土压平衡式盾构机管片拼装系统及其故障排除 - 图文

土压平衡式盾构机管片拼装系统及其故障排除 Erector system of earth pressure balance shield machine and its troubleshooting 1.前言 管片拼装系统是土压平衡式盾构机上的一个重要部分，管片拼装机又是管片拼装系统的主要组成部分，盾构机在掘进一环的距离后，操作手操作拼装机拼装预制好的由六块管片组成的一环单层衬砌管片，使隧道一次成型。管片拼装机由拼装机行走梁、行走架、旋转架和拼装头组成。拼装管片时，管片拼装机可以实现六个自由度，从而可以保证使被拼装的管片准确就位。 现以一次管片拼装系统故障的解决为例，来简要介绍一下盾构机的管片拼装系统。 2.故障现象 拼装管片时出现如下故障：管片拼装机抓住管片后无法旋转，致使管片无法拼装。 3.管片拼装系统工作原理 图1是盾构机管片拼装液压系统原理简图。 到总泄露油管行走架1号台车2号台车链条旋转架油箱图1 盾构机拼装液压系统原理简图 1.拼装机液压油泵(1) 2.拼装机液压油泵(2) 3.拼装机顺时针方向旋转控制电磁阀 4.拼装机逆时针方向旋转控制电磁阀 5.拼装机旋转控制阀组 6.拼装机行走油缸控制阀组 7.拼装机伸缩油缸控制阀组 8.管片抓紧油缸压力调节阀 9.管片抓紧油缸控制阀组 10.拼装头倾斜和旋转油缸控制阀组 11.测压接头 12.管片抓紧液压油压感应开关 13.拼装头旋转油缸 14.拼装头倾斜油缸 15.管片抓紧油缸 16.拼装机伸缩油缸 17.拼装机行走油缸 18.拼装机旋转液压马达 如图所示45KW电机驱动两个串连的斜盘式变量轴向柱塞液压油泵1和2，通过相应的控制阀组后向回路各执行元件提供压力油，并构成开式回路，回油流回油箱。该回路的执行元第 1 页 共 5 页 件包括两个拼装机的斜盘式轴向柱塞旋转马达18、两个拼装机前后行走油缸17，两个拼装机伸缩油缸16，一个管片抓紧油缸15，一个拼装头倾斜油缸14和一个拼装头转动油缸13。

操作手通过拼装控制器发出操作指令，盾构机S7-PLC自动控制系统接收到操作指令后，运行SIMATIC Manager程序，如果要完成动作的所有必要条件都能满足，S7-PLC自动控制系统就向相应的执行元件电磁阀供电，电磁阀动作后，压力油就会驱动相应的执行元件完成操作手想要完成的动作；如果一个以上的必要条件不满足，控制系统就不会向相应的执行元件电磁阀供电，拼装机也就不能完成操作手想要完成的动作。 图2是拼装机旋转控制电路图。图中S7-PLC的数字式信号输出卡9-13D7的端口21的输出代表S7-PLC的输出A25.6，当9-13D7的端口21输出电信号给继电器16-13K3时，该继电器的触点11和14接通，拼装机旋转和行走控制卡16-15N2就会给拼装机逆时针方向旋转控制电磁阀16-15Y8（即图1中的阀4）供电，液压油就会驱动液压马达，使拼装机逆时针方向旋转。 24VDC V Sg9-13D7拼装机顺时针方向旋转A 25.5209-13D7拼装机逆时针方向旋转A 25.6212a/2c16-15N2数字式信号输出数字式信号输出32a30c30a24a24c12a8ac4ac1120ac1116-13K211141216-13K311141216-13K21416-13K3140VDC PLC Sg0VDC V Sg16-15N2-30c16-15N2-30a16-15N2-24a16-15N2-24c16-15Y5+/14.416-15Y6+ 1C026/14.3/14.3图2拼装机旋转控制电路图 符号的含义： 9-13D7 S7-PLC的数字式信号输出卡 16-13K2 拼装机顺时针方向旋转控制信号输出继电器 16-13K3 拼装机逆时针方向旋转控制信号输出继电器 16-15N2 拼装机旋转和行走控制卡 16-15Y5 拼装机顺时针方向旋转控制电磁阀 16-15Y6 拼装机逆时针方向旋转控制电磁阀 4.故障分析 故障出现时拼装机不能旋转，肯定是此时拼装机旋转的某个或某些必要条件不能满足。在监控室，我们利用SIMATIC Manager程序对拼装机旋转的故障进行了实时监控（以拼装机逆时针方向旋转为例），用来找出故障出现时不能满足的拼装机旋转的必要条件。

FB16是程序中控制拼装机运行的功能模块，Network13是该模块中控制拼装机逆时针方向旋转的程序段，其程序逻辑流程图如图3。

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/14.5 1C025DB43.DBD324DB43.DBD328CMP<>RIN1IN2E42.6E42.4>=1&DB43.DBD324DB43.DBD80>＝1CMP

