盾构机液压推进系统故障诊断技术研究

盾构机液压推进系统故障诊断技术研究

摘要：在城市地下隧道和地铁的施工过程中，盾构机是常用的设备之一。盾构

机中的液压推进系统主要的作用是驱动其他系统例如同步注浆，刀盘驱动，铰接

等系统的运行，是盾构机的核心系统。由此可见，液压推进系统是决定盾构机是

否正常运行的关键。笔者对盾构机液压推进系统常见的故障进行分析，同时对系

统故障的诊断技术进行研究，最后，探析了如何对液压推进系统的维护方式，以

期为保证盾构机的稳定运行提供一定参考。

关键词：盾构机；液压推进系统；诊断技术

引言：

液压推进系统不仅可以对盾构机的正常运行造成一定的影响，还可能在一定

程度上影响地铁和隧道工程的质量高低。在工程施工的过程中，如盾构机出现运

行故障，没有采取合理的诊断技术进行故障的判断和后期的维修，不仅会影响到

盾构机的正常使用，还会阻碍整个工程的进度，给施工单位造成一定的经济损失。因此，针对这一情况，相关工作人员要对盾构机液压推进系统常见的故障予以了解，同时掌握相应的故障诊断技术，以便寻找合适的维修方式保证盾构机的正常

作业。

1 盾构机常见的液压推进系统故障

1.1 液压油受到污染

当液压油受到污染时，会导致液压推进系统的故障，从而造成盾构机不能正

常运行。因为污染物会将系统内的管路及滤油器堵塞，造成液压推进系统的压力

降低或油量不足等。液压油受到污染的原因可能有以下两个。首先，当液压推进

系统中的原件出现摩擦或损坏时，会产生一定的金属屑，这些金属屑混入液压油中，造成污染。其次，工程施工现场的水混入液压油中，这时液压推进系统中的

液压油会产生爆炸，造成系统中的原件严重损坏。最后，施工现场的空气从液压

推进系统的漏油处和油液混合，使油液出现氧化现象，造成其变质。

1.2 油温超出规定的温度

盾构机的负载变化会直接造成液压推进系统的运行变化，当盾构机负载增加时，液压推进系统会将部分的液压向热能进行转换，使得内部的油液温度出现升

高现象。与此同时，但液压油快速经过系统中的弯管并产生碰撞时，也会因为热

量的产生造成液压油温度的上升，液压推进系统中的液压油正常应保持在35~55℃温度之间。当液压油的实际温度高于55℃时，可能会造成以下问题。其一，温度

的升高造成液压油粘性下降（温度和液压油粘性之间的关系详情见图1），系统

元件之间的摩擦力就会上升，造成系统内部元件的发热出现运行迟缓的情况出现，其二，液压油温度的升高会导致其使用寿命的减少。其三，液压油在一定温度下

会出现氧化现象，从而产生沉淀物质导致滤油器堵塞，影响液压推进系统的正常

运行。

图1 液压油温度和粘性关系曲线

1.3 液压推进系统发生泄漏

液压推进系统最常出现的故障为泄露故障，泄漏故障主要分为两种类型，分

别是因液压阀内部泄露造成的系统动力泄露和系统中的元件例如液压油管的漏油

现象。泄露故障的发生原因主要是，系统之间的元件产生撞击，从而使得元件之

间的连接和密封处出现松动，使得液压推进系统出现泄漏故障。

1.4 元器件发生磨损

液压推进系统中的元件是整个盾构机中最容易出现磨损的元件。当系统中的

液压阀和液压泵出现磨损时，会导致整个盾构机的运行出现问题。造成磨损的原

因是1.1中所述的元件磨损的金属屑混入液压油中，使其出现污染。而被污染的

液压油流入液压阀和液压泵内的密封缝隙中，使其在运行的过程中出现过度摩擦

而造成损坏，使盾构机出现故障，影响其正常使用运行。

2 盾构机液压推进系统故障的诊断技术

2.1 人工诊断

对液压推进系统进行人工诊断主要包含很多种方法。其一，目测法，相关的

检修人员对系统中的封闭情况进行观察，看液压系统是否出现故障。其二，排除法，对液压推进系统中的元件进行逐一检查，不断的缩小故障范围，通过排除法

找出故障问题。其三，耳听法，液压推进系统因故障类型的差异所产生的噪音也

有显著的不同，相关维修人员可根据聆听故障噪音判断故障点和故障类型。其四，比较法，相关维修人员经过目测和耳听后，对可能出现故障的元件进行逐一更换，之后对系统运行状态进行观察，若故障消失则说明更换的元件出现故障。若故障

无减轻或消失说明是其他元件故障。其五，触摸法，对系统中的元件进行触摸，

看其运行过程中的温度是否过高及震动是否出现异常，进而发现故障。其六，综

合法，该方法是进行液压推进系统故障诊断时最常用的方式之一。主要是将上述

五种人工诊断方式相结合，当推进系统的故障较为复杂时，适合采取此方式进行

故障诊断。

2.2 熟悉掌握系统原理图诊断技术

对盾构机中的液压推进系统的原理图进行全面的掌握是维修人员最基本的工

作基础。维修人员要通过对原理图的熟悉对液压推进系统的组成和基本功能予以

了解。当液压推进系统发生故障时，首先对系统两侧的动力元件进行检查，之后

检查系统内部的元件是否出现故障，结合人工诊断的方式，对系统工作时出现的

故障信号进行判断，后逐一检查系统元件。

2.3 可编程逻辑控制器（PLC）故障诊断技术

盾构机控制系统的主要元件为可编程逻辑控制器，液压推进系统也是受其控制。当液压推进系统出现故障时，维修人员可将可编程逻辑控制器和计算机连接，这时系统的实际运行状态就会通过计算机展现出来，维修人员可根据计算机的反

馈进行故障的诊断。但是这种诊断技术具有一定的缺陷，需要维修人员熟练的操

作计算机，因此对工作人员的技术水平有较高的要求。

3 盾构机液压系统的正确维护方法

为了保证盾构机液压推进系统的正常运行，除了采取合适的故障诊断技术之外，还要采取合理的维护方式。

3.1 实施定期巡查制度

成立专门的检修小组，制定合理的检修制度，按天，周，月定期的对盾构机

的液压推进系统进行检查。在日检和周检的常规检查时，需要检查的具体内容是，液压推进系统中的油管是否有泄漏情况以及滤油器是否堵塞等。在对液压推进系

统进行月检时的主要内容是，看系统中液压油是否变质，如出现变质情况及时进

行更换。

3.2 避免固体杂质、空气等混入液压系统

因液压推进系统中的元件结构都较为精密，一旦混入杂质就会使其受到影响，造成系统运行故障，因此，在系统日常的维护过程中要尽量避免杂质的混入。而