海瑞克盾构刀盘驱动液压系统故障分析及处理

第３Ｏ卷第３期　隧道建设　Ｔｕｎｎｅｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．３　２０１０年６月　Ｊｕｎｅ　２Ｏｌ０　海瑞克盾构刀盘驱动液压系统故障分析及处理　贾要伟　（中铁隧道装备制造有限公司，河南新乡４５３０００）　摘要：深圳某地铁项目使用的海瑞克盾构，主驱动刀盘液压系统出现故障，通过对故障原因的分析，发现油液污染是导致故障的主　要原冈。对污染的液压系统进行处理后，达到了理想的效果，恢复了使用，同时，也提供了一种处理液压系统污染的方法。　关键词：盾构机；刀盘驱动液压系统；故障分析；油样检测　中图分类号：Ｕ　４５５．３　９　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１０）ｏ３—０３２４—０３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ａｎｄ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ　Ｄｒｉｖｅ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｓｈｉｅｌｄ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ：Ｃａｓｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａ　Ｓｈｉｅｌｄ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｂｙ　Ｈｅｒｒｅｎｋｎｅｃｈｔ　ＡＧ　＿『ＩＡ　Ｙａｏｗｅｉ　（Ｃｈｉｎａ　ｒａｉｌｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　４５３０００，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｃｃｕｒｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ　ｄｒｉｖｅ　ｏｆ　ａ　ｓｈｉｅｌｄ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｂｙ　Ｈｅｒ—　ｒｅｎｋｎｃｃｈｔ　ＡＧ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｍｅｔｒｏ．Ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｏｉｌ　ｈａｓ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｔｒｅａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄ　ｍａ—　ｃｈｉｎｅ　ｉｓ　ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ　ｄｒｉｖｅ；ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｏｉｌ　ｓａｍｐｌｅ　ｔｅｓｔ　０　引言　盾构是城市地铁隧道施工的主要设备，目前，我国　地铁施工迅猛发展，学习盾构施Ｉ　技术和盾构设备维　护非常有必要。在盾构施工过程中，由于组装队伍和　操作人员对盾构设备没有引起足够的重视，或者缺少　附带补油泵、控制泵等元件。整个系统为电比例调　速　］，恒功率保护方式。泵采用力士乐的带有补油冲　洗阀的双向变量泵。其原理如图１所示。　２　故障及原因分析　２．１　故障现象　液压、电气专业操作和维护人员，致使盾构出现严重故　障，造成一定的经济损失。　