DB40.DBD328 取自OB35的拼装机的当前位置角度 E42.6 拼装机逆时针方向旋转输入信号 E42.4 拼装操纵器旋转和行走按钮解锁信号 M121.5 拼装机逆时针方向旋转操纵器条件解锁 T123 延时断开S5定时器

DB40.DBD80 拼装机逆时针方向旋转角度最大限定值200度 M121.0 拼装机旋转限制条件解锁

A25.6 拼装机逆时针方向旋转控制信号输出

图中“E42.6—”是一个“常开接点”，如果条件E42.6能够满足，就可以向下一个逻辑单元输出信号；如果条件E42.6不能够满足，就不能向下一个逻辑单元输出信号。包含“CMP<>R”和“CMP=1”的方框是一个“或”逻辑盒，当“或”逻辑盒左边的条件有一个以上可以满足时，“或”逻辑盒就向下一级逻辑单元输出信号，反之，当“或”逻辑盒左边的条件没有一个可以满足时，就不会向下一级逻辑单元输出信号。包含“P”的方框是一个逻辑操作结果上升沿检查逻辑盒，当上一个逻辑单元从无信号输入该逻辑盒变到有信号输入，该逻辑盒就向下一级逻辑单元输出信号，所有其他情况下该逻辑盒都不会向下一级逻辑单元输出信号。T123是“延时断开S5定时器”，“S”端是起动输入端，“TW”端是预置时间值，“R”端是复位输入端，“Q”端是定时器状态输出端，“DUAL”端是整数格式的当前运行的时间值，“DEZ”端是BCD格式的当前运行的时间值，当上一个逻辑单元有信号输入到定时器的“S”端时，定时器的“Q”端输出信号给下一个逻辑单元，当上一个逻辑单元从有信号输入到定时器的“S”端的状态变到没有信号输入时，定时器就会在“TW”端预置时间值的时间内，输出信号给下一个逻辑单元，直到“TW”端预置时间值的时间结束，“Q”端就停止向下一个逻辑单元输出信号。包含“=”的方框是S7-PLC的一个输出结果。

在用SIMATIC Manager进行实时监控时，如果某项条件可以满足，该条件与下一逻辑单

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元的连线就会以绿色实线的形式显示，如果条件不满足，就以蓝色虚线的形式显示。通过监控发现，由于条件M121.0不能满足，导致得不到输出结果A25.6。

利用SIMATIC Manager程序进一步监控发现，条件M121.0不能满足是由于条件E44.2不满足造成的，E44.2表示管片抓紧液压油压力不足。

图4是管片抓紧液压油压力监控电路图。当拼装机抓起管片时，如果其回路中压力达到或超过图中管片抓紧液压油压力开关16-25B4（即图1中压力开关12）设定的压力值85Bar时，压力开关就会闭合，24V的电信号就被输入到S7-PLC的数字式信号输入卡9-14D5的信号端口6，表示管片抓紧液压油压力监控信号正常，条件E44.2可以满足；反之，就没有24V的电信号就被输入到S7-PLC的数字式信号输入卡9-14D5的信号端口6，表示管片抓紧液压油压力监控信号不正常,条件E44.2不能满足。 24VDC PLC Sg数字式信号输入6E 44.2管片抓紧油压信号正常9-14D50VDC PLC Sg16-25B4 1C102P 图2管片抓紧液压油压力监控电路图 符号的含义： 9-14D5 S7-PLC的数字式信号输入卡 12-24B4 管片抓紧液压油压力开关 条件E44.2不能满足，可能由以下三种情况造成。 （1） 拼装机抓起管片时，管片抓紧液压油压力不足85Bar。 （2） 管片抓紧液压油压力监控回路存在问题。 （3） S7-PLC系统内部存在问题。

本着由易到难的故障查找原则，我们首先用油压表测量拼装机抓起管片时管片抓紧液压油压力，在图1中测压接头11处安装0-200Bar的油压表后测量，结果是84.5Bar。再检查图1中的压力调节阀8,发现其压力调解螺柱的锁紧螺帽已松动。由此可得出结论，拼装管片时的震动使图1中压力调节阀8的锁紧螺帽松动，导致管片抓紧液压油压力下降，使得条件E44.2不能满足，从而得不到输出结果A25.5和A25.6,最终导致拼装机不能旋转。

5.排除故障

在图1中测压接头11处安装一块0-200Bar的压力表，在拼装机抓起管片时，松开图1中压力调节阀8的锁紧螺母，顺时针转动调节螺柱，观察压力表直至油压被调至90Bar，将锁紧螺母锁紧。管片抓紧液压油压力经过调整后，故障消除。

6.结束语

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盾构机管片拼装系统的故障可能会涉及机械、液压、电路、S7-PLC自动控制系统及盾构机操作等方面的知识，只有在系统地掌握这几方面知识的基础上，通过运用SIMATIC Manager程序监控故障运行过程，并进行推理分析、测试及调整，才能够准确快速地找到故障原因并解决管片拼装系统的故障。

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