盾構(gòu)液壓油乳化問題診斷及處理

陳宏明/CHEN Hong-ming（中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 410700）

盾構(gòu)液壓油乳化問題診斷及處理

陳宏明/CHEN Hong-ming
（中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 410700）

[摘 要]盾構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，其工作可靠性和壽命與液壓油的運(yùn)行狀況有密切的關(guān)系。本文闡述了盾構(gòu)液壓系統(tǒng)油液乳化的主要途徑，并針對(duì)某臺(tái)盾構(gòu)施工過程中油液乳化原因進(jìn)行了分析判斷，提出了現(xiàn)場(chǎng)施工過程中防止油液乳化的注意事項(xiàng)，并提出了在線檢測(cè)水分的設(shè)計(jì)理念以應(yīng)對(duì)液壓油乳化的解決方案。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)；液壓系統(tǒng)；油液乳化

盾構(gòu)作為地下工程大型施工機(jī)械，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。盾構(gòu)工作的可靠性與液壓油的運(yùn)行狀態(tài)有非常密切的關(guān)系。實(shí)際使用中，由于施工環(huán)境惡劣、人為操作失誤等原因，油液乳化多有發(fā)生，由于沒有針對(duì)性的在線檢測(cè)設(shè)備，油液嚴(yán)重乳化后才被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)只能更換全部液壓油以解決問題。因此，對(duì)盾構(gòu)液壓油乳化現(xiàn)象產(chǎn)生的途徑進(jìn)行分析判斷，可以有效防止液壓油乳化。

1 盾構(gòu)液壓油乳化的主要途徑

盾構(gòu)液壓系統(tǒng)主要由刀盤驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)、管片拼裝機(jī)及冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成，在整個(gè)液壓系統(tǒng)中液壓油與水有密切接觸的部位主要有：①推進(jìn)鉸接液壓系統(tǒng)：由于盾構(gòu)下部的推進(jìn)油缸及鉸接油缸在施工過程中經(jīng)常被盾構(gòu)底部的污水埋沒，因此在油缸伸縮過程中容易將水分帶入液壓系統(tǒng)；②冷卻循環(huán)系統(tǒng)：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)有油水冷卻器，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生過由于嚴(yán)重結(jié)垢，冷卻器換熱板片密封損壞，造成水分進(jìn)入液壓系統(tǒng)；③油箱上部設(shè)有呼吸器，當(dāng)呼吸器中的干燥器失效后，空氣中的水分容易形成冷凝水進(jìn)入液壓系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員只要注意到以上問題，就可以有效防止盾構(gòu)常規(guī)的液壓油乳化問題。

2 現(xiàn)場(chǎng)故障排查

某工地盾構(gòu)施工過程中，油箱液位指示窗口異常，取樣發(fā)現(xiàn)液壓油嚴(yán)重乳化。根據(jù)以往盾構(gòu)液壓油乳化的案例，首先懷疑冷卻器出現(xiàn)問題，水分進(jìn)入液壓系統(tǒng)造成液壓油乳化，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)更換新的冷卻器后乳化現(xiàn)象并沒有得到遏制，并對(duì)舊的冷卻器做保壓實(shí)驗(yàn)，確定冷卻器不存在問題，因此排除冷卻器所造成液壓油進(jìn)水的可能。其次，懷疑空氣中的冷凝水通過呼吸器進(jìn)入液壓油箱，現(xiàn)場(chǎng)檢查呼吸器正常，可以排除呼吸器進(jìn)水的可能。最后發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)底部積水較多，懷疑推進(jìn)或鉸接油缸密封損壞，造成水分進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，油缸并無異常。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)，刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)馬達(dá)并沒有正常連入液壓系統(tǒng)，而是馬達(dá)的A、B口都連接有一段軟管，軟管自然垂下，端部浸在盾構(gòu)底部的積水中；提起軟管發(fā)現(xiàn)端部是用堵板封堵住的，馬達(dá)上的卸油口用鋼堵已堵住，只有一根高低速控制油管連接至高低速控制閥。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解，由于這個(gè)馬達(dá)上部閥塊被撞壞，故這樣處理。拆解馬達(dá)高低速切換控制閥組，發(fā)現(xiàn)在閥板貼合處有水跡存在。初步判斷導(dǎo)致油液乳化的水分是從此處進(jìn)入系統(tǒng)的。