国内有关类似故障处理　方面的研究较少：文献［１—４　Ｊ主要介绍了液压传动巾　盾构在掘进时，３个刀盘泵突然出现故障无法重　新启动。主控室显示补油泵压力不足，达不到设计要　求的最低补油压力，此时补油泵压力显示为１．８　ＭＰａ，　设定值为２．７　ＭＰａ左右。　２．２　原因分析　常见故障的产生原因及排除方法；文献［５—７］则主要　介绍盾构刀盘驱动液¨ｉ系统的设计及其应用，对于故　障分析及处理并末涉及？深圳某地铁项日部盾构机出　现故障后，通过＿丰持故障分析讨论会，制定了系统恢复　１）检查油箱液位，液位　常，可以排除吸油不足　的因素。　方案。故障分析讨论的过程和液压系统的清洗恢复方　案是本文讨论的重点。　２）检查补油泵溢流阀。怀疑溢流阀被卡，造成卸　荷，清洗溢流阀后再装回原来位置仍不能建立正常压　１　液压系统介绍　深圳某地铁项口使用的德国海瑞克盾构，其刀盘　力；　此，判断溢流阀无故障。　３）补油泵为螺杆泵，自身抗污染能力很强，由于　驱动系统为泵马达『才Ｊ　回路，由３台并联的斜盘式轴　向柱塞变量泵和８台并联的轴向柱塞马达组成。系统　收稿日期：２０１０—５　１０：修回日期：２０１０—０６—０２　补油泵自身原件损坏造成压力不足的可能性很小，而　且在关闭补油泵出口球阀的情况下，调节补油泵溢流　作者简介：贾要仆（１９７６一），男，ｆ，ｆ，ｉｅｆ　华人，２０００年　、　丁洛ｍ　Ｉ【　学院液压专业，本科，工程师，主要从事盾构液　系统的研究及盾构故障处理方面　的工作　第３期　贾要伟：　海瑞克盾构刀盘驱动液压系统故障分析及处理　图１　刀盘驱动系统液压原理图　Ｆｉｇ．】Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｅｕｔｔｅｒｈｅａｄ　ｄｒｉｖｅ　阀，压力显示与新泵相同，可以排除补油泵自身的问　题。至此可以判断补油泵压力不足是由于部分流量从　某个地方非正常流走造成的。　４）补油泵除对闭式回路进行补油和对３台主泵　用　刀盘泵磨损的杂质进入盾构机主油箱，整个液压　系统遭到严重污染。　进行壳体冷却外，还为螺旋输送机的减速机进行壳体　冷却，在补油主管路上还装有蓄能器。检查蓄能器回　油管，没有油液流出，关闭通往螺旋输送机减速机管路　上的球阀，补油压力还是达不到设计要求：　由此可以判断３个刀盘泵内部泄漏是造成补油压　力不足的主要原因。　５）在观察３个刀盘泵泄漏油管时发现３号刀盘泵　泄漏油管有大量油液流动的迹象，同时发现斜盘没有　归零，卡在５。左右的位置。随即打开３号刀盘泵泄漏　油口，发现有铜屑杂质，接着在冷却循环过滤器也发现　图２滤清器内沉积的金属杂质　Ｆｉｇ．２　Ｍｅｔａｌ　ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ　ｉｎ　ｆｉｌｔｅｒ　大量铜屑，如图２所示。　随即将３号刀盘泵送力士乐拆检。在广州力十乐　公司对３号刀盘泵进行拆检，发现泵内部已严重损坏。　滑靴磨损严重，其中２个已碎裂成多块，Ｌ古ｊ定【旦Ｊ程盘的　８颗螺栓全部剪切断裂，回程盘也断裂成３部分。如　图３，４所示。　在３号泵ＡＢ口取的油样检测报告显示油液巾含　有金属粉末，表明整个刀盘驱动系统已受到污染。随　即拆下１号和２号刀盘泵以及１个驱动马达送力士乐　公司检测。拆检结果显示：１号和２号刀盘泵滑靴都　有不同程度的磨损（见图５），需要更换，马达柱塞环轻　微磨损（见图６），缸体也有磨损痕迹，打磨后可正常使　Ｆｉｇ．３　图３　３号泵柱塞及滑靴磨损　Ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｐｉｓｔｏｎ　ａｎｄ　ｓｌｉｐｐｅｒ　ｏｆ　Ｎｏ．３　ｐｕｍｐ　隧道建设　第３Ｏ卷　图４　３号泵回程盘断裂　Ｆｉｇ．