吳建宏

【摘 要】盾構機作為集機、電、液于一體的綜合性大型的工程機械，其主要系統由液壓部分組成。液壓系統一旦受到污染，就會導致其他構件發(fā)生磨蝕，從而引起疲勞損耗。因此必須采取一定的維護措施，減少污染的出現，在污染出現后及時制定方案進行處理。本文分析了盾構機液壓系統污染危害及出現的原因，并提出盾構機液壓系統污染的預防與質量措施，望對提高設備完好率有所幫助。

【關鍵詞】盾構機；液壓系統；污染

一、盾構機液壓系統及其污染危害

盾構機的絕大部分工作機構主要由液壓系統驅動來完成，液壓系統可以說是盾構機的心臟，起著非常重要的作用。這些系統按其機構的工作性質可分為：盾構機液壓推進及鉸接系統、刀盤切割旋轉液壓系統、管片拼裝機液壓系統、管片小車及輔助液壓系統、螺旋輸送機液壓系統、液壓油主油箱及冷卻過濾系統、同步注漿泵液壓系統、超挖刀液壓系統。以上8個系統除同步注漿泵液壓系統在1號拖車、超挖刀液壓系統在盾殼前體為兩個獨立的系統外，其余6個液壓系統都共用一個油箱，并安裝在2號拖車上組成一個液壓泵站。有的系統還相互有聯系。

盾構液壓系統污染的危害：油液污染是引起盾構液壓元件、系統故障的主要原因，其危害性主要表現在如下幾個方面：（1）盾構液壓泵等元件磨損加劇、燒傷甚至破壞，比例閥、換向閥等的動作失靈或者引起噪聲；（2）污染物會堵塞液壓元件的節(jié)流孔或節(jié)流縫隙，改變系統的工作性能，引起定位不準、動作失調甚至完全失靈；（3）顆粒污染會造成推進油缸等活塞桿與密封件的損壞，缸筒內表面的拉傷，造成推力不足、速度下降以及產生異常聲響與振動；（4）引起濾網堵塞，液壓泵吸油困難，回油不暢等，甚至造成濾網擊穿，完全喪失過濾作用。（5）液壓系統的頻繁故障勢必會造成盾構的經常性停機。在軟土地層掘進施工時，盾構停機時如果措施不力還會造成盾構低頭、整體下沉或偏離隧道設計軸線等，同時對隧道經過區(qū)域的地表變形控制產生不利影響。

二、盾構液壓系統污染的形成原因

結合盾構施工不同階段的特點和污染產生的機理，造成液壓系統顆粒污染的主要環(huán)節(jié)可以分為如下幾個方面：

（1）盾構機液壓元器件制作、安裝過程中清潔不徹底或防護措施不當，致使污染物潛伏在系統內部而造成的污染；

（2）掘進施工時盾構機液壓系統運轉中運動副表面磨損并不斷加劇造成的生成性污染、液壓系統呼吸過程中產生的吸入性污染和更換液壓元器件和濾芯造成的裝配性污染；

（3）盾構機拆解與組裝不恰當施工造成的污染。

（4）盾構機大修保養(yǎng)時造成的污染。

當液壓油受到污染，或未經過正確過濾而含有堅硬顆粒（金屬碎屑、沙粒等）時，相對滑動的部件會發(fā)生磨蝕損耗。殘留雜質在高流體流速下也會導致磨蝕。組件的氣蝕可能改變物質的結構，從而引起疲勞損耗。泵軸會因液壓流體受到水污染而加快損耗。長期不用和使用不當的液壓油，會導致腐蝕性損耗。因潮濕而在滑動面產生的銹漬會使設備加速耗損。

三、盾構機液壓系統污染的治理

盾構液壓油污染主要由泥土或金屬顆粒物引起，本文在這里主要就金屬顆粒物引起污染的治理措施進行介紹。

為盡快恢復掘進，除更換新泵外，還要清洗整個液壓系統。依據各部位油樣檢測報告，判定金屬雜質存在于油箱，冷卻循環(huán)系統，刀盤驅動系統，其他液壓系統從進油管路到高壓濾清器位置。制定清洗方案如下：

