毕业设计-盾构机后配套系统的结构与维护

1、毕业设计题目：盾构机后配套系统的结构与维护专 业： 工程机械运用与维护 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 起止日期： 2015.11.162015.12.16 诚 信 承 诺本毕业设计（论文）是本人独立完成，没有任何抄袭行为，如有不实，一经查出，本人自愿承担一切后果。承诺人： 年 月 日陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）总成绩评定表班 级姓 名学 号 设计（论文）题目盾构机后配套系统的结构与维护成 绩指导教师评分答辩评分总成绩指导教师评语：指导教师签名：年 月 日系毕业设计（论文）答辩小组评语：答辩小组组长签名：年 月 日注：1.根据专业具体实际情况，如未安排答辩环节，答辩评分及

2、答辩小组评语可不填写。III摘 要从本文主要讲述了盾构机后配套系统的概念、构造及其维护，重点论述了盾构机后配套的结构、原理及其维护。盾构机的诞生和发展应用，大大提高了工程建设的施工效率，加快了现代化城市的进程速度，因此机械成为了当今城市化建设当中不可缺少的高科技、现代化的劳动工具。所以，希望读者阅读此文后，都能对盾构机后配套系统有更深一步的认识、应用及其发展。本人由于能力有限，因此，在创作和设计中，难免会有一些错误和不足之处，所以衷心的希望读者在阅读本文时，能够提出宝贵的意见或者建议。关键字：盾构机后配套系统；构造；原理；维护目 录第1章 绪 论11.1 盾构机的发展概况11.2 盾构机的分类

3、与应用3第2章 盾构机后配套系统的组成52.1 连接桥52.2 台车72.3 注浆系统72.4 膨润土系统82.5 泡沫系统92.5.1 泡沫系统的组成与原理92.5.2 泡沫系统的操作102.5.3 泡沫系统应用112.6 循环水系统122.7 液压系统132.8 管线路布置162.9 其他系统162.9.1 电气系统172.9.2压缩空气系统17第3章 盾构机后配套系统故障诊断193.1 盾构机后配套系统常见故障原因及对策193.1.1漏油193.1.2漏气193.1.3漏水193.1.4螺栓松动193.1.5 注浆管路上的控制阀对操作无响应193.1.6 注浆管路压力过高或者过低203.

4、1.7 注浆泵无法运转203.1.8 集中润滑给脂压力偏高213.1.9 刀盘驱动密封给脂不足213.2 电气系统故障诊断213.3 压缩空气系统故障诊断223.4 液压系统常见故障24第4章 结论与建议27致 谢28参考文献29陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文） 第1章 绪 论1.1 盾构机的发展概况盾构机，全名又叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进专用工程机械，现在广泛用于地铁、公路、市政、水电等隧道工程。现在盾构机集合了光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削岩土、输送渣土、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及岩土、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按

5、照不同的地质状况进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。用盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。在隧道工程中,越来越多的工程建设单位首选隧道盾构法施工,与传统的施工方法相比,盾构法具有施工安全、快速、工程质量高、地面扰动小、劳动强度低等优点。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压

6、力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。随着地下空间的飞速发展，盾构技术已作为一种高效掘进机械广泛地应用于地铁、水电、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，盾构 机构越来越受到人们的重视，了解盾构机构的结构和工作原理也显得很重要，而其配套设备机械选择也发挥着至关重要的作用。据了解，采用盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%，目前共有17台盾构机为地铁建设效力。虽然盾构机成本高昂，但可将地铁暗挖功效提高8到10倍，而且在施工过程中，地面上不用大面积拆迁，不阻断交通，施工无噪音，地面不沉降，不影响居民的正常生活。不过

7、，大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂，国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。盾构机尤其是土压平衡式和泥水式盾构机在日本由于经济的快速发展及实际工程的需要发展很快。德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前提以及高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘上

8、的刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。德国还开发了在密封条件下，从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的刀具。盾构机的选型原则是因地制宜，尽量提高机械化程度，减少对环境的影响。参与沈阳地铁工作的盾构机名为开拓者号，总长为64.7米，盾构部分9.08米，重量为420吨，其工作误差不超过几毫米。价格：德国进口的盾构机大概需要人民币5000万元，日本进口的盾构机大概需要人民币3000万元以上，国产的盾构机价格一般在2500-5000万左右。目前国内具有自主知识产权的国产盾构机是上海隧道工程股份有限公司研制的国产“863”系列盾构机。2007年7月，北方重工集团董事长耿洪臣与法国NFM公司原股东正式签署

