盾构机关键设备状态监测与故障诊断研究

高志娟

摘要：随着我国经济的飞速发展，我国铁路、城市地铁以及水利工程等项目也变的更加多，因此，隧道施工变的更加重要，而盾构法施工安全、效率高、环保，因此盾构法施工越来越受到隧道施工行业的青睐。本文对于盾构机关键设备的监测与故障诊断进行简单的分析。

关键词：盾构机；关键设备；状态监测；故障诊断

近年来，随着我国经济的快速发展和国民收入的普遍增加，交通压力和隧道需求也越来越大。与其他设备相比，安全系数高、连续性强、施工效率高的盾构机施工方法是我国的隧道工程效率和连续性的首选。

盾构机是非常复杂的装置，由多个部件构成，各零件之间有密切的联系。任何零件的故障都有可能引起配电盘整体的故障和停止，有极大的可能导致工程施工过程中发生重大错误。这就是为什么盾构机关键设备的状态控制和故障诊断非常重要的原因，盾构机的故障原因研究的十分透彻，可立即发现盾构机的故障，减少诊断修理停止次数，降低工程成本，提高隧道工程效率，提高工程的安全性。

1.盾构机采用的诊断技术分类简介

（1）功能控制和诊断方法：通过视觉、听觉观察装置或屏蔽部件的动作，操作者或修理者的触觉和嗅觉、电流运动参数、温度、压力、流量、速度等。主控制室检测异常声音、味觉、发热等裂缝、腐蚀、破损、松动、油色、输油管漏油等，节点动作模式的初始决定。（2）温度控制技术：温度变化与控制运行条件的特征密切相关。控制面板温度的方法分为接触式和非接触式。接触式温度测量主要通过热电偶进行。在轴承的润滑配电盘系统和油压系统的泵站安装温度传感器，有效控制油温。另外，现场工作人员使用手持的红外温度计测量非接触温度，非常方便。快速安全控制发动机、引擎、变速机、传送带、电气部件、电气部件的动作温度。（3）非破坏性检查方法：主要是指工业内窥镜检查仪法观察到的设备内部条件。（4）油样检测分析技术：盾构机的各类油液的理化性能分析和磨损磨粒分析，比如铁谱分析和光谱分析。（5）振动试验的旋转机构：挡板机、变速机、泵、风扇等旋转机构。（6）故障树逻辑诊断：结合油液分析、振动分析、噪音分析等方法，作为温度和状态参数的测试，我们可以清楚地识别屏蔽系统的故障模式和逻辑关系。适用于电或油压系统（7）电子实时诊断：通过截断移动、速度、流量、压力、油位、温度、速度、电压、电流等自己安装的传感器，所有的屏蔽系统都可以在线跟踪，超过设定值的故障警报和停止控制^[1]。

2.盾构机主要零部件的故障机理与特性研究

大部分盾构机主要是液压驱动，油压系统是盾构机的重要组成部分。完全的油压系统中特别包含油压泵和动力元件、控制要素、执行装置及辅助要素，整体构造很复杂，这是保护系统的核心。问题涉及到液压系统，对盾构的运作有重要影响，也会导致关闭，因此，监视盾构液压系统的状态，排除故障是很重要的。油压系统通常被封锁在管道内部，其故障不容易检测和排除。对液压系统故障机构的研究和分析具有定性和对应性，分析故障原因对油压系统的诊断效率和精度有重要意义^[2]。

2.1主驱动的故障诊断与特性研究

主传动装置是屏蔽最关键的元件.如果发生故障，拆卸，隧道内的检查和处理困难重重。（1）主变速箱是护板动力传动的主要部件之一，由于负载高，扭力大由于施工现场噪音大，由于诊断人员的不利条件和经验差异，传统的变速箱诊断方法如手感、听觉等，可能导致误诊、泄漏和正常施工的损失。由于振动的最初迹象将在设备故障前产生，振动试验方法将用于在变速箱运行过程中采集和处理不同的信号特性，并结合不同的控制手段，如油磨（如铁谱、光谱、粘度），减少故障的发生率。（2）主轴承最常用的结构是三排三列滚柱式结构，承重轴向和径向载荷.主轴承一般具有多通道唇部迷宫式密封，防止渣外渗透，密封件的质量是保证轴承正常工作的关键。PLC机载实时监控，HBW和EP2密封主轴承的压力和注入控制，避免残余产品进入密封系统，并因加注量不足而损坏密封性；通过分析驱动箱中的油样，检查密封系统的状态.

