地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測

摘要：近年來，盾構(gòu)機在全球范圍內(nèi)修建隧道工程中得到廣泛推廣，因此關(guān)于盾構(gòu)機的研究越來越得到關(guān)注，且以對盾構(gòu)機關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷為主要的研究方向。文章通過分析地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測的意義，闡述了地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測關(guān)鍵技術(shù)，對地鐵盾構(gòu)設(shè)備常見故障與檢測案例展開了探討。

關(guān)鍵詞：地鐵建設(shè)；盾構(gòu)設(shè)備；狀態(tài)故障；故障檢測；隧道工程 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U451 文章編號：1009-2374（2016）25-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.053

伴隨社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市進程化發(fā)展逐步深入，盾構(gòu)機在城市發(fā)展建設(shè)中應(yīng)用愈加頻繁，盾構(gòu)機施工期間的故障問題應(yīng)予以足夠的重視。為了減少盾構(gòu)機故障，促進盾構(gòu)機的有序運行，務(wù)必要開展好盾構(gòu)機的維護與保養(yǎng)工作。由此可見，對地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測開展研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測的意義

伴隨我國地鐵事業(yè)的蓬勃發(fā)展，就地鐵建設(shè)相關(guān)的設(shè)備盾構(gòu)挖掘機而言，越來越受到我國盾構(gòu)專家、學(xué)者們的熱點關(guān)注，同時也收獲了一定研究成果，就好比已經(jīng)投入應(yīng)用的地鐵隧道施工中盾構(gòu)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，尤其是基于信息技術(shù)開展施工工藝設(shè)計，能夠極大水平地改善地鐵建設(shè)的信息化水平。由于盾構(gòu)機是一種集機、電、液為一體的大型設(shè)備，有著較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，再加上地鐵施工現(xiàn)場環(huán)境不佳，由此提升了設(shè)備故障的引發(fā)率，不僅提升了施工成本，還對施工效率構(gòu)成了不良影響，因此對盾構(gòu)機在運行過程中進行狀態(tài)與故障檢測就顯得極其關(guān)鍵。對盾構(gòu)機開展?fàn)顟B(tài)與故障檢測，就是要在對盾構(gòu)機實行實時監(jiān)測的前提下，利用人們長期積累的經(jīng)驗，并且充分地運用人工智能技術(shù)較準(zhǔn)確地判斷出設(shè)備的運行狀況、劣化趨勢以及對設(shè)備故障做到提前預(yù)測和故障發(fā)生后的快速診斷。

2 地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測關(guān)鍵技術(shù)

盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障檢測是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，鑒于此，對故障檢測系統(tǒng)提出了相對嚴(yán)苛的要求。要想實現(xiàn)對盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障予以有效檢測，在對盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障進行檢測期間，設(shè)備檢測人員應(yīng)當(dāng)對對應(yīng)檢測技術(shù)形成一個明確的認(rèn)識，唯有如此，方可迅速有效地實現(xiàn)對盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障的檢測。地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測關(guān)鍵技術(shù)，具體而言：

2.1 建立知識庫

就地鐵盾構(gòu)設(shè)備故障檢測系統(tǒng)而言，可算得上是一個知識獲取且對知識開展運用推理的步驟，鑒于此，建立知識庫在盾構(gòu)設(shè)備故障檢測過程中扮演著十分重要的角色，務(wù)必要為設(shè)備故障診斷系統(tǒng)建立起一個知識充沛的知識庫，進一步在對設(shè)備開展故障檢測期間，方可明確選取何種適用的方法實現(xiàn)對故障設(shè)備的有效檢測。為了開展好知識獲取、知識庫充實工作，設(shè)備檢測人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，即便設(shè)備檢測效率受知識獲取量很大程度影響，然而就部分相對復(fù)雜、多樣的知識而言，檢測人員應(yīng)當(dāng)要結(jié)合實際情況，懂得取舍；在設(shè)備檢測期間，務(wù)必要選取盡可能適用的檢測方法對地鐵盾構(gòu)設(shè)備故障開展檢測處理，進而有效實現(xiàn)檢測的目的。

