掘进机故障诊断

掘进机故障诊断一、概述二、故障诊断主要内容：有关概念和TBM发展历史一、概述1.隧道常用施工方法

钻爆法明挖法

机械法——掘进机法沉埋法2.隧道掘进机械◆隧道掘进机械，一般分为两种：（1）臂式掘进机(Boom-typeRoadheader)；（2）全断面隧道掘进机，简称TBM。一、概述◆隧道掘进机(TunnelBoringMachine)，简称TBM，是利用回转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。3.定义一、概述◆臂式掘进机又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种功能为一体的高效联合作业机械。3.定义一、概述

(1)在岩石中开挖隧道的TBM

通常适用于稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。

(2)在松软地层中掘进隧道的TBM

一般适用于在具有有限压力的地下水位以下基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。全断面隧道掘进机分类1.全断面隧道掘进机分类—I（Grandori，1996年）

目前在国内通常有两种提法：

(1)岩石掘进机(TBM)

；

(2)

盾构机。岩石掘进机(TBM)就是适合硬岩开挖的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。2.全断面隧道掘进机的分类—II

鉴于学术及现实中称法混乱，造成许多麻烦，有些学者提出采用“硬岩TBM”和“软岩TBM（也即盾构机）”两种来规范。3.全断面隧道掘进机的分类—III一、概述

(1)安全——人员在局部或整体的护盾下工作(2)快速——常规钻爆法掘进速度的3～10倍(3)优质——洞壁光滑美观(4)自动化和机械化程度高（节省劳动力——经济）(5)围岩扰动小(6)对环境影响小隧道掘进机施工特点1.优点一、概述

(1)能耗大(2)断面单一(3)对岩层变化的适应性差(4)一次性购买TBM投资高(5)主机重量大，运输不方便，安装工作量大(6)短隧道不能发挥其优越性(不经济)2.缺点隧道掘进机施工特点一、概述◆1846年——TBM由意大利人Maus发明。◆1851年——美国人威尔逊开发了一台TBM，在花岗岩中试用未获成功。◆1881年——波蒙特开发了压气式TBM，成功应用于英吉利海峡隧道直径为2.1m的勘探导坑。◆1952年——美国罗宾斯公司研制了现代意义上的第1台软岩TBM。◆1956年——美国罗宾斯公司又研制成功中硬岩TBM。从此，TBM

进入快速发展时期。1.发展历史——大事记掘进机的应用与发展一、概述2.应用——国外

近年来，国外采用掘进机完成的大型隧道有：

(1)英法海底铁路隧道——单洞长约50km，使用11台掘进机，工期三年多时间；

(2)瑞士费尔艾那隧道——长19km，其中约9.5km采用掘进机施工；

(3)瑞士穿越阿尔卑斯山新圣哥达铁路隧道——长达57km；

(4)美国芝加哥TARP工程排水隧道——大约40多km，全部采用掘进机施工。一、概述

(1)

1970年代末，甘肃引大入秦和山西万家寨引水工程——采用掘进机获得成功(意大利CMC公司承包)。

(2)1998.1～1999.8，西康铁路秦岭特长隧道——引入德国Wirth公司TB880E型掘进机，进行长18.5km，直径8.8m的I线隧道施工，平均掘进速度为313.7ｍ/月。3.应用——国内

4.国外掘进机的发展技术水平

◆开挖直径范围为1.8-11.87m；

◆可在抗压强度360MPa的岩体中掘进80-100m2大断面隧道，

平均掘进速度350-400m/月；

◆能开挖45°的斜井；

◆盘形滚刀的最大直径达483mm，其承载能力达312kN；刀具

的寿命达300～500m；

◆单台掘进机的最大总进尺已超过40km。一、概述5.世界上著名的岩石掘进机制造厂商

美国：罗宾斯(Ｒobbins)公司(已归属阿特拉斯公司)

