盾構機關鍵設備狀態監測與故障診斷研究

花 巖（中鐵工程裝備集團有限公司，鄭州 450016）

盾構機關鍵設備狀態監測與故障診斷研究

花 巖
（中鐵工程裝備集團有限公司，鄭州 450016）

隨著我國經濟的飛速發展，我國鐵路、城市地鐵以及水利工程等項目也變的更加多，因此，隧道施工變的更加重要，而盾構法施工安全、效率高、環保，因此盾構法施工越來越受到隧道施工行業的青睞。本文對于盾構機關鍵設備的監測與故障診斷進行簡單的分析。

盾構機；關鍵設備；狀態監測；故障診斷

1　盾構機狀態監測及故障診斷的作用

隨著近些年來我國經濟的迅速發展，人們收入的普遍提高，交通壓力也變的越來越大，各種各樣的隧道的需求量也變的更加巨大，相比于其他的器械來說，使用盾構機施工安全系數高、施工效率高、具有很高的連續性，成為我國隧道項目施工的首選。

盾構機是一個非常龐大、結構非常復雜的設備，是由許許多多的部件組合而成，各個部件之間的關聯性非常強，任何一個部件出現故障，都有可能導致整個盾構機故障停機，若是在施工過程中出現重大故障問題，很有可能造成工程的前功盡棄甚至是人員的傷亡。因此，對于盾構機關鍵設備的狀態監測以及故障診斷就變的格外重要，對于盾構機故障診斷的研究足夠深入，可以及時的發現盾構機發生的故障并進行診斷修復，能夠減少盾構機停機修復的次數，降低施工成本，提高隧道工程的施工效率并增加施工過程中的安全性。

2　盾構機采用的診斷技術分類簡介

（1）感官檢查診斷技術：利用操作或維修人員的視、聽、觸、嗅覺，觀測盾構機設備或部件的運動情況，主控室的運轉參數如電流、溫度、壓力、流量、速度等，檢查機件的異響、異味、發熱、裂紋、銹蝕、損傷、松動、油液色澤、油管滴漏等，初步判斷部件的工作狀態。

（2）溫度監測技術：溫度的變化與被監測設備的性能和工況有密切的關系。盾構機的溫度監測技術分接觸和非接觸式測溫兩種方法。接觸式測溫主要是采用熱電偶測溫，在盾構主軸承潤滑系統、液壓系統的各個泵站等分別布置了溫度傳感器，對油溫等進行有效的監控；與此同時，現場維護人員利用手持式紅外線測溫計進行非接觸式測溫，可以方便、快速、安全地監測電機、馬達、變速箱、皮帶機滾筒、電氣元器件、高壓電纜接頭等部件的工作溫度。

（3）無損檢測技術：主要是指工業內窺鏡監測法觀測設備內部情況；

（4）油樣檢測分析技術：盾構機的各類油液的理化性能分析和磨損磨粒分析，比如鐵譜分析和光譜分析；

（5）旋轉機械振動測試技術：盾構機電機、變速箱、水泵、風機等回轉機械；

（6）故障樹邏輯診斷：結合油質分析、振動分析以及噪聲、溫度和性能狀態參數測試等多種方法，能夠清晰地揭示盾構機某一系統內的故障規律和邏輯關系。適合于電氣或液壓系統的故障診斷；

（7）電氣液壓在線實時診斷：通過盾構機自身所布設的各種傳感器監測位移、速度、流量、壓力、油位、溫度、轉速以及電氣的電壓、電流等參數，對盾構機整個運行系統進行在線監測以及超過界定值的故障報警和停機控制。

3　盾構機主要零部件的故障機理與特性研究

3.1主驅動的故障診斷與特性研究

主驅動是盾構機上最關鍵的部件，一旦發生故障，洞內很難拆檢和處理，因此加強監測預防發生故障，是維修保養工作的最重要工作。

（1）主變速箱是盾構機主要的動力驅動組件之一。由于主變速箱承受高負荷、大扭矩，因而故障發生率較高。因現場施工噪聲大，受壞境因素與診斷者的經驗差異的制約，用傳統的變速箱診斷法如手摸、耳聽會出現誤診與漏診，給正常施工帶來損失。由于設備出現故障前都會有初期振動特征信號產生，因此采用振動測試技術對變速箱運轉時的各種特征信號進行采集、處理，并結合潤滑油的磨粒分析（如鐵譜、光譜、粘度）等多種監測手段，便會大大提高故障的預報和診斷能力，減少故障的發生率。

（2）主軸承的結構運用最多的一般是三排三列滾柱式，承受軸向和徑向力。主軸承一般采用多道迷宮式唇形密封阻隔外界渣塵和水的侵入，密封的好壞是保證軸承正常運轉的關鍵。運用機載PLC在線監測，對主軸承密封油脂HBW、EP2的壓力、注入量進行實時監測，避免因油脂注入量的不足導致渣土進入密封系統損壞密封；通過對驅動箱潤滑油樣的分析來檢查密封系統的狀況。

3.2液壓系統的故障機理與特性研究

盾構機的液壓系統主要包括主驅動液壓系統、推進液壓系統、管片拼裝機液壓系統、螺旋輸送機液壓系統、注漿液壓系統、輔助液壓系統、超挖刀液壓系統、冷卻循環液壓系統等。盾構機的絕大部分工作機構主要由液壓驅動來完成，液壓系統可以說是盾構機的心臟，當液壓系統出現故障的時候，會使得整個盾構機的運作停滯、癱瘓，因此，對于盾構機液壓系統的狀態監測意義非凡。統計表明，液壓系統故障問題70%跟油液污染有關，因此防止保證油液的清潔度尤為重要，應從以下三個方面入手保證油液的清潔度，降低系統的故障幾率：（1）加入清凈的油液；（2）在日常維修保養過程中盡量避免外來物對油液造成污染；（3）系統內濾芯報警后要及時更換。

3.3電氣系統的故障機理及特性研究

盾構機的電氣系統主要由配電系統、自動控制系統組成。為了保障盾構機工作的高度可靠性、安全性和易維護性，其控制系統采用了PLC可編程控制系統。正常情況下，PLC控制系統的故障診斷通過上位機就能解決絕大部分電氣、液壓故障，但遇到聯鎖關系復雜上位機不能直接反映其故障的情況，就需要借助于專用筆記本編程器才能快速查找和確定故障。使用專用筆記本編程器可以快速查詢故障信息的部位和相關信息狀態，分析內部聯鎖關系，修改和優化程序。使用專用筆記本又可以對PLC程序進行在線監控。連接筆記本到PLC上，進入在線狀態時PLC程序的所有狀態都將實時反映在編程器上，這樣就可以非常直觀、快速地查找到故障，并分析可能的故障原因，最終排除故障。

4　總結

盾構機對于隧道等工程的作用是不言而喻的，盾構機出現故障時，會對整個工程造成無比巨大的危害，因此，對于施工方來說，對盾構機關鍵設備的狀態監測以及故障診斷的研究都是必須熟練掌握的技術。

［1］劉宏志.TBM及盾構機設備狀態監測與故障診斷實用技術綜述［J］.隧道建設，2007，27（06）:86-88.

［2］趙華.狀態監測與故障診斷在TBM與盾構機的應用［R］.成都:中鐵隧道集團有限公司，2010.

［3］茅承覺.盾構機受力分析探討［J］.建設機械技術與管理，2013（10）:113-116.

［4］李明鍔.土壓平衡盾構機電氣系統概述及電氣故障處理方法與心得 ［J］.城市建設理論研究，2014.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.230