掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)維修改造技術(shù)研究

宋志友

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

國(guó)內(nèi)隧道掘進(jìn)機(jī)保有量已達(dá)3000 余臺(tái)，現(xiàn)階段掘進(jìn)機(jī)的需求重心轉(zhuǎn)向維修改造再利用。維修改造后的掘進(jìn)機(jī)在保障其使用性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還須保證項(xiàng)目施工需求、施工質(zhì)量及安全。但掘進(jìn)機(jī)的施工里程和地質(zhì)狀態(tài)各不相同，掘進(jìn)機(jī)使用后的狀態(tài)也千差萬(wàn)別，掘進(jìn)機(jī)維修改造前，先要對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，將掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀分級(jí)，不同級(jí)別的掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同維修改造標(biāo)準(zhǔn)。

1 維修改造等級(jí)劃分原則

掘進(jìn)機(jī)施工在花崗巖、硬巖及其復(fù)合地層，要求小扭矩、高轉(zhuǎn)速，但實(shí)際施工時(shí)刀盤(pán)扭矩通常相對(duì)增大，電氣元件負(fù)載率較高；在砂巖、砂質(zhì)泥巖地質(zhì)，要求扭矩適中、低轉(zhuǎn)速，但受土壤改良狀況影響，實(shí)際施工時(shí)刀盤(pán)扭矩也會(huì)相對(duì)較高，電氣元件負(fù)載率適中；在粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土地質(zhì)，要求低扭矩、低轉(zhuǎn)速，電氣元件負(fù)載率較低。

長(zhǎng)期工作在高負(fù)載率下，電氣元件發(fā)熱影響絕緣性能，加速電氣元件的老化，但長(zhǎng)時(shí)間未使用的電氣元件，也會(huì)因防護(hù)不到位等因素導(dǎo)致電氣元件受潮、氧化生銹影響安全性能。因此，掘進(jìn)機(jī)維修改造需考慮已完成的施工工況，保障維修改造后的掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)功能齊全、性能良好，降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免過(guò)度維修、降低維修改造成本。

根據(jù)已完成的掘進(jìn)里程、勘驗(yàn)現(xiàn)狀、使用年限等綜合評(píng)估設(shè)備機(jī)況，將掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)的維修改造劃分為小修、中修、大修3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)維修等級(jí)，維修等級(jí)劃分見(jiàn)表1，其中相應(yīng)的地質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。綜合掘進(jìn)里程為式（1）。

表1 維修等級(jí)劃分

表2 具體地質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)

式中 L1、L2、L3——掘進(jìn)機(jī)在不同地質(zhì)條件實(shí)際掘進(jìn)里程數(shù)，km

A1——掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)至今的年限，年

A2——掘進(jìn)機(jī)完成上一工程掘進(jìn)任務(wù)后的存放時(shí)長(zhǎng)，年

S′——綜合掘進(jìn)里程，km

1.1 小修型

一般針對(duì)綜合掘進(jìn)里程S′＜3 km 的掘進(jìn)機(jī)，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行清理清潔、故障處理、潤(rùn)滑保養(yǎng)等工作后，根據(jù)設(shè)備出洞前的動(dòng)靜態(tài)勘驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行基本維修及缺損件更換；變壓器、變頻系統(tǒng)、電機(jī)及動(dòng)力電纜等核心部件需進(jìn)行絕緣耐壓檢測(cè)；電氣柜、箱盒等需檢測(cè)其IP 防護(hù)等級(jí)；PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器、開(kāi)關(guān)電源等關(guān)鍵元件要用電路板清潔劑對(duì)其進(jìn)行清理清潔；其他無(wú)故障部件不進(jìn)行拆解及送修。以上工作完成后，整機(jī)可不架力調(diào)試。

1.2 中修型

一般針對(duì)綜合掘進(jìn)里程為3～8 km 的掘進(jìn)機(jī)，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的清理清潔、除銹后，根據(jù)動(dòng)靜態(tài)勘驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：進(jìn)行基本維修及缺損件更換；變壓器、變頻系統(tǒng)、電機(jī)等核心部件根據(jù)實(shí)際機(jī)況送專(zhuān)業(yè)廠家檢修并出具檢測(cè)合格證；電氣柜、箱、盒等設(shè)備的門(mén)鎖及密封需更換并檢驗(yàn)其IP 防護(hù)等級(jí)；各壓力、流量、溫度等傳感器精度需檢核；PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器、開(kāi)關(guān)電源等部件用電路板清潔劑對(duì)其進(jìn)行清理清潔；對(duì)動(dòng)力電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試。以上工作完成后，還需要整機(jī)架力調(diào)試并根據(jù)驗(yàn)收大綱逐項(xiàng)驗(yàn)證各系統(tǒng)及元器件的工作性能。

