罗宾斯盾构机推进系统原理及故障排查

1.推进系统结构及工作原理

（1）结构

罗宾斯土压平衡盾构机推进系统主要由推进缸和液压系统控制组成。

该盾构机共有24根推进缸，每根推进缸的缸径为235mm，活塞杆直径为180mm，行程为2100mm。推进缸按上、下、左、右分为4组，其中上部5根，下部7根，左、右两侧各6根，如图1所示。图中1～24分别表示推进缸的编号，其中1，7，13，19号推进缸带有行程传感器。

该盾构机液压控制系统主要由液压泵1、滤油器2、溢流阀3、比例流量节流阀4、电液换向阀5、比例减压阀6、压力传感器7、溢流阀8、液控换向阀（9、10）、液控单向阀11、单向阀12和电磁换向阀13等组成，如图2所示。

该盾构机液压泵1为1台排量为128L/min的斜盘式恒压变量柱塞泵，该泵由1台75kW的电动机驱动。该盾构机推进系统和管片拼装系统共用该动力源。液压泵1自带两级压力切换电磁阀，在推进模式下系统油压为35MPa,在管片拼装模式下系统油压为5MPa。溢流阀3将系统最高压力限定在35MPa以内。

比例流量节流阀4用于调节推进缸活塞杆伸缩速度，电液换向阀5用于控制推进缸整体伸缩，比例减压阀6用于调节各分组推进缸压力，液控换向阀9、10用于控制各分组推进缸的伸缩。

推进缸无杆腔油路中分别设置液控单向阀11和单向阀12。液控单向阀11由电磁换向阀13控制，用以保持推进缸无杆腔油压，并可将推进缸锁定。单向阀12与溢流阀8连接，可防止推进缸过载。

比例流量节流阀4、电液换向阀5、比例减压阀6、液控换向阀（9、10）均由P L C自动控制系统控制，操作人员可在P L C控制面板上通过调整电位器，对阀的压力、流量和流向进行控制。

（2）工作原理

该盾构机有2种工作模式：一种是掘进模式，另一种是管片拼装模式。掘进模式时盾构机刀盘向前掘进，推进缸同时向前推进。推进系统的4个分组推进缸并列安装，既可以实现单组推进，也可实现同时推进。

4个分组推进缸控制方法完全一致，现以第1分组为例介绍其控制方法。盾构机操作人员根据施工步骤选择推进模式后，通过比例节流阀4调节主回路的流量，从而控制整个推进速度。操作电液换向阀5控制推进缸的伸出，比例减压阀6用于控制分组推进缸压力从1～35MPa无级调节。选择阀9可以选择单组推进缸推进，或者整体推进。推进结束后，液控单向阀11锁定推进缸无杆腔油压，可防止推进缸回缩。

2.故障排查实例

（1）故障现象

1台罗宾斯土压平衡盾构机，在掘进过程过中，4个分组推进缸压力出现相互干扰现象，即任意单个分组推进缸压力可以达到操作者的设定值，但4个分组推进缸压力无法同时达到设定值。

比如在推进模式下，盾构机操作人员将液压泵压力设定为30MPa，将溢流阀3、8的压力设定为35MPa，将4个分组比例减压阀6设定压力为32MPa。在4个分组同时推进作业时，压力传感器7显示的最大值仅为22MPa，与设定值相差甚远。且液压泵1的驱动电动机输入电流为140A，达到报警电流值。同时液压油箱的油温短时间内迅速升高，该盾构机掘进约30min油湿便达到65℃，不得不停止掘进。但关闭任意1组或2组推进缸作业后，剩余分组推进缸压力即可以达到30MPa。

将这台盾构机与另1台同型号盾构机对比，在掘进参数相近时，另1台机液压泵的驱动电动机输入电流仅为90A左右，显然这台盾构机液压泵及电动机的驱动阻力过大。

（2）原因分析

根据液压控制系统原理分析，从电液换向阀出来的高压油经过4个比例减压阀分别到达4组推进缸，在比例流量节流阀开度一定、掘进参数相近情况下，单组分区推进缸的压力不应该相互干涉。操作人员分别通过调整各组推进缸比例减压阀的PLC自动控制电路电位器，控制各组推进缸比例减压阀输入电压，从而控制比例减压阀主阀芯的开度，便可调节单组推进缸的油压。

从故障现象分析，任意单组推进缸的油压都能够达到设定值，这说明PLC自动控制系统4个分组的比例减压阀的电气控制装置以及阀组都不存在问题。而4个分组的压力无法同时达到设定值则，只可能是系统总流量不足，或者是比例减压阀之后的油路存在内泄。

（3）排查过程

排查比例减压阀 将4个比例减压阀的出口用金属堵头封堵，分别调节4个分组压力，发现无论单个的分组推进缸还是4个分组推进缸均可以同时达到设定值，因此可以确定比例减压阀至液压泵的油路不存在问题。

查找油温升高的部位 从故障现象分析，电动机输入电流报警，意味着其液压泵的负载过大。液压油箱的油温迅速升高，可能是由于系统的内泄导致高压液压油的迅速发热，由此决定检查4个阀组和管路的发热情况。检查电磁换向阀得电正常，阀芯移动灵活。检查液控单向阀的控制管路出口，发现该处有大量油液流出（通常掘进时该处不会有油液流出），而且油液温度较高。

检查连接油管 从液压控制系统原理（见图2）可以看出，液控换向阀9、10之间的互相连通相同油口有PP口、DR口和Z口，而影响压力控制的只有Z口连接的溢流阀8，4个分组的压力油经过单向阀12后均连接至Z口，用以防止推进缸过载，因此，怀疑液控换向阀9、10之间的Z口与PP口之间的管路连通。检查了液控换向阀9、10之间的所有管路，发现有3处应该接到Z口的油管错接到PP口。

按照推进液压系统原理（见图2）将管路接好后试机，系统恢复正常，设定的整体推进压力也能够达到规定值，推进液压系统再无发热现象。

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