2.2 設(shè)計推理機

推理機是地鐵盾構(gòu)設(shè)備故障檢測系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其主要作用于對全面系統(tǒng)開展協(xié)調(diào)控制，結(jié)合盾構(gòu)設(shè)備引發(fā)故障的實際表現(xiàn)及用戶對應(yīng)輸入的數(shù)據(jù)，進一步清楚應(yīng)當(dāng)選取知識庫中何種適用的知識，再結(jié)合設(shè)備故障實際情況開展系統(tǒng)初步分析評估，然后開展推理，直至得出設(shè)備引發(fā)故障的真實原因，實現(xiàn)故障檢測的目的。

介于地鐵盾構(gòu)設(shè)備故障受一系列因素影響，同時故障表現(xiàn)與原因相互有著難以確定的聯(lián)系，鑒于此，在設(shè)備推理機過程中應(yīng)當(dāng)對此類因素開展有效權(quán)衡，要想迅速有效對設(shè)備故障原因予以明確，就應(yīng)當(dāng)制定盡可能適用的匹配沖突消解對策，以明確每一規(guī)則相互所產(chǎn)生的匹配優(yōu)先權(quán)，保證對地鐵盾構(gòu)設(shè)備故障檢測結(jié)果的針

對性。

2.3 基于實時參數(shù)

以實時參數(shù)為基礎(chǔ)的地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測，是借助不同傳感器開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)控來實現(xiàn)的，傳感器集成融合在現(xiàn)如今人們開展區(qū)域感知中發(fā)揮著極為重要的作用。在對地鐵盾構(gòu)設(shè)備開展故障檢測期間，可依據(jù)傳感器的特征，以對多源實時信息開展搜集，進一步構(gòu)建起一套實時診斷推理體系，在對地鐵盾構(gòu)設(shè)備開展實時參數(shù)檢測的過程中，只要在實時模擬量、開關(guān)量存在異常狀況，在線檢測系統(tǒng)便會將此類異常信號呈現(xiàn)在檢測人員面前，由此檢測人員便可檢測此部分異常信號傳輸至推理機開展推理。倘若能夠獲取最終故障原因，則經(jīng)由接口返回至檢測人員，并提供相關(guān)應(yīng)對方案，且依據(jù)推理路徑給予恰當(dāng)?shù)耐评矸治觥Ｈ绻惓Ｐ盘柌⒎亲罱K故障原因，那么系統(tǒng)可轉(zhuǎn)至為綜合隸屬度為基礎(chǔ)的模糊推理體系開展推理檢測，通過兩者之間的配合促進最終故障源的獲取，有效地促進地鐵盾構(gòu)設(shè)備的安全有序

運行。

3 地鐵盾構(gòu)設(shè)備常見故障與檢測案例

在盾構(gòu)設(shè)備結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)結(jié)構(gòu)均選取的是液壓驅(qū)動，換言之，液壓系統(tǒng)是盾構(gòu)設(shè)備中極其重要的一部分。就一個完整的液壓系統(tǒng)而言，組成成分有液壓泵、控制元件、動力元件以及執(zhí)行元件等。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，可算得上是盾構(gòu)系統(tǒng)的心臟。因此，倘若液壓系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，會對盾構(gòu)設(shè)備運行構(gòu)成不良影響，所以開展好盾構(gòu)設(shè)備液壓系統(tǒng)狀態(tài)故障檢測有著十分重要的意義。

3.1 液壓泵故障機理

液壓系統(tǒng)通過液壓泵獲取動力，本文以三菱盾構(gòu)機開展案例分析，其使用的為斜盤式軸向柱塞泵。該結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，運行期間會形成不同激勵力形式，此部分激勵力會產(chǎn)生振源。此類振源分別有：（1）軸承運動沖擊；（2）缸體與配油盤相互接觸面的摩擦；（3）由于活塞的往復(fù)運動將流體作為介質(zhì)于配油盤上的沖擊；（4）活塞、滑靴對回程盤的沖擊；（5）滑靴對斜盤的沖擊；（6）滑靴與斜盤接觸面的摩擦。