1.3 大修型

一般針對(duì)綜合掘進(jìn)里程S′≥8 km 的掘進(jìn)機(jī)，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的清理清潔、除銹后，應(yīng)根據(jù)新機(jī)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)變壓器、變頻系統(tǒng)、電機(jī)等核心部件送專(zhuān)業(yè)廠家進(jìn)行翻新檢修并出具檢測(cè)合格證；電氣柜、箱、盒的門(mén)鎖及密封、電磁閥及傳感器插頭、各鋰電池、UPS、持續(xù)使用超過(guò)2 年的氣體檢測(cè)傳感器、老化的電纜、線槽、接線端子等設(shè)備、器件換新，并檢驗(yàn)換新后的電氣柜、箱、盒的IP 防護(hù)等級(jí)；動(dòng)力電纜進(jìn)行絕緣耐壓測(cè)試；PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器、開(kāi)關(guān)電源等部件用電路板清潔劑對(duì)其進(jìn)行清理清潔；各壓力、流量、溫度等傳感器精度檢核；老舊的供配電及控制方案進(jìn)行升級(jí)改造。以上工作完成后，需整機(jī)架力調(diào)試并根據(jù)驗(yàn)收大綱逐項(xiàng)驗(yàn)證各系統(tǒng)及元器件的工作性能。

2 電氣元件清潔方法及分級(jí)分類(lèi)檢修要求

無(wú)論是掘進(jìn)機(jī)小修、中修還是大修，都必須對(duì)電氣元器件進(jìn)行清潔。

電氣元件清理清潔時(shí)嚴(yán)禁采用鋼刷、刀片等尖銳金屬清理柜體；元器件除塵時(shí)，可采用干冰清洗機(jī)，如用壓縮空氣，需經(jīng)過(guò)除濕處理；動(dòng)力電纜上的油污清理可采用無(wú)毒害的有機(jī)溶劑。

2.1 電氣元件的清理清潔方法

以電氣柜為例，簡(jiǎn)述電氣元件的清潔方法如下：

（1）清除變頻器、軟啟動(dòng)器和開(kāi)關(guān)電源等帶有散熱風(fēng)道元器件表面的大顆粒雜物。

（2）用吸塵器清理變頻器、軟啟動(dòng)器和開(kāi)關(guān)電源等帶有散熱風(fēng)道元器件的上表面。

（3）用經(jīng)過(guò)除濕處理的壓縮空氣吹凈帶有風(fēng)道元器件的表面及風(fēng)道灰塵，清理完畢后套上防塵罩。

（4）拆除配電柜銅排蓋板、線槽蓋板，用壓縮空氣對(duì)柜內(nèi)清灰除塵。

（5）用工業(yè)酒精擦洗銅排。

（6）更換或清洗電氣柜的散熱濾網(wǎng)。

（7）用吸塵器清理柜內(nèi)元件表面灰塵。

（8）用電路板清洗劑清洗PLC 模塊、放大板等元件的電路板。

（9）用帶有海綿條的軟刷清除元器件表面。

（10）烘干受潮元器件。

（11）封堵柜體內(nèi)未使用的進(jìn)出線孔。

（12）電氣柜清理清潔完成后，在內(nèi)部放置干燥劑并鎖好柜門(mén)。

2.2 電氣元件分級(jí)分類(lèi)檢修要求

掘進(jìn)機(jī)電氣元件可按其功能、結(jié)構(gòu)及裝配位置分為易損易耗件、可拆解清洗清潔件、精密電子件、裝配結(jié)構(gòu)件等類(lèi)型：易損易耗件的檢修要求見(jiàn)表3；可拆解清洗清潔元件的檢修要求見(jiàn)表4；裝配結(jié)構(gòu)件的檢修要求見(jiàn)表5；精密電子元件的檢修要求見(jiàn)表6。

