何冰 溫銀萍
摘 要:隨著我國城市化進程的加快,城市規(guī)模不斷擴大、人口數(shù)量增大,城市交通呈急劇增長的態(tài)勢,地鐵的修建公里數(shù)在不斷增加,盾構(gòu)機的使用越來越頻繁,發(fā)生故障的確頻率和數(shù)量增加。本文介紹了泥水盾構(gòu)機的常見故障及處理方法,提出了針對逆水盾的在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);泥水盾構(gòu)機;在線監(jiān)測;故障診斷;智能傳感
泥水盾構(gòu)機是盾構(gòu)機(全名為盾構(gòu)隧道掘進機)的一類,是一種隧道掘進的專用工程機械,現(xiàn)代泥水盾構(gòu)機集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體,具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能,涉及地質(zhì)、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術(shù),而且要按照不同的地質(zhì)進行“量體裁衣”式的設(shè)計制造,可靠性要求極高。工作原理為通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩(wěn)定開挖面,其刀盤后面有一個密封隔板,與開挖面之間形成泥水室,里面充滿了泥漿,開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠,經(jīng)分離后泥漿重復使用。土壓平衡式盾構(gòu)機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì),刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室,刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土料增加,再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運出,泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進行調(diào)節(jié)。目前廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程,但由于其包含的系統(tǒng)多,所以涉及需要監(jiān)測及故障診斷的量大。
一、泥水盾構(gòu)機常見故障及處理
1.泄漏故障及處理
泥水盾構(gòu)機發(fā)生泄漏一般包括漏油、漏氣、漏水三個方面。
(1)漏油方面。由于液壓系統(tǒng)是泥水盾構(gòu)機的重要組成部分,而漏油是液壓系統(tǒng)的常見故障,漏油多發(fā)生在液壓泵、液壓閥、液壓缸、液壓馬達及油管等相互連接的管路接頭處。液壓油泄露的原因視情況而定,大體上有兩種原因,一是在長期使用過程中由于受力、振動等原因?qū)е陆宇^連接處松動,這種情況采用匹配型號的扳手(優(yōu)先選用力矩扳手)緊固即可,泥水盾構(gòu)機管路螺紋均為右旋,扳手需順時針轉(zhuǎn)動。二是由于安裝調(diào)試、維修保養(yǎng)、等致使故障處理連接處螺紋磨損,導致接頭配合不緊密,此種情況可以纏一些生膠帶在螺紋上。三是密封圈,可能是密封圈老化、破損。此種情況更換密封圈即可。
由于地鐵施工過程中的設(shè)備和環(huán)境特殊性,一般液壓系統(tǒng)的故障處理多在現(xiàn)場完成。所以,整個漏油故障處理過程中,要防止管路螺紋沾上雜質(zhì),處理完成之后,需要及時管路及泄露的液壓油擦拭干凈,觀察一段時間,如果仍然泄露,則需進一步處理。
(2)漏氣方面。泥水盾構(gòu)機的氣動系統(tǒng)漏氣原因與漏油基本類似,多為接頭松動、螺紋配合不緊密,大部分能通過觀察和聲音來判斷故障部位。故障處理辦法可以參照漏油故障解決方法。
(3)漏水方面。由于泥水盾構(gòu)機的施工原理和構(gòu)造原因,存在大量的泥水混合管路及接頭,在法蘭連接處、管路接頭處,由于連接松動、螺紋磨損和密封墊片破損等原因?qū)е侣猬F(xiàn)象發(fā)生。解決方法也有緊固連接處、緊固法蘭連接螺栓、更換密封圈及法蘭盤等。
2.注漿泵故障及處理
注漿泵由于電源沒有合閘、注漿泵內(nèi)部注漿材料凝固、灌注引水不敷、泵內(nèi)空氣無法排出、吸水管漏氣、前襯板與葉輪間隙大、出水管道不克不及封住空氣、泵內(nèi)有空氣、分離聚會器閉合不緊、葉輪或襯板磨等原因會發(fā)生注漿泵無法運轉(zhuǎn)、壓力不足、有異響,注漿泵出水壓力小、流量小,注漿泵不吸水、注漿泵上水慢等故障現(xiàn)象。
處理方法為,全面檢查連接線路,看是合閘、斷路、線路脫落、導線斷裂;清理注漿泵吸入口、注漿泵內(nèi)部;持續(xù)灌注引水、反省管路能否漏氣、調(diào)理葉輪與前襯板間隙;調(diào)理間隙、調(diào)理出水管道、裝置抽真空安裝;排空泵內(nèi)氣體、調(diào)理間隙、調(diào)理分離聚會器摩擦片間隙、改換葉輪或襯板等。
3.電磁閥電源漏電保護器跳閘
