三菱盾构机铰接系统原理及故障排除

三菱盾构机铰接系统原理及故障排除
盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能[1] 。

盾构机掘进机的关键技术主要集中在欧、美和日本等少数几个发达国家，如德国海瑞克公司、维尔特公司，美国的罗宾斯公司、日本的三菱重工等公司[2] ，我公司用于穗莞深城际轨道交通某工区的两台三菱①8780 土压平衡盾构机采用了主动铰接系统，
其工作原理为：
盾构千斤顶安装在盾构机主体的后筒上，盾构千斤顶在管片的反作用力下推压后筒，铰接千斤顶在后筒的反作用力下推压前筒，使盾构千斤顶、铰接千斤顶两者之间形成一定的行程差，从而控制后筒和前筒的走向，进行曲线施工和姿态调整[3] ，现结合实际施工中出现的故障，简要介绍下三菱盾构机铰接系统。

1. 盾构机铰接系统的工作原理
如图1所示为铰接液压系统分区8原理图及铰接油缸布置图。

铰接系统由16条千斤顶组成，分为8组，每组2条千斤顶串联成一个分区，其中千斤顶1、4、8、13 附带可以检测行程的传感器。

其他7 个分区的油路与分区8 相同，铰接系统由30KW 的液压泵1 向铰接千斤顶提供压力油。

铰接油缸的工作模式分为3 种，伸缩、跟随和锁定。

其主要操作由主控室的触摸屏完成。

其中B1-B8 为选择伸缩选用按钮，L1-L8 为锁
定选用按钮。

对铰
接千斤顶分区进行“伸缩选择（B1-B8）”之后，如果再将同一分区进行“锁定选择（L1-L8 ）”，则“伸缩选择被解除”成为锁定选择。

在选择了“锁定”的状态下，即使该分区再选为”伸缩”锁定选择也不会解除［3］。

在伸缩状态下，三菱PLC艮据触摸屏上的操作指令来完成千斤顶的伸缩动作，当选择B1-B8 时，此时电磁换向阀3 满足工作的条件，当铰接千斤顶选择伸或缩时，电磁换向阀N8a或N8b会得电，使液压泵站1提供的压力油流向千斤顶推动被选择的千斤顶进行伸缩。

在跟随状态下，未选择伸缩和锁定操作的分区的千斤顶伸出方向为自由状态，电磁阀5得电切换工作状态，使压力油打开液控单向阀6，此时随动状态下的千斤顶中压力由溢流阀4 控制。

此时选择随动的分区在被选择伸缩分区千斤顶外力作的用下而进行伸缩。

在锁定状态下，电磁换向阀3和电磁换向阀5均不满足动作条件，从而进行锁定，不会进行伸缩或随动。

当进行铰接操作时，以被选择锁定的千斤顶作为铰接支点来进行铰接千斤顶的伸缩，选择随动的分区在选择伸缩的分区的拉力或推力的作用下跟着选择伸缩的分区进行伸缩，从而使在调节姿态的时候变得容易。

2 铰接工作的连锁条件
1）NO.3润滑油脂泵运转中2）铰接PU运转中3）刀盘旋转中4）刀盘力矩非上限4）铰接选择正常5）铰接基准位置不良
3广佛1标魁〜祖区间铰接系统故障以及分析排除
3.1 故障现象：铰接千斤顶无法进行锁定，铰接千斤顶行程
经常跳动，导致掘进过程中盾构机姿态控制超限。

3.2 故障分析及排除
从故障现象进行判断，千斤顶行程经常发生跳动是因为千斤顶内部不能保压，其原因可能是千斤顶发生内泄或千斤顶内部存在空气，仔细检查千斤顶镀铬层无损伤，关闭闸阀7和8，发现千斤顶行程保持稳定。

打开闸阀8，并对其千斤顶进行伸缩动作5 分钟后关闭排气闸阀6，发现千斤顶行程能保持稳定，故障排除。

3.3 故障现象：千斤顶分区1 和分区8 无法动作
3.4 故障现象及排出
由于无法动作的分区只有分区1 和分区8，故排除系统压力设定的溢流阀2 无问题，依据铰接系统原理图可知，控制千斤顶伸缩的电磁阀3 动作后压力油进去油缸推动千斤顶伸缩，油缸压力设定由溢流阀进行控制，检查电磁阀3 线圈，发现其指示灯亮，关闭千斤顶进油侧阀门7，并测定此时20 压力，显示压力为35Mpa故排除电磁阀故障，打开进油侧闸阀，关闭排气阀后，再进行千斤顶伸缩，发现千斤顶伸缩正常，究其原因，千斤顶排气阀门8 未关紧，造成千斤顶中液压油从排气支路泄漏。

4.穗莞深SZH-2标虎虎区间铰接系统故障及分析排除
3.1 故障现象：铰接千斤顶分区3 和分区4选择跟随，但伸缩时无动作，导致B环和C环焊缝拉裂。

3.2 故障分析及排除
从故障现象进行判断，千斤顶选择随动状态时，在被选择的分区伸缩的外力作用下低速的进行伸缩，此时电磁阀5 动作，压力油进入液
控单向阀从而打开系统支路而使其在低压的状态下工作，检查电磁阀5 线圈，发现线圈工作指示灯点亮，故判断电磁阀动作不灵活，拆下电磁换向阀5，发现阀芯弹簧无法复位，对电磁阀进行维修后重新安装，故障排除。

结语：土压平衡盾构主动铰接系统是盾构机非常关键的部分，是曲线施工和姿态调整最为重要的部分，同时液压系统出现故障由于其隐蔽性很难进行排除，在维修过程中要先根据第一现场来判断问题出现的位置，不肯盲目下手，否则事倍功半，从而影响施工进度。

做为一名机械工程师，在掌握液压系统的过程中也要数量掌握与之关联的电气系统（尤其是PLC控制原理）这样在处理液压故障时能综合分析，能准确找出故障点，迅速的排除故障。