9、了股权转让协议，以绝对控股方式成功结束了历时两年的并购谈判，使北方重工拥有了世界上最先进的全系列隧道盾构机的核心技术和知名品牌。2015年11月14日，由中国铁建重工集团和中铁十六局集团合作研发的中国国产首台铁路大直径盾构机在长沙下线，拥有完全自主知识产权，打破了国外近一个世纪的技术垄断，将加速中国快速城市化和大铁路网建设的步伐。本次下线的大直径盾构机开挖直径8.8米，总长100米，每台售价比进口同类产品便宜2000万元以上，性价比高，可靠性好，能够适用于多种复杂地层，下线后将服务于广珠城际轨道交通线。近年不仅在地铁隧道建设施工中,盾构法施工显优势,而且应用越来越多。盾构法具有对周围环境影响小

10、、自动化程度高、施工快速、安全环保等优点.随着长距离、大直径、大埋深、复杂断面盾构施工技术的发展、成熟,盾构法越来越受到重视和青睐. 土压平衡式盾构是在盾构施工中较为普遍使用的一种隧道掘进专用工程机械.施工过程中,土压平衡盾构一般采用土舱压力控制确保开挖面的稳定。如果土舱压力不足,会引起前方地基沉降,发生开挖面的涌水或坍塌的危险就会增大;如果压力过大,又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或喷涌等问题.因此,控制土舱压力,提高盾构隧道在施工过程中的稳定性,对于控制地表沉降、提高掘进速度、降低掘进成本有着非常重要的意义。1.2 盾构机的分类与应用手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖， 这

11、种方法适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分

12、成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进时，土体就从格子里挤出来。根据土的性质，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压式施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千

13、斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。盾构法施工分为水泥加压平衡盾构和土压平衡盾构，这两种盾构对后配套设备的要求因出渣方式的不同而不同。盾构法施工的运输系统配置方案，涉及到与盾构机能力匹配及施工进度、一次配置成本或长期使用成本、对标段的适用性、以及施工管理的易操作性等问题。盾构机如要达到较高的施工进度需配置强大的施工运输系统，如要取得高的施工效益需配置最佳的施工运输系统。运输方案应在两者之间试选择合适的平衡点。目前，国内盾构法施工的运输系统基本上均采用有轨运输方式（泥水机弃喳由泥浆输送系统运输，但管片、砂浆、钢轨及其他材料等仍需有轨运输系统）。运输系统的主要参数与隧道坡

14、度、工程进度要求、盾构机型号及参数有关。泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。在卵石层中，刀盘需要很大的扭矩，卵石卡住刀盘的现象时有发生，提供的复合式土压平衡盾构，采用液压驱动，驱动功率945K

15、W，可提供足够的刀盘驱动扭矩、推力、主轴承承载力以及所需的刀盘转速，并配置所需的后配套各辅助系统。盾构的主要功能及参数除满足要求地层条件掘进外，还可适应在淤泥、粉细砂、砾砂、卵石、粘土、岩石等地层条件下的掘进。第2章 盾构机后配套系统的组成盾构机主要由主体结构、后配套装置两大部分组成（见图2.1），主体部分包括刀盘、盾体、驱动装置、管片拼装机、排土机构、人闸等。后配套装置的功能是为主体部分的掘进提供各种支持，包括动力、控制、注浆、润滑、渣土输送、管片输送、土壤改良等。后配套装置根据功能要求，一般包括几大系统：电控系统、液压系统、注浆系统、膨润土系统、泡沫系统、压缩空气系统、循环水系统、润滑系统

16、、渣土和管片输送系统及油脂密封等（见图2.2）。图2.1 盾构机 图2.2 部件图盾构机后配套装置一般由一节连接桥和若干街台车组成，如广船国际2009年为罗宾斯制造的6260mm盾构机，整个后配套装置由1节连接桥和单层7节台车组成，广船国际2011年6月交货的应用于穗莞深城轨的8780mm盾构机则由1节连接桥和4节上下两层的台车构成。虽然盾构机后配套因施工地质情况、招标文件、设计者对盾构机的理解及积累经验的多少而不同，但可靠性高、操作方便、维护简单是后配套设计的要点。2.1 连接桥连接桥啊也叫桥架、设备桥等，它是盾体部分和后配套台车部分之间的一个过度连接件，同时也被用来安装布置部分配套设备。2

17、.3连接桥的组装图连接桥的前端和盾体通过铰链连接，掘进时由盾体带动连接桥、后配套向前行进。一般连接桥与后面台车之间采用单铰链连接形式，但8780mm盾构机的直径大、转弯半径小、后配套部分重量较重，为了使连接桥和台车之间灵活转弯，连接桥与后面台车的连接采用了一侧铰接，另一侧安装转弯补偿油缸并铰接，这样一方面保证了连接桥转弯的可靠性，转弯半径可达到550m，满足了技术要求，另一方面也保证了连接桥钢结构的稳定性，图2.4为连接桥的设计三维图。图2.4 连接桥2.2 台车盾构机后配套台车是运载盾构机后配套设备的钢结构车架，由盾体部分通过连接桥带动台车在路轨上前进。台车形式和数量一般根据实际需要和现场工

