盾构机维修-常见故障及主要配件使用简述

目录

一、盾构机使用中维保管理.............................................................................................. 1

1、盾构机常见故障排查思路..................................................................................... 1

2、盾构机使用常见故障及排故措施........................................................................... 2

（1）刀盘刀具................................................................................................... 2

（2）主驱动系统.............................................................................................. 3

（3）推进及铰接装置....................................................................................... 4

（4）“两油三脂”................................................................................................ 7

a.齿轮油系统主要故障点及预防措施..................................................... 7

b.液压油相关故障点及预防措施............................................................ 8

c.HBW系统的主要故障点及预防措施................................................... 9

d.EP2系统的主要故障点及预防措施................................................... 10

e.盾尾油脂系统主要故障点及预防措施................................................ 10

（5）人闸装置................................................................................................ 11

（6）拼装系统.................................................................................................. 12

a. 管片吊机........................................................................................ 12

b.管片小车.......................................................................................... 14

c.拼装机............................................................................................. 14

（7）渣土改良及排渣系统................................................................................ 17

（8）同步注浆系统......................................................................................... 18

（9）液压动力系统........................................................................................... 19

（10）电气系统.............................................................................................. 20

3、海瑞克盾构机主要零配件使用说明............................................................. 21

（1）电气系统......................................................................................... 21

a. MTS行程传感器.............................................................................. 21

b. 电源............................................................................................... 22

c. 电磁流量计..................................................................................... 23

d. 享士乐计数器................................................................................. 24

e. 图尔克转速监控.............................................................................. 25

f. W.E.ST.放大板................................................................................. 26

g. Baumer、享士乐编码器................................................................... 27

h. SICK安全继电器............................................................................ 27

i. BECKHOFF模块............................................................................. 29

j. WAGO模块..................................................................................... 29

（2）液压流体系统.................................................................................. 30

a. BoschRexroth 泵、马达、阀组........................................................ 30

a. HAWE哈维压力表、多路阀............................................................ 30

b.ALLWEILER螺杆泵........................................................................ 30

c. IST、固瑞克、英格索兰、林肯气动油脂泵...................................... 30

d. Lowara 、 Wilden隔膜泵................................................................ 30

二、技术创新................................................................................................................ 30

盾构机常见故障及主要配件使用简述

一、盾构机使用中维保管理

1、盾构机常见故障排查思路

排故重点是找到故障点，分析问题原因，一旦故障点及原因找出后解决问题反而显得简单。首先详实记录故障现象，然后分析故障原因，再排除故障隐患，最后总结经验举一反三防微杜渐。以“树根”状思路逐步展开分析，以管片吊机故障为例。在现场施工过程中吊机操作手最先发现问题，比如离合片冒烟发烫，他第一反应应该是离合器没打开，进一步会想到离合片磨损、或者整流模块烧毁、线圈烧毁等，再次应该想到没有及时保养、螺丝松动、缺相等等。等问题分析完毕，照本宣科去执行。故障分析思路图如下：

对于每一个故障，维保人员先分系统梳理具体情况，详实记录经过及现象，然后分析排故，再反思积累经验。

2、盾构机使用常见故障及排故措施

（1）刀盘刀具

    刀盘是盾构机上的主要部件。因此有必要根据地质条件对刀盘（刀具）进行检查。盾构始发完成后，在施工环境允许的前提条件下，有必要进行第一次刀盘（刀具）检查。此后，则必须按规定的时间间隔进行检查。检查过程中，必须查看刀具是否损坏。关键检查点包括格栅、搅拌棒、刀盘开口、耐磨装置，并将检查情况记录于刀盘检查单上。此外，还需要检查定位用材料的完好性以及定位螺栓拧紧力矩。在切削刀具损坏或缺失的情况下进行推进，将会导致刀盘本体严重损坏。图为广州13号线3标上软下硬段掘进时刀具磨损情况:

单刃滚刀磨损             中心刀磨损

（2）主驱动系统

刀盘驱动通过高强度联接螺栓安装在前盾上面，为刀盘提供扭矩。驱动扭矩的传动路线为：马达—减速机—小齿轮—主轴承内齿圈—刀盘。齿轮区有两个密封系统：内、外密封系统负责密封齿轮箱内部油液以及对开挖仓内渣土的密封，防止渣土及灰尘进入到齿轮油箱内。主驱动、行星减速机及整台设备内所有的减速机应按说明书规定时间更换相应的油品。行星减速机内各级是利用齿轮油的喷溅润滑来实现各级齿轮的润滑，使用壳牌320齿轮油。下图为某台盾构机主驱动解体检修的照片。在拆检中发现主驱动外密封损坏未及时更换，导致密封跑道过度磨损。

日常掘进过程中，盾构司机应关注油脂注入压力及次数，如有异常需及时排查故障，不允许在注入量及注入压力异常的情况下掘进，否则有损坏主驱动及主驱动密封的风险。在硬岩不建压掘进时，要注意油脂的注入，保证油脂整环挤出，防止局部密封和润滑不好，杂物进入主驱动。

（3）推进及铰接装置

推进系统主要由推进泵、控制阀组、推进油缸组成。在上位机界面可监测推进压力、推进速度、总推力、各组的位移及压力等数值。

推进中应尽量避免踩踏推进油缸，防止因鞋底的泥沙污染、磨损推进油缸杆。盾构施工中，应及时做好隧道内清洁，避免元器件（包含有防水功能的）因长时间浸泡造成的腐蚀和损坏。

防尘密封外翻                        铰接油缸

主要故障点有：

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。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。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。图为推进系统控制原理图，通过调整控制每组油缸的电位计进而调整分区油缸的压力；通过调整油缸速度电位计，进而调整总的推进速度。

推进油缸内泄，广州地铁13号线某项目为例，在正常掘进的过程中，其中19#根油缸经常存在顶不到管片的现象，且该推进组不能正常加力，压力最多只能达到40bar左右。验证油缸内泄的办法是在管片拼装模式下，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，因此证明该油缸内泄。其中19#油缸内泄十分严重，在推进时所有有些基本从19#油缸内泄回到回油管，所以造成了改组油缸无力的现象。

管片拼装模式下油缸不能动作，具体现象是推进压力和电气控制部分正常，但所有油缸无法动作。处理措施是用400bar压力表在推进阀块测量时发现，液控换向阀的控制油没有压力。从泵站检查管路连接，发现在设备桥处控制油泵与辅助泵管路接错。管路更换后故障解除。

在盾构机接近使用寿命时推进及铰接油缸基本都会出现点蚀、划伤、密封失效等情况，通过大修使性能恢复出厂状态。下面是油缸修复图：

铰接油缸行程传感器测试              铰接油缸更换密封

推进油缸密封件                   推进油缸油缸杆

（4）“两油三脂”

a.齿轮油系统主要故障点及预防措施

齿轮油系统是主驱动的主要润滑系统。主轴承的驱动小齿轮轴承、小齿轮和三排滚子轴承通过喷溅润滑和压力循环润滑来实现润滑和冷却。主驱动箱使用壳牌OMALA320齿轮油。故障点多在电气方面，如果维护不当也会造成机械部件的损伤。如磁性滤芯、计数器、液位计、螺杆泵等都是易损部件。

齿轮油泵

预防措施：严格按照厂家指导进行维保工作，尤其是螺杆泵首次启动油腔内必须充油，谨防干转。

b.液压油相关故障点及预防措施

液压系统故障基本与液压油污染相关，其中油品氧化变质最为典型。因油品变质而导致的液压系统故障具体情况如下图所示：

预防措施是：严把关，勤换油。

油脂系统常见故障为油脂泵不动作、漏气、内部密封件损坏、油脂分配器和分配马达堵塞或损坏、泵无法建立压力等。

c.HBW系统的主要故障点及预防措施

HBW起主驱动密封作用，主要故障点是因各种原因导致的脉冲计数低于设定值，进而限制刀盘旋转。

  处理措施：首先确定HBW脉冲计数是否为调试时设定值，如有变动，维保人员及时调整。如果没有变动，首先观察HBW泵是否工作正常，是否有严重漏气现场；其次观察进气压力是否过低而导致泵动作缓慢；再观察泵出口压力是否过大，管路已堵塞；最后检查中盾部位HBW分配马达是否正常工作，检查有没有堵塞和内部磨损。另外，需要注意的是油脂质量也会严重影响马达分配器工作情况。