佳瓦(Jarva)公司

德国：维尔特(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、概述掘进机的类型与构造隧道掘进机(岩石)全断面掘进机开敞式悬臂式掘进机护盾式单臂式多臂式单撑靴式双撑靴式单护盾式双护盾式◎掘进机的类型一、概述

全断面掘进机◆适合于软岩隧道；

◆顶推反力利用尾部安装的衬砌管片。

◆适合于硬岩隧道；

◆顶推反力与刀盘扭矩力依靠围岩坚硬壁面提供；(1)开敞式掘进机(2)护盾式掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

中铁隧道局研发的开敞式隧道掘进机型号：TB880E开挖直径：8.8米掘进速度：3.5m/h西康铁路秦岭隧道西安-南京线磨沟岭隧道

最高月进度：574米（磨沟岭隧道）最高日进度：41.3米（磨沟岭隧道）一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式隧道掘进机一、概述

开敞式掘进机模型

护盾式隧道掘进机

●刀座

●吊耳

●人工检查用脚踏点和把手

●周边铲斗，可更换铲齿或铲碴板

●带防护罩喷水孔

●人孔通道

●与刀盘回转轴承相连接的精加工部件及螺栓孔开敞式掘进机构造(1)刀盘主要构造：刀盘；控制系统，支撑和推进系统；后部配套设备。ThebiggesthardrocktunnelboringmachineintheworldissettostartworkontheBrisbaneNorth-SouthBypassTunnelinDecember2007.Themachineis250Mlong,weighs4000Tandisalmost13Mindiameter.

●掘进中，刀具受顺刀圈径向和侧向复合压力及刀圈和岩石间摩擦力。

●在均一完整岩石中，刀具主要受径向压力，而所受侧向力并不大。

●实际岩石是不均质和有裂纹的，每把滚刀受力不均一。

●刀具破碎岩石过程，机械能转换成热能，产生大量热能，将降低刀圈寿命，因此须作降温处理。

(2)刀具的力学特性(3)滚刀数量的确定

◆切削刀盘上滚刀平面布置是根据滚刀类型和合理刀间距确定的。在一定间距下，刀盘直径与滚刀数量间的关系可以从右图中查验。

(4)支撑和推进系统◆单撑靴式

◆双撑靴式(5)驱动系统◆刀盘驱动方式有两大类：电动和液压。

◆电动又分单速电机、双速电机和调频电机。◆液压系统◆供电系统◆运输系统◆通风系统◆降温、防尘、供水及安全系统◆隧道支护设备系统◆其它辅助设施(6)后配套设备TBM组装图TBM组装图TBM组装图TBM组装图(1)

单护盾TBM——常用于劣质地层。(2)

双护盾TBM——适用于各种地质，既适应软岩，也适应硬

岩或软硬岩交互地层。

◆对比：单护盾TBM推进时，要利用管片作为支撑，与双护盾TBM相比，掘进与安装管片两者不能同时进行，速度较慢。护盾式掘进机

臂式掘进机又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种功能为一体的高效联合作业机械。臂式掘进机

臂式掘进机具有效率高、机动性强、对围岩扰动小、超挖量小、安全性高、适应性强，以及费用相对较低等优点。

◆可以适应任意形状的断面；

◆对地质条件的要求较低，适合软岩及中硬岩隧道的掘进；

◆连续掘进，支护可实现平行作业

◆基本投资费用少，约为全断面掘进机的15%左右。

◆中短隧道施工更为适用。臂式掘进机的特点

臂式掘进机开挖作业示意图

重型隧道掘进机

臂式掘进机切削头

在掘进时切削刀盘上的滚刀沿岩石开挖面滚动，切削刀盘均匀地对每个滚刀施加压力，形成对岩面的滚动挤压，切削刀盘每转动一圈，就会贯入岩面一定深度，在滚刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩展，进而形成片状石碴，从而实现破岩，如右图。掘进机施工破岩机理二、故障诊断

