中铁装备公司技术服务分公司---土压平衡盾构机常见故障

盾构机常见故障案例分析和处理开放交流合作共赢专业制造专业服务盾构是集机械、流体、液压、电气系统于一体，并进行综合统筹控制的设备。由于子系统繁多，控制点也多，因此出现故障是不可避免的。为了避免给正常施工造成不便，必须及时查出故障原因，并快速解决，才能够有效地加快施工进度、节约生产成本，创造良好的经济效益。但是不断改进设备，提高设备的可靠性也是我公司不断追求的目标！前言专业制造专业服务目录刀盘及主驱动系统推进铰接系统管片拼装系统出渣系统液压、流体系统常见故障专业制造专业服务刀盘及主驱动系统专业制造专业服务刀盘及主驱动系统若要启动刀盘，必须保证所有的启动条件都已经满足。在相关的启动条件满足后，上位机相应显示项会变绿。如启动条件中有一项不变绿，就说明该项没有启动或启动功能出现故障，应立即对其进行检查，排除故障后启动。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统1、内循环水低液位报警如果内循环水液位低于设定值，冷却泵会停止工作，引起空压机、驱动马达等冷却系统故障，最终停机。处理措施：在水位低于设定报警值前及时加注蒸馏水直至报警取消。2、HBW脉冲计数低于最低值如果HBW泵工作时脉冲计数低于最低设定值，在刀盘运行时间超过设定的保护值时，刀盘会自动停止转动。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统HBW油脂系统说明：TC1HBW气动泵启动条件：HBW维修开关正常，油脂桶不空，调试模式或盾体、（螺机）阀至少有其一打开；内、外（螺机）HBW密封控制模式：一分钟为一个控制周期，满足注脂启动条件情况下。前30秒打开外密封注入气动阀，当检测此路注入达到3个脉冲或者30秒时间到时关闭此路气动阀，随之打开内密封注脂气动阀，此路注脂脉冲达到2次或者20秒时间到时关闭此路气动阀（随之打开螺机注脂气动阀，此路注脂脉冲达到1次或者10秒时间到时关闭此路气动阀）；TC1HBW油脂泵在启动后，内、外密封（螺机密封）气动阀任何一路打开的情况下，TC1HBW油脂泵即启动；计数监视：内、外密封小于1次/min时即报警；内或者外密封持续两分钟检测脉冲都小于1次/min时即报警且停止刀盘；专业制造专业服务刀盘及主驱动系统处理措施：①观察HBW泵是否工作正常，是否有严重漏气等现象②观察进气压力是否过低而导致泵动作缓慢③观察泵出口压力是否过大，管路已堵塞④检查中盾部位HBW分配马达是否正常工作⑤检查有分配马达或者管路有没有堵塞和内部磨损的现象。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统3、主驱动内、外密封EP2压力低报警停机多点泵持续启动1分钟后内/外EP2油脂密封压力没有达到0.4Bar时报警,延时一分钟后叫停刀盘。多点泵启动1分钟后，当内/外密封压力小于0.4Bar报警，报警持续10分钟，报警叫停刀盘；内/外密封压力大于6Bar报警；检查方法与HBW类似。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统4、主驱动泵软启动器跳闸主要表现为在正常掘进过程中，软启动1/2开关突然出现故障跳闸并引起刀盘停止转动。处理措施：首先要确定是不是由于温度过高，风扇没有及时开启降温引起跳闸。一般情况下在温度达到45度后风扇会自动开启降温，但是在一些恶劣环境下可能风扇开启后降温效果不是很好，温度会继续上升引起跳闸。如果是风扇不能及时降温的问题可以更改风扇的运行模式（由温度控制更改为运行控制），也就是说只要软启动开关一启，风扇就自动运行，降温效果显著提高，但是风扇的轴承寿命会大大简短。所以在没有必要的情况下不要更改运行模式。其次，也有可能是因为空气开关电流整定未调整好，这时候就得联系设计方取得参数资料并进行相应调整。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统5、主驱动变频柜进线铜排烧坏在盾构机掘进过程中，主驱动泵突然跳闸，检查时发现是由于主驱动变频柜的一侧进线铜排烧坏引起。分析原因：经现场检查，原因确定为铜排顶紧螺栓松懈，掘进时通过大电流引发起弧发热，致使铜排外面绝缘胶皮和壳体烧坏。