18、作情况进行设计，多为门型结构，中间可以通过渣土车、管片运输车等，两边装载各种功能不同的设备，主要根据盾构机运行所需设备情况而定。8780mm盾构机台车设计台数为4台，长度约12m，每台可承载重量50100 t不等，选用门型截面上下双层结构，梁架采用型材焊接，初步构思盾构机台车截面结构（图2.5）所示。底层分为左右两边用于配套设备的安装和管路的安装，同时在两边靠近环体位置留有较小的人行通道用以必要时的维护使用，中间部分留给牵引机行走以方便管片和渣土的运输。上层分为三部分，中间下部安装皮带输送机将前方挖掘出的渣土输送到台车尾部的牵引机车上，中间上部安装风管满足整台机的通风要求，左右两边用于安装配套

19、设备，同时在两边靠近环体位置留有较大的人行通道用以日常行走使用。中间层钢结构的两侧中空布局电缆走线。图2.5 台车截面图2.3 注浆系统在盾构机掘进并完成管片拼装后，水泥浆液需同步注入隧道管片与土层之间的环隙中，待浆夜凝固后以稳定管片和底层。注浆系统主要由浆液箱、注浆泵、搅拌机构及管线组成。我们对注浆系统的布置设计做了创新，将搅拌机构常规置于箱体底部的形式改成搅拌机构置于顶部，注浆泵移到侧边，并增加维护通道，这样密封、维护、可靠性等等问题迎刃而解。图2.6为8780mm盾构机注浆系统。图2.6 8780mm盾构机注浆系统2.4 膨润土系统膨润土系统是用来改良土壤以利于盾构机掘进。膨润土系统主要

20、包括加泥箱、加泥泵、气动膨润土管路控制阀及连接管路。根据需要，在控制室的操作控制台上，通过控制气动膨润土管路控制阀的开关，将膨润土加入到开挖室、泥土仓或螺旋输送机中。膨润土系统一般为分开布置，根据我们对机械设计和船舶模块等的经验，将设备、箱柜进行了系统和结构布置优化，加大了加泥箱容积，增加了维修通道，并缩小了系统占地空间。图2.7为8780mm盾构机膨润土系统。图2.7 8780mm盾构机膨润土系统2.5 泡沫系统泡沫系统用于产生泡沫，向盾构机开挖室中注入泡沫，改良开挖土层，提高其塑型（性）、流动性、防渗性和弹性，同时也可以减少刀具的磨损。泡沫系统主要由泡沫剂箱、泡沫泵、控制装置和管线组成。如

21、图2.8所示。2.8 8780mm盾构机泡沫系泡沫是一种调节介质，由发泡剂与水的混合液和压缩空气相图统混合，经泡沫发生器发泡成30400um微细乳状泡沫，注入到掘削面和土仓，确保渣土顺利排出，保持掘削面稳定，适合于靠土压支持的盾构在掘进过程中泥土粘性非常高的意外情况。由于经泡沫调节后的土壤具有良好的流动性和塑性以及防水渗透性，所以泡沫的使用扩大了土压平衡盾构机适宜开挖的土壤范围，同时大大降低了刀盘扭矩，减少了刀具的磨损。目前，土压平衡盾构机大都配备了泡沫系统，泡沫也成为渣土改良必不可少的添加剂。2.5.1 泡沫系统的组成与原理1. 泡沫系统由以下部件组成，如图2.9：² 刀盘上有8个

22、注入点² 土仓压力板上有4个注入点² 螺旋输送机上有4x2个注入点² 1个水泵，流量为133l/min ² 1个泡沫泵流量为5l/min ² 混合液控制装置² 4个泡沫发生器² 测量装置及其控制² 压缩空气控制装置² 用水冲洗时的切换装置图2.9 泡沫系统的组成2. 泡沫系统的原理 水和发泡剂的混合是在混合液的控制装置完成。发泡剂装在可更换的罐中，发泡剂通过定量泡沫泵供给，水通过定量水泵供给，二者混合后再通过流量控制装置供给到相关管路。泡沫是在泡沫发生器内用空气对液体进行搅拌混合而获得的。空气和液体的剂量

23、是通过SPC操作单元和流量计来计量的。是否进行调整主要是根据掘进速度、支持压力和所给的配方来决定。泡沫发生系统有三种操作模式：手动、半自动和全自动。 通过控制可控制球阀，盾构机操作手通过泡沫系统的显示面板按钮或开关元件向有关注入点将泡沫注入到刀盘前端、土仓和螺旋输送机内。2.5.2 泡沫系统的操作图2.11图2.10 图2.10是泡沫系统参数的输入面板，其中管路1-4为泡沫系统四条管路的流量（l/min）；FER为发泡率=单条管路泡沫流量/单条管路液体流量；FIR为注入率=注入泡沫总量/开挖渣土的容积；流量为自动模式下每条管路泡沫量占总泡沫量的百分比；泡沫浓度为发泡剂在水溶液中的浓度；工作仓最