油脂内纤维较多杜塞马达分配器

d.EP2系统的主要故障点及预防措施

EP2系统的主要故障点在多点泵、递进式分配器方面，多因为滤芯失效导致系统内进入硬质磨粒造成摩擦副的磨损失效。

注射器                           多点泵

预防措施是：严格遵照油脂桶更换标准流程，勤换黄油滤芯。

e.盾尾油脂系统主要故障点及预防措施

盾尾油脂主要作用是：1.润滑作用，盾尾和管片外壁之间的摩擦，会影响盾构的推进和损坏盾尾装置，有效保护盾尾；2.密封作用，土层中的泥浆渗入会影响盾构的正常工作和增加施工难度。隔绝泥浆，防止泥水和泥浆的渗入，保障盾构的顺利推进；3. 盾尾密封油脂对钢丝刷和钢结构有防锈、防腐蚀和减少磨损的效果。其主要故障点和EP2、HBW系统一样在于泵杆损坏，原因为在更换油脂桶时，未排干净桶内空气，油脂泵一直处于空打的状态，致使油脂泵温度升高，损坏泵杆内密封。

气动马达                    泵杆密封

另外，气动换向阀也是常见故障点，保持清洁，定期检修就能保证其正常运作。

气动换向阀

预防措施是：更换油脂时，应使用油脂泵排气装置彻底排气，油脂泵工作正常后方能离开。选用油脂时，注意油脂质量，不能使用含杂质较多的油脂，避免油脂泵的非正常损坏。

（5）人闸装置

   人闸系统主要故障点多在于操作不当导致的平衡管路堵塞，调节装置极其精密，多因为工业气体清洁度不够或外部浸水等原因损坏。预防措施是：严格按照规范操作，勤防护。

气动执行件                     保压管路调节装置

工作原理图

（6）拼装系统

管片拼装系统包括管片吊机、管片小车、管片拼装机三大部分。

a.管片吊机

吊机主要故障点在于供电系统的电缆卷筒、操作手柄、起升部分，另外减速箱偶尔也会故障。电缆在长时间工作后容易断股，卷筒内部滑环易老化，起升部分电机线圈、刹车线圈容易烧毁，整流模块、接触器容易烧蚀。

电缆卷筒                 操作手柄

减速箱                         离合片

接触器和整流模块                刹车线圈和电动机

b.管片小车

管片小车在使用过程中一定要及时冲洗底部的脏物和泥土，特别是起升架内，防止因泥土填充，导致起升架无法正常升降。维保人员应每天对管片小车进行检查，防止过度磨损带来的安全隐患。下图为管片小车的主要故障形式，变形、磨损老化。最好的预防措施就是勤加保养，及时维护。

油缸杆磨损             老化                   变形

c.拼装机

拼装机故障点有一下几点，依次描述如下。

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。首先分析故障，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%），并克服移动负载压力，只有剩余压力迫使泵“推动”并吸取阀内介质，才能卸荷。下图为海瑞克盾构机拼装机平衡阀，因内部弹簧损坏而出现该故障。

                        液压锁

旋转限位器失效，管片拼装机旋转+/-200°，有时候在操作拼装机旋转时，由于传感器失效和定位错误导致旋转机构超出极限位置而致使电气线路和液压管路断裂而无法操作。在这种情况下先查找旋转编码器失效原因（大多因操作不当或进水烧蚀，也有可能是因为限位器卡块松解引起感应不灵敏造成。建议完善传感器线路线槽更好地保护传感器线路）然后恢复断开的电气线路和液压管路，慢慢操作让旋转机构恢复到正常位置。

管片安装机拖链损伤，多为清洁不到位导致，预防手段是及时清理，按保养规范保养。另外，拖链安装弧形板上下不同心，会导致拖链内的油管在安装时为未充油，在充油后油管变硬，如若在量管时留出的软管过长，在充油时油管变硬发生扭曲。解决方法是校正弧形板。

