盾构机关键设备状态监测与故障诊断

1、盾构机关键设备状态监测与故障诊断一、三菱盾构机概述 盾构机的综合性非常强，以电气部分为例就包括：电子、电 力、电机、PLC计算机通信以及传感和检测多种技术的应用。 三菱盾构及的动力来源是电力，自动化的实现依靠PLC触摸屏、 气动系统、液压系统以及变频器之间的相互协作。对于三菱盾构机来说，其主要特点就是高度的自动化控制，致使盾构施工的各个环节都能通过人机对话或 PLC系统进行控 制。但是高自动化也为其设备检测、 机械调修以及故障诊断带了 更大的困难。本文以三菱盾构机的液压系统为例， 对其液压系统的状态监 测以及故障诊断进行分析。二、液压系统设备状态监测与故障诊断在盾构机结构中， 大部分结构基本都

2、是使用液压驱动的， 可 见液压系统是盾构机中非常重要的部分。对于一个完整的液压系统来说，主要包括：液压泵、动力原 件、控制元件、执行元件以及辅助原件。其系统结构较为复杂， 对于盾构系统来说， 他是盾构系统的心脏。 所以一旦液压系统出 现问题，都会给盾构机工作带来非常大的影响，甚至造成停机。 因此对于盾构机液压系统的状态监测以及故障检修是非常有意 义的。在盾构机中， 液压系统的工作环境一般是封闭管路内部， 所 以其故障不易发现和排查，所以给故障检测带来了一定的困难。 对液压系统的故障机理进行研究分析， 能够定性定向的分析故障 原因，对于液压系统的诊断效率以及精度是非常有意义的。1. 液压泵的故障

3、机理液压泵是液压系统的动力， 本文设计的三菱盾构机使用的是 斜盘式轴向柱塞泵。 斜盘式轴向柱塞泵的结构较为复杂， 运转时 会产生多种激励力形式， 这些激励力会形成振源。 这些振源主要 包括：（ 1）、缸体与配油盘之间接触面的摩擦（ 2）、轴承运动 冲击；（ 3）、由于活塞的往复运动以流体为介质在配油盘上的 冲击；（ 4）、滑靴对斜盘的冲击；（ 5）、活塞和滑靴对回程盘 的冲击；（ 6）、滑靴与斜盘接触面的摩擦。这些振源所携带的 信息会通过柱塞泵的介质向外传播，其传播主要有三种途径： （1）、以金属元件为介质，向机座和壳体传播，造成机座和壳 体的异常振动；（ 2）、以流体为介质向压力油路中传递压

4、力， 引起油路系统的压力振摆与冲击；（ 3）、以气体为介质向空气 中输送振动，产生噪音。2. 液压回路的故障机理在三菱盾构机的液压系统中， 除液压泵外还有控制元件、 执 行元件、辅助原件以及液压油。液压系统是封闭的闭环回路，主 要故障包括：（ 1）、压力异常造成的液压系统故障，主要表现 为：压力值大幅度波动，系统失压或压力大小失控；（2）、油温异常或油液清洁度不合格造成的液压系统故障；（3）、执行元件异常造成的液压系统故障，主要取决于液压油缸的工作状 态；（ 4）、液压系统的泄漏造成的液压系统故障，而泄露又包 括内泄露以及外泄露。3. 液压系统的状态检测与故障诊断 液压检测系统时对盾构机的液压

5、系统的压力、 温度、 以及油 液进行测试的系统。盾构机测试系统主要包括：数据采集设备、 传感器、信号调理设备以及个人计算机。由于盾构机的液压系统比较庞大， 并且控制的油路众多， 所 以需要多种检测方法。 本文主要介绍了液压泵振动诊断以及液压 系统油液分析诊断。（1）、液压泵振动诊断液压泵是液压系统的心脏， 在使用过程中， 其故障的发生概 率是液压系统中最高的， 所以液压泵的工作状态的优劣直接决定 了液压系统的工作能力。 对液压泵的诊断方法主要包括： 油液检 测、压力检测、振动检测、噪声检测等。一般正常的轴向柱塞泵的能量主要集中在基频以及高倍频 上，并且差异性较小， 当泵出现故障时， 基频处的能量较为集中。 在时域统计表中可以对其各项时域指标进行观察， 看其是否处于 正常的水平， 若各项时域指标正常且频谱图中也未见任何异则证 明该液压泵的运行情况良好。（2）、油液分析研究油液系统分析包括铁谱分析和光谱分析以及理化性能指标 分析。铁谱性能指标主要有两个：一是直读式