盾構螺旋輸送機旋轉異常的分析處理

趙康峰/ZHAO Kang-feng

（ 中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016）

盾構因其高效、便捷、安全的優勢使其在地鐵施工中應用的越來越廣泛。螺旋輸送機作為盾構的重要組成部分，承載著盾構出渣、保證土倉壓力平衡、防噴涌等重要功能，由于螺旋輸送機液壓系統元件眾多，螺旋輸送機在使用過程中難免會出現一些問題。本文將針對一個典型案例對螺旋輸送機液壓控制系統進行詳細分析。

1 案例分析

2017年初，廈門某地鐵施工現場，工作人員反映，在各個電氣元器件運行正常的情況下，螺旋輸送機只有正轉，沒有反轉，根據現場反饋的情況，初步判斷是液壓系統的異常導致了這種現象的產生。

1.1 盾構螺旋輸送機液壓控制原理分析

盾構結構簡圖如圖1所示，盾構螺旋輸送機液壓驅動系統采用斜盤軸向柱塞閉式變量泵加斜盤式軸向柱塞閉式馬達的閉式液壓驅動系統。螺旋送機速度分為高低兩檔，高低速切換主要通過螺旋輸送機高低速控制電磁閥的動作實現，同時螺旋輸送機轉速可以在0～22轉之間無級調節，螺旋輸送機液壓系統中通過閉式變量柱塞泵和變量馬達的變量匹配調節來實現螺旋輸送機的無級調速。螺旋輸送機泵排量的大小受制于先導控制壓力，先導控制壓力主要來源于螺旋輸送機恒功率控制閥組上的比例溢流閥，通過控制比例溢流閥的輸入電流控制比例溢流閥輸出壓力，比例溢流閥的輸出壓力與螺旋輸送機泵斜盤擺角大小成比例關系，螺旋輸送機泵斜盤擺角的大小決定了螺旋輸送機泵輸出流量，進而影響螺旋輸送機轉速。螺旋輸送機正反轉主要是通過控制斜盤式軸向柱塞泵斜盤擺動的方向來實現，螺旋輸送機泵斜盤擺動的方向由電磁閥控制。

圖1 盾構簡圖

1.2 螺旋輸送機反轉異常原因假設

根據螺旋輸送機的液壓控制原理和工作流程（圖2、圖3），判斷出螺旋輸送機沒有反轉是因為反轉時螺旋輸送機泵斜盤沒有變換方向，產生這種情況的原因可能有：①螺旋輸送機反轉時反轉控制電磁閥沒有得電，反轉控制X2口沒有壓力油通過；②螺旋輸送機反轉時比例溢流閥沒有輸入電流，導致溢流閥沒有壓力輸出，由于壓力過低斜盤沒有變換方向；③螺旋輸送機反轉時先到控制孔X2處的阻尼孔堵塞，壓力油沒有到達螺旋輸送機擺角控制伺服滑閥的控制腔，導致斜盤沒有變換方向，螺旋輸送機沒有反轉。

2 問題處理與分析

2.1 采用排除法對問題進行排除

根據以上分析，我們對螺旋輸送機沒有反轉原因進行了排查。

啟動螺旋機泵，待機狀態下螺旋輸送機A口壓力為35bar，B口壓力只有不到15bar，AB口壓力差相差比較大，由于該現象對螺旋輸送機正反轉沒有直接影響，所以暫且擱置，沒有分析。

先試了一下正轉，動作正常，空載時A口壓力約為60bar，根據經驗，螺旋輸送機空轉旋轉壓力在60bar左右，可以判斷出空轉時螺旋輸送機負載正常，沒有機械干涉；調節螺旋輸送機轉速旋鈕，螺旋輸送機轉速平穩且速度可控，正轉正常，通過這種現象可以分析出電氣以及控制閥組性能穩定，無異常；觀察螺旋輸送機反轉電磁閥，得電正常，原因1中提到的反轉電磁閥不得電可以排除；然后旋轉螺旋輸送機轉速控制電位計，觀察螺旋輸送機泵先導控制X2口，發現X2的壓力根據轉速電位計輸出量變化，且能達到最大壓力，由此可以排除原因2中提到的比例閥輸出異常這個情況。

