盾构机油缸在线检测方法

1、盾构机油缸在线检测方法马明东厦门伍纵船舶液压技术有限公司 厦门翔安区春波路8号 361100【摘要】 本文阐述盾构机使用一段周期后对推进油缸、铰接油缸进行在线检测的必要性。【关键词】 盾构机液压 推进油缸 铰接油缸1 前言盾构机掘进一区间出隧道后，或是使用一段周期后的推进油缸、铰接油缸有必要对油缸的工作性能做一次在线检测，发现问题，及时处理，不为下一区间掘进留下隐患。 盾构机20只（或更多）推进油缸在使用过一段时间后，因盾构机掘进时，隧道不是笔直的而是有各种曲线掘进，在施工中施加到每只油缸的工作压力各异，造成油缸密封圈磨损也是不一至的。 有些密封圈，在使用过一段时间后，由于磨损，密封表面与接触

2、面积增大后，摩擦力的情况就会明显变化，静止和低速时的摩擦力显著上升，而高速时的摩擦力显著下降，造成一台机上的推进油缸在实际工作中输出力值偏差，影响对盾构机姿态控制。 2 测试实例笔者本人对一台新出厂的盾构机上的20只推进油缸在线进行一次测试，中盾是独立放置的（见图1）。 图一测试方法：采用自备的便携式液压站，站上用的是负载敏感控制方式液压泵，压力油源接入到原中盾液压推进系统中，同时向盾构机上的全部推进油缸的无杆腔同时供油，油品使用的是进口品牌46号液压油。20只推进油缸在多次伸缩后，已确定缸中彻底的排净空气后，待压力从0上压达到0.8Mpa时，只有12只缸杆是同时向外伸展移动的，待这10只已向

3、外伸展移动缸杆到半程行进中时，压力也上升到1Mpa时，4个先前不伸展的也开始在向外伸展，但仍然还有4只缸杆呆在原地不动，已移动的这16只缸杆是分先后伸展到达终程后。延迟几秒后、压力又上升到2.4Mpa时又有2只缸杆开始向外伸展移动了，这2只缸杆在向外伸展移动进行中又有1根也开始伸展移动。最后的1只发呆油缸等到人家都伸展到头后，又延迟等待几秒后才醒悟！马上开始移动了，最后这2只缸杆移动时，油压是3.6Mpa。这次的实试的结果说明是有两方面的原因造成这20只油缸在各压力段先后伸展移动。（1）油缸由于活塞外径加工的偏差，缸筒内径尺寸偏差及筒臂表面粗糙度，缸头密封腔尺寸偏差等因素及尺寸的不一至性，造成

4、活塞密封圈、活塞导向带与缸筒内臂摩擦力，缸杆防尘密封组件与缸杆的摩擦力，油缸总装配因素等原因，造成这20只油缸起动时摩擦压力的不一至性。（2）推进液压系统中的20只油缸有杆腔油管是串接共用两根回油管道，20只油缸分布在圆周上，油缸有杆腔油路管道距离差异造成20只油缸回油背压不一至，也会造成起动压力的差异。上例所诉：说明新机的推进油缸都存在输出力的偏差，掘进使用一段周期后已磨损密封的油缸很有必要进行实测，只有进行实测，才能确认油缸的实际状况。3 测试项目推进油缸在线测试项目有：1）起动压力。2）耐压检测。3）内泄漏。4）外泄漏。推进油缸在线检测时，不需从中盾拆卸，但需要有缸杆全程伸出的空间。4

5、测试所需要的设备、仪器检测所需用的设备及仪器：（1）一台便携式液压站；（2）60Mpa高压截止阀二件；（3）一块带测压表线的1.6Mpa压力表；（4）二块带表线的60Mpa压力表；（5）超声波液压泄漏测试仪；（6）有条件下应用液压万用表及压力传感器（见图2）。图1 液压万用表5 油缸杆起动压力测试动力源采用自备的便携式液压站带负载敏感变量控制方式的液压泵，负载决定泵的压力值。检测油缸杆从静止状态到移动时的起动压力项是全部油缸检测中的重点项，观察并记录缸杆延伸全程时压力值变化数据，从测试数据中找出油缸的优劣差别。有条件的情况下，最好做一次我上面所诉例子的测试方法。动力源的压力油从阀块上的方向阀的

6、P口引接入到一只油缸的无杆腔上，4Mpa压力表也接到被测油缸的无杆腔的测压点上，油缸的有杆腔回油压力必需要做到零背压（用大口径管道直接接入油箱中，这样才能做到测试时的准确性）。油缸无负载起动向外伸展运行全程时，缸杆运动匀速，压力表（或压力传感器+液压万用表）无波动，如果缸杆从始至终都是与最低起动压力值一至无变化，从中就能确定此缸零件尺寸、活塞密封件、导向带、防尘密封组件及装配技术性能优良。如果一台盾构机上的全部推进油缸起动压力值都是在同一起动压力值时无差异，也就说明油缸的制造质量是世界先进水平（这只是理想化的状态）。检测中的缸杆运行全程时，压力表波动大（或波动）时，证明缸筒内径不直度超差。起动