3 故障原因分析

盾構(gòu)刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)閉式系統(tǒng)，馬達(dá)帶動(dòng)減速機(jī)組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)組，多個(gè)驅(qū)動(dòng)組并聯(lián)共同驅(qū)動(dòng)大齒圈，帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)AB口與泵相連，馬達(dá)有兩檔排量，通過高低速切換控制閥組供給控制油進(jìn)行切換。在高低速切換控制閥組未得電時(shí)，馬達(dá)控制口X通過油路與主系統(tǒng)油箱相連。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1　 刀盤驅(qū)動(dòng)原理圖

現(xiàn)場(chǎng)損壞的馬達(dá)通過減速機(jī)與齒輪系相連，在刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所有減速機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，損壞的馬達(dá)在減速機(jī)帶動(dòng)下被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。由于馬達(dá)為容積式柱塞泵，在被動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，A口會(huì)產(chǎn)生吸力，造成一定負(fù)壓，此負(fù)壓通過連接的油管，作用到浸泡在盾構(gòu)底部水中的堵板處。當(dāng)堵板的密封不能承受此負(fù)壓時(shí)，水就會(huì)通過A口的管路進(jìn)到馬達(dá)里，再通過B口的管路排到盾構(gòu)底部，形成一個(gè)新的以水為介質(zhì)的循環(huán)，如圖2所示。

圖2　 水循環(huán)原理圖

雖然新的循環(huán)以水為介質(zhì)，但損壞的馬達(dá)只有一根高低速切換控制管與盾構(gòu)的液壓系統(tǒng)相連，控制管路為馬達(dá)提供變量的控制壓力。刀盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使用的是力士樂軸向柱塞馬達(dá)，具體型號(hào)為：A6VM500HA1T，從廠家提供的原理圖3及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4中，都可以發(fā)現(xiàn)控制油與馬達(dá)的高壓口中間是有密封的，從原理上來說，馬達(dá)AB口進(jìn)的水分不會(huì)進(jìn)入到控制X口。

圖3　 馬達(dá)控制原理圖

圖4　 馬達(dá)結(jié)構(gòu)剖面圖

因此需要進(jìn)一步查明水從馬達(dá)進(jìn)入控制管路的機(jī)理。

查看力士樂的英文樣本，在HD控制方式的注意事項(xiàng)里有這樣的說明，如果工作壓力大于控制油壓力，會(huì)有0.3L/min的油液內(nèi)泄到控制口，進(jìn)而通過回油管回到油箱。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，刀盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作壓力始終大于控制壓力，因此通過計(jì)算可以得出，通過內(nèi)泄進(jìn)入到液壓系統(tǒng)的水分流量在10L/h左右，這么大量的水分進(jìn)入液壓系統(tǒng)，在很短時(shí)間內(nèi)液壓油就出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。

4 故障排除

經(jīng)過原理分析和現(xiàn)場(chǎng)查看，液壓油乳化故障原因是馬達(dá)損壞后油口與盾構(gòu)底部的積水聯(lián)通，水分進(jìn)入馬達(dá)后通過控制管路進(jìn)到油箱，造成液壓油乳化。馬達(dá)在長(zhǎng)時(shí)間負(fù)壓水介質(zhì)情況下工作，可以確定其內(nèi)部元件已有損壞，需要將馬達(dá)拆除后返廠維修?，F(xiàn)場(chǎng)通過離心機(jī)除去液壓油中的水分后，經(jīng)檢測(cè)，油液可以繼續(xù)使用。

后續(xù)對(duì)該臺(tái)盾構(gòu)液壓油使用情況進(jìn)行持續(xù)性跟蹤調(diào)查一個(gè)月時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)液壓油乳化現(xiàn)象，可以確認(rèn)故障已排除。

5 結(jié) 論

盾構(gòu)液壓系統(tǒng)既有開式系統(tǒng)，又有閉式系統(tǒng)，控制原理復(fù)雜，由于使用同一個(gè)油箱，因此系統(tǒng)任何一處與水分接觸，都會(huì)造成所有液壓系統(tǒng)乳化?，F(xiàn)場(chǎng)排除故障需要對(duì)系統(tǒng)控制原理特別熟悉，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況非常了解的工程師，才能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)找到問題根源進(jìn)而解決問題。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)重視系統(tǒng)培訓(xùn)，能夠正確處理現(xiàn)場(chǎng)異常狀況，不得對(duì)系統(tǒng)隨意更改，這樣才能減少系統(tǒng)故障發(fā)生率，提高液壓系統(tǒng)的壽命。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 張海霞）

［中圖分類號(hào)］TU671

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366（2015）02-0072-03

［收稿日期］2014-12-29

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