24、大土压为泡沫系统自动停止工作时的最大土仓压力。图2.11是泡沫系统参数的显示面板，泡沫系统工作状态有四种：停止、自动、半自动和手动。泥土压力为1号土仓压力与3号土仓压力的平均值，该值如果超过工作仓最大土压，泡沫系统就停止。混合液流量显示了混合液的流速与总流量，每环更新；压力显示泡沫管路当前压力值；空气实际值显示管路空气流量实际值；空气目标值显示管路空气流量目标值；混合液体实际值显示管路混合液体流量实际值；混合液体目标值显示管路混合液体流量目标值=每条管路流量/FER。泡沫系统的操作方式有三种，分别是手动模式、半自动模式和自动模式。在启用泡沫系统前，需设定泡沫浓度和工作仓最大土压。泡沫浓度可以在

25、1-5%之间设定。手动模式时，按下手动模式按钮，再按下想要注入泡沫管路的管路按钮，再通过SPC操作单元旋钮手动控制空气的流量和泡沫混合液体的流量，还可以在显示面板中空气实际值和混合液体实际值旁边的加减按钮控制。半自动模式时，按下半自动模式按钮，按下想要注入泡沫管路的管路按钮。通过参数的输入面板设置每条管路的流量和FER，对注入的泡沫进行控制。FER设置范围为0-30。自动模式时，按下自动模式按钮，按下想要注入泡沫管路的管路按钮。通过参数的输入面板设置每条管路的流量比、FER和FIR，对注入的泡沫进行控制。2.5.3 泡沫系统应用 泡沫系统有三种调节模式：手动、半自动、自动，在实际掘进施工中，主

26、要以半自动模式和自动模式为主，现在就以两个工程实例来说明泡沫系统的使用。 采用自动模式适应砾质粘土地层的推进 自动模式一般在推进速度稳定的情况下使用。在深圳地铁3号线3102标工程有部分地层为砾质粘土，其中上部为砂层，下部为砾质粘土，且粘土成分高达60%，刀具非常容易结泥饼。盾构机在这种地层推进，必须控制好掘进参数和注入合适的添加剂。我们选用的掘进参数为：刀盘速为1.2r/min,推进速度为40mm/min，土仓压力为土仓水头压力加0.2bar,并注入湿润泡沫。在掘进速度正常的情况下，我们一般采用自动模式注入泡沫，FER设定为12，每管流量比设定为25%，那么FIR设定多少呢? FIR为注入率

27、=注入泡沫总量/开挖渣土的容积，决定注入泡沫量的多少。根据实验结果和至今的实绩综合考虑，注入率Y的估算公式如下：Y（）a2×（60-4×D0.8 ）（80-3.3×E0.8 ）（90-2.7×F0.8 ）；式中Y泡沫注入率（）；D0.075mm粒径的通过百分率，4×D0.8 60时，取4×D0.8 60；E0.42mm粒径的通过百分率，3.3×E0.8 80时，取3.3×E0.8 80；F2mm粒径的通过百分率，2.7×F0.8 90时，取2.7×F0.8 90；a均粒系数VC决定的系数，VC4

28、时，a1.6；4VC15时，a1.2；15VC时，a1.0。 当Y20时，取Y20。2.6 循环水系统循环水系统对液压油、空压机、刀盘驱动副及驱动电机等提供冷却水、提供泡沫剂的合成用水及提供盾构机及隧道清洗用水，系统主要由水箱、水泵、热交换器以及管线组成（见图2.12）。图2.12 8780mm盾构机循环水系统2.7 液压系统液压系统由多个液压站组成，为推进千斤顶、铰接油缸、管片拼装机、管片运输小车、螺旋输送机、注浆泵等液压设备提供动力。图2.13为8780mm盾构机液压系统。图2.13 8780mm盾构机液压系统盾构机液压系统原理一液压系统原理盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来成，

29、液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为：1. 盾构机液压推进及铰接系统2. 刀盘切割旋转液压系统3. 管片拼装机液压系统4. 管片小车及辅助液压系统5. 螺旋输送机液压系统6. 液压油主油箱及冷却过滤系统7. 同步注浆泵液压系统8. 超挖刀液压系统以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。盾构机液压推进及铰接系统1. 盾构机液压推进（1）盾构机液压推进系统的组成盾构

30、机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的转弯调向及纠偏功能。铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。2.14 盾构机液压推进系统的组成（2）推进系统液压泵站：推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001）和一定量泵（1P002）组成的双联泵，功率为75KW，恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液

31、比例溢流阀（A300）调整，流量在0-qmax范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。由恒压变量泵输出的高压油分别送达A、B、C、D四组并联的推进方向控制阀组，经过阀组的流量、压力调整和换向后再去控制推进油缸，从而使推进油缸的推进速度、推力大小及方向得到准确控制。因每组油缸的控制原理都一样，下面就以B组中的第一个油缸控制为例，介绍其作用和工作原理。油泵输出的高压油经高压管路由B组的P口进入，一路径F1（过滤）A111（流量调整）A101（压力调整）经电液换向阀进入推进油缸。缸的快进快退，提高工作效率。A783控制的插装阀。A403为推进油缸

