吴建宏

【摘 要】盾构机作为集机、电、液于一体的综合性大型的工程机械，其主要系统由液压部分组成。液压系统一旦受到污染，就会导致其他构件发生磨蚀，从而引起疲劳损耗。因此必须采取一定的维护措施，减少污染的出现，在污染出现后及时制定方案进行处理。本文分析了盾构机液压系统污染危害及出现的原因，并提出盾构机液压系统污染的预防与质量措施，望对提高设备完好率有所帮助。

【关键词】盾构机；液压系统；污染

一、盾构机液压系统及其污染危害

盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，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：盾构机液压推进及铰接系统、刀盘切割旋转液压系统、管片拼装机液压系统、管片小车及辅助液压系统、螺旋输送机液压系统、液压油主油箱及冷却过滤系统、同步注浆泵液压系统、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。

盾构液压系统污染的危害：油液污染是引起盾构液压元件、系统故障的主要原因，其危害性主要表现在如下几个方面：（1）盾构液压泵等元件磨损加剧、烧伤甚至破坏，比例阀、换向阀等的动作失灵或者引起噪声；（2）污染物会堵塞液压元件的节流孔或节流缝隙，改变系统的工作性能，引起定位不准、动作失调甚至完全失灵；（3）颗粒污染会造成推进油缸等活塞杆与密封件的损坏，缸筒内表面的拉伤，造成推力不足、速度下降以及产生异常声响与振动；（4）引起滤网堵塞，液压泵吸油困难，回油不畅等，甚至造成滤网击穿，完全丧失过滤作用。（5）液压系统的频繁故障势必会造成盾构的经常性停机。在软土地层掘进施工时，盾构停机时如果措施不力还会造成盾构低头、整体下沉或偏离隧道设计轴线等，同时对隧道经过区域的地表变形控制产生不利影响。

二、盾构液压系统污染的形成原因

结合盾构施工不同阶段的特点和污染产生的机理，造成液压系统颗粒污染的主要环节可以分为如下几个方面：

（1）盾构机液压元器件制作、安装过程中清洁不彻底或防护措施不当，致使污染物潜伏在系统内部而造成的污染；

（2）掘进施工时盾构机液压系统运转中运动副表面磨损并不断加剧造成的生成性污染、液压系统呼吸过程中产生的吸入性污染和更换液压元器件和滤芯造成的装配性污染；

（3）盾构机拆解与组装不恰当施工造成的污染。

（4）盾构机大修保养时造成的污染。

当液压油受到污染，或未经过正确过滤而含有坚硬颗粒（金属碎屑、沙粒等）时，相对滑动的部件会发生磨蚀损耗。残留杂质在高流体流速下也会导致磨蚀。组件的气蚀可能改变物质的结构，从而引起疲劳损耗。泵轴会因液压流体受到水污染而加快损耗。长期不用和使用不当的液压油，会导致腐蚀性损耗。因潮湿而在滑动面产生的锈渍会使设备加速耗损。

三、盾构机液压系统污染的治理

盾构液压油污染主要由泥土或金属颗粒物引起，本文在这里主要就金属颗粒物引起污染的治理措施进行介绍。

为尽快恢复掘进，除更换新泵外，还要清洗整个液压系统。依据各部位油样检测报告，判定金属杂质存在于油箱，冷却循环系统，刀盘驱动系统，其他液压系统从进油管路到高压滤清器位置。制定清洗方案如下：

1、油箱部分。将油箱内的液压油全部放出，取出液压滤芯，把泵和油箱之间的管路从泵的接口处拆开，放出管路内的油液。用清洗油冲洗液压油箱和管路。用医用沙布把液压油箱内部擦净；将面粉揉和到能拉伸面的程度分成3份，用面团分3次粘干净液压油箱的内表面，尤其是油箱的边角处和滤芯筒（液压油箱和滤芯筒内必须彻底清理干净）；更换新的液压滤芯，上好盖板；油箱内加装新的液压油。

2、过滤冷却循环系统。打开冷却循环过滤器，更换滤芯同时对过滤器壳体进行清洗；启动冷却循环泵，运行一段时间后，检查过滤器滤芯，如有必要可更换新的滤芯。

3、刀盘驱动系统。由于马达受到污染程度较轻，所以采用离线循环清洗的方法；泵与马达之间的管路采用在线循环清洗的方法；补油部分采用自循环清洗的方法清洗。

4、其他液压系统。拆检辅助泵显示泵内部并没有机械损伤，其他系统情况也大致相同；因此，其他液压系统采用自循环清洗的方法清洗。清洗时要时刻观察油液污染度，直到完全达标，清洗工作才能结束。

5、液压系统试运转及过滤。对所有管路通过上述方法清洗后，主油箱内液压油仍可达到NAS9级后，恢复管路正常连接状态，开启刀盘补油系统及泵站，进行系统过滤，对未能放掉的液压油进行循环回油箱及过滤，油液达标后，开启管片安装系统泵站、反复动作管片安装机各个动作，使工作机构液压执行元件内的液压油循环流回油箱进行过滤，及时清洗冷却过滤系统的滤芯。同样依次逐个动作盾构推进液压系统、螺旋输送机液压系统、注浆泵液压系统，并进行过滤，每个系统工作正常后，液压油也达到正常标准后，加满油箱内的液压油，开启整个液压系统，动作盾构的每个动作，对油箱内的液压油进行全面过滤，检测每个动作时的液压压力、泵站、阀组、马达、油缸工作状况、温度是否正常。再次检测液压油的污染度和粘度指标，恢复正常工作状态进行盾构始发掘进。

四、盾构机液压系统污染的预防

目前盾构机械油液污染的解决办法大多依靠事后维修，以及经验法或仪器离线式检测。该办法的缺点是液压元器件如泵、溢流阀等已经发生故障才去查明故障原因，无法在故障发生时控制故障发展。鉴于盾构液压油污染主要由泥土或金属颗粒物引起，本系统拟采用自动颗粒计数仪来测量液压油的污染度，仪器经RS232总线与上位机通信，以某一液压系统为例介绍其使用方法，如（图1）所示。监测仪自带程序对污染度超标的油液进行报警提示并显示污染度等级，由上位机显示油液污染度变化趋势，以便及时采取措施使油液的污染度保持在一定范围内，保证整个液压系统的可靠工作和元件的寿命。

美国太平洋科学仪器的HIACPM4000型油液颗粒在线监测仪实物图见（图2），其面积不过手掌心大小，但功能强大，一般并联安装于油路，如果两端液压过大则可以考虑选择该系列中的一2或一5，其内置的止回阀能有效保护该设备。它遵循EN61010—1：1993和IEC825—1：1993以及1S06149—2等国际上通用的标准，具有机载显示功能，能显示颗粒等级并自动报警，并自带红外及RS232接口实现与上位机通信，将在线检测数据实时传输到上位机，以进一步判断颗粒变化趋势。

五、结束语

液清洁度是保证液压系统良好运转的主要因素，一旦液压系统遭到污染，带来的结果必定是液压元件的损坏；因此，建立定期进行油样分析制度，是盾构机使用过程中必不可少的一个环节。当然，如果从设计的角度出发，增加一些保护元件的过滤装置是值得深入考虑和研究的。

参考文献：

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