盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)異常的分析處理

趙康峰/ZHAO Kang-feng

（ 中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016）

盾構(gòu)因其高效、便捷、安全的優(yōu)勢(shì)使其在地鐵施工中應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。螺旋輸送機(jī)作為盾構(gòu)的重要組成部分，承載著盾構(gòu)出渣、保證土倉(cāng)壓力平衡、防噴涌等重要功能，由于螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)元件眾多，螺旋輸送機(jī)在使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。本文將針對(duì)一個(gè)典型案例對(duì)螺旋輸送機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 案例分析

2017年初，廈門(mén)某地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)，工作人員反映，在各個(gè)電氣元器件運(yùn)行正常的情況下，螺旋輸送機(jī)只有正轉(zhuǎn)，沒(méi)有反轉(zhuǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，初步判斷是液壓系統(tǒng)的異常導(dǎo)致了這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。

1.1 盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)液壓控制原理分析

盾構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用斜盤(pán)軸向柱塞閉式變量泵加斜盤(pán)式軸向柱塞閉式馬達(dá)的閉式液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。螺旋送機(jī)速度分為高低兩檔，高低速切換主要通過(guò)螺旋輸送機(jī)高低速控制電磁閥的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，同時(shí)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速可以在0～22轉(zhuǎn)之間無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)中通過(guò)閉式變量柱塞泵和變量馬達(dá)的變量匹配調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋輸送機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。螺旋輸送機(jī)泵排量的大小受制于先導(dǎo)控制壓力，先導(dǎo)控制壓力主要來(lái)源于螺旋輸送機(jī)恒功率控制閥組上的比例溢流閥，通過(guò)控制比例溢流閥的輸入電流控制比例溢流閥輸出壓力，比例溢流閥的輸出壓力與螺旋輸送機(jī)泵斜盤(pán)擺角大小成比例關(guān)系，螺旋輸送機(jī)泵斜盤(pán)擺角的大小決定了螺旋輸送機(jī)泵輸出流量，進(jìn)而影響螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速。螺旋輸送機(jī)正反轉(zhuǎn)主要是通過(guò)控制斜盤(pán)式軸向柱塞泵斜盤(pán)擺動(dòng)的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，螺旋輸送機(jī)泵斜盤(pán)擺動(dòng)的方向由電磁閥控制。

圖1 盾構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)異常原因假設(shè)

根據(jù)螺旋輸送機(jī)的液壓控制原理和工作流程（圖2、圖3），判斷出螺旋輸送機(jī)沒(méi)有反轉(zhuǎn)是因?yàn)榉崔D(zhuǎn)時(shí)螺旋輸送機(jī)泵斜盤(pán)沒(méi)有變換方向，產(chǎn)生這種情況的原因可能有：①螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)反轉(zhuǎn)控制電磁閥沒(méi)有得電，反轉(zhuǎn)控制X2口沒(méi)有壓力油通過(guò)；②螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)比例溢流閥沒(méi)有輸入電流，導(dǎo)致溢流閥沒(méi)有壓力輸出，由于壓力過(guò)低斜盤(pán)沒(méi)有變換方向；③螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)先到控制孔X2處的阻尼孔堵塞，壓力油沒(méi)有到達(dá)螺旋輸送機(jī)擺角控制伺服滑閥的控制腔，導(dǎo)致斜盤(pán)沒(méi)有變換方向，螺旋輸送機(jī)沒(méi)有反轉(zhuǎn)。

2 問(wèn)題處理與分析

2.1 采用排除法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行排除

根據(jù)以上分析，我們對(duì)螺旋輸送機(jī)沒(méi)有反轉(zhuǎn)原因進(jìn)行了排查。

啟動(dòng)螺旋機(jī)泵，待機(jī)狀態(tài)下螺旋輸送機(jī)A口壓力為35bar，B口壓力只有不到15bar，AB口壓力差相差比較大，由于該現(xiàn)象對(duì)螺旋輸送機(jī)正反轉(zhuǎn)沒(méi)有直接影響，所以暫且擱置，沒(méi)有分析。

先試了一下正轉(zhuǎn)，動(dòng)作正常，空載時(shí)A口壓力約為60bar，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，螺旋輸送機(jī)空轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)壓力在60bar左右，可以判斷出空轉(zhuǎn)時(shí)螺旋輸送機(jī)負(fù)載正常，沒(méi)有機(jī)械干涉；調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕，螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)且速度可控，正轉(zhuǎn)正常，通過(guò)這種現(xiàn)象可以分析出電氣以及控制閥組性能穩(wěn)定，無(wú)異常；觀察螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)電磁閥，得電正常，原因1中提到的反轉(zhuǎn)電磁閥不得電可以排除；然后旋轉(zhuǎn)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速控制電位計(jì)，觀察螺旋輸送機(jī)泵先導(dǎo)控制X2口，發(fā)現(xiàn)X2的壓力根據(jù)轉(zhuǎn)速電位計(jì)輸出量變化，且能達(dá)到最大壓力，由此可以排除原因2中提到的比例閥輸出異常這個(gè)情況。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)象分析，產(chǎn)生螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)沒(méi)有轉(zhuǎn)速這一現(xiàn)象最有可能是螺旋輸送機(jī)泵先導(dǎo)控制X2口的阻尼孔堵塞，基于這種判斷，我們拆卸了X2口帶有阻尼孔的閥塊，并用高壓空氣對(duì)阻尼孔進(jìn)行了吹洗，確定清洗干凈后，又重新裝好并連接管路，再次啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)泵，打到反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制電位計(jì)旋鈕，螺旋輸送機(jī)泵仍然沒(méi)有旋轉(zhuǎn)。3種可能全部被排除。