2.2液压系统的故障机理与特性研究

油压控制系统是控制板的油压系统中的压力、温度和流体的系统。数据收集设备、传感器、信号调节设备和电脑。控制信道越大，就需要更多的控制方法。

盾构机的油压系统主要包括主驱动器的油压系统、推杆的油压系统。管道单元的油压系统，螺旋输送机的油压系统，泥水填充油压系统，辅助油压系统，超挖掘机的油压系统，循环油压冷却系统，板的大部分工作都是用油压驱动进行的。油压系统也可以说是板的心脏。油压系统发生故障时，所有的屏蔽工作都会停止并麻痹。因此，监控屏蔽油压系统的状况很重要。据统计，70%的油压系统故障与油污有关，因此防污和保证处理油污尤为重要。为了确保油的清洁，减少系统故障的可能性：（1）在日常维护中加入发动机油（2），防止石油被外来物质污染（3）警报发出后，请及时更换系统中的过滤器

^[3]。

2.3油液分析研究

油液系统的分析中包含着铁谱分析和光谱分析，主要有两个铁谱性能指标，一个是铁的直接光谱，另一个是铁的分析。光谱分析了铁、锌、铜、磷、硅等油元素的含量。理化性能指标主要包括水分、污染、运动粘度。污染程度符合ISO标准，运动粘度为45.4 cSt/40 ℃。三线液体分析可用于液体测试和诊断，三线油值是指正常油线值、警告线和警报线。另外，可以通过以下事实来说明广泛使用的方法，与使用计算机加工中测定的油的线相比，确认装置的动作状态。

2.4电气系统的故障机理及特性研究

盾构机的电气系统主要由配电系统和自动控制系统构成，控制系统采用了可编程的PLC。正常情况下，可以进行PLC控制系统的故障诊断。在上部设备中排除了大部分电力和油压的故障，但是，在复杂的锁定情况下，上级机器不能直接反映他们的故障。需要用专用笔记本快速检查和确认故障。专用笔记本编程器可以迅速获得紧急位置和状态信息。分析信息、内部块，进行程序的变更和优化，PLC程序可以使用专用的笔记本电脑进行在线监视。切换到在线模式时，将笔记本电脑连接到PLC的所有状态。PLC程序实时反映在编辑器中。可以简单地发现故障。分析可能故障的原因，最终排除故障。

结语：例如，综上所述，本文对三菱油压系统的故障检测和诊断进行了简单的分析，但是在应用上还有很多问题和不足。配电盘机设计复杂，其状态控制和故障诊断需要不断改进和改善。为了尽可能减少因基板工程中的板故障而引起的停止经济损失，工程人员和科学研究人员研究了隧道内座椅的作用等。因此，对于施工者来说，控制和诊断盾构机重要设备的状态是技术手段之一。

参考文献：

[1]蒋庆. 地铁盾构设备状态监测与故障诊断研究[D]. 辽宁:沈阳理工大学,2010.

[2]夏晓中. 南京长江隧道泥水盾构机状态监测方案设计与实施[J]. 国防交通工程与技术,2009,7(6):38-41,45.

[3]李志国. 地铁盾构设备状态故障与检测关键技术[J]. 科技创新导报,2020,17(5):16,18. DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2020.05.016.

[4]王鑫. 盾构设备状态故障与检测[J]. 百科论坛电子杂志,2019(6):342.