tbm的状态监测与故障诊断讲座 ppt课件
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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；
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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；
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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；
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。
2/17/2021
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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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
2. TBM盾构机故障诊断的特点和难点 （以TBM主轴承为例）
1、主机庞大、动力部件众多，振源各异，振动信 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：
TBM机载的在线监测和数据采集系统 与离线的振动分析和油样检测等手段 相结合。
突出重点、兼顾其他。 常规监测与计算机分析相结合。
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7
3.1 TBM采用的诊断技术简介
1、感官检查诊断技术－部件的初步判断；
2、温度监测技术
接触式测温－TBM主轴承润滑系统、液压系统的各个泵站等 ；
10
256000 45600
8100
1440
11
512000 91200
16200
2880
12
1024000 182400 32400
5760
0 0 1 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024
2/17/2021 力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于SAE6级。
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3、国际标准ISO4406污染度等级标准
例如：测得每毫升油液中大于5μm的颗粒数为800， 大于15μm的颗粒数为120，则可知油液的污染度等 级为17/14。
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ISO4406污染度等级数码
每毫升油液颗粒数 等级数码
大于 上限值
每毫升油液颗粒数
大于
上限值
80000 40000 20000 10000 5000 2500 1300 640 320 160 80 40 20
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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3.2 ห้องสมุดไป่ตู้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
（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；
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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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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 造成影响的程度来确定监测的重点。以及 TBM的巡检路径：
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SAE749D污染度等级 （100ml中的颗粒数）
污染度
颗粒尺寸范围/μm
等级 5～10 10～25 25～50 50～
100
0 2700 670
93
16
1 4600 1340 210
26
2 9700 2680 350
56
3 2400 5360 780 110
4 3200 10700 1510 225
率不大于±10%
水分
不大于 0.1%
机械杂质
不大于 0.1%
污染度
NAS 级别不大于 9 级
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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
非接触式测温，－主电机、变速箱、皮带机滚筒、高压电缆接头等部件；
3、无损检测技术－主轴承滚子、滚道的磨损监测；
4、油样检测分析技术 －TBM的各类油液的理化性能分析和磨损 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；
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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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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。
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3. TBM故障诊断总体方案
>100
00
125
22
4
1
0
250
44
8
2
1
500
89
16
3
2
1000
178
32
6
3
2000
356
63
11
4
4000
712
126
22
5
8000
1425
253
45
6
16000
2850
506
90
7
32000
5700
1012
180
8
64000
11400
2025
360
9
128000 22800
4050
720
TBM与盾构机的 状态监测与故障诊断
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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
8
3.1.1感官检查
感官检查就是利用操作或维修人员的视、听、 触、嗅觉，观测TBM设备或部件的运动情况、 主控室的运转参数如电流、温度、压力、流 量、速度等，检查机件的异响、异味、发热、 裂纹、锈蚀、损伤、松动、油液色泽、油管 滴漏等，初步判断部件的工作状态。虽然凭 感觉检查有时不够精确，且对个人的经验依 赖性较强，但这种传统的检测是进行设备监 测诊断的基础，是现场的维修保养工作中不 可或缺的常用方法。
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3.2.2温度监测技术
与此同时，现场维护人员利用手持式红外 线测温计进行非接触式测温，可以方便、 快速、安全地监测主电机、变速箱、皮带 机滚筒、高压电缆接头等部件的工作温度。
也可以利用手持式红外线测温计测量螺 旋输送机出口的碴土温度，以辅助判断 刀盘前方是否产生泥饼或堵仓。
5 8700 21400 3130 430
6 12800 4200 6500 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
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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
该标准采用两个数码代表油液污染度等级，前面的 数码代表1ml油液中尺寸大于5μm的颗粒数等级， 后面的数码代表1ml油液中尺寸大于15μm的颗粒数 等级，两个数码之间用一斜线分开。
例如：污染度等级18/15表示：油液中尺寸大于5μm 的颗粒数等级的数码为18，每1ml油液中颗粒数在 1300～2500之间；大于15μm的颗粒数等级的数码 为15，每1ml油液中颗粒数在160～320之间；
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TBM主轴承内窥镜观测
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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。
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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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
换油指标
外观
不透明或混浊（目测）
运动粘度（40℃） 应在 66-81.4cSt 范围内，变化
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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。
（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
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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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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；