建议：为保证设备正常运转，必须定期对盾构关键电气元件接线端子（软启动器、变频器、高压相变、高压隔离开关、主断路器、无功补偿系统、主接触器等）的螺栓紧固力进行检查，达到要求的扭矩。特别是对于一些硬岩地层中掘进的盾构，本身震动较大，螺栓在长期震动过程中容易松懈，所以要定期进行复紧。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统6、刀盘扭矩增大、总推力上升、速度下降软土地层：在盾构掘进过程中，如突然出现刀盘扭矩增大、总推力上升等现象，首先检查渣土改良系统。一般都是由于泡沫注入不顺畅，造成渣土改良不善引起，检查管路是否堵塞，如堵塞尽快查明原因并解决。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统专业制造专业服务刀盘及主驱动系统在广州、深圳、北京、大连、成都等复合式地层以及像重庆泥岩和砂岩地层中掘进时，除了要考虑渣土改良系统的影响，更要注意刀具磨损带来的影响。滚刀的大面积磨损或损坏会严重影响刀盘扭矩、推力、推进速度等参数。在这些地层中，除了定期开仓检查更换刀具外，如发现参数变化较大，应立即停机检查刀具，以免造成其他严重后果。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统刀具偏磨合金脱落滚刀端盖脱落专业制造专业服务刀盘及主驱动系统滚刀异常损坏的原因（1）检查不及时，检查间隔时间过长。刀具在硬岩工况下工作，要承受较大的振动与冲击，容易造成刀具螺栓失效，检查不及时，检查间隔时间过长，使刀具长期在不可控状态下工作，极易导致刀具异常损坏。（2）总推进力过大，容易造成刀具过载，发生刀具轴承、刀圈等异常损坏。贯入度过大，容易造成刀具受轴向力增大，发生因密封漏油导致轴承损坏，刀圈移位或断裂等异常损坏。以重庆某项目为例，在前期施工过程中，采用的掘进模式多为软岩施工时的掘进参数，即大推力，低转速，大贯入度，总推力经常达到1800T，减去盾体与岩层的摩擦力和岩渣对刀盘的阻力等等，剩下的力全部由超前布置的44把滚刀承受，每把刀承受的力已经超过了该刀的额定承载（大约25T），所以长时间的过载造成了滚刀的大量损坏和刀座的变形。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统（3）刀具安装质量差。因检查间隔时间长，使刀具长期在不可控状态下工作，一旦发生螺栓失效，将导致刀具产生移位或晃动，并在振动和冲击作用下，进一步损坏刀座和楔紧块，从而使刀具安装的配合面受到损坏，以至于发生联锁反应，导致后期刀具大面积出现问题。如下图所示，到安装斜面不到位差1.1mm时，刀高就会变动5.7mm。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统建议：（1）及时检查刀具、减小刀具检查间隔每次换完刀具掘进第一环后，开仓检查换刀质量，掘进15环或每天安排专门时间，定时进行刀具检查。（2）合理选择掘进参数，确保刀具工况合理选择总推进力，确保刀具不过载，特别要关注掘进姿态和盾尾铰接压力变化。合理选择刀盘转速，硬岩工况下，建议采用高转速3.5~4.5rpm左右（1200KW）。控制刀具贯入度，建议8～10mm/rpm。（3）注意刀具安装质量结合面清洁无夹渣（特别是要注意掘进期间，刀具螺栓松动后的结合面清洁，需重新安装）；刀座、楔紧块结合面无损伤；螺栓及螺孔质量要保证；在螺栓紧固时，要对楔紧块敲击震动，确保安装到位；螺栓紧固要保证紧固力矩。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统7、主驱动电机减速机的扭矩限制器脱开驱动电机与减速机之间用扭矩限制器连接，一般将扭矩限制器的脱扣扭矩设置为规定的额定扭矩，当刀盘扭矩过载时，扭矩限制器脱开，从而起到保护电机与减速机连接轴的作用。一般常见故障为：在掘进过程中，刀盘扭矩未达到额定扭矩，但某组电机减速机显示过载而跳闸。原因为扭矩限制器出厂调定未达到额定扭矩标准，需要重新调整。专业制造专业服务刀盘及主驱动系统专业制造专业服务专业制造专业服务刀盘及主驱动系统8、内、外密封跑道磨损原因：①使用寿命内正常的接触磨损。