盾構機刀盤系統的控制及故障診斷分析

李杰

摘要：當前，對城市地下進行開發或者在隧道進行施工的過程當中，運用的重要的挖掘工具就是盾構機。在國內進行隧道施工的過程當中，盾構機的使用也越來越廣泛。當前國內在設計盾構機控制系統的過程當中，還需要不斷的進行完善。在盾構機組成的各系統中，刀盤系統是一項重要的組成部分。

關鍵詞：挖掘工具;盾構機;刀盤電氣系統

一、前言

隨著社會經濟的不斷發展和進步，人們的生活水平正在不斷的提高，城市人口變得就越來越多，但是人們生活的空間有限，所以越來越多的人開始關注地下空間的開發利用，進而不斷的推動了地下開發方法的發展。在對地下空間進行開發的過程當中，使用盾構機進行施工可以將施工效率進行有效的提升。

二、故障診斷研究的現狀

國外在對設備的故障進行研究的過程當中，已經經歷了半個世紀。針對故障診斷技術來說，美國在這方面技術相對比較先進。這些設計可以保證設備在運行的過程當中的可靠性以及安全性。美國還設計以及研發了M6000等產品，在實際施工的過程當中，應用的也很廣泛。英國以及瑞典等國家對于相關設備都有一定的研究，并且這些設備在國際上都存在一定的影響。國內在設備開展故障診斷工作方面，和外國相比起步較晚，但是當前國內這方面的技術已經有一些進展了。比如說國內智能檢測系統在石化以及航空等方面都已經進行了應用，智能系統可以對故障進行快速診斷。當前國內外在對設備進行故障診斷的過程當中，一般是對故障樹以及貝葉斯網絡進行應用。在國外，研究盾構機的狀態檢測以及故障診斷技術時起步較早，而且在最開始使用的方式比較傳統，現在慢慢的變得智能化，一般是對盾構機的相關性能以及施工方面的一些決策以及相關特點進行分析和研究。外國的一些盾構檢測技術一般只是針對于某些型號的盾構機來應用的，在國內的盾構機當中很難對其進行應用。如果想要將器械的安全性以及可靠性和正常的維護運行進行保證，那么關鍵方法就是保證盾構機當中電氣系統的正常運行。

當前，不管是國內還是在國外，如果盾構機出現一些電氣故障問題，那么在對其進行故障診斷的過程當中，使用的方法相對來說比較傳統。之后在診斷盾構機的電氣故障的過程當中，一般是對上位機當中的一些傳感設施進行應用，對設備進行檢測。如果設備發生相關的故障問題，那么需要應用人工經驗，對設備的故障進行逐步的檢查，但是其中存在一些故障，在上位機當中并沒有辦法進行顯示，這樣就沒有辦法對設備進行一些全面的診斷。在對傳統的經驗方法進行應用的過程當中，應該遵循“先簡后繁，由外而內”的原則，應該先對電線以及電源進行檢查，之后在對外部的線路進行檢查，比方說短路或者斷路以及接觸不良的問題等。采用這種傳統的檢測方式，大多是在故障發生之后才對其進行診斷，損耗大量的人力物力以及財力。

三、盾構機刀盤系統的主要組成部分

（一）盾構機的工作方式

一般來說，外部供電是盾構機的主要動力來源。在有效的進行隧道掘進工作的過程當中，PLC、設備內部設施以及觸摸屏之間共同配合來進行。在對盾構機進行選擇的過程當中，不同的施工地質以及不同的工作環境，需要對不同類型的盾構機進行選擇。盾構機在開展挖掘施工的過程當中，需要對刀盤主驅動系統進行應用，對電機、減速機、齒輪之間的耦合進行利用，讓刀盤進行不斷的旋轉，之后通過推進系統的推進，使得設備不斷前進。系統在開展開挖工作的過程當中，要精準的掌控盾構機進尺以及出土量，有機的結合螺旋輸送機以及刀盤系統，這樣可以將泥土倉當中排出的土量以及盾構機進尺的均衡性進行保證，這樣可以將土壓平衡的情況進行保證，防止施工地面出現隆起或沉降。

（二）刀盤系統的組成部分

在盾構機的各個系統中，刀盤系統是其中的重要部分，如果想要保證盾構機的正常運行，那么就要保證刀盤系統的安全性能刀盤是安裝有各種刀具和進料口的切削體，通過刮刀或滾刀切削的土體，通過進料口進入土倉，繼而通過螺旋輸送機、皮帶機傳輸到設備后部。刀盤通過主驅動提供動力，分為液壓馬達驅動和電機驅動兩種方式。根據開挖土質的不同，刀盤刀具的選擇各不相同。土質為沙土、黏土等選擇使用刮刀，土質為巖石類則選擇滾刀。所有的刀具通過螺栓和刀盤連接。齒輪箱和驅動部分以及減速機是刀盤驅動系統的三個組成部分。盾構機前盾還安裝有稀油潤滑裝置，潤滑泵將主驅動底部的潤滑油脂運輸到每個潤滑點當中，之后噴射潤滑主齒輪箱，起到給齒圈潤滑和降溫的作用。在刀盤法蘭板的后邊安裝有旋轉接頭，其中有泡沫管路傳送泡沫到面板的泡沫噴濺口。在刀盤面板上還安裝具有檢測磨損刮刀功能的壓力傳感器，通過壓力不同變化，來提醒工作人員，讓工作人員檢查是否需要對磨損刀具進行更換。不同的刀盤結構，有不同的施工條件以及施工地質，因而刀盤面板類型也是不同的。盾構機的心臟就是刀盤驅動部分，想要保證盾構機的正常運行，那么就需要保證刀盤驅動部分的可靠性以及安全性。不管是在國內還是在國外，在對刀盤進行驅動的過程當中，普遍使用的方法就是液壓驅動與電動驅動。液壓泵站和液壓馬達以及齒輪機構和減速機這些部件就是液壓驅動部分的整體部件。對液壓系統以及供油壓力和流量進行控制，進而控制馬達的轉速，來將刀盤的轉速以及轉矩進行調節。主泵站主要給馬達提供穩定的動力。液壓系統的輸出流量進行控制是通過電控比例閥控制的，PLC產生的電信號控制通過比例閥的流量，可以結合實際的情況來實時的調節馬達的排量，這樣可以保證液壓馬達將輸出轉速的要求進行滿足。

（三）刀盤的故障處理

刀盤的常見故障主要有幾方面。一、刀具磨損。通過檢測刀壓力的變化，判斷刀具是否損壞，如果損壞更換刀具。二、刀盤無法啟動。在上位機界面檢查刀盤轉動的安全條件，確保所有條件全都滿足。三、稀有潤滑故障。檢測潤滑管路中壓力，若壓力高更換濾芯，觀察壓力是否降低。通過對不同故障，針對性的解決，可以提高設備使用效率，保證施工過程的順利進行。

四、總結

綜上，通過研究與分析盾構機刀盤系統的組成、控制以及故障檢測技術，以期對該項技術進行不斷的改進。在刀盤故障的實際處理過程當中，可以更加的方便快捷，進而保證施工的安全性以及可靠性。

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