４　Ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｏｆ　ｓｅｔ　ｐｌａｔｅ　ｏｆ　Ｎｏ．３　ｐｕｍｐ　图５　滑靴表面磨损　Ｆｉｇ．５　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｓｌｉｐｐｅｒ　图６　柱塞环轻微磨损　Ｆｉｇ．６　Ｓｌｉｇｈｔ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｐｉｓｔｏｎ　ｒｉｎｇ　６）造成３号刀盘泵损坏的原因，可能是油液严重　超标。泵滑靴与斜盘之间造成严重划伤，影响了油膜　的建立，致使滑靴与斜盘之间于摩擦，一段时间后，部　分滑靴磨损严重，转动平衡被打破，较大的径向力使得　固定回程盘的螺栓剪切断裂，回程盘也断裂成３块。　机械元件的损坏导致斜盘被卡不能归零，同时使得补　油通道直接与泄油口连接，大量补油泄漏，造成补油压　力降低，刀盘泵停止运转，力土乐的拆检报告也证明了　这个推测。因３号刀盘泵损坏，磨损的杂质又进入１　号和２号刀盘泵，最终导致１号和２号刀盘泵滑靴磨　损。磨损的杂质同时进入主油箱，致使其他各系统都　遭到不同程度的污染。　３　维修方案　为尽快恢复掘进，除更换新泵外，还要清洗整个液　压系统。依据各部位油样检测报告，判定金属杂质存　在于油箱，冷却循环系统，刀盘驱动系统，其他液压系　统从进油管路到高压滤清器位置。制定清洗方案如　下：　１）油箱部分。将油箱内的液压油全部放出，取出　液压滤芯，把泵和油箱之问的管路从泵的接口处拆开，　放　管路内的油液。用清洗油冲洗液压油箱和管路。　用医用沙布把液压油箱内部擦净；将面粉揉和到能拉　伸面的程度分成３份，用面团分３次粘干净液压油箱　的内表面，尤其是油箱的边角处和滤芯筒（液压油箱　和滤　简内必须彻底清理干净）；更换新的液压滤芯，　上好盖板；油箱内加装新的液压油。　２）过滤冷却循环系统。打开冷却循环过滤器，更　换滤芯同时对过滤器壳体进行清洗；启动冷却循环泵，　运行一段时问后，检查过滤器滤芯，如有必要可更换新　的滤芯。　３）刀盘驱动系统。由于马达受到污染程度较轻，　所以采用离线循环清洗的方法；泵与马达之间的管路　采用在线循环清洗的方法；补油部分采用自循环清洗　的方法清洗。　４）其他液压系统。拆检辅助泵显示泵内部并没　有机械损伤，其他系统情况也大致相同；因此，其他液　压系统采用自循环清洗的方法清洗。清洗时要时刻观　察油液污染度，直到完全达标，清洗工作才能结束。　４　系统恢复　将３个测试好的刀盘泵安装到原位置，所有管路　按原设计连接，油箱内加装新油，各系统分别调试。调　试时，时刻观察各液压元件的压力、噪声、振动、速度、　温升等，并在系统各关键部位提取油样化验。　盾构机恢复掘进后，各液压系统运行平稳，压力噪　声等无异常现象。　５　结论及讨论　通过这次故障的排查和处理，发现：油液污染是导　致本次故障发生的主要原因，油液清洁度是保证液压　系统良好运转的主要因素，一旦液压系统遭到污染，带　来的结果必定是液压元件的损坏；因此，建立定期进行　油样分析制度，是盾构机使用过程中必不可少的一个　环节。当然，如果从设计的角度出发，　（下转３３５页）　第３期　乇建新，等：　深圳地铁４号线二期工程某段燃气管线保护技术　３３５　行研究和调整，有效地控制了管线的沉降，保证了管线　２　０钢筋——一　５Ｏ８次高压燃气管　远离管线点焊焊接　的安全和施工的顺利进行。　、，一一一　＾　参考文献　、　：—＿，：　一乏、　张贵生，朱彬，娄中波．旋喷桩在软土地区既有地下管线　Ｆ壬二｝—斗———＿＿——＿＿＿＿＿｝三｝　加固中的应用［Ｊ］．城市道桥与防洪，２００８（１）：８７—８９．　＝　＝：一　许家华，吴锋．大管棚超前支护施工技术［Ｊ］．铁道建筑　技术，２００９（５）：１２６—１２９．　周富宽，彭峰．燃气管线下穿地铁五号线注浆加固技术　［Ｊ］．