盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染分析與防治

吳建宏

【摘 要】盾構(gòu)機(jī)作為集機(jī)、電、液于一體的綜合性大型的工程機(jī)械，其主要系統(tǒng)由液壓部分組成。液壓系統(tǒng)一旦受到污染，就會(huì)導(dǎo)致其他構(gòu)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(hù)措施，減少污染的出現(xiàn)，在污染出現(xiàn)后及時(shí)制定方案進(jìn)行處理。本文分析了盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染危害及出現(xiàn)的原因，并提出盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染的預(yù)防與質(zhì)量措施，望對(duì)提高設(shè)備完好率有所幫助。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)機(jī)；液壓系統(tǒng)；污染

一、盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)及其污染危害

盾構(gòu)機(jī)的絕大部分工作機(jī)構(gòu)主要由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)來完成，液壓系統(tǒng)可以說是盾構(gòu)機(jī)的心臟，起著非常重要的作用。這些系統(tǒng)按其機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)可分為：盾構(gòu)機(jī)液壓推進(jìn)及鉸接系統(tǒng)、刀盤切割旋轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)、管片拼裝機(jī)液壓系統(tǒng)、管片小車及輔助液壓系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)、液壓油主油箱及冷卻過濾系統(tǒng)、同步注漿泵液壓系統(tǒng)、超挖刀液壓系統(tǒng)。以上8個(gè)系統(tǒng)除同步注漿泵液壓系統(tǒng)在1號(hào)拖車、超挖刀液壓系統(tǒng)在盾殼前體為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)外，其余6個(gè)液壓系統(tǒng)都共用一個(gè)油箱，并安裝在2號(hào)拖車上組成一個(gè)液壓泵站。有的系統(tǒng)還相互有聯(lián)系。

盾構(gòu)液壓系統(tǒng)污染的危害：油液污染是引起盾構(gòu)液壓元件、系統(tǒng)故障的主要原因，其危害性主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）盾構(gòu)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(dòng)作失靈或者引起噪聲；（2）污染物會(huì)堵塞液壓元件的節(jié)流孔或節(jié)流縫隙，改變系統(tǒng)的工作性能，引起定位不準(zhǔn)、動(dòng)作失調(diào)甚至完全失靈；（3）顆粒污染會(huì)造成推進(jìn)油缸等活塞桿與密封件的損壞，缸筒內(nèi)表面的拉傷，造成推力不足、速度下降以及產(chǎn)生異常聲響與振動(dòng)；（4）引起濾網(wǎng)堵塞，液壓泵吸油困難，回油不暢等，甚至造成濾網(wǎng)擊穿，完全喪失過濾作用。（5）液壓系統(tǒng)的頻繁故障勢(shì)必會(huì)造成盾構(gòu)的經(jīng)常性停機(jī)。在軟土地層掘進(jìn)施工時(shí)，盾構(gòu)停機(jī)時(shí)如果措施不力還會(huì)造成盾構(gòu)低頭、整體下沉或偏離隧道設(shè)計(jì)軸線等，同時(shí)對(duì)隧道經(jīng)過區(qū)域的地表變形控制產(chǎn)生不利影響。

二、盾構(gòu)液壓系統(tǒng)污染的形成原因

結(jié)合盾構(gòu)施工不同階段的特點(diǎn)和污染產(chǎn)生的機(jī)理，造成液壓系統(tǒng)顆粒污染的主要環(huán)節(jié)可以分為如下幾個(gè)方面：

（1）盾構(gòu)機(jī)液壓元器件制作、安裝過程中清潔不徹底或防護(hù)措施不當(dāng)，致使污染物潛伏在系統(tǒng)內(nèi)部而造成的污染；

（2）掘進(jìn)施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中運(yùn)動(dòng)副表面磨損并不斷加劇造成的生成性污染、液壓系統(tǒng)呼吸過程中產(chǎn)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(gòu)機(jī)拆解與組裝不恰當(dāng)施工造成的污染。

（4）盾構(gòu)機(jī)大修保養(yǎng)時(shí)造成的污染。

當(dāng)液壓油受到污染，或未經(jīng)過正確過濾而含有堅(jiān)硬顆粒（金屬碎屑、沙粒等）時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)的部件會(huì)發(fā)生磨蝕損耗。殘留雜質(zhì)在高流體流速下也會(huì)導(dǎo)致磨蝕。組件的氣蝕可能改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而引起疲勞損耗。泵軸會(huì)因液壓流體受到水污染而加快損耗。長期不用和使用不當(dāng)?shù)囊簤河?，?huì)導(dǎo)致腐蝕性損耗。因潮濕而在滑動(dòng)面產(chǎn)生的銹漬會(huì)使設(shè)備加速耗損。

三、盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染的治理

盾構(gòu)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(jìn)行介紹。

為盡快恢復(fù)掘進(jìn)，除更換新泵外，還要清洗整個(gè)液壓系統(tǒng)。依據(jù)各部位油樣檢測(cè)報(bào)告，判定金屬雜質(zhì)存在于油箱，冷卻循環(huán)系統(tǒng)，刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其他液壓系統(tǒng)從進(jìn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部擦凈；將面粉揉和到能拉伸面的程度分成3份，用面團(tuán)分3次粘干凈液壓油箱的內(nèi)表面，尤其是油箱的邊角處和濾芯筒（液壓油箱和濾芯筒內(nèi)必須徹底清理干凈）；更換新的液壓濾芯，上好蓋板；油箱內(nèi)加裝新的液壓油。