32、底端预卸荷阀。阀组中还有液控单向阀、载荷溢流阀，以及A256压力传感器和油缸行程传感器。四组阀组中的电液换向阀的液控油由定量泵（1P002）经减压阀（1V034）提供。2.15 工作原理2.8 管线路布置盾构机后配套设备有大量不同功能的管线从台车设备一直延伸到盾体内部，管、线路布局杂乱是盾构机后配套设备的通病，土建施工设备工作环境相当恶劣，经常处于泥浆、潮湿灰尘等环境中，另外由于盾构机掘进地点在地下，特别在城市施工时，对盾构机的可靠性提出了更高的要求，任何管路的泄露都可能造成非常严重的后果。本次设计着重考虑可靠性、维修性，在台车设计之初就将管线路布置考虑在内。本次设计将管路进行了分类，气、液等

33、动能管路布置在台车一侧，注浆、水设备、泡沫等管路布置在一侧，电缆从台车架的中间隔层中穿过，取消了一般盾构机采用的将大量管路放置于台车中间上部，避免了皮带输送机掉落的泥石损坏管路。重新设计的管线路布置，不仅不易损坏也容易维修、更换，参见图2.16。图2.16 管线路分类布置图2.9 其他系统盾构机后配套设备还有很多,如管片运输和电气系统、起吊设备、渣土输送设备、通风系统、压缩空气系统等。2.9.1 电气系统1、盾构机配电系统由高压配电系统和低压配电系统组成 2、油浸式变压器有液位、温度及密封的检测装置，当达到临界 值时会发出报警信号，一旦达到极限值可切断高压开关，保护变压器。 

34、;3、功率较大的电动机直接启动时有较大的冲击电流，为了避免 启动电流对电网的冲击，对大功率的电动机采用软启动器启动，中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式 4、中铁装备盾构机低压系统系统的组成 。主要由主配电柜 （TC3）、主控室(TC1)、拖车、配电柜（TC2）、盾体左侧配电柜（DTL）、盾体右侧配电柜（DTR）等组成。实现对盾构机各个系统的供电5、PLC是一种工业控制装置；是在电器控制技术和计算机技术 的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。2.9.2压缩空气系统压缩空气系统：组成由供气端

35、至用气端组成如下。空气压缩机储气罐过滤器干燥机输气管道用气端口压缩空气是通过空气压缩机来产生的。（1）压缩机，大气压力的空气被压缩并以较高的压力输给气动系统。这种就把机械能转变为气压能。（2）电动机，给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。（3）压力开关，将储气罐内的压力来控制电动机，它被调节到一个最高压力；达到这个压力就停止电动机，也被调节另一个最低压力，储气罐内压力跌到这个压力就重新启动电动机。（4）单向阀，让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动。（5）储气罐，贮存压缩空气。它的尺寸大小由压缩机的容量来决定，储气罐的容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。（6）

36、压力表，显示储气罐内的压力。（7）自动排水器，无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。（8）安全阀。当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。（9）冷冻式空气干燥器，将压缩空气致冷到零上若干度，使大部分空气中的湿气凝结。这就免除了后面系统中的水份。（10）主管道过滤器，在主要管路中，主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力。它使管道内清除灰尘、水份和油。2.17 压缩空气系统19第3章 盾构机后配套系统故障诊断3.1 盾构机后配套系统常见故障原因及对策3.1.1漏油液压驱动在盾构机内部占重要部分，漏油为液压常见故障，漏油多发生在管路接头处，漏油的原因视情况而定。一般有两种原因，一

37、是接头连接处松动，这种情况用对应型号的扳手紧固即可，盾构机管路螺纹均为右旋，扳手顺时针扳为紧固。二是管路螺纹磨损，导致接头配合不紧密，此种情况可以缠一些生胶带在螺纹上。有些管路内部有密封圈，可能是密封圈老化、密封圈破损等原因造成，则需更换密封圈。漏油处理完之后，用干抹布擦干净管路及泄露的液压油，隔一段时间再来观察，如果仍然泄露，则需进一步处理。在拆开接头处理漏油故障过程中，注意不要让管路螺纹沾上杂质。 3.1.2漏气漏气一般能通过听声音来辨别，漏气原因与漏油类似，多为接头松动，或螺纹配合不紧密，解决方法可以参照漏油故障解决方法。3.1.3漏水漏水多发生在管路接头处，解决方法也可以参照漏油的解决