此類振源對應(yīng)含有的信息會經(jīng)由柱塞泵介質(zhì)朝外傳輸，其多以三種方式開展傳輸：（1）將金屬元件用以介質(zhì)，朝機座、殼體傳輸，產(chǎn)生機座、殼體異常振動；（2）將流體用以介質(zhì)，朝壓力油路中傳輸壓力，產(chǎn)生油路系統(tǒng)的壓力振擺、沖擊；（3）將氣體用以介質(zhì)，朝空氣中傳輸震動，形成噪音。

3.2 液壓回路的故障機理

就三菱盾構(gòu)設(shè)備液壓系統(tǒng)而言，組成成分有液壓泵、控制元件、執(zhí)行元件、液壓油等。作為一個封閉的閉環(huán)回路，液壓系統(tǒng)較常出現(xiàn)的故障有：（1）壓力異常導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障，壓力值不穩(wěn)定，系統(tǒng)壓力植失控或者系統(tǒng)失壓；（2）油液清潔度不達(dá)標(biāo)或者油溫不正常導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障；（3）受液壓油缸運行異常影響，使得執(zhí)行元件異常，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障；（4）液壓系統(tǒng)外泄漏或者內(nèi)泄漏導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障。

3.3 液壓系統(tǒng)的狀態(tài)檢測與故障診斷

盾構(gòu)機液壓系統(tǒng)相對龐大，同時控制著很多的油路，因此要采取不同的檢測方法：（1）液壓泵振動檢測，液壓泵作為液壓系統(tǒng)的核心部件，在實踐應(yīng)用期間，引發(fā)故障的概率是液壓系統(tǒng)中相對較高的，因此液壓系統(tǒng)工作水平受液壓泵工作狀態(tài)良好與否很大程度影響，對液壓泵采取的檢測手段包括壓力檢測、振動檢測、油液檢測以及噪聲檢測等。通常情況下，常規(guī)的軸向柱塞泵能量多集中于基頻、高倍頻部位且差異性不大，一旦軸向柱塞泵引發(fā)故障，基頻部位能量相對集中。于時域統(tǒng)計表中可就對應(yīng)每項時域指標(biāo)開展檢測，觀察其維持正常水平與否，如果每項時域指標(biāo)處于正常水平，同時在頻譜圖中沒有出現(xiàn)異常，則表示液壓泵運行狀況良好；（2）液壓系統(tǒng)油液檢測。液壓系統(tǒng)油液檢測分別有光譜檢測、鐵譜檢測及理化性能指標(biāo)檢測等。其中光譜檢測所檢測的內(nèi)容為油液中銅、鐵、鋅等元素含量；鐵譜檢測可分成分析式鐵譜、直讀式鐵譜；理化性能指標(biāo)檢測所檢測的內(nèi)容為水分、運動黏度計污染度等。每一項指標(biāo)常規(guī)標(biāo)志逐一為：水分小于0.1%；運動黏度45.4cSt/40℃；污染度滿足ISO440618/15級規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。對液壓系統(tǒng)油液檢可選取油液三線值檢測法，即基于油液的警告線、報警線及正常線的水平，經(jīng)由計算機分析后獲取對應(yīng)油液檢測的擬合線，經(jīng)由評定擬合線的部位進一步對設(shè)備運行狀況開展評定。

4 結(jié)語

總而言之，地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測工作開展完善與否，直接關(guān)乎地鐵能否安全可靠地運行。鑒于此，相關(guān)人員務(wù)必要清楚認(rèn)識地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測的意義，全面分析地鐵盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)故障與檢測關(guān)鍵技術(shù)，不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗，積極促進地鐵盾構(gòu)設(shè)備的安全有序運行。

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作者簡介：袁靖乙（1983-），男，河南漯河人，中鐵十一局集團設(shè)備物資部工程師，研究方向：地鐵盾構(gòu)施工。

（責(zé)任編輯：小 燕）