摘要：以理论知识为基础，结合实践经验，对泥水盾构推进系统、泥水循环系统、刀盘驱动系统等重要系统的故障诊断与预防进行了分析总结，以提高现场故障诊断效率，并提出了积极有效的预防措施，为类似案例提供借鉴。
关键词：泥水盾构；PLC；必要条件；限制；故障诊断；预防
引言
盾构机是集机、电、液为一体的大型施工设备，需各个系统协调配合才能正常运行。但设备故障不可避免，提高故障诊断效率。本文结合泥水盾构施工实践，对典型故障诊断方法及预防措施进行了总结。从系统故障排除、实践经验分析、PLC程序深入排查三方面进行分析，提高了故障诊断效率，能有效防护设备，提高了设备的完好率。
1 泥水盾构工作原理简介
旋转刀盘在隧道面进行充分挖掘。挖掘出来的土块下沉到支撑液，流向潜壁开口。挖出来的土块与支撑液混合在一起，从作业仓排向泥浆管道的各个入口，输送到隧道外面的泥浆处理设备。新鲜的膨润土从进料管口输入挖掘仓和作业仓，替换排出的物料。耐压仓壁将大气区域与隧道系统的加压区域分离，作业仓内的压力大小有气泡来控制，通关对此压力与土压、水压的控制保证隧道面的稳定。
2 故障诊断
2.1 系统运行界面排查
2.1.1 系统运行必要条件排查
盾构机每个系统的运行都有若干项前置条件，所有前置条件满足（显示为绿色），系统才能运行。排查问题时，首先排查是否由于该系统运行前置条件未完全满足（满足呈绿色字体，不满足呈红色字体）。为推进系统前置条件，推进模式启动条件中红色标注中：推进油缸安装机急停、泥浆伸缩管限位开关动作、推进泵未正常启动、刀盘最小转速未达到、盾尾油脂泵未工作、旁通循环未关闭6个前置条件未满足，推进系统无法启动。需要进行逐一排查，直到推进模式前置条件完全满足。
2.1.2 故障报警界面排查
部分故障也可以通过系统报警界面体现出来，在系统运行必要条件都满足的情况下，可以根据故障报警界面中实时故障界面查询到故障的精确位置并及时处理。
2.2逻辑推理排除故障
根据现象进行逻辑推理是排查故障过程中使用较多的方法，盾构机泥水循环系统、推进系统、刀盘驱动系统的故障率较高。
2.2.1 泥水循环系统
2.2.1.1 进浆泵、排浆泵无法正常启动
首先排查进、排浆泵启动前置条件是否全部满足，根据界面中呈现红色的必要条件进行操作，待前置条件完全满足再进行启动操作。
若前置条件完全满足仍无法正常启动进浆泵（P1.1），则对通讯连接进行排查。进浆泵PLC从站与盾构机主控室PLC主站通过Profibus总线连接，保证信号传输。传送过程中断会造成系统无法正常工作，通讯线的故障表现在三个方面：1）线路受损开路。2）线路受损短路。3）线路距离过长造成传输信号衰弱。
2.2.1.2循环系统异常
2.2.2 推进系统常见故障分析
2.2.2.1 推进模式无法正常开启
推进模式启动前置条件：（1）1号油箱液位满足条件；（2）1号油箱油温在报警值值以下；（3）推进油缸/安装机急停按钮；（4）泥浆伸缩管限位开关；（5）推进泵运行；（6）水管卷筒限位；（7）铰接油缸行程在安全范围内；（8）刀盘转速超过最小设定值；（9）盾尾油脂泵运行；（10）贯入度未超过设定值；（11）推进油缸压力未超过设定值；（12）盾尾油脂注入正常；（13）滚动值在设定范围内；（14）V31关闭。
此外，后配套拖拉油缸压力需控制在设定范围内，若压力超出设定值，系统将自动停止推进，待压力降到设定范围内方可恢复。此时应快速排查拖车轮对是否脱轨或有异物卡住、有无拖车侧面与管片卡住。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2.2.2 推进油缸不动作或压力达不到设定值
若推进模式正常启动的情况下推进油缸整体无动作，推进泵无加载，需要考虑比例控制电流是否正常，因为比例放大器连接同一控制电源，控制电源故障，所有比例放大板将停止工作。
2.2.3 刀盘驱动故障排除