38、方法。有些情况发生在法兰连接处，需紧固法兰连接螺栓；如果紧固无效，请拆开法兰连接面，查看法兰密封垫片有无破损，如有损坏，及时更换。3.1.4螺栓松动有些螺栓处在经常振动的位置，比如拼装回旋马达机座上的螺栓，加泥泵周围的螺栓，还有电动机的机座等。由于振动，这些螺栓比较容易松动，应定时检查，加以紧固。3.1.5 注浆管路上的控制阀对操作无响应选中注入口阀，注入口阀通常会在短时间内开闭，如果超过一段时间，也没有全闭、全开时，要考虑以下的原因。 （1）空气驱动阀（1-2秒）：供给空气圧力、流量的低下，注入口阀处的同步注浆材料凝固。（2）注入口阀（1秒）：注入口开闭用液压泵停止，注入口阀处的同步注浆材料

39、凝固。（3）电动球阀（9-10秒）：注浆材料凝固，电磁阀电源没有合闸。 对于空气压力、流量低下，应启动空压机补充气压；如果压力正常，还不能驱动，则拆开对应的管路，检查注浆材料是否凝固，如果凝固，则应清除管路中的凝固材料，对管路进行清洗，保证管路通畅。3.1.6 注浆管路压力过高或者过低盾构机有四条注浆管路，每个管路上设一压力传感器，在注浆触摸屏上有注浆压力值显示，不同注入压力其背景颜色不同。黑色注入压力正常 橙色注入压力持续低下红色注入压力高压注入压力高压或者压力持续低下时，注入口阀、主注入阀自动关闭。注入压力低下，请考虑浆液剩余量是否不足。注入压力过高，需考虑注浆管路可能由于注浆材料凝固造成

40、堵管，请拆开管路进行检查，清理管路中的凝固材料，确保管路通畅。3.1.7 注浆泵无法运转如果启动注浆泵，注浆泵没有运转，需考虑一下原因：注浆泵电源是否合闸；注浆泵内部注浆材料凝固；一般多为清洗不及时造成注浆材料凝固，请拆开注浆泵，对注浆泵吸入口、注浆泵内部进行清理。拆开注浆泵时，为防止注浆残余压力，应缓慢松懈拆开。同时注意，长时间停机，为避免注浆材料凝固，请确保浆箱无剩余浆液，清洗注浆泵，清洗注浆回路。3.1.8 集中润滑给脂压力偏高给脂压力偏高，多为滤芯阻塞，油脂分配阀堵塞造成，同时往往伴随给脂不足。请停止推进，先拆开操作室后面的总回路上的油脂分配阀出口，启动强制注脂，观察是否有油脂出来，检

41、查总回路上的油脂分配阀和滤芯是否堵塞。如果总回路正常，则需进一步拆开刀盘驱动密封注脂回路上的油脂分配阀出口接头处，启动强制注脂，检查此处滤芯和油脂分配阀是否堵塞。如果这一回路上情况正常，则再拆开螺旋输送机闸门用润滑油脂回路上的油脂分配阀出口接头处，启动强制注脂，检查此处滤芯和油脂分配阀是否堵塞。如果某处发生堵塞，请拆开滤芯进行检查，滤芯没问题继续拆下油脂分配阀进行清理。3.1.9 刀盘驱动密封给脂不足刀盘驱动密封给脂不足应停止推进，以防土仓中的泥水进入刀盘驱动密封损坏密封。给脂不足时先观察注脂泵的运转状况，看看注脂频率是否太低，调节注脂泵进气口的节流阀可以改变泵的运转频率。如果给脂不足，同时给

42、脂压力偏高，应考虑给脂管路发生堵塞。3.2 电气系统故障诊断盾构机采用电力作为动力来源，通过PLC、触摸屏、变频器、气动、液压来实现隧道掘进中各个环节的自动化。高自动化控制是某盾构机的主要特点，盾构施工过程包括挖掘、推进、导向、渣土的改良、渣土的传送、注浆、管片的拼装等；这些过程采用PLC、触摸屏及一些主令开关来实现人机对话。但是，高自动化也为盾构机的安装、调试、维修带来了更大的困难。PLC和触摸屏是盾构机实现自动化的途径，在盾构机维修和调试当中如果能够将图纸、PLC程序和实际情况有机的结合起来，将大大缩短维修、调试时间，提高故障判断的准确性，减少很多可以避免的麻烦。3.2.1日常维护的步骤：

43、（1）我们对于盾构机的维修和日常维护，首先要熟悉它的工作原理和电气、液压、机械之间的关联情况，以及设备各系统中各个零部件所起的作用，只有这样才能快速准确地解决问题。（2）维修设备应遵循先“看”后“想”再“动手”的原则，机器出现故障时首先要看清楚是什么故障，是否是因为机械、液压或其他部分原因造成的，不要盲目动手，以免影响维修速度甚至将问题扩大化，找到问题根源后再动手。这样往往可以达到是事半功倍的效果。（3）维修设备时应先外后内，首先检查电线是否破皮、断裂、脱落等明显问题，往往简单明显的问题最容易被忽视。（4）设备问题解决后最好做个详细记录：什么问题；维修过程及结果。以后再遇到同样问题看一看记录，

