故障问题的部位、具体原因等进行准确判断。维护管理人员可能采用触摸法进行检验，感受设备在运行中的震动情况、温度变化等，掌握设备存在的故障问题。对于比较法，维护管理人员在检查一些可替换的零件时，若发现故障问题可进行替换处理。如果在替换的零件后，原故障仍然存在，这个零件并没有发生故障，需要检查其他零件点。如果液压系统故障消失，这个零件存在故障的零件。比较法只能用于较小范围的故障诊断。对于排除法，维护管理人员能对系统故障相关的零件实施全面检验，有效缩小发生故障的范围，并将故障点确定下来，再采取措施解决故障，能快速检查出系统故障。对于综合诊断法，维护管理人员应巧妙结合比较法和排除法，在较短时间内精准找出故障位置。通常比较复杂的液压系统有较强的适用性。此外，可利用PLC监控实时监控土压平衡盾构机的液压系统状态，当前土压平衡盾构机中利用可编程控制器作为控制系统，并且由PLC控制电磁阀的开关。可利用电脑与PLC连接，监控液压系统的状态，准确找出故障位置。

4 总结

综上，在土压平衡盾构机推进施工过程中，其液压系统可能发生多种故障问题，会严重影响盾构机正常作业。对此，维护管理人员应认真细致地完成设备零件的维修保养操作，仔细研究液压系统原理图，并掌握电磁铁的动作循环表，合理应用故障诊断方法，及时处理磨损的设备零部件，及时发现并有效处理故障问题，保障土压平衡盾构机正常运作。