圖2 螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

圖3 螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)工作流程圖

2.2 轉(zhuǎn)換思路分析問(wèn)題

以上3種假設(shè)原因全部排除后，再次對(duì)問(wèn)題可能產(chǎn)生的原因進(jìn)行了梳理，聯(lián)想到螺旋輸送機(jī)待機(jī)狀態(tài)下，AB口壓差相差較大這個(gè)現(xiàn)象，分析螺旋輸送機(jī)沒(méi)有反轉(zhuǎn)可能是由于螺旋輸送機(jī)泵本身的問(wèn)題產(chǎn)生的。

螺旋輸送機(jī)泵采用力士樂(lè)A4VSG500HD1/30R軸向柱塞閉式變量泵，螺旋輸送機(jī)泵液壓原理圖和泵工作流程如圖4、圖5所示，螺旋輸送機(jī)泵啟動(dòng)時(shí)斜盤(pán)擺角處于中位，在沒(méi)有控制壓力的情況下，泵沒(méi)有壓力油輸出，同時(shí)閉式泵由于AB口通過(guò)負(fù)載后聯(lián)通，為了散熱，泵本身集成有熱油閥，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的部分熱油通過(guò)換油閥流回油箱，流回油箱的油需要通過(guò)補(bǔ)油泵來(lái)補(bǔ)充，補(bǔ)油泵補(bǔ)充的油來(lái)自油箱冷卻后的油，通過(guò)這種方式完成閉式泵的散熱；當(dāng)控制口X1或者X2口有壓力油時(shí)，伺服滑閥動(dòng)作，啟動(dòng)之初螺旋輸送機(jī)泵沒(méi)有輸出壓力，引發(fā)變量活塞動(dòng)作的壓力油需要補(bǔ)油泵提供，補(bǔ)油泵的壓力油通過(guò)伺服滑閥到達(dá)螺旋輸送機(jī)擺角變量缸的控制腔，驅(qū)動(dòng)變量缸動(dòng)作，同時(shí)變量缸與螺旋輸送機(jī)斜盤(pán)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，變量缸動(dòng)作帶動(dòng)斜盤(pán)擺動(dòng)，而后螺旋輸送機(jī)泵有流量輸出，系統(tǒng)壓力建立。伺服滑閥在控制腔裝有彈簧，來(lái)自X1或者X2口的壓力油推動(dòng)伺服滑閥動(dòng)作的同時(shí)擠壓彈簧，直至彈簧壓力與控制油壓力平衡后，伺服滑閥回到中位，變量缸停止動(dòng)作并穩(wěn)定在固定位置，斜盤(pán)擺角穩(wěn)定在某一角度，泵輸出恒定流量。

圖4 螺旋輸送機(jī)泵液壓原理圖

圖5 螺旋輸送機(jī)泵工作流程圖

通過(guò)分析得知伺服滑閥在泵流量產(chǎn)生過(guò)程中起到非常大的作用，螺旋輸送機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)AB口較大的壓力差是由于初始狀態(tài)下螺旋輸送機(jī)泵伺服滑閥兩端的彈簧壓力不對(duì)等引起的，由于伺服滑閥兩端彈簧壓力不對(duì)等，滑閥閥芯在螺旋輸送機(jī)泵空轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有處于中位，在沒(méi)有控制壓力的情況下，螺旋輸送機(jī)泵有個(gè)很小的擺角，泵A口輸出了壓力油，但是流量很小，由于泵本身有泄露，流量很小的情況還沒(méi)有產(chǎn)生足夠大的壓力，此時(shí)螺旋輸送機(jī)仍不至于旋轉(zhuǎn)，泵空轉(zhuǎn)時(shí)AB口有較大壓差得到解釋。同時(shí)反轉(zhuǎn)時(shí)控制X2口處雖然有壓力油，但是壓力油的壓力還不足以推動(dòng)伺服滑閥動(dòng)作，所以泵擺角沒(méi)有變化，B口沒(méi)有壓力油輸出，螺旋輸送機(jī)不旋轉(zhuǎn)。

2.3 解決問(wèn)題

基于以上分析我們把B口伺服滑閥的彈簧壓力進(jìn)行了調(diào)節(jié)，再次啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)泵，AB口壓力均為30bar左右，兩者相差不大。反轉(zhuǎn)螺旋輸送機(jī)，動(dòng)作正常，空載壓力60bar左右，速度也可以調(diào)節(jié)，問(wèn)題得到解決。

后續(xù)我們對(duì)該項(xiàng)目螺旋輸送機(jī)的使用情況進(jìn)行了跟蹤，自問(wèn)題處理之后螺旋輸送機(jī)再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)反轉(zhuǎn)異常的情況。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)異常的現(xiàn)象對(duì)盾構(gòu)螺旋輸送液壓系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了分析，列舉了盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的可能原因以及排查方法，為盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)類(lèi)似問(wèn)題的分析與處理提供了依據(jù)。