表3 易損易耗件檢修要求

表4 可拆解清洗清潔元件檢修要求

表5 裝配結(jié)構(gòu)件檢修要求

表6 精密電子元件檢修要求

2.3 電氣系統(tǒng)維修改造實(shí)施流程

根據(jù)勘驗(yàn)狀態(tài)、設(shè)備履歷、擬用項(xiàng)目地址資料及業(yè)主準(zhǔn)入要求，確定掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)的維修改造方案，根據(jù)確定的維修方案及電氣元件分類(lèi)實(shí)施分級(jí)、分類(lèi)檢修，電氣系統(tǒng)維修改造實(shí)施流程如圖1 所示。

圖1 電氣系統(tǒng)維修改造實(shí)施流程

3 掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)分級(jí)維修實(shí)踐

鐵建重工DL462 盾構(gòu)機(jī)于2018 年8 月出廠。第一段用于泥質(zhì)粉砂巖地質(zhì)，掘進(jìn)里程1776.5 m；第二段用于中風(fēng)化花崗巖地質(zhì)，掘進(jìn)里程1270.17 m，于2021 年1 月設(shè)備出洞；維修改造后，擬2022 年2 月用于密實(shí)卵石地質(zhì)。

結(jié)合DL462 設(shè)備履歷及具體機(jī)況，為滿足施工需求，DL462電氣系統(tǒng)采用中修方案。其中，主驅(qū)動(dòng)增加兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)、哈維控制器改為西門(mén)子脈沖模塊控制器。維修改造前后設(shè)備主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表7。

表7 改造前后設(shè)備主要參數(shù)對(duì)比

3.1 設(shè)備返廠階段

（1）設(shè)備返廠前，檢查各電氣柜、箱、盒的殼體及門(mén)鎖是否完好，損壞的采取密封防護(hù)措施防止灰塵、水汽進(jìn)入。

（2）主驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)廠前，檢查并排放冷凝水。

（3）以臺(tái)車(chē)為單位清點(diǎn)物料，并結(jié)合動(dòng)靜態(tài)勘驗(yàn)報(bào)告詳細(xì)記錄電氣部件缺損情況。

（4）單獨(dú)裝箱發(fā)貨的電氣設(shè)備，清點(diǎn)數(shù)量，登記造冊(cè)。

3.2 設(shè)備維修改造階段

（1）按電氣元件清潔方法清理、清潔各電氣元件。

（2）依據(jù)電氣元件分級(jí)、分類(lèi)檢修要求，檢查維修各電氣元件，并登記歸檔檢修階段的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）補(bǔ)全整機(jī)電氣標(biāo)識(shí)并增加電氣設(shè)備防護(hù)。

（4）整機(jī)架立聯(lián)調(diào)并依據(jù)工廠驗(yàn)收大綱逐項(xiàng)驗(yàn)證各系統(tǒng)、元件的工作性能。

3.3 設(shè)備存放

（1）存放時(shí)，遠(yuǎn)離腐蝕性氣體、液體和固體，避免雨淋暴曬，保證良好的通風(fēng)。

（2）需獨(dú)立裝箱的電氣設(shè)備，明確記錄裝箱號(hào)并張貼裝箱明細(xì)。

（3）變壓器、電氣柜、電氣箱及控制室等部件，封堵進(jìn)出線接口，放置干燥劑，關(guān)閉電氣柜門(mén)。戶外存放時(shí)罩上防雨罩，用打包帶將防護(hù)罩捆扎牢靠并定期檢查。

電氣柜和操作箱檢修前后對(duì)比，檢修前如圖2 所示，檢修后如圖3 所示。

圖2 檢修前的電氣柜和操作箱

圖3 檢修后電氣柜和操作箱

DL462 盾構(gòu)機(jī)維修改造于2021 年9 月開(kāi)始，11 月完成工廠調(diào)試驗(yàn)收。2022 年2 月完成工地組裝，3 月工地始發(fā)掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)。截至2022 年4 月1 日，已累積開(kāi)挖121 環(huán)，單日最高開(kāi)挖8 環(huán)，掘進(jìn)期間未發(fā)生電氣問(wèn)題、停機(jī)故障。施工主要參數(shù)：刀盤(pán)扭矩8000～11 500 kN·m，推進(jìn)速度40～55 mm/min，推力20 000～26 500 kN。施工效果達(dá)到預(yù)期，得到施工業(yè)主認(rèn)可。

4 結(jié)束語(yǔ)

掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)的維修改造可根據(jù)綜合掘進(jìn)里程劃分為小修、中修、及大修等級(jí)；根據(jù)電氣部件的分類(lèi)將不同類(lèi)別的元件按要求實(shí)施檢修，既可以節(jié)約成本、縮短工期也可以保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定。