盾構液壓油乳化問題診斷及處理

陳宏明/CHEN Hong-ming（中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 410700）

盾構液壓油乳化問題診斷及處理

陳宏明/CHEN Hong-ming
（中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 410700）

[摘 要]盾構的執行機構大多由液壓系統驅動，其工作可靠性和壽命與液壓油的運行狀況有密切的關系。本文闡述了盾構液壓系統油液乳化的主要途徑，并針對某臺盾構施工過程中油液乳化原因進行了分析判斷，提出了現場施工過程中防止油液乳化的注意事項，并提出了在線檢測水分的設計理念以應對液壓油乳化的解決方案。

[關鍵詞]盾構；液壓系統；油液乳化

盾構作為地下工程大型施工機械，其執行機構大多由液壓系統驅動。盾構工作的可靠性與液壓油的運行狀態有非常密切的關系。實際使用中，由于施工環境惡劣、人為操作失誤等原因，油液乳化多有發生，由于沒有針對性的在線檢測設備，油液嚴重乳化后才被發現，現場只能更換全部液壓油以解決問題。因此，對盾構液壓油乳化現象產生的途徑進行分析判斷，可以有效防止液壓油乳化。

1 盾構液壓油乳化的主要途徑

盾構液壓系統主要由刀盤驅動、推進、管片拼裝機及冷卻循環系統組成，在整個液壓系統中液壓油與水有密切接觸的部位主要有：①推進鉸接液壓系統：由于盾構下部的推進油缸及鉸接油缸在施工過程中經常被盾構底部的污水埋沒，因此在油缸伸縮過程中容易將水分帶入液壓系統；②冷卻循環系統：該系統設計有油水冷卻器，現場發生過由于嚴重結垢，冷卻器換熱板片密封損壞，造成水分進入液壓系統；③油箱上部設有呼吸器，當呼吸器中的干燥器失效后，空氣中的水分容易形成冷凝水進入液壓系統?，F場操作人員只要注意到以上問題，就可以有效防止盾構常規的液壓油乳化問題。

2 現場故障排查

某工地盾構施工過程中，油箱液位指示窗口異常，取樣發現液壓油嚴重乳化。根據以往盾構液壓油乳化的案例，首先懷疑冷卻器出現問題，水分進入液壓系統造成液壓油乳化，但經現場更換新的冷卻器后乳化現象并沒有得到遏制，并對舊的冷卻器做保壓實驗，確定冷卻器不存在問題，因此排除冷卻器所造成液壓油進水的可能。其次，懷疑空氣中的冷凝水通過呼吸器進入液壓油箱，現場檢查呼吸器正常，可以排除呼吸器進水的可能。最后發現盾構底部積水較多，懷疑推進或鉸接油缸密封損壞，造成水分進入系統，經現場檢測，油缸并無異常。

經現場查看發現，刀盤驅動系統的一個馬達并沒有正常連入液壓系統，而是馬達的A、B口都連接有一段軟管，軟管自然垂下，端部浸在盾構底部的積水中；提起軟管發現端部是用堵板封堵住的，馬達上的卸油口用鋼堵已堵住，只有一根高低速控制油管連接至高低速控制閥。經現場了解，由于這個馬達上部閥塊被撞壞，故這樣處理。拆解馬達高低速切換控制閥組，發現在閥板貼合處有水跡存在。初步判斷導致油液乳化的水分是從此處進入系統的。

3 故障原因分析

盾構刀盤驅動系統是一個閉式系統，馬達帶動減速機組成一個驅動組，多個驅動組并聯共同驅動大齒圈，帶動刀盤旋轉。馬達AB口與泵相連，馬達有兩檔排量，通過高低速切換控制閥組供給控制油進行切換。在高低速切換控制閥組未得電時，馬達控制口X通過油路與主系統油箱相連。系統原理如圖1所示。

圖1　 刀盤驅動原理圖

現場損壞的馬達通過減速機與齒輪系相連，在刀盤轉動時，所有減速機同步旋轉，損壞的馬達在減速機帶動下被動旋轉。由于馬達為容積式柱塞泵，在被動旋轉時，A口會產生吸力，造成一定負壓，此負壓通過連接的油管，作用到浸泡在盾構底部水中的堵板處。當堵板的密封不能承受此負壓時，水就會通過A口的管路進到馬達里，再通過B口的管路排到盾構底部，形成一個新的以水為介質的循環，如圖2所示。

圖2　 水循環原理圖

雖然新的循環以水為介質，但損壞的馬達只有一根高低速切換控制管與盾構的液壓系統相連，控制管路為馬達提供變量的控制壓力。刀盤驅動馬達使用的是力士樂軸向柱塞馬達，具體型號為：A6VM500HA1T，從廠家提供的原理圖3及內部結構圖4中，都可以發現控制油與馬達的高壓口中間是有密封的，從原理上來說，馬達AB口進的水分不會進入到控制X口。

圖3　 馬達控制原理圖

圖4　 馬達結構剖面圖

因此需要進一步查明水從馬達進入控制管路的機理。

查看力士樂的英文樣本，在HD控制方式的注意事項里有這樣的說明，如果工作壓力大于控制油壓力，會有0.3L/min的油液內泄到控制口，進而通過回油管回到油箱。在盾構掘進過程中，刀盤驅動馬達工作壓力始終大于控制壓力，因此通過計算可以得出，通過內泄進入到液壓系統的水分流量在10L/h左右，這么大量的水分進入液壓系統，在很短時間內液壓油就出現乳化現象。

4 故障排除

經過原理分析和現場查看，液壓油乳化故障原因是馬達損壞后油口與盾構底部的積水聯通，水分進入馬達后通過控制管路進到油箱，造成液壓油乳化。馬達在長時間負壓水介質情況下工作，可以確定其內部元件已有損壞，需要將馬達拆除后返廠維修。現場通過離心機除去液壓油中的水分后，經檢測，油液可以繼續使用。

后續對該臺盾構液壓油使用情況進行持續性跟蹤調查一個月時間，未發現液壓油乳化現象，可以確認故障已排除。

5 結 論

盾構液壓系統既有開式系統，又有閉式系統，控制原理復雜，由于使用同一個油箱，因此系統任何一處與水分接觸，都會造成所有液壓系統乳化。現場排除故障需要對系統控制原理特別熟悉，而且對現場工況非常了解的工程師，才能在盡可能短的時間內找到問題根源進而解決問題。同時現場人員應重視系統培訓，能夠正確處理現場異常狀況，不得對系統隨意更改，這樣才能減少系統故障發生率，提高液壓系統的壽命。

[參考文獻]

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（編輯 張海霞）

［中圖分類號］TU671

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366（2015）02-0072-03

［收稿日期］2014-12-29

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