2、過濾冷卻循環(huán)系統(tǒng)。打開冷卻循環(huán)過濾器，更換濾芯同時(shí)對(duì)過濾器殼體進(jìn)行清洗；啟動(dòng)冷卻循環(huán)泵，運(yùn)行一段時(shí)間后，檢查過濾器濾芯，如有必要可更換新的濾芯。

3、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于馬達(dá)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(dá)之間的管路采用在線循環(huán)清洗的方法；補(bǔ)油部分采用自循環(huán)清洗的方法清洗。

4、其他液壓系統(tǒng)。拆檢輔助泵顯示泵內(nèi)部并沒有機(jī)械損傷，其他系統(tǒng)情況也大致相同；因此，其他液壓系統(tǒng)采用自循環(huán)清洗的方法清洗。清洗時(shí)要時(shí)刻觀察油液污染度，直到完全達(dá)標(biāo)，清洗工作才能結(jié)束。

5、液壓系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)及過濾。對(duì)所有管路通過上述方法清洗后，主油箱內(nèi)液壓油仍可達(dá)到NAS9級(jí)后，恢復(fù)管路正常連接狀態(tài)，開啟刀盤補(bǔ)油系統(tǒng)及泵站，進(jìn)行系統(tǒng)過濾，對(duì)未能放掉的液壓油進(jìn)行循環(huán)回油箱及過濾，油液達(dá)標(biāo)后，開啟管片安裝系統(tǒng)泵站、反復(fù)動(dòng)作管片安裝機(jī)各個(gè)動(dòng)作，使工作機(jī)構(gòu)液壓執(zhí)行元件內(nèi)的液壓油循環(huán)流回油箱進(jìn)行過濾，及時(shí)清洗冷卻過濾系統(tǒng)的濾芯。同樣依次逐個(gè)動(dòng)作盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)、注漿泵液壓系統(tǒng)，并進(jìn)行過濾，每個(gè)系統(tǒng)工作正常后，液壓油也達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)后，加滿油箱內(nèi)的液壓油，開啟整個(gè)液壓系統(tǒng)，動(dòng)作盾構(gòu)的每個(gè)動(dòng)作，對(duì)油箱內(nèi)的液壓油進(jìn)行全面過濾，檢測(cè)每個(gè)動(dòng)作時(shí)的液壓壓力、泵站、閥組、馬達(dá)、油缸工作狀況、溫度是否正常。再次檢測(cè)液壓油的污染度和粘度指標(biāo)，恢復(fù)正常工作狀態(tài)進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)。

四、盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染的預(yù)防

目前盾構(gòu)機(jī)械油液污染的解決辦法大多依靠事后維修，以及經(jīng)驗(yàn)法或儀器離線式檢測(cè)。該辦法的缺點(diǎn)是液壓元器件如泵、溢流閥等已經(jīng)發(fā)生故障才去查明故障原因，無法在故障發(fā)生時(shí)控制故障發(fā)展。鑒于盾構(gòu)液壓油污染主要由泥土或金屬顆粒物引起，本系統(tǒng)擬采用自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)儀來測(cè)量液壓油的污染度，儀器經(jīng)RS232總線與上位機(jī)通信，以某一液壓系統(tǒng)為例介紹其使用方法，如（圖1）所示。監(jiān)測(cè)儀自帶程序?qū)ξ廴径瘸瑯?biāo)的油液進(jìn)行報(bào)警提示并顯示污染度等級(jí)，由上位機(jī)顯示油液污染度變化趨勢(shì)，以便及時(shí)采取措施使油液的污染度保持在一定范圍內(nèi)，保證整個(gè)液壓系統(tǒng)的可靠工作和元件的壽命。

美國太平洋科學(xué)儀器的HIACPM4000型油液顆粒在線監(jiān)測(cè)儀實(shí)物圖見（圖2），其面積不過手掌心大小，但功能強(qiáng)大，一般并聯(lián)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(nèi)置的止回閥能有效保護(hù)該設(shè)備。它遵循EN61010—1：1993和IEC825—1：1993以及1S06149—2等國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)，具有機(jī)載顯示功能，能顯示顆粒等級(jí)并自動(dòng)報(bào)警，并自帶紅外及RS232接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，將在線檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，以進(jìn)一步判斷顆粒變化趨勢(shì)。

五、結(jié)束語

液清潔度是保證液壓系統(tǒng)良好運(yùn)轉(zhuǎn)的主要因素，一旦液壓系統(tǒng)遭到污染，帶來的結(jié)果必定是液壓元件的損壞；因此，建立定期進(jìn)行油樣分析制度，是盾構(gòu)機(jī)使用過程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)然，如果從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，增加一些保護(hù)元件的過濾裝置是值得深入考慮和研究的。

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