刀盘驱动启动所需前置条件较多，刀盘驱动工作时，有时会出现刀盘转速达不到额定转速的情况。
对于此类故障，首先在中心旋转接头处，通过卡表计算出刀盘实际转速，与显示的转速进行对比，根据结果采取不同措施。
1、转速相差较大，按以下步骤排查：1）转速传感器松动造成传感器检测面与脉冲点之间距离过大，调整距离测试。2）信号反馈线路是否存在破损，可通过测量信号转换模块输入端数据判定。3）信号转换模块是否正常工作，可以通过测量模拟量输出电流信号进行判定。4）PLC模拟量输入/输出通道是否正常，可通过PLC输入/输出通道处电流信号判定，并可更改PLC硬件及程序中地址测试。
2、转速基本一致，先进行电气部分诊断：1）检查电磁阀插头接线处是否存在锈蚀、虚接现象，造成电流信号在传输过程中衰弱。2）测量比例放大板输入端0-10V输入电压是否正常，输入电压正常的情况下，确认比例放大板电流输出信号能否达到设定最大值。检测数据最大值若达不到设定值，更换预先设定好的比例放大板进行测试，也可对比例放大板设定参数进行测试，最后判定是否需要调整参数设置或更换比例放大板。
其次对液压系统进行排查：正常启动刀盘，缓缓将速度调节旋钮调至最大，手动调节比例控制阀机械控制位置。如果转速增加，且缓缓松开后速度无减小趋势，则证明阀芯存在卡顿现象。待驱动泵全部停下，活动比例控制阀机械控制位置，必要时拆开清洗阀芯。究其原因：转速的控制是通过控制电流的大小改变阀芯位置从而控制油道开合度来实现的，如果阀芯与阀体存在摩擦，则控制电流对阀芯的引力异常，直接影响该系统的功效。
3 PLC程序分析
很多故障可以通过反复测试或还原故障现象进行故障诊断，但有的故障是不能通过还原故障现场进行测试的。例如：推进模式启动后推进泵持续不断加载，主机室内显示各参数无较大波动，为避免泵体损伤，不能利用泵体长时间故障运行去诊断。针对此类问题，可通过PLC编程软件在线监控查询，将推进系统加载的相关因素排查出来逐个击破。
4.故障预防措施
通过对各种故障的诊断及分析，多数故障原因存在共性，提出相对应的预防措施，可防止或减少故障的发生。盾构主要的故障预防措施有以下几点：
（1）管线防护：在线槽拐角及其他棱角处对管线进行包裹防护，防止施工过程中震动较大产生松动、磨损，避免不必要故障。
（2）液压管路连接过程中，注意密封垫的尺寸及安装效果，避免设备大负荷运行时管路接口开裂。
（3）对推进阀组、安装机等阀组进行防护，避免电磁插头因潮气或污渍锈蚀、避免电磁插头受到碰撞造成松动或断裂。
（4）检测滤芯使用情况，根据情况及时更换，保证液压阀块无杂质堵塞。
5 结语
根据故障现象判定造成故障的相关原因，或根据上位机界面显示及PLC程序深入查询；由简单到复杂进行故障诊断才能快速应对及预防突发性故障。本文以典型实例为参考，对泥水盾构故障诊断与预防进行总结，以提高盾构设备的工作效率，能大大缩短故障排除时间，保证了现场施工进度。
参考文献：
[1] 吴玉鹏.基于CC-LINK的EPB盾构机刀盘驱动监控系统设计[D]；广西工学院；2011.
[2] 胡胜利，乔世珊.泥水式盾构机：盾构机系列讲座之三[J].建筑机械，2000（4）：21-25.
[3] 谈理.基于MAS的盾构机故障诊断知识引擎系统的研究[D]；上海大学；2008.
[4] 叶忠.盾构管片拼装机原理及故障诊断与预防[J]；隧道建设；2010，30（4）：486-491.
[5] 李光，赵晓东.管片拼装机新型旋转限位装置的设计[J].隧道建设，2010，30（1）：97-99.
论文作者:张光普,赵旭
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/20
标签：盾构论文; 故障论文; 系统论文; 泥水论文; 转速论文; 故障诊断论文; 条件论文; 《基层建设》2018年第33期论文;