7、压力大但压力不波动，证明活塞导向带与缸筒内径间隙过小或缸头防尘密封组件与缸杆外径摩擦力超大，上述异常现象都证明油缸有故障隐患，不能保证使用寿命（见图3）。 图3 使用液压万用表所测的油缸起动压力冲击曲线图16 耐压、内泄漏、外泄漏检测 6.1一只被测油缸的有杆腔及无杆腔油口上各分别加装60Mpa高压截止阀，控制阀台上的换向阀的A、B口管道与高压截止阀联接并保证无泄漏。两块60Mpa压力表分别接到有、无杆腔端的测压点上，截止阀要在全开状态，在截止阀开启状态下分别向油缸两腔供油，使缸杆伸缩全程运动几次排净缸内空气，观察缸杆伸缩时无异响、无爬行、抖顿现象，缸杆电镀层无脱落、划痕。重点检查最下面的那几

8、只侵泡在泥水中的缸杆，因为上面总有重金属物掉下砸伤这几只缸杆表面。 6.2耐压测试分10Mpa低压检测，25Mpa中压检测，45Mpa高压这三个压力段测试，同时也是内泄、外泄的检测。 6.3活塞杆向外伸展全程1/3时，关闭有杆腔油口上的截止阀，向无杆腔内加载压力，待有杆腔内的压力达到10Mpa时，关闭无杆腔油口上的截止阀，记录观察5分钟有杆腔压力变化，掉压说明有内泄漏，无掉压后打开有杆腔的截止阀（无杆腔的截止阀仍是关闭状态），向无杆腔内加载压力，待有杆腔内的压力达到25Mpa时，关闭无杆腔油口上的截止阀，记录观察5分钟有杆腔压力变化，掉压说明活塞密封在中压时有内泄漏，无掉压后再次打开有杆腔的截

9、止阀，再次向无杆腔内加载压力，待有杆腔内的压力达到45Mpa时（此时的无杆腔压力达到12Mpa），关闭无杆腔油口上的截止阀，记录观察5分钟有杆腔压力变化，掉压说明活塞密封在高压时有内泄漏，缸杆与缸头防尘密封处有油溢出是外泄漏，无掉压后打开有、无杆腔上的截止阀到全开状态，使缸杆再向外伸展全行程的1/2时，采用上述同样的方法，再次检测低、中、高压三种状态。缸杆在半程检测完毕后，再次打开油缸有、无杆腔上的截止阀到全开状态,使缸杆伸展到全程之后，还是采用上述检测方法检测再一次作低、中、高这三种压力状态实测。 6.4活塞密封在低、中、高压三种压力检测状态时，允许在10分钟时间段压力量程5%的内泄量值（原

10、因在本文后讲），缸杆密封处在三种压力状态下静止时也不应该有任何泄漏，只是由于缸杆伸缩运动时，带出一些油液几乎不可绝对避免，而且对密封圈有利。所以，行业标准（JB)规定，允许在换向5万次后出现不成滴的渗漏。检测油缸低压、中压、高压这三个压力段内泄值，被测油缸活塞上的密封有时会出现高压不泄低压时产生泄漏或低压不泄高压泄现象，都证明油缸密封有问题，需要下线进行维修。 6.5）推进油缸由于各生产厂家的制造精度和选用的密封件组合列各异，起动压力也跟有差别，起动压力大约都在0.71Mpa间（一台盾构机上的推进缸起动压力相差应不超出0.3Mpa）。7） 密封技术 现世界上还没有零泄漏的液压执行元件，同样也是

11、没有零泄漏的液压缸。液压油缸上的全部弹性密封件、导向带、防尘圈等与油缸金属面产生滑动摩擦时，密封必须提供允许在密封和活塞表面（缸筒内臂）之间形成流体膜条件，流体膜约是1m的油膜在阻隔密封与金属之间发生接触，才始能弹性密封与金属间摩擦往复运动几万次。密封材料由于热老化或化学侵蚀而失去性能，流体膜变成不可控时，造成泄漏灾害。 能对弹性密封体造成损伤另原因是油液中的金属颗粒，例如格莱圈表面被一金属颗粒划伤出一微小沟槽时，就是这一微小的沟槽在压力油的冲刷下，最终演变成泄漏沟槽。 在往复运动密封系统中，金属表面粗糙度对于密封件使用寿命和泄漏有很重要的影响。金属表面粗糙度达到0.10.3m、表面硬度洛氏6

12、7c摩擦表面特性极好，粗糙度小于0.1m时，可能在一些应用中对于橡胶密封件过于光滑了，油液粘附与凝聚力降低，无法获得流体膜润滑，行程中无全液膜润滑支配。缸杆表面残余油膜厚度如能肉眼能看到，则说明密封存在泄漏。8） 改造侵泡在泥水中的油缸 国外的盾构机设计上仍有很多错误或失误（液压部分），中国高仿的盾构机制造厂也把这些错误容入到自己产品中，推进油缸总有一组侵泡在泥水中，侵泡在泥水中的油缸缸头密封组选型时应当是防泥水形式的！国外有专用于侵泡在泥水中油缸密封组件，在缸头前端防尘封及内侧防水封是耐水解聚脂TPE、硬度72D弹性体密封材料。 缸头与缸筒联接处也应加防水密封装置。笔者建议；盾构机维修时，侵

13、泡在泥水中那几只“缸”一定要改造更换成防泥水形式的缸头密封件。改造更换防泥水形式的缸头密封件说明；有二种改造方法，一是更换缸头（拆下不可再用），按所选的防泥水密封组件重新设计制造缸头。二是拆下的缸头重新上车床上把最外那道防尘封尺寸改为防水封尺寸。国外防泥水型油缸缸头密封形式是，最外道是强力防泥水侵入封，二道是红色的耐水解聚脂TPE、硬度72D防水封，余下的密封件是与同类缸一样。国外还有一种抗砸碰缸杆，其缸杆表面采用科技手段镀有一层硬度级高的深蓝色保护层。 6.9）油缸维修时注重项 推进油缸众多的密封件中，最为重要的是支撑环（导向带），有活塞支撑环和活塞杆支撑环。支撑环材料、硬度、承载力、耐高速

14、是选型重要技术指标，可以说油缸的使用寿命是由支撑环决定的，高硬度、高承载力的支撑环可以充分、均匀地承受油缸的侧向力（地芯引力）。如果支撑环的支撑不充分，会导致油缸运动的不同心，活塞和导向套上的支撑环无法承受侧向力，从而损坏活塞杆、缸筒和密封件。更换密封件时，清洁所有的密封件沟槽，确保所有的金属颗粒和其它污染物被清理干净，检查安装密封件所经过的所有表面没有金属屑，污垢和其他的污染特，检查所有的动、静密封沟槽表面粗糙度达到要求。6.10）测试时注意事项维修后的油缸在试车时，一定要向有杆腔和无杆腔注入部分液压油，防止弹性体密封出现干滑动摩擦现象，缸杆在无油状态下与缸头内的弹性体密封干摩擦时，会产生局

15、部高温烧损密封唇口。有杆腔在无油状态下缸杆外伸时，有杆腔内的空气会向阻力最小的地方逃逸，因液压系统回油存在背压，阻力最小的地方是，大多数情况下空气都是从缸头防尘密封组件与缸杆表面之间的密封处逃逸。如活塞行程速度达到某值时，从缸头处逃逸的空气所产生的摩擦高温会严重烧损密封唇口。一台盾构机上的推进油缸需要维修更换密封件时，要同时更换！不准新更换密封的油缸与已使用一段周期旧油缸混用。6.11)铰接油缸在线测试及准备工作）主动式铰接油缸是盾构机重要部件，承担盾构机姿态调整、曲线掘进的重要任务，保证盾构机严格按照设计中心线进行施工，铰接缸可靠性直接影响整台盾构机的运行，本文例举某型NFM盾构机10只铰接

16、油缸在线检测.测试前应先准备：1，100Mpa高压截止阀1件并配上与铰接缸油口G1/2联接螺纹。2，一块量程100Mpa压力表、线、G1/4测压接头。3，压力能达到70Mpa的液压站或是一台70Mpa手压泵。4，夹具一件（见图4）。5，耐100Mpa压力*3米长的胶管1条并配上与100Mpa高压截止阀相联接的螺纹，普通液压胶管1条配上缸油口G1/2联接螺纹。）测试在线的一只铰接油缸有杆腔油口接上100Mpa高压截止阀并保证零泄漏再接上耐100Mpa压力*3米长的胶管，有杆腔上再接上100Mpa压力表。油缸的无杆腔油口接上普通液压胶管，首先采用液压站向铰接油缸的无杆腔注入压力油使缸杆向外伸展并超出夹具的距离，用两个半圆的夹具用螺栓联接夹持住缸杆（见图4），缸杆回缩时缸杆端头的法兰与缸筒间距就能把胎具锁持，使活塞固定在缸筒中间位置。然后使用液压站（或是手压泵）向油缸的有杆腔内加载。待压力达到52.5Mpa