TBM的状态监测与故障诊断讲座

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3.1.6 故障树逻辑诊断技术
故障树逻辑方法则是结合油质分
析、振动分析以及噪声、温度和 性能状态参数测试等多种方法， 能够清晰地揭示TBM某一系统内 的故障规律和逻辑关系。 比较适合TBM液压等多个系统的 故障诊断。
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3.1.7监测重点及巡检路径
根据监测对象在TBM运转中的作用和对停机
（1） TBM技术资料上注明标定工况下运转性能参数的标


称值和极限值； （2） 旋转机械的振动量参照1974年颁布的ISO2372适 用于工作转速600-12000转/分； （3） 温度： 轴承壳体：70℃注意，90℃停止； 轴承本体： 90℃注意，120℃停止； 轴承内润滑油：80℃注意，100℃停止； 基于主轴承的重要性，当油温达到65℃ 时报警，70℃停机； （4） TBM使用的油品的理化指标合格标准 （5） 铁谱分析：大于15μm的颗粒显著增加时，可初步 判断为不正常；大磨粒读数AL 、小磨粒读数 AS(分析式 铁谱)可用趋势分析建立标准； （6） 光谱分析：油中各种元素的含量也可通过趋势分析 建立标准。
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盾构机主轴承解体
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大伙
房 TBM 主轴 承滚 道剥 落碎 块
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大伙房TBM主轴承滚道剥落碎块
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3.1.5 性能状态参数测试技术

TBM的运转参数很多，但测试具 有代表性的状态参数，可以有效地 实施状态监测与故障诊断，如功率、 扭矩、转速、掘进速度、压力、流 量、温度及电气参数等,为TBM的操 作和维修人员提供直观的故障信息 和工作状态信息。
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3.2 故障诊断标准的制定
设备状态监测目的是力求准确的判
断出设备的故障，而判断设备好坏 的关键是标准的制订。TBM的故障诊 断采用了三类判断标准： 3.2.1 绝对判断标准 3.2.2 相对判断标准 3.2.3 类比判断标准
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3.2.1 绝对判断标准

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2. TBM故障诊断的特点和难点
4、刀盘上配置了71把盘形滚刀，掘进时石质
不均，载荷剧烈地波动，转速也随之波动， 信号随机波动也不可避免，增加了故障特征 信号的提取和分离难度； 5、主轴承处工作环境比较危险，不便靠近， 不便进行信号的采集； 6、结构参数不了解，轴承零件的特征频率难 以确定，也不便于故障信号的分析； 为此，须将几种监测手段综合运用，各取 所长，相互弥补。如工业内窥镜监测滚子磨 损、润滑油温度监测、润滑油磨损分析、在 线实时监测等。
22 44 89 178 356 712 1425 2850 5700 11400 22800 45600 91200 182400
4 8 16 32 63 126 253 506 1012 2025 4050 8100 16200 32400
1 2 3 6 11 22 45 90 180 360 720 1440 2880 5760
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3.1.3 温度监测技术
温度的变化与被监测设备的性能和工况有密切的
关系。当机械的运动副发生异常磨损时，过度发 热导致的温升影响着机械或润滑油的正常工作状 态，从而形成恶性循环，致使设备过早损坏。 TBM的温度监测技术分接触和非接触式测温两 种方法。 接触式测温主要是采用热电偶测温，在TBM主 轴承润滑系统、液压系统的各个泵站等分别布置 了测温传感器，对油温等进行有效的监控；
1、主机庞大、动力部件众多，振源各异，振动信
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号频域宽广，各部件的固有频率和相应的故障特征 频率有可能产生相互重叠； 2、价值昂贵，重80多吨，一旦进洞掘进，就不允 许在洞内解体检查。主轴承的工作情况只有通过监 测反映； 3、低速重载决定了对滚动轴承的监测的难度： 8个推进油缸施加2100吨轴向推力、32个撑靴 油缸要承受800多吨的主机负载，主轴承承受巨大 的径向和轴向荷载；
93 210 350 780 1510 3130 6500
50～ 100 16 26 56 110 225 430 100
>100
1 3 5 11 21 41 92
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力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于SAE6级
2、NAS1638污染度等级标准

由美国宇航学会1964年在SAE标 准基础上提出，也是根据5个尺寸范 围的颗粒浓度划分等级，污染度扩 大到14个等级。适应范围更广些。 该标准在美国和世界各国得到广泛 应用。力士乐柱塞泵的用油洁净度 要求最低不小于NAS9级。股份公司 监测站也采用该标准。
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1.开展TBM与盾构机状态监测 与故障诊断的必要性
医院大夫给病人诊断疾病，需要综合分析体温、 脉搏、血液化验、B超等多项指标检验结果，并与 诊断标准对比，得出诊断结论；同样地，机械设备 的故障诊断也需要采集温度、噪声、油液中磨粒的 大小、形态、浓度，机械振动的频谱、液压系统压 力、流量损失，电气系统的电压、电流等多个状态 信号或参数，并与判断标准进行对比和综合分析， 得出设备有无故障以及故障的原因、部位等诊断结 论。TBM/盾构机作为大型专用设备也不例外。