管片安装机抓举头断裂，不能抓举。原因是维修阀组时未安装减压阀，抓举压力过大扯断抓举头连接丝。解决方法是恢复减压阀，勤加保养。

拆解抓举机构              抓举阀组更换换向阀

管片安装机抓举盘无法摆动，原因是关节轴承外缘较脏，配合过紧，解决方法是用清洗剂清洗了关节轴承外缘，恢复摆动动作。

管片安装机不能转动原因是抓取头压力未抓紧报警，解决方法是适当调整压力继电器报警值到正常范围。

拼装机其他非常规故障如下图示，总体预防措施有：1、保持清洁；设备越脏则人越不愿意去维修，长期下去机况将会越来越差，腐蚀越来越历害，以至重要的部位无法检查，也不愿去检查。正常使用过程中一定要及时冲洗底部的脏物和泥土，并且管路一定要绑好防止拉断。2、每天给需要润滑的部位加注润滑脂。3、定期检查和调整同步齿轮马达的工作情况。

（7）渣土改良及排渣系统

常见故障为螺杆泵定子和转子磨损、腐蚀，需要掌握正确的使用和维保方法。另外一个常见故障为流量异常，多为马达开关活动不畅或者是流量计异常。

马达开关内部结构                  螺杆泵更换定子

马达开关弹簧阀卡组                  泡沫发生器堵塞

隔膜泵常见故障为换向阀进水发卡、隔膜片磨损、中轴断裂等，多与盾尾清理不及时，吸取泥污较多有关。预防关键在于严格按规范施工。

（8）同步注浆系统

注浆系统常见问题为注浆管堵塞、注浆压力传感器故障，砂浆罐轴端漏浆等。处理措施是更换新配件，尽职尽责认真维保。

更换柱塞及其配套部件

（9）液压动力系统

盾构液压系统主要包括主驱动液压系统、推进液压系统、管片安装液压系统、螺旋输送机液压系统、注浆液压系统、辅助液压系统。设备在运转过程中要经常检查：油箱油位和温度；管路是否破损；泵、马达温度和运转的声音；泵、马达、阀、油管、冷却器、压力表等液压元件否有漏油现象。系统防护方面要做好下面几点：拆机前要为管路做好标识；卸管路前一定要将压力释放完全；清洁管路接头，并用堵板和堵头进行封堵；管路拆除后应进行相应的固定。

当液压系统运行长时间后，由于液压油内杂质增多，会出现堵塞过滤器的现象，上位机报警界面会提示出现在哪个位置，以便维保人员及时处理。毕竟液压系统故障十之八九与有污染相关。

预防措施是参考盾构机操作说明书，更换油液和加强日常维保。

（10）电气系统

电气系统主要包括：高压电缆、电缆卷筒、高压开关柜、变压器、配电柜以及主机控制系统、地面监控系统等。需要做好以下防护工作：

拆机时应避免线缆拖拽导致线缆标示脱落；对于标示松动的线缆应及时用电工胶带或者透明胶带紧固；对于标示缺失的线缆，拆机前根据接线位置重新标示；拆除线缆时，禁止随意截断电缆，应保证其完整性。线缆接头应用自封袋和透明胶带封装，防止雨水侵入；拆机时应对关键部位进行防护。例如油变、动力柜、变频柜、泵站电机、盾体内电机、传感器、编码器其及其配电柜等元件的防护。

   主要故障点多为元器件的老化、损坏，预防措施是定期检测，及时更换。

3、海瑞克盾构机主要零配件使用说明

（1）电气系统

a.MTS行程传感器

海瑞克盾构机铰接及推进油缸行程传感器型号、安装、调试及工作原理详细情况如下图所示：

磁致伸缩技术工作原理

b.电源

盾构机工控电源多使用普尔世、菲尼克斯、穆尔、j-schneider等，中铁装备惯用台湾明纬。具体型号见下图：

品牌官网：普尔世http://www.pulspower.com/cn

菲尼克斯  https://www.phoenixcontact.com/online/portal/pc

穆尔       http://www.murrelektronik.com.cn/

j-schneider  https://www.j-schneider.de/

明纬       http://www.china-meanwell.com/

c.电磁流量计

电磁流量计在泡沫、膨润土系统均有应用，中铁装备海瑞克多用恩德斯豪斯品牌产品，其官方网址为https://www.cn.endress.com/zh。使用前根据《操作手册》按需设定参数，具体操作见《操作手册》。