電磁閥電源跳閘的原因多為該電源下某個電磁閥接線短路,比如電磁閥接線處進水。電磁閥電源跳閘,如果合閘不上,則檢查對應的電磁閥,觀察電磁閥表面是否有水跡。如果沒有明顯跡象,則找到電磁閥對應的接線端子箱,通過拔下熔斷器斷開某個區(qū)域的電磁閥電源,測試并確定故障發(fā)生在哪個區(qū)域。確定區(qū)域之后,拔下所有的電磁閥熔斷器,用萬用表逐一測電磁閥接線電阻。如果某個電磁閥接線阻值很小幾乎為零,就說明該電磁閥發(fā)生短路。找到對應的電磁閥,對電源接線進行檢查。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)架構(gòu)上一般可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層。感知層主要功能是對信息進行采集和物件識別,由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層主要功能是對從感知層獲取的數(shù)據(jù)信息進行傳遞和處理,由各種現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成。應用層是物聯(lián)網(wǎng)和泥水盾構(gòu)機的接口,與用戶需求結(jié)合,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在泥水盾構(gòu)機的智能應用。
智能傳感器具有設(shè)備或環(huán)境信息感知、板載診斷、數(shù)據(jù)采集、分析、轉(zhuǎn)換處理、告警和通信等功能,由微處理器驅(qū)動的傳感器與儀表套裝,選配無線射頻模塊,為泥水盾構(gòu)機監(jiān)控系統(tǒng)及用戶提供相關(guān)信息,在泥水盾構(gòu)機在線監(jiān)測系統(tǒng)中,對于分布感知的數(shù)據(jù),如電動機溫度、液壓系統(tǒng)油壓、氣壓系統(tǒng)氣壓、泥水流量、設(shè)備二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭及輔助設(shè)備或環(huán)境的狀態(tài)信息等傳感器,將其設(shè)計于數(shù)據(jù)采集智能模塊中,實現(xiàn)對泥水盾構(gòu)機全景數(shù)據(jù)的分布式采集、故障。
三、基于物聯(lián)網(wǎng)的泥水盾構(gòu)機常見故障診斷
1.系統(tǒng)設(shè)計方案
系統(tǒng)整體設(shè)計方案如圖1所示。
2.系統(tǒng)功能
(1)在線監(jiān)測與實時智能診斷。系統(tǒng)通過采集泥水盾構(gòu)機各系統(tǒng)電參數(shù)信號,獲取設(shè)備運行狀態(tài)信息,利用先進的信號識別和表征技術(shù),實時定量診斷故障損傷部位和嚴重程度。
(2)預警預報。工作人員可隨時掌握設(shè)備運行狀態(tài),發(fā)生超限、故障時,Web界面端可自動彈出報警類型、報警狀態(tài)、報警時間等,并可通過配件實現(xiàn)語音報警。
(3)診斷報告自動生成。通過選取故障數(shù)據(jù),系統(tǒng)自動輸出診斷分析結(jié)果和診斷報告。
(4)數(shù)據(jù)查詢。以表格形式輸出報警記錄,可對機電設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進行查詢,另外可進行趨勢分析。
(5)針對設(shè)備測點進行振動數(shù)據(jù)分析,包括實時波形數(shù)據(jù)分析、頻譜分析、包絡(luò)譜分析、振動特征值計算等。
(6)支持遠程訪問,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和多點訪問。
3.系統(tǒng)特點
(1)泥水盾構(gòu)機故障在線智能定量診斷,實現(xiàn)故障準確定位與維修指導。
(2)泥水盾構(gòu)機運行狀態(tài)集中監(jiān)測,實現(xiàn)運行狀態(tài)信息全面實時監(jiān)測。
(3)故障預警,歷史數(shù)據(jù)為設(shè)備健康狀態(tài)評估提供依據(jù),為設(shè)備趨勢分析提供支撐。
(4)高效的數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)庫管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高可靠性。
(5)傳感器、振動監(jiān)測儀等設(shè)備通過電磁干擾試驗,系統(tǒng)抗干擾能力強。
四、結(jié)束語
本文針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢和泥水盾構(gòu)機施工和故障特點,提出了將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在泥水盾構(gòu)機的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)中一種設(shè)計方案。
參考文獻:
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