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磨粒分析； 5、旋转机械振动测试技术－TBM的电机、变速箱、水泵、风机等 回转机械； 6、性能状态参数测试技术－TBM电气、液压系统某一测点或局部 的测试，如液压测试仪对液压系统的串、并联测试； 7、故障树逻辑诊断－揭示TBM某一系统的故障规律和逻辑关系， 适合于电气或液压系统的故障诊断； 8、电气液压在线实时诊断－通过TBM自身所布设的各种传感器监 测位移、速度、流量、压力、油位、温度、转速以及电气的电压、 电流等参数，对TBM整个运行系统进行在线监测以及超过界定值 的故障报警和停机控制。
造成影响的程度来确定监测的重点。以及 TBM的巡检路径： 后配套→上层拖车→水泵电机及水泵→溜渣 槽→三号皮带机及其泵站→拖拉系统泵站→ 变压器→下层拖车→输送泵→喷浆机械手 →主泵站→上层拖车→二号皮带机→主机记 录数据→上部吊机→钢拱架运输机构→主变 速箱→主机下部→仰拱吊机→材料吊机→污 水泵及电机→除尘风机→一号皮带机。
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3.1.2感官检查
例如盾构机主轴承前腔密封是通过脉冲式油
脂泵注入CONDAT公司生产的HBW润滑脂进 行润滑的，这些油脂将外界灰尘和杂质封堵 在外，以保护主轴承。若有润滑脂挤出，说 明润滑脂注入情况正常，否则就要检查润滑 脂泵系统的故障或主轴承密封是否堵塞。在 开仓时顺便观察主轴承前端密封处HBW润滑 脂挤出情况可以判断HBW润滑脂的润滑效果。
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3.2.1 绝对判断标准之TBM液压系统换油指标：
B20（ISO VG68）抗磨液压油
项目 外观
换油指标 不透明或混浊（目测）
运动粘度（40℃） 应在 66-81.4cSt 范围内， 变化 率不大于±10% 水分 机械杂质 污染度
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不大于 0.1% 不大于 0.1% NAS 级别不大于 9 级
SAE749D污染度等级 （100ml中的颗粒数）
污染度 5～10 10～25 25～50 等级 0 1 2 3 4 5 6
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颗粒尺寸范围/μm
2700 4600 9700 2400 3200 8700 12800
670 1340 2680 5360 10700 21400 4200
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NAS1638污染度等级（100ml中的颗粒数）
污染度 5～10 颗粒尺寸范围/μm 10～25 25～50 50～100 >100
00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 32000 64000 128000 256000 512000 1024000
3.1.4 无损检测技术
主要是指工业内窥镜监测法观测设
备内部情况。 打开TBM主轴承壳体的观测孔，利 用工业内窥镜观测主轴承滚子、滚 道、保持架的磨损和锈蚀情况。
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工业内窥镜应用——观测主轴承观测
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TBM主轴承结构
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TBM主轴承内窥镜观测
TBM与盾构机的 状态监测与故障诊断
中隧集团 赵华
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目 录
1.开展掘进机的状态监测与故障诊断的必要性 2. .TBM故障诊断的特点和难点 3.TBM故障诊断方案

3.1 TBM采用的诊断技术简介 3.2 诊断标准的制定 4. TBM状态监测与故障诊断技术 4.1 TBM油液检测 4.2 TBM振动监测 4.3 TBM电气液压故障的在线实时诊断 4.4 TBM的故障树逻辑诊断 4.5 小结 5.经验介绍 6. 监测仪器配置建议 7. 取到的成效、存在的问题及展望
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1.开展TBM与盾构机状态监测 与故障诊断的必要性

由于TBM/盾构机配置的设备数量 多，关联性强，任何一套单独设备出 现故障都将不同程度地影响TBM/盾 构机的掘进进度，同时也会增加工程 成本。因此，如何实施状态监测，提 前预报故障，是值得深入研究的课题。
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2. TBM盾构机故障诊断的特点和难点 （以TBM主轴承为例）
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关于油液污染度等级的几个概念
1、SAE749D污染度等级标准
美国工程师学会（SAE）在1963年 提出。以颗粒浓度为基础，按照100ml 油液中在5－10、10－25、25－50、50 －100和大于100μm等5个尺寸范围内的 最大允许颗粒数划分为7个污染度等级 见表