掘進機故障診斷

掘進機故障診斷一、概述二、故障診斷主要內容：有關概念和TBM發展歷史一、概述1.隧道常用施工方法

鉆爆法明挖法

機械法——掘進機法沉埋法2.隧道掘進機械◆隧道掘進機械，一般分為兩種：（1）臂式掘進機(Boom-typeRoadheader)；（2）全斷面隧道掘進機，簡稱TBM。一、概述◆隧道掘進機(TunnelBoringMachine)，簡稱TBM，是利用回轉刀具切削破巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種新型、先進的隧道施工機械。3.定義一、概述◆臂式掘進機又稱為部分斷面掘進機，是一種集切削巖石、自動行走、裝載石碴等多種功能為一體的高效聯合作業機械。3.定義一、概述

(1)在巖石中開挖隧道的TBM

通常適用于穩定性良好、中～厚埋深、中～高強度的巖層中掘進長大隧道。

(2)在松軟地層中掘進隧道的TBM

一般適用于在具有有限壓力的地下水位以下基本均質的軟弱地層中開挖有限長度的隧道。全斷面隧道掘進機分類1.全斷面隧道掘進機分類—I（Grandori，1996年）

目前在國內通常有兩種提法：

(1)巖石掘進機(TBM)

；

(2)

盾構機。巖石掘進機(TBM)就是適合硬巖開挖的隧道掘進機，盾構機指的是適于在軟巖、土中的隧道掘進機。2.全斷面隧道掘進機的分類—II

鑒于學術及現實中稱法混亂，造成許多麻煩，有些學者提出采用“硬巖TBM”和“軟巖TBM（也即盾構機）”兩種來規范。3.全斷面隧道掘進機的分類—III一、概述

(1)安全——人員在局部或整體的護盾下工作(2)快速——常規鉆爆法掘進速度的3～10倍(3)優質——洞壁光滑美觀(4)自動化和機械化程度高（節省勞動力——經濟）(5)圍巖擾動小(6)對環境影響小隧道掘進機施工特點1.優點一、概述

(1)能耗大(2)斷面單一(3)對巖層變化的適應性差(4)一次性購買TBM投資高(5)主機重量大，運輸不方便，安裝工作量大(6)短隧道不能發揮其優越性(不經濟)2.缺點隧道掘進機施工特點一、概述◆1846年——TBM由意大利人Maus發明。◆1851年——美國人威爾遜開發了一臺TBM，在花崗巖中試用未獲成功。◆1881年——波蒙特開發了壓氣式TBM，成功應用于英吉利海峽隧道直徑為2.1m的勘探導坑。◆1952年——美國羅賓斯公司研制了現代意義上的第1臺軟巖TBM。◆1956年——美國羅賓斯公司又研制成功中硬巖TBM。從此，TBM

進入快速發展時期。1.發展歷史——大事記掘進機的應用與發展一、概述2.應用——國外

近年來，國外采用掘進機完成的大型隧道有：

(1)英法海底鐵路隧道——單洞長約50km，使用11臺掘進機，工期三年多時間；

(2)瑞士費爾艾那隧道——長19km，其中約9.5km采用掘進機施工；

(3)瑞士穿越阿爾卑斯山新圣哥達鐵路隧道——長達57km；

(4)美國芝加哥TARP工程排水隧道——大約40多km，全部采用掘進機施工。一、概述

(1)

1970年代末，甘肅引大入秦和山西萬家寨引水工程——采用掘進機獲得成功(意大利CMC公司承包)。

(2)1998.1～1999.8，西康鐵路秦嶺特長隧道——引入德國Wirth公司TB880E型掘進機，進行長18.5km，直徑8.8m的I線隧道施工，平均掘進速度為313.7ｍ/月。3.應用——國內

4.國外掘進機的發展技術水平

◆開挖直徑范圍為1.8-11.87m；

◆可在抗壓強度360MPa的巖體中掘進80-100m2大斷面隧道，

平均掘進速度350-400m/月；

◆能開挖45°的斜井；

◆盤形滾刀的最大直徑達483mm，其承載能力達312kN；刀具

的壽命達300～500m；

◆單臺掘進機的最大總進尺已超過40km。一、概述5.世界上著名的巖石掘進機制造廠商

美國：羅賓斯(Ｒobbins)公司(已歸屬阿特拉斯公司)