②EP2润滑油脂注入量不足，加速了磨损速度。③HBW注入量不够，导致土仓内的渣土进入跑道，造成磨损。严重时，油脂进入主驱动齿轮箱。专业制造专业服务推进系统专业制造专业服务推进系统1、某组油缸工作不稳定主要表现为在低负载掘进过程中，某一组油缸压力调节控制不灵敏。原因分析：这属于正常现象，主要原因是推进系统的四组调速阀由同一电位控制，并且四组调速阀通过流量不可能做到完全相同。例如：C组调速阀原厂家设定通过流量可能比其它三组要稍微低点，在刀盘前部负载较低的情况下，总推进压力低，主控室反映出的负载就低。A、B、D三组油缸的溢流阀没有达到溢流压力不溢流，所以油量会向三组阀块一直供给，而C组调速阀因为通过油量不足而压力下降，甚至为零。此时只要下降其它三组压力，C组通过流量增加压力便会回升，这是在C组压力下降情况下的原因分析，反之也是同一道理。这种设计有利于推力的集中控制，四组油缸会相互影响，不会引起姿态的大幅度变动。而小松盾构是通过每组的比例减压阀独立控制单组的推进压力。专业制造专业服务推进系统2、推进油缸内泄以一项目为例，在正常掘进的过程中，其中有3根油缸经常存在顶不到管片的现象，它们分别在不同的组。证明方法：在管片拼装模式下，通过将推进油缸顶紧管片，拆开油缸回油管路，继续加压伸出油缸时，由于油缸行程未改变，油缸回油口有液压油源源不断地流出（见附图），因此证明该油缸内泄。油缸内泄会造成伸出动作不正常，最终影响正常推进。专业制造专业服务推进铰接系统3、铰接油缸伸出量大，无法缩回出现此类情况，一般为盾尾被卡所致，尝试用手动回收盾尾，多次尝试后仍不能缩回的情况下，必须在盾尾和中盾之间焊接连接钢板以防止铰接油缸继续伸出，在掘进到盾尾脱困以后继续恢复原状。另外也可以根据现场实际情况在铰接位置增加几个拉杆，通过拉杆用力回收盾尾。专业制造专业服务铰接系统4、盾尾铰接环与中盾连接部位变形引起漏水（少见）此类现象常见于改造后的旧泥水盾构，铰接密封已不能起到应有的密封作用，导致盾尾铰接处漏水。所以应提前制定铰接密封的漏水应急预案：专业制造专业服务铰接系统铰接部位设有三种注入口：A孔：用于向铰接密封加注油脂，防止铰接密封的渗透泄漏，沿圆周有6个。B孔：使用气囊式密封时，从B孔向气囊注入工业压力气体。C孔：紧急情况下用于加注聚氨酯密封，沿圆周有6个。正常施工过程中，要及时检查压环方头螺钉（M16x70）松紧程度，适当调整压环方头螺钉的紧固程度来进行增强密封效果。方头螺钉从自由状态下（外漏20mm）旋进16mm后，铰接密封会增高7mm。专业制造专业服务铰接系统当铰接密封漏水时,首先调整绞接油缸行程及盾构机姿态，再调整压环方头螺钉的紧固程度。建议平时掘进中加强盾构机掘进姿态控制,避免大幅度的调整盾构机姿态,每环盾构机姿态调整控制在±4mm以内,减小铰接油缸长度差,尽量将长度差控制在25mm以内。在异常情况下盾尾严重漏水时,应急预防措施：1.现场配备聚氨酯材料及其注入装置，并备有棉絮和遇水膨胀橡胶材料（止水条）。2.在A孔接入EP2油脂管，通常情况下关闭球阀，以免注入压力过大损坏橡胶密封。在紧急情况发生时，开启A孔管路球阀，加注油脂，推动橡胶密封弥补泄露缝隙。专业制造专业服务铰接系统3.启用紧急气囊密封（紧急气囊启用后，只能停机不能掘进，以防气囊被活动的铰接挤破）。若紧急气囊破裂漏气，将B孔接入EP2油脂管，开启EP2注入系统，填充中盾与盾尾之间空隙，达到密封效果。4.在C处添加三通，一路接盾尾油脂注入装置，另一路接聚氨酯注入装置。铰接密封处漏水量不大时，可开启盾尾油脂注入系统，密封漏水空隙；当泄漏量很大时，可开启聚氨酯注入系统，填充尾盾之间过量间隙，以达到增强密封的效果。5.及时进行二次双液注浆,并加入速凝剂,加快管片周围水土体的固结,阻止尾盾后部的水流入。6.在压环处增设遇水膨胀橡胶密封或用棉絮压紧封堵。专业制造专业服务管片拼装系统1、管片拼装机红蓝缸自动泄压下降现象具体表现为在管片安装机不工作一段时间后，红/蓝油缸会自动泄压下降一段距离。分析原因时首先要确定管路及油缸内是否充满油，在油缸里没有油的情况下，在停机一段时间后可能会出现油缸下降的现象。其次，检查连接红/蓝油缸的平衡阀。平衡阀是一种压力阀，用于控制对双向执行元件回油侧的压力。他以其设定的压力保持回油的闭锁（设定压力约大于最大负载压力的15%），