科技信息，２００７（２）：２４５—２４６，２４８．　图４　燃气管线抱箍式监测方式　Ｆｉｇ．４　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　４　结论　该施工区段地质条件较差，为软弱破碎地层，地下　欧凌勇．浅析复杂地质条件下公路隧道洞口的施工方法　［Ｊ］．中国高新技术企业，２００９（８）：１５４—１５６．　水十分丰富，掌子面的不当开挖将致使地下水大量流　］Ｉ］　张民庆，黄平先．袖阀管注浆工法在国内外工程施工中的　１Ｊ］Ｊ　失并引地面沉降。同时隧道所处的周围环境十分复　杂，下穿梅观立交桥群和多条管线更增加了施工的难　度。由于前期施工的影响，一些管线均有较大的先前　应用［Ｊ］．探矿工程，１９９９（５）：１９—２１．　吴顺川，金爱兵，高永涛．袖阀管注浆技术改性土体研究　及效果评价［Ｊ］．岩石力学，２００７，２８（７）：１３５３—１３５８．　沉降，因此对管线尤其是次高压燃气管线的保护尤为　重要。除了使用传统的超前大管棚和袖阀管注浆措施　杨书江．袖阀管法注浆加固地层施工［Ｊ］．铁道建筑技术，　２００４（２）：２２—２７．　外，还创新性地使用降土法来用以辅助保护燃气管线，　同时根据对管线的现场监测数据分析，对保护方案进　（上接３１９页）　孑Ｌ少波，王兴猛，张玉川．水平袖阀管深孑Ｌ注浆在广州地　铁的应用［Ｊ］．现代隧道技术，２００３，４０（４）：４６—５１．　参考文献：　４　结论　虽然滞后沉降在成都特有的富水砂卵石地层中极　易发生，但只要能做到掘进前有计划地进行预加固处　理；掘进过程中严格控制掘进参数，避免发生超挖，如　实准确记录出碴量；掘进通过后根据出碴量及注浆量　统计结果对掘进通过可能存在空洞区域进行注浆加　［１］　中铁隧道集团．成都地铁１号线盾构４标实施性施工组　织设计［Ｒ］．洛阳：中铁隧道集团，２００６．　［２］　荣建．砂砾地层地铁盾构施工过程土体扰动特性的原位　试验研究［Ｄ］．　海：上海交通大学，２００８．　［３］刘昌．盾构施工引起地表沉降的研究［Ｄ］．西安：西安建　筑科技大学，２００７．　［４］　何川，晏启祥．加泥式上压平衡盾构机在成都砂卵石地层中　应用的几个关键性问题［Ｊ］．隧道建设，２００７，２７（６）：５—６．　固，滞后沉降造成的地面塌陷基本上是可以避免和有　效预防的。对于成都地铁盾构施工滞后沉降问题，目　前还未完全杜绝。在今后的施工中，还应继续做好数　据收集，通过对第一手数据的分析进一步提高对滞后沉　降发生的机理的认识，找到更好解决滞后沉降的措施。　（上接３２６页）　［５］　王小忠．盾构掘进中地面塌陷加固技术［Ｊ］．现代城市轨　道交通，２００６（３）：４５—４７．　［６］　王明胜．复杂地层中盾构法隧道渣土改良技术［Ｊ］．地下　空间与工程学报，２００７，３（８）：１４４６—１４４７．　增加一些保护元件的过滤装置是值得深入考虑和研究　过程中加强设备维护和管理制度，避免发生类似事件。　参考文献：　路甬祥．液压气动技术手册［Ｍ］．北京：机械Ｔ业出版　社，２００２．　学工业出版社，２００９．　　刘永健，胡培军．液压故障诊断分析［Ｍ］．北京：人民交　的。通过本次故障案例，盾构施工单位应在盾构使用　［４］通出版社，１９９８．　［５］　谢群，杨佳庆，高伟贤．盾构机刀盘驱动液压系统设计　［Ｊ］．液压与气动，２００９（４）：７４—７６．　［６］　杨华勇，龚国芳．盾构掘进机及其液压技术的应用［Ｊ］．液　压气动与密封，２００４（１）：２７—２９．　［７］　邢彤，龚国芳，胡国良，等．盾构刀盘驱动液压系统设汁　［Ｊ］．液压与气动，２００５（４）：２２—２４．　［８］　吴根茂．新编电液比例控制技术［Ｍ］．杭州：浙江大学出　版社，２００６．　［２］　张坚．液压故障排除４００问［Ｍ］．长沙：湖南科学技术出　版社，２００９．　［３］　黄志坚．液压故障速排方法、实例与技巧［Ｍ］．北京：化