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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；
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。
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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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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
2. TBM盾构机故障诊断的特点和难点 （以TBM主轴承为例）
1、主机庞大、动力部件众多，振源各异，振动信 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：
TBM机载的在线监测和数据采集系统 与离线的振动分析和油样检测等手段 相结合。
突出重点、兼顾其他。 常规监测与计算机分析相结合。
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3.1 TBM采用的诊断技术简介
1、感官检查诊断技术－部件的初步判断；
2、温度监测技术
接触式测温－TBM主轴承润滑系统、液压系统的各个泵站等 ；
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256000 45600
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512000 91200
16200
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1024000 182400 32400
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0 0 1 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024
2/17/2021 力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于SAE6级。
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3、国际标准ISO4406污染度等级标准
例如：测得每毫升油液中大于5μm的颗粒数为800， 大于15μm的颗粒数为120，则可知油液的污染度等 级为17/14。
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ISO4406污染度等级数码
每毫升油液颗粒数 等级数码
大于 上限值
每毫升油液颗粒数
大于
上限值
80000 40000 20000 10000 5000 2500 1300 640 320 160 80 40 20
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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3.2 ห้องสมุดไป่ตู้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
（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；
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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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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 造成影响的程度来确定监测的重点。以及 TBM的巡检路径：
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SAE749D污染度等级 （100ml中的颗粒数）
污染度
颗粒尺寸范围/μm
等级 5～10 10～25 25～50 50～
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0 2700 670
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1 4600 1340 210
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率不大于±10%
水分
不大于 0.1%
机械杂质
不大于 0.1%
污染度
NAS 级别不大于 9 级
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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
非接触式测温，－主电机、变速箱、皮带机滚筒、高压电缆接头等部件；
3、无损检测技术－主轴承滚子、滚道的磨损监测；
4、油样检测分析技术 －TBM的各类油液的理化性能分析和磨损 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；
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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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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。
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3. TBM故障诊断总体方案
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TBM与盾构机的 状态监测与故障诊断
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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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3.1.1感官检查
感官检查就是利用操作或维修人员的视、听、 触、嗅觉，观测TBM设备或部件的运动情况、 主控室的运转参数如电流、温度、压力、流 量、速度等，检查机件的异响、异味、发热、 裂纹、锈蚀、损伤、松动、油液色泽、油管 滴漏等，初步判断部件的工作状态。虽然凭 感觉检查有时不够精确，且对个人的经验依 赖性较强，但这种传统的检测是进行设备监 测诊断的基础，是现场的维修保养工作中不 可或缺的常用方法。
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3.2.2温度监测技术
与此同时，现场维护人员利用手持式红外 线测温计进行非接触式测温，可以方便、 快速、安全地监测主电机、变速箱、皮带 机滚筒、高压电缆接头等部件的工作温度。
也可以利用手持式红外线测温计测量螺 旋输送机出口的碴土温度，以辅助判断 刀盘前方是否产生泥饼或堵仓。
5 8700 21400 3130 430
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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
该标准采用两个数码代表油液污染度等级，前面的 数码代表1ml油液中尺寸大于5μm的颗粒数等级， 后面的数码代表1ml油液中尺寸大于15μm的颗粒数 等级，两个数码之间用一斜线分开。
例如：污染度等级18/15表示：油液中尺寸大于5μm 的颗粒数等级的数码为18，每1ml油液中颗粒数在 1300～2500之间；大于15μm的颗粒数等级的数码 为15，每1ml油液中颗粒数在160～320之间；
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TBM主轴承内窥镜观测
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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。
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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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
换油指标
外观
不透明或混浊（目测）
运动粘度（40℃） 应在 66-81.4cSt 范围内，变化
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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。
（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
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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。