1、油箱部分。將油箱內的液壓油全部放出，取出液壓濾芯，把泵和油箱之間的管路從泵的接口處拆開，放出管路內的油液。用清洗油沖洗液壓油箱和管路。用醫(yī)用沙布把液壓油箱內部擦凈；將面粉揉和到能拉伸面的程度分成3份，用面團分3次粘干凈液壓油箱的內表面，尤其是油箱的邊角處和濾芯筒（液壓油箱和濾芯筒內必須徹底清理干凈）；更換新的液壓濾芯，上好蓋板；油箱內加裝新的液壓油。

2、過濾冷卻循環(huán)系統。打開冷卻循環(huán)過濾器，更換濾芯同時對過濾器殼體進行清洗；啟動冷卻循環(huán)泵，運行一段時間后，檢查過濾器濾芯，如有必要可更換新的濾芯。

3、刀盤驅動系統。由于馬達受到污染程度較輕，所以采用離線循環(huán)清洗的方法；泵與馬達之間的管路采用在線循環(huán)清洗的方法；補油部分采用自循環(huán)清洗的方法清洗。

4、其他液壓系統。拆檢輔助泵顯示泵內部并沒有機械損傷，其他系統情況也大致相同；因此，其他液壓系統采用自循環(huán)清洗的方法清洗。清洗時要時刻觀察油液污染度，直到完全達標，清洗工作才能結束。

5、液壓系統試運轉及過濾。對所有管路通過上述方法清洗后，主油箱內液壓油仍可達到NAS9級后，恢復管路正常連接狀態(tài)，開啟刀盤補油系統及泵站，進行系統過濾，對未能放掉的液壓油進行循環(huán)回油箱及過濾，油液達標后，開啟管片安裝系統泵站、反復動作管片安裝機各個動作，使工作機構液壓執(zhí)行元件內的液壓油循環(huán)流回油箱進行過濾，及時清洗冷卻過濾系統的濾芯。同樣依次逐個動作盾構推進液壓系統、螺旋輸送機液壓系統、注漿泵液壓系統，并進行過濾，每個系統工作正常后，液壓油也達到正常標準后，加滿油箱內的液壓油，開啟整個液壓系統，動作盾構的每個動作，對油箱內的液壓油進行全面過濾，檢測每個動作時的液壓壓力、泵站、閥組、馬達、油缸工作狀況、溫度是否正常。再次檢測液壓油的污染度和粘度指標，恢復正常工作狀態(tài)進行盾構始發(fā)掘進。

四、盾構機液壓系統污染的預防

目前盾構機械油液污染的解決辦法大多依靠事后維修，以及經驗法或儀器離線式檢測。該辦法的缺點是液壓元器件如泵、溢流閥等已經發(fā)生故障才去查明故障原因，無法在故障發(fā)生時控制故障發(fā)展。鑒于盾構液壓油污染主要由泥土或金屬顆粒物引起，本系統擬采用自動顆粒計數儀來測量液壓油的污染度，儀器經RS232總線與上位機通信，以某一液壓系統為例介紹其使用方法，如（圖1）所示。監(jiān)測儀自帶程序對污染度超標的油液進行報警提示并顯示污染度等級，由上位機顯示油液污染度變化趨勢，以便及時采取措施使油液的污染度保持在一定范圍內，保證整個液壓系統的可靠工作和元件的壽命。

美國太平洋科學儀器的HIACPM4000型油液顆粒在線監(jiān)測儀實物圖見（圖2），其面積不過手掌心大小，但功能強大，一般并聯安裝于油路，如果兩端液壓過大則可以考慮選擇該系列中的一2或一5，其內置的止回閥能有效保護該設備。它遵循EN61010—1：1993和IEC825—1：1993以及1S06149—2等國際上通用的標準，具有機載顯示功能，能顯示顆粒等級并自動報警，并自帶紅外及RS232接口實現與上位機通信，將在線檢測數據實時傳輸到上位機，以進一步判斷顆粒變化趨勢。

五、結束語

液清潔度是保證液壓系統良好運轉的主要因素，一旦液壓系統遭到污染，帶來的結果必定是液壓元件的損壞；因此，建立定期進行油樣分析制度，是盾構機使用過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。當然，如果從設計的角度出發(fā)，增加一些保護元件的過濾裝置是值得深入考慮和研究的。

參考文獻：

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