44、可以节约时间提高效率。也可以使其他维修技术人员单独排除故障时有据可依，少走弯路。（5）另外设备的日常维护、保养也相当重要，正确到位的保养可以降低设备的故障率、提高设备使用寿命进而增产增效。3.2.2气动系统的使用要求在气动系统使用中，要按需求向气动系统提供清洁干燥的压缩空气；保证油雾润滑元件得到必要的润滑；保证气动原件和系统在规定的工作条件（如压力、流量、电压等）下运行，保证气动系统的密封线；保证执行器按预定的要求工作等。3.2.3气动系统的维护保养维护保养的工作原则是：了解气动元件的结构、原理、性能、特征、使用方法及注意事项；检查气动原件的使用条件是否恰当；掌握元件的寿命及其使用条件；事先了

45、解故障的易发生的场所及预防措施；准备好管理手册，定期进行检查，预防事故发生；保证设备有迅速修理所需质量，价廉的备件等。日常维护工作的主要任务是冷凝水排放、检查润滑油和空压机系统的管理及整个气动系统，从空压机、储气罐、管道系统及空气过滤器、干燥机和自动排水器等。在停机时，应将各处冷却水排放掉，注意查看自动排水是否工作正常，分水过滤器的水杯内不应存水过量。在气动系统运行时，应检查油雾器的滴油量是否符合要求，油色是否正常，即油中应该混入灰尘和水分等，确保油品的纯洁度。空气机系统的日常管理工作时：是否向冷却器供给冷却水；空压机是否有异常声音和异常发热；润滑油位是否正常。3.3 压缩空气系统故障诊断由压

46、缩机产生的压缩空气是不纯净的。这是因为空气压缩机本身含有润滑油，在进行压缩工作时，必然有部分润滑油混入到压缩空气中去。另外自然界的空气本身含有一些固体颗粒及水份等，当在气动回路中直接使用这种未经净化处理的气体，会给气动回路带来一些故障，损坏气动元件，降低元件使用寿命，生产效率下降，甚至造成事故。因此，经过压缩压缩空气的后处理设备净化这些压缩气体以获得纯净的压缩气体是气压系统中必不可少的一个重要环节。压缩空气系统的后处理设备：组成如下。储气罐过滤器干燥机输气管储气罐：起的作用是压缩后的空气进入罐中，空气中的杂质在罐中沉降，分离出大部分水、油、尘。经排污口排出压缩空气系统。过滤器：根据用气质量要求

47、不同配备过滤器的数量及接入压缩空气系统的位置也不同。基本的配置是过滤精度为3m、1m、0.01m的精度。此外还有一些满足特殊要求的过滤器的使用，如“除油过滤器”，“除菌过滤器”，“活性碳过滤器”等等。干燥机：压缩空气的干燥是相对的概念。压缩空气在使用过程中只要有温度的变化就会有水份的析出。只是析出水份的量多少而言。干燥机的使用可以相对的纯静空气，使压缩空气达到使用的要求。干燥机的分类有，“冷冻式干燥机”，“吸附式干燥机”，“溶解式干燥机”等等。输气管：是将压缩空气输送至使用点的管道。只要达到压缩空气使用点要求的流量、压力、纯静度。现在市场上的材料多数都可以满足使用。3.4 液压系统常见故障现象

48、原因措施无压力或压力很低1. 压力泵（1） 液压泵转向错误（2） 零件损坏（3） 零件磨损，间隙过大，泄露严重（4） 油面太低，液压泵吸空（5） 吸油管路密封不严，造成吸空（6） 压油管路密封不严，造成泄漏2. 溢流阀（1） 弹簧变形或折断（2） 滑阀在开口位置卡住，无法建立压力（3） 锥阀或钢球与阀座密合不严（4） 阻尼孔堵塞（5） 遥控口接回油箱3. 液压缸高低压腔相通4. 系统中某些阀卸荷5. 系统严重泄漏6. 压力表损坏失灵造成无压假象7. 油液粘度过低，加剧系统泄漏8. 温度过高，降低了油液粘度改变转向更换零件修复或更换零件补加油液拧紧接头，检查管路，加强密封拧紧接头，检查管路，加强

49、密封更换弹簧修研滑阀使其移动灵活更换锥阀或钢球，配研阀座清洗阻尼孔截断通油箱的油路修配活塞，更换密封件查明卸荷原因，采取相应措施加强密封，防止泄漏更换压力表提高油液粘度查明发热原因，采取相应措施或散热冲击1. 液压缸（1）运动速度过快，没设置缓冲装置（2）缓冲装置中单向阀失灵（3）缓冲柱塞锥度太小，间隙太小（4）液压缸缓冲柱塞剧烈磨损，间隙过大2. 节流阀开口过大3. 换向阀（1）先导阀或换向阀制动锥角太大（2）液动阀的控制液压油流量过大（3）液动阀阻尼器调整不当（4）滑阀运动不滑快4. 压力阀（1）工作压力调整太高（2）溢流阀发生故障，压力突然升高（3）背压阀压力过低设置缓冲装置修理缓冲装置