通過現場的現象分析，產生螺旋輸送機反轉沒有轉速這一現象最有可能是螺旋輸送機泵先導控制X2口的阻尼孔堵塞，基于這種判斷，我們拆卸了X2口帶有阻尼孔的閥塊，并用高壓空氣對阻尼孔進行了吹洗，確定清洗干凈后，又重新裝好并連接管路，再次啟動螺旋輸送機泵，打到反轉，調節轉速控制電位計旋鈕，螺旋輸送機泵仍然沒有旋轉。3種可能全部被排除。

圖2 螺旋輸送機液壓系統原理圖

圖3 螺旋輸送機旋轉工作流程圖

2.2 轉換思路分析問題

以上3種假設原因全部排除后，再次對問題可能產生的原因進行了梳理，聯想到螺旋輸送機待機狀態下，AB口壓差相差較大這個現象，分析螺旋輸送機沒有反轉可能是由于螺旋輸送機泵本身的問題產生的。

螺旋輸送機泵采用力士樂A4VSG500HD1/30R軸向柱塞閉式變量泵，螺旋輸送機泵液壓原理圖和泵工作流程如圖4、圖5所示，螺旋輸送機泵啟動時斜盤擺角處于中位，在沒有控制壓力的情況下，泵沒有壓力油輸出，同時閉式泵由于AB口通過負載后聯通，為了散熱，泵本身集成有熱油閥，系統運行時產生的部分熱油通過換油閥流回油箱，流回油箱的油需要通過補油泵來補充，補油泵補充的油來自油箱冷卻后的油，通過這種方式完成閉式泵的散熱；當控制口X1或者X2口有壓力油時，伺服滑閥動作，啟動之初螺旋輸送機泵沒有輸出壓力，引發變量活塞動作的壓力油需要補油泵提供，補油泵的壓力油通過伺服滑閥到達螺旋輸送機擺角變量缸的控制腔，驅動變量缸動作，同時變量缸與螺旋輸送機斜盤通過機械結構連接，變量缸動作帶動斜盤擺動，而后螺旋輸送機泵有流量輸出，系統壓力建立。伺服滑閥在控制腔裝有彈簧，來自X1或者X2口的壓力油推動伺服滑閥動作的同時擠壓彈簧，直至彈簧壓力與控制油壓力平衡后，伺服滑閥回到中位，變量缸停止動作并穩定在固定位置，斜盤擺角穩定在某一角度，泵輸出恒定流量。

圖4 螺旋輸送機泵液壓原理圖

圖5 螺旋輸送機泵工作流程圖

通過分析得知伺服滑閥在泵流量產生過程中起到非常大的作用，螺旋輸送機空轉時AB口較大的壓力差是由于初始狀態下螺旋輸送機泵伺服滑閥兩端的彈簧壓力不對等引起的，由于伺服滑閥兩端彈簧壓力不對等，滑閥閥芯在螺旋輸送機泵空轉時沒有處于中位，在沒有控制壓力的情況下，螺旋輸送機泵有個很小的擺角，泵A口輸出了壓力油，但是流量很小，由于泵本身有泄露，流量很小的情況還沒有產生足夠大的壓力，此時螺旋輸送機仍不至于旋轉，泵空轉時AB口有較大壓差得到解釋。同時反轉時控制X2口處雖然有壓力油，但是壓力油的壓力還不足以推動伺服滑閥動作，所以泵擺角沒有變化，B口沒有壓力油輸出，螺旋輸送機不旋轉。

2.3 解決問題

基于以上分析我們把B口伺服滑閥的彈簧壓力進行了調節，再次啟動螺旋輸送機泵，AB口壓力均為30bar左右，兩者相差不大。反轉螺旋輸送機，動作正常，空載壓力60bar左右，速度也可以調節，問題得到解決。

后續我們對該項目螺旋輸送機的使用情況進行了跟蹤，自問題處理之后螺旋輸送機再沒有出現過反轉異常的情況。

3 結 語

本文針對螺旋輸送機反轉異常的現象對盾構螺旋輸送液壓系統工作原理進行了分析，列舉了盾構螺旋輸送機在使用過程中出現問題的可能原因以及排查方法，為盾構螺旋輸送機類似問題的分析與處理提供了依據。