d.享士乐计数器

注浆系统、齿轮油系统、HBW系统等计数装置均有享士乐的使用，例如齿轮油732双向多功能计数器，其具体型号、电子计数器连线示意、连接方法、编程方式等详见下图：

计数器                           电子计数器连线图例

e.图尔克转速监控

    我公司盾构机刀盘及螺旋输送机转速监控装置使用IM21-14-CDTRI图尔克转速监控器，在使用之前需要设定参数。官网：http://www.turck.us/en/。在设参数时既可以用数据线连接电脑设置，也可以用监控器自带按钮输入。具体型号、数据线、产品接线示意图、调试软件、调试菜单结构图、接线端子定义、参数含义及设定方法详见下图：

f.W.E.ST.放大板

放大板用于刀盘、螺机转速，推进拼装、注浆机液压系统的比例阀调节。其官网为：http://www.w-e-st.de/en/home。具体型号、参数设置详见下图：

放大板                            数据线

调试软件

g.Baumer、享士乐编码器  

拼装机旋转限位多用绝对值编码器，部分中铁装备盾构机中心回旋也使用编码器来直观读取回转角度。享士乐编码器技术手册如下：

h.SICK安全继电器

SICK安全继电器在海瑞克盾构机有着广泛的应用，拿S-814为例详述其具体应用情况：

实物图                         程序使用示意图

项目建立

组态

i.BECKHOFF模块

倍福模块是实现盾构机现场自动化控制的基础元件，其公司致力于为客户实现基于 PC 控制技术的开放式自动化系统，需要我们认真学习。官网：http://www.beckhoff.com.cn/。

使用案例图

j.WAGO模块

WAGO公司作为自动化和电气连接领域长期的开拓者，拥有着十分广泛的产品范围及出色的产品性能。在盾构机上有着重要的应用，比如齿轮油计数器模块、行程传感数据转换模块等。其官网为http://www.wago.com.cn/。

实物图                         产品线

（2）液压流体系统

a.BoschRexroth 泵、马达、阀组

http://www.rexroth-sh.cn/。

a.HAWE哈维压力表、多路阀

http://www.hawe.sh.cn/。

b.ALLWEILER螺杆泵

http://www.allweiler.com/16001/Home/awr_start.。

c.IST、固瑞克、英格索兰、林肯气动油脂泵

   http://www.istpumpen.com/、http://www.graco.com/cn/zh.html、http://www.lincolnindustrial.de、http://www.lincolnindustrial.de/。

d.Lowara、 Wilden隔膜泵

http://www.lowara.com/ http://www.psgdover.com/en/wilden/。

二、技术创新

技术创新主要为设备使用过程过的小改小革，根据创新力度大小分增设、改进、优化三个部分。

增设部分：增设常见电气故障自我诊断系统，目前为止盾构机能够做到准确提示故障点，但不够智能，仅仅提供故障点，不具备分析能力，不能自我修复。我们将盾构机PDV（上位机）与外网互通并建立大数据库，每发生一次故障将具体原因、解决办法、使用工具、修复时间、修复人力等信息录入，等下次故障发生时机器能够从数据库调用记录，作为自我诊断的基础依据，等数据足够准确缺庞大后，盾构机便具备排故智能化的能力。增设流体液压故障预警系统、油脂自动填装系统、核心部位油脂压力流量监控系统，增设土仓土压与螺旋输送机的PID控制系统，实现螺旋机自动控制，在既定土压下精准控制出土量，有效防止地表沉降。

改进部分：改进循环冷却技术，目前流行的水冷形式在全断面硬岩掘进中因散热而待机的时间较长，可增加热交换器工作面积或者进行二次热交换来提高冷却效率。另外改进了人仓通讯系统，改造了拼装机遥控系统改造。

优化部分：优化了远程监控及远程控制系统，建立了大数据云平台，实现全局盾构机互联互助；优化了渣土改良系统，改善渣土和易性，减小磨损提高效率。

编辑：上海丰悦物流盾构机维修‍公司