佳瓦(Jarva)公司

德國：維爾特(Wirth)公司

海瑞克(Herrenknecht)公司

瑞典：阿特拉斯.科普柯(Atlas.Copco)公司

加拿大：拉瓦特(Lovat)公司

日本：川崎(Kawasaki)公司

三菱(Mitsubishi)公司

日立(Hitachi)公司一、概述掘進機的類型與構造隧道掘進機(巖石)全斷面掘進機開敞式懸臂式掘進機護盾式單臂式多臂式單撐靴式雙撐靴式單護盾式雙護盾式◎掘進機的類型一、概述

全斷面掘進機◆適合于軟巖隧道；

◆頂推反力利用尾部安裝的襯砌管片。

◆適合于硬巖隧道；

◆頂推反力與刀盤扭矩力依靠圍巖堅硬壁面提供；(1)開敞式掘進機(2)護盾式掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

中鐵隧道局研發的開敞式隧道掘進機型號：TB880E開挖直徑：8.8米掘進速度：3.5m/h西康鐵路秦嶺隧道西安-南京線磨溝嶺隧道

最高月進度：574米（磨溝嶺隧道）最高日進度：41.3米（磨溝嶺隧道）一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式隧道掘進機一、概述

開敞式掘進機模型

護盾式隧道掘進機

●刀座

●吊耳

●人工檢查用腳踏點和把手

●周邊鏟斗，可更換鏟齒或鏟碴板

●帶防護罩噴水孔

●人孔通道

●與刀盤回轉軸承相連接的精加工部件及螺栓孔開敞式掘進機構造(1)刀盤主要構造：刀盤；控制系統，支撐和推進系統；后部配套設備。ThebiggesthardrocktunnelboringmachineintheworldissettostartworkontheBrisbaneNorth-SouthBypassTunnelinDecember2007.Themachineis250Mlong,weighs4000Tandisalmost13Mindiameter.

●掘進中，刀具受順刀圈徑向和側向復合壓力及刀圈和巖石間摩擦力。

●在均一完整巖石中，刀具主要受徑向壓力，而所受側向力并不大。

●實際巖石是不均質和有裂紋的，每把滾刀受力不均一。

●刀具破碎巖石過程，機械能轉換成熱能，產生大量熱能，將降低刀圈壽命，因此須作降溫處理。

(2)刀具的力學特性(3)滾刀數量的確定

◆切削刀盤上滾刀平面布置是根據滾刀類型和合理刀間距確定的。在一定間距下，刀盤直徑與滾刀數量間的關系可以從右圖中查驗。

(4)支撐和推進系統◆單撐靴式

◆雙撐靴式(5)驅動系統◆刀盤驅動方式有兩大類：電動和液壓。

◆電動又分單速電機、雙速電機和調頻電機。◆液壓系統◆供電系統◆運輸系統◆通風系統◆降溫、防塵、供水及安全系統◆隧道支護設備系統◆其它輔助設施(6)后配套設備TBM組裝圖TBM組裝圖TBM組裝圖TBM組裝圖(1)

單護盾TBM——常用于劣質地層。(2)

雙護盾TBM——適用于各種地質，既適應軟巖，也適應硬

巖或軟硬巖交互地層。

◆對比：單護盾TBM推進時，要利用管片作為支撐，與雙護盾TBM相比，掘進與安裝管片兩者不能同時進行，速度較慢。護盾式掘進機

臂式掘進機又稱為部分斷面掘進機，是一種集切削巖石、自動行走、裝載石碴等多種功能為一體的高效聯合作業機械。臂式掘進機

臂式掘進機具有效率高、機動性強、對圍巖擾動小、超挖量小、安全性高、適應性強，以及費用相對較低等優點。

◆可以適應任意形狀的斷面；

◆對地質條件的要求較低，適合軟巖及中硬巖隧道的掘進；

◆連續掘進，支護可實現平行作業

◆基本投資費用少，約為全斷面掘進機的15%左右。

◆中短隧道施工更為適用。臂式掘進機的特點

臂式掘進機開挖作業示意圖

重型隧道掘進機

臂式掘進機切削頭

在掘進時切削刀盤上的滾刀沿巖石開挖面滾動，切削刀盤均勻地對每個滾刀施加壓力，形成對巖面的滾動擠壓，切削刀盤每轉動一圈，就會貫入巖面一定深度，在滾刀刀刃與巖石接觸處，巖石被擠壓成粉末，從這個區域開始，裂縫向相鄰的切割槽擴展，進而形成片狀石碴，從而實現破巖，如右圖。掘進機施工破巖機理二、故障診斷

