盾构机的维修与保养

盾构机的维修与保养

许金林

中铁隧道集团二处有限公司联合掘进机工程公司 深圳 518052

摘要：介绍了对盾构机的维修与保养，节约掘进时间。 主题词：盾构机 维修 保养

AVN2440DS复合式泥水平衡盾构机是德国生产的小型泥水平衡盾构机，具有2种操作模式：泥水平衡模式和复合模式（间接控制模式）。代表了当今世界最为先进的隧道掘进科技，是工厂化施工的典范。

这台复合式泥水平衡盾构机至今为止共施工了2条隧道，分别是：忠武输气管道城陵矶长江穿越隧道和深圳前湾过海管廊工程，一次穿江、一次过海。在城陵矶长江穿越隧道工程中对盾构机进行了洞内拆卸解体，重新制作了盾壳、修复了刀盘和其它部件，进行了重新的安装。在深圳前湾过海管廊工程中顺利进行盾构段与爆破段对接后，继续从爆破段向前推出。

城陵矶长江穿越隧道工程及深圳过海管廊工程的特点都是水下穿越、埋深大、水压高（城陵矶达0.66MPa）、地质条件复杂，为了更好地搞好工程施工，必须熟悉盾构机结构，做好设备的维修、保养、改进工作，减轻成本负担，提高国内盾构配套能力和水平。 1 周全的维修保养计划

盾构机必须每天进行小的保养，保养工24小时轮流值班，对每处滑动或滚动磨擦的地方涂上润滑油。每天检查各油脂泵、注脂阀、注浆泵等是否运行正常，这些过程都是在拼管片的过程中来完成的，及大的提高了掘进速度。定期对各油泵、油等进行检查，液压油每月检测一次，做到心中有数。每周对盾构机进行大的保养。 2 熟悉盾构施工原理，了解内部结构

通过几次的拆卸、组装、测绘，我们对盾构机有彻底的了解。在维修的过程中能有

的放矢，及时地分清故障的原因，找准故障所在的部位，准确地进行维修。 主机由四部分组成即切口环、支撑环前段、支撑环后段及盾尾。主要布置有用于开挖破碎岩石的切削刀盘、排碴系统、推进系统及管片安装机等，如图2-1。 刀盘 压缩仓 导向油缸 铰接密封 盾壳 推进油缸 盾尾密封 碎石器 主驱动及轴承 进排浆管线及闸阀 主排浆泵 管片安装机 图2-1 盾构主机结构图

盾构机刀盘主驱动电路的分析

盾构机刀盘驱动电路主要包括刀盘电机的启动模式及其检测控制电路、变频调速及速度的设定控制电路、左右转选择的控制电路等。

刀盘电机的启动模式选用软启动模式，其控制和检测控制如下图2-2所示：

=.1/15.8=.1-13Q2-L1400VAC/630A Beh.MS MDB2=.1/15.8=.1-13Q2-L2400VAC Behind MS=.1/15.8=.1-13Q2-L3400VAC