50、单向阀按要求修理缓冲柱塞配制缓冲柱塞或活塞调整油阀减小制动锥角度或增加制动锥长度减小控制压力油的流量调整阻尼器中的节流开口修配滑阀调整压力阀，适当降低工作压力排除溢流阀故障适当提高背压阀现象原因措施泄漏1. 密封件损坏或装反2. 管接头松动3. 单向阀钢球不圆，阀座损坏4. 相互运动表面间隙过大5. 某些零件磨损6. 某些铸件有气孔砂眼等缺陷7. 压力调整过高8. 油液粘度太低9. 工作温度太高更换密封件，改正安装方向拧紧管接头更换钢球，配研阀座更换某些零件，减小配合间隙更换磨损零件更换铸件或修补缺陷降低工作压力选用粘度较高的油液降低工作温度，、或采取冷却措施爬行1. 系统负载刚度太低2. 节

51、流阀或调速阀流量不稳定3. 液压缸（1）活塞杆直径小（2）液压缸零件加工装配不佳（3）液压缸刚度低（4）液压缸安装不当，与导向机构轴线不一致4. 混入空气（1）油面过低，吸油不畅（2）滤油器堵塞（3）吸、排油管距离太近（4）回油管没插入油面以下（5）密封不严、混入空气（6）机械停止运动时，液压缸油液流失5. 油液不洁（1）污物卡住液动机增加摩擦阻力（2）污物堵塞节流，引起流量变化6. 油液粘度不适当7. 外部摩擦力（1）拖板楔铁或压板调正过紧（2）导轨等导向机构精度不高，接触不良（3）润滑条件不佳改进回路设计选用流量稳定性好的流量控制阀加大活塞杆直径更换不合精度要求的零件，重新装配提高刚度重新

52、安装补加油液清洗滤油器将吸、排油管远离设置将回油管没插入油液中加强密封增设背压阀或单向阀，防止停机时油液流失清洗液动机，更换油液或加强滤油清洗液动阀，更换油液或加强滤油换用指粘度的液压油重新调整按规定刮研导轨，保持良好接触改善润滑条件现象原因措施油温过高1. 液压系统设计不合理，压力油非工作损耗过大，效率低2. 压力偏低3. 泄漏严重造成容积损失4. 管路过于细长而且弯曲，造成压力损失5. 相互运动零件的摩擦力过大6. 油液粘度过大7. 油箱容积小，散热条件差8. 由外界热源引起温升改进回路设计，采取变量泵或卸荷措施降低工作压力加强密封加大管径，缩短管路，使油液畅通提高零件加工装配精度，减小运

53、动摩擦力选用粘度低的液压油增大油箱容积，改善散热条件，设置冷却器隔绝热源振动和噪声1. 液压泵（1）油液不足，造成吸空（2）液压泵吸油位置太高（3）吸油管道密封不严，吸入空气（4）油液粘度太大，吸油困难（5）工作温度太低（6）吸油管截面太小（7）滤油器堵塞吸油不畅（8）吸油管距油面太近（9）液压泵安装不当，泵轴与原动机不同心（10）联轴节松动（11）液压泵制造装配精度太低（12）液压泵零件磨损（13）液压泵脉动太大2. 溢流阀（1）阀座损坏（2）阻尼孔堵塞（3）阀芯与阀体间隙过大（4）弹簧疲劳或损坏，使阀移动不灵活（5）阀体拉毛或污物卡住阀芯（6）实际流量超过额定值（7）与其他原件发生共振3.

54、 换向阀（1）电磁铁吸不严（2）阀芯卡住（3）电磁铁焊接不严（4）弹簧损坏或过硬4. 管路（1）管路直径太小（2）管路过长或弯曲过多（3）管路与阀产生共振补足油液调整液压泵吸油高度加强管路的密封更换液压油提高工作温度或油箱加热增大吸油管直径清洗滤油器将吸油管侵入油箱三分之二处重新安装液压泵拧紧联轴节更换精度差的零件，重新装配更换磨损零件选用脉动小的液压泵修复阀座清洗阻尼孔更换阀芯，重配间隙更换弹簧去除毛刺，清洗污物，使阀芯移动滑快选用流量较大的溢流阀调整压力避免共振，或改变振动系统的固有振动频率修理电磁铁清洗或修理阀体和阀芯重新焊接更换弹簧加大管路直径改善管路布局改变管路长度第4章 结论与建议通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，进一步认识了盾构机的构造、盾构机后配套系统的结构。工作原理、维护保养，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。首先，毕业设计是我作为一名学生