故障案例（一）

故障現象：

該設備液壓系統為閉勢系統。全部為派克控制元件。升井大修試車。當時廠房氣溫為-25℃左右。設備起動后無壓力，開車一段時間后壓力正常。但試車20分鐘后壓力消失，只有待命壓力。執行元件無反映。先導手柄反彈力較大。

故障分析：（1）大修設備在廠房氣溫較低，造成油液的冷凝現象。

（2）安全閥調制過低。

（3）LS敏感壓力閥調整不當及閥芯滯澀。

（4）由于天氣太冷造成油液冷凝，使控制回油不暢。

故障排除：

（1）將油泵空轉給油液加溫，加溫后壓力不上升，推先導手柄只有一個星輪轉動。安全閥有噪聲，T管有發熱現象。將安全閥清洗后調整壓力，設備正常。但試車隊20～30分鐘后壓力消失，執行元件無動作。

（2）檢查LS供油及LS過濾器，未發現故障，油路暢通。

二、故障診斷

故障案例（一）3）檢查控制元件，發現兩聯閥閥面溫度為45℃，而先導閥溫為2。5℃。手柄反向彈力較大。分析可能是控制回油不暢通造成。拆開先導手柄回油管十字接著處。先導回油管噴出氣體后，流出大量的氣泡和冷凝油液。先導手柄反向彈力消失。設備壓力及操縱正常。但接上回油導管后，由于先導閥太冷。一時無法升溫，又出現先前故障。為了現場驗收順利。將先導回油管直接做到油箱回油集油塊上。故障排除。排故體會：（1）由于天氣太冷，造成了先導油路的回油不暢通。油液凝結在先導閥中使流量減少，而先導閥供油量較少使先導閥升溫困難。導致換向閥兩端操縱壓力漸漸平衡，閥芯回到中立位置壓力消失。（2）先導油管出現的大量氣泡，是由于油液的特性造成的。空氣由液體中溢出有兩個條件，一是低溫，二是負壓。先導系統的氣泡造成了油路的堵塞，使油液流動減慢，當流到十字回油接著時，由于兩閥回油回油升溫快，流量壓力都增高，堵塞了氣泡的流動，使先導閥無回油，先導手柄反彈力增加。

二、故障診斷排故案例（二）故障現象：系統無壓力。更換油泵后壓力正常但開車27小時后系統失壓。后更換五聯閥壓力又正常，開車24小時后又失壓。故障分析：由于油泵和五聯閥都是新更換的出現問題的可能性不大。如果出現問題原因是（1）油質問題，油液被污染。（2）系統壓力調制不當。（3）LS導管泄漏。故障排除：（1）檢查油液，油液為殼牌，油質清潔，無氣泡現象。（2）檢查LS導管及LS過濾器無泄漏和堵塞現象。（3）通過對維護人員對設備近期性況的了解，操作工人認為設備速度慢。無力。調整了恒功率。有時最大壓力為了38Mpa。通過對情況的了解。故障可斷定為安全閥。更換安全閥彈簧，將恒功率調回原來工作狀態，故障排除。壓力正常。排故體會：該故障為過量調整恒功率閥造成的。因為安全閥保護壓力為27.5Mpa，每當壓力升高時安全閥就會溢流。長期溢流就會造成安全閥彈簧疲勞，使閥芯處于常開位置，所以閥芯無噪聲，溫度上升慢。二、故障診斷排故障案例（三）故障現象：大五聯閥所控制的執行元件無動作。故障分析：（1）油泵泄漏不供壓。（2）敏感壓力閥卡滯。（3）五聯閥首聯安全閥設制低，Ls無返饋。故障排除：（1）起動設備，油泵無噪聲。無待命壓力。（2）打開油泵泄油口無泄油現象。檢查Ls供油量發現Ls供油正常，但敏感壓力閥Ls口往處噴油。說明敏感壓力閥閥芯磨損嚴重，更換敏感壓力閥，設備正常二、故障診斷

