李華飛¹　張中征²
（北方重工集團（tuán）有限公司，遼寧沈陽，110141；東北大學，遼寧沈陽，110819）

　　【摘　要】盾（dùn）構機在大型隧道、城市地下軌道交通等施（shī）工中（zhōng）占（zhàn）據著越來越舉足輕重的作用，其液壓係統相當於（yú）人的心髒、血液和肌肉組織，是（shì）盾構機的重要組成部分。本文對盾（dùn）構機液壓（yā）係統油液汙染的主要形（xíng）式和通常危害進行了闡述，並（bìng）對盾構機（jī）施工過程中液壓係統所遇到的典（diǎn）型故障事例進行了相應的介紹與分析，對盾構機現場施工和設備的科學維護有一定指導借鑒意義。
　　【關鍵詞】汙染（rǎn）；盾構機；液（yè）壓係統；故障
　　隨著國內外地下軌道交通行業的快（kuài）速發展和隧道工程項目的大（dà）量上（shàng）馬，盾構（gòu）機的應用（yòng）變得越來越普（pǔ）遍。大量盾構機的投入使用給工程施工帶來了巨大方便的同時，其複雜而龐大的係統維護也給現場施工帶來諸（zhū）多（duō）難（nán）題。在現（xiàn）場（chǎng）施工中，機器往往會因為（wéi）這樣或是那樣的故障而不得不被迫停機維護。據不完全統計（jì），在盾構機施工（gōng）現場（chǎng）遇到的大多數停（tíng）機故障中電氣故障所占比重（chóng）Z多，大約（yuē）占75%；液壓問題約20%；剩下的就是機械問題。雖然電氣（qì）故障頻發，但解（jiě）決起來一般（bān）都相對費時較短。而液壓係統出現問題一（yī）般現場解決起來都（dōu）非（fēi）常麻煩，往（wǎng）往會造成長時間（jiān）的停機（jī）。探究其本質原因基本（běn）都是液壓係統中油品汙染直接或間接所致。本文主要就盾構機液壓係統（tǒng）的油品控製及一些相關典型問題的處（chù）理經驗進（jìn）行闡述。
　　盾構機液壓係統一（yī）般包（bāo）括下麵幾部分：推進及鉸接係統、拚裝機係統、螺（luó）旋機及輔助係統、砂漿動力係統、撐緊（jǐn）及支撐係統（tǒng）和刀盤驅動係統等（děng）。由於施工環境惡劣、人為操（cāo）作不（bú）當等原因，液壓油液受（shòu）到汙染，常導致液壓係統發生故障，甚至停機，影響施工的（de）正常（cháng）進行，所以研究盾構機油液汙染控製很有實際意義。
　　1　汙染物（wù）來源
　　液壓係統的汙染是指液壓油中（zhōng）出（chū）現了對係統的可靠性和元件壽命有害的（de）物質和化（huà）學成分。對（duì）於盾構（gòu）機而言，汙染物（wù）有外界侵入的汙染物、係統內殘留的汙染物和係統生成的汙染（rǎn）物3種（zhǒng）。
　　1.1外界侵入（rù）汙染物
　　液（yè）壓係統在工作過程中經常會受到外界汙（wū）染物的侵入，由於盾構機工作在地下，施工環境差（chà），有（yǒu）時施（shī）工地層中還（hái）含有豐（fēng）富的水（shuǐ）份和顆粒，設備在施工過程中難免要更換一線易損件，如濾芯、損壞的閥件、損壞的管路等，操作過程中由於工人經驗和現場條件限製（zhì），清潔（jié）工作往往無法（fǎ）保障，致使液壓係統（tǒng）混如顆粒物。所以顆粒侵入是主要的汙染（rǎn）來源之一（yī）。
　　1.2係統內殘留的汙染物
　　液壓係統及元件在加工（gōng）、裝配、儲運中將汙染物混入係統中，沒有得到及時有效的清理，如金屬切屑、焊渣、固體顆粒塵（chén）埃及清洗（xǐ）溶劑等（děng）。
　　1.3係統生成的汙染物
　　液壓係統各運動（dòng）副相互摩擦產生的磨（mó）屑以及內表麵鏽蝕產生的鏽片。據統計液壓係統故（gù）障有70%～80%是由液壓（yā）油汙染造成（chéng）的，而且事後維修（xiū）發（fā）現由於油液中（zhōng）含（hán）有顆粒，導致各液（yè）壓（yā）元件摩擦加（jiā）劇，從而引起各部件工作不正常，因此檢測液壓油的（de）清潔度（汙染度）顯得很有必要（yào）。
　　2　油液汙染的危害
　　固體顆粒汙染物的主要（yào）危害如下：容（róng）易卡住液壓閥芯，使（shǐ）液壓閥動（dòng）作（zuò）失靈，嚴重時會造成停機；易使過濾器堵（dǔ）塞，導致泵吸油困難而吸入空氣，使液壓泵發熱，產生噪聲，堵塞嚴重時因阻力大會將濾網擊穿；汙染物進入液（yè）壓泵會堵塞泄漏通道、造成密封圈甚至壓蓋在（zài）運轉時被衝出，加速（sù）液壓泵（bèng）的磨損，導致內泄漏加劇，降（jiàng）低液壓泵的容積效率，縮短元件壽命，並導致執行元件運動減慢；其產生的磨（mó）料磨損（sǔn）會（huì）加劇液壓油的汙染，造成液壓泵、油馬達、油缸、液壓閥的大麵積過早磨損，以（yǐ）致失效。
　　3　具體故障事例及原因（yīn）分（fèn）析
　　3.1油液汙染顆粒導致油缸內泄漏
　　遼西北引（yǐn）水（shuǐ）工程施工的（de）TBM推進係統壓力（lì）經常出現加不去壓力的現象，正常（cháng）推進壓力在300bar左右、卻隻能加壓的90bar左右，經排查（chá）發現是推進油（yóu）缸活內泄漏所致。對推（tuī）進油缸進行拆卸檢查，附著在活塞表麵及（jí）缸桶內壁的固體（tǐ）顆粒（lì）清晰可見（jiàn），活塞外表麵（見圖3.1和圖3.2）與缸桶內壁（見（jiàn）圖3.3）均有磨損（大概為（wéi）1/3圓周，為實（shí）際安裝空間的下方），活塞上的格萊圈有不同程度的磨損缺陷，並且全（quán）部（bù）龜縮在鑲銅表麵（miàn）下方，失去了密封作用（yòng）。