故障案例（一）

故障现象：

该设备液压系统为闭势系统。全部为派克控制元件。升井大修试车。当时厂房气温为-25℃左右。设备起动后无压力，开车一段时间后压力正常。但试车20分钟后压力消失，只有待命压力。执行元件无反映。先导手柄反弹力较大。

故障分析：（1）大修设备在厂房气温较低，造成油液的冷凝现象。

（2）安全阀调制过低。

（3）LS敏感压力阀调整不当及阀芯滞涩。

（4）由于天气太冷造成油液冷凝，使控制回油不畅。

故障排除：

（1）将油泵空转给油液加温，加温后压力不上升，推先导手柄只有一个星轮转动。安全阀有噪声，T管有发热现象。将安全阀清洗后调整压力，设备正常。但试车队20～30分钟后压力消失，执行元件无动作。

（2）检查LS供油及LS过滤器，未发现故障，油路畅通。

二、故障诊断

故障案例（一）3）检查控制元件，发现两联阀阀面温度为45℃，而先导阀温为2。5℃。手柄反向弹力较大。分析可能是控制回油不畅通造成。拆开先导手柄回油管十字接着处。先导回油管喷出气体后，流出大量的气泡和冷凝油液。先导手柄反向弹力消失。设备压力及操纵正常。但接上回油导管后，由于先导阀太冷。一时无法升温，又出现先前故障。为了现场验收顺利。将先导回油管直接做到油箱回油集油块上。故障排除。排故体会：（1）由于天气太冷，造成了先导油路的回油不畅通。油液凝结在先导阀中使流量减少，而先导阀供油量较少使先导阀升温困难。导致换向阀两端操纵压力渐渐平衡，阀芯回到中立位置压力消失。（2）先导油管出现的大量气泡，是由于油液的特性造成的。空气由液体中溢出有两个条件，一是低温，二是负压。先导系统的气泡造成了油路的堵塞，使油液流动减慢，当流到十字回油接着时，由于两阀回油回油升温快，流量压力都增高，堵塞了气泡的流动，使先导阀无回油，先导手柄反弹力增加。

二、故障诊断排故案例（二）故障现象：系统无压力。更换油泵后压力正常但开车27小时后系统失压。后更换五联阀压力又正常，开车24小时后又失压。故障分析：由于油泵和五联阀都是新更换的出现问题的可能性不大。如果出现问题原因是（1）油质问题，油液被污染。（2）系统压力调制不当。（3）LS导管泄漏。故障排除：（1）检查油液，油液为壳牌，油质清洁，无气泡现象。（2）检查LS导管及LS过滤器无泄漏和堵塞现象。（3）通过对维护人员对设备近期性况的了解，操作工人认为设备速度慢。无力。调整了恒功率。有时最大压力为了38Mpa。通过对情况的了解。故障可断定为安全阀。更换安全阀弹簧，将恒功率调回原来工作状态，故障排除。压力正常。排故体会：该故障为过量调整恒功率阀造成的。因为安全阀保护压力为27.5Mpa，每当压力升高时安全阀就会溢流。长期溢流就会造成安全阀弹簧疲劳，使阀芯处于常开位置，所以阀芯无噪声，温度上升慢。二、故障诊断排故障案例（三）故障现象：大五联阀所控制的执行元件无动作。故障分析：（1）油泵泄漏不供压。（2）敏感压力阀卡滞。（3）五联阀首联安全阀设制低，Ls无返馈。故障排除：（1）起动设备，油泵无噪声。无待命压力。（2）打开油泵泄油口无泄油现象。检查Ls供油量发现Ls供油正常，但敏感压力阀Ls口往处喷油。说明敏感压力阀阀芯磨损严重，更换敏感压力阀，设备正常二、故障诊断