排故案例（四）故障現象：左行走向前無動作，而向后著正常故障分析：（1）五聯閥單向卡死。（2）先導一則供油不足及爆管。（3）行走馬達總成內梭閥卡澀。故障排除：開車檢查操縱行走，發現向后行走工作壓力正常。向前行走馬達有微動后壓力上升到最大壓力。手摸行走導管有膨脹和跳越感。說明五聯閥和先導供油沒有問題。故障因在行走馬達總成的梭閥上。更換馬達。排故體會：該設備的故障原因是由于使用了劣質油液造成的閥芯磨損。從原理圖上看。由于油液的污染造成了待命壓力閥芯及殼體磨損，閥芯損后，油液從閥體與閥芯溢到調腔使Ls出現噴油現象。在設備正常工作中，Ls油來油也會通過閥芯溢到回油腔。在降低調整腔壓力的同時。也阻止了斜盤調整的油缸的回油。這樣就會使斜盤調整油缸處在最大位置。所以大五聯閥操縱無壓力。無動作。二、故障診斷排故體會：從行走原理圖上分析：下圖的紅色部位為故障點。但如果行走減壓閥泄漏，哪么系統不會建立起太高的壓力。只有剎車梭閥卡滯在一邊的位置時才會出現故障發生的現象。因為當梭閥卡在前進的位置時，前進來油被梭閥堵塞，剎車無壓力，剎車片打不開，行走不動作，系統壓力就會達到最大。二、故障診斷

排故案例（五）故障現象：星輪操縱有正轉無反轉。（哈威閥）故障分析：（1）先導手柄反向卡澀無油源。（2）換向閥芯故障。故障排除：（1）檢查先導油源正常。（2）拆開換向閥圓蓋端彈簧及固定螺栓正常，抽下閥芯無拉傷現象。閥芯靈活，無卡澀。拆下方塊端檢查固定銷軸析斷。更換閥片。設備正常。排故體會：哈威閥與力士樂派克在設計上有所不同，哈威閥的復位彈簧在閥芯的圓腔端。彈簧一端靠在閥體一端，另一端靠在圓蓋里端。此位置為閥的中立位置。當前腔來油時，通過閥芯移動壓縮彈簧打開油路。而反向腔來油時在彈簧塞的作用下壓縮彈簧推動閥芯上的小軸桿打開反向油路。在閥芯的下部有一些小孔，它的作用是當油液進入時產生向上的浮力，以防閥芯卡澀。在方塊體下部有一長約40mm的銷軸，它插入閥芯，它的作用是起到定位作用。以防閥芯轉動。該故障就是因銷拆斷造成的閥芯卡澀現象。二、故障診斷

排故案例（六）故障現象：設備開機后工作一段時間后，顯示溫度保護。但停車一段時間后又工作正常。故障分析：（1）溫控線斷路。溫控器損壞。（2）電機溫度過高。（3）無供水或水量較小。故障排除：在檢查電機時發現電機溫度過高打開電機進水口發現電機內無冷卻水．而進水口水量正常．檢查電機回水口發現三通閥進水口接反．調整進水口后設備正常．二、故障診斷排故體會：該設備是掘進下坡巷，不使用內外噴霧。因不使用內外噴霧便將水通過導管引到上坡。因導管從機身右側引出。所以將三通閥調換了方向。在不用噴霧但還要給電機冷卻，就將手柄搬到中間位置，這樣就使電機出回水被堵。電機啟動后由于電機溫度升高，產生水蒸氣，冷卻水在蒸氣的做用下被壓出電機，電機無水冷卻，溫控器報警。當電機停車后，由于電機溫度下降，壓力降低，水又回到電機電機溫度迅速下降。冷卻水進入電機后，電機得到冷卻，溫度下降在次起動電機就能正常開車。二、故障診斷

排故案例（七）故障現象：該設備是。半閉式系統。設備開機以后工作正常。但油泵高壓管路高速跳動。工作半小時后各執行元件速度降低。故障分析：（1）油泵回油管路漏氣。及油泵內有空氣。（2）補油泵損壞。（3）溢流閥設制太低。（4）單向溢流閥損壞及彈簧疲勞。故障排除：（1）打開油泵泄油口放油。檢查回油管路無泄漏。（2）檢查溢流閥及單向閥工作正常，但補油壓力偏低。調整無效。