　　分析其磨損機理如下：工作中（zhōng）先是油液混進固體（tǐ）小顆粒，在活塞與缸桶內表麵的相對運動中磨壞了格（gé）萊圈，格萊圈出現小的凹（āo）坑後，造成局部泄漏，進而形成局部高（gāo）溫（超過80℃），導致格（gé）萊圈下方的丁青橡膠密封圈在（zài）局部高溫中（zhōng）失效，並失去彈性不能（néng）對格萊圈提供（gòng）向上的（de）彈性支持，從（cóng）而導致活塞處密封的失效並造成內（nèi）泄。
　　3.2油液汙染顆粒致使液壓柱塞泵嚴（yán）重壞（huài）
　　在沈陽某型盾構機（jī）刀盤驅動液壓係統在使用中出現兩台閉式液壓泵擺盤能擺動，該係統由兩台力士樂公司生產的A4CSG500排量閉式泵並聯驅動6台林德液壓馬達。現場測量係統補油壓力20bar及（jí）控（kòng）製（zhì）壓力18bar均屬正常，但是強製動作泵頭（tóu）比例閥芯後控製壓力油不足（zú）以（yǐ）推動變量活塞動作，主泵沒有流量輸出，經過對主泵變量活塞兩個測量油堵更換測壓接頭（tóu）後對其進行壓力（lì）測（cè）試發現其在比例滑閥在（zài）中位時，變量活塞（sāi）缸大小腔體（tǐ）一個有壓力一個無壓力，與原理不符（fú），分析可能是兩腔之（zhī）間有阻尼孔發（fā）生阻塞所致。現場（chǎng）拆解泵的後端蓋發（fā）現後（hòu）方內捏合補油泵齒輪幾乎徹底打碎（見圖3.4，圖3.5），並從內部（bù）發現（xiàn）有大量鐵屑。

　　在東莞地鐵施工的某型土壓設備，刀盤（pán）驅動是有三組液壓泵和馬達構成的閉式係統。在施工中聽見液壓泵傳（chuán）出異常響聲。對柱塞（sāi）泵隨後進（jìn）行停機拆解後發現其內部滑靴（xuē）全（quán）部脫落，磨損（sǔn）十分嚴（yán）重。原因分析：液壓泵內部阻尼孔被（bèi）油（yóu）液中的汙染物堵死，滑靴接觸表麵不能形成靜壓油膜，以至於發生兩金屬表麵的（de）直接高速摩擦磨（mó）損，Z終該泵（bèng）報廢。
　　3.3液壓馬達活塞損壞
　　在北京施工的某土壓設備，螺旋機液壓係統壓力隻（zhī）能加壓到60bar左右，螺旋沒動作，經過對相關可能的（de）電氣元件及液壓泵的（de）問（wèn）題排除，Z後對液壓柱塞馬（mǎ）達進行了拆解（jiě），發現其活塞嚴重磨損，並發現很多鐵削，液壓油中發現嚴重乳（rǔ）化，經檢查，發（fā）現在熱交換器處隧道循環水與液（yè）壓（yā）油發生混合，汙染物侵入並致使後來油液發生嚴重乳化。
　　4　結語
　　液壓係統的油液汙染給整個係（xì）統的正常使用造成了極其嚴重的危害，在盾構機行業尤其（qí）突出。所以，在盾構施（shī）工中，如何（hé）製定行之有效而又科學合理的防汙染措施變（biàn）得尤為重要。這樣不僅可（kě）以減少因故停機，保證工期進度，也能很好地節約成本。
　　參（cān）考文獻：
　　[1]童偉，劉樹道.工程機械液壓係統油（yóu）液的汙染控製[J].同濟（jì）大學學（xué）報，2001（12）：1507-1509.
　　[2]劉雲飛.柱塞泵滑靴磨損原因分（fèn）析[R].中國（guó）工程機械工業協會維修及再製造分會，2012年技術峰會.2012.
　　[3]路甬祥.液壓（yā）氣（qì）動技術手冊[M].機械工業出版社，2005.8.

來源：《中國科技縱橫》2016年24期（qī）