排故案例（四）故障现象：左行走向前无动作，而向后着正常故障分析：（1）五联阀单向卡死。（2）先导一则供油不足及爆管。（3）行走马达总成内梭阀卡涩。故障排除：开车检查操纵行走，发现向后行走工作压力正常。向前行走马达有微动后压力上升到最大压力。手摸行走导管有膨胀和跳越感。说明五联阀和先导供油没有问题。故障因在行走马达总成的梭阀上。更换马达。排故体会：该设备的故障原因是由于使用了劣质油液造成的阀芯磨损。从原理图上看。由于油液的污染造成了待命压力阀芯及壳体磨损，阀芯损后，油液从阀体与阀芯溢到调腔使Ls出现喷油现象。在设备正常工作中，Ls油来油也会通过阀芯溢到回油腔。在降低调整腔压力的同时。也阻止了斜盘调整的油缸的回油。这样就会使斜盘调整油缸处在最大位置。所以大五联阀操纵无压力。无动作。二、故障诊断排故体会：从行走原理图上分析：下图的红色部位为故障点。但如果行走减压阀泄漏，哪么系统不会建立起太高的压力。只有刹车梭阀卡滞在一边的位置时才会出现故障发生的现象。因为当梭阀卡在前进的位置时，前进来油被梭阀堵塞，刹车无压力，刹车片打不开，行走不动作，系统压力就会达到最大。二、故障诊断

排故案例（五）故障现象：星轮操纵有正转无反转。（哈威阀）故障分析：（1）先导手柄反向卡涩无油源。（2）换向阀芯故障。故障排除：（1）检查先导油源正常。（2）拆开换向阀圆盖端弹簧及固定螺栓正常，抽下阀芯无拉伤现象。阀芯灵活，无卡涩。拆下方块端检查固定销轴析断。更换阀片。设备正常。排故体会：哈威阀与力士乐派克在设计上有所不同，哈威阀的复位弹簧在阀芯的圆腔端。弹簧一端靠在阀体一端，另一端靠在圆盖里端。此位置为阀的中立位置。当前腔来油时，通过阀芯移动压缩弹簧打开油路。而反向腔来油时在弹簧塞的作用下压缩弹簧推动阀芯上的小轴杆打开反向油路。在阀芯的下部有一些小孔，它的作用是当油液进入时产生向上的浮力，以防阀芯卡涩。在方块体下部有一长约40mm的销轴，它插入阀芯，它的作用是起到定位作用。以防阀芯转动。该故障就是因销拆断造成的阀芯卡涩现象。二、故障诊断

排故案例（六）故障现象：设备开机后工作一段时间后，显示温度保护。但停车一段时间后又工作正常。故障分析：（1）温控线断路。温控器损坏。（2）电机温度过高。（3）无供水或水量较小。故障排除：在检查电机时发现电机温度过高打开电机进水口发现电机内无冷却水．而进水口水量正常．检查电机回水口发现三通阀进水口接反．调整进水口后设备正常．二、故障诊断排故体会：该设备是掘进下坡巷，不使用内外喷雾。因不使用内外喷雾便将水通过导管引到上坡。因导管从机身右侧引出。所以将三通阀调换了方向。在不用喷雾但还要给电机冷却，就将手柄搬到中间位置，这样就使电机出回水被堵。电机启动后由于电机温度升高，产生水蒸气，冷却水在蒸气的做用下被压出电机，电机无水冷却，温控器报警。当电机停车后，由于电机温度下降，压力降低，水又回到电机电机温度迅速下降。冷却水进入电机后，电机得到冷却，温度下降在次起动电机就能正常开车。二、故障诊断

排故案例（七）故障现象：该设备是。半闭式系统。设备开机以后工作正常。但油泵高压管路高速跳动。工作半小时后各执行元件速度降低。故障分析：（1）油泵回油管路漏气。及油泵内有空气。（2）补油泵损坏。（3）溢流阀设制太低。（4）单向溢流阀损坏及弹簧疲劳。故障排除：（1）打开油泵泄油口放油。检查回油管路无泄漏。（2）检查溢流阀及单向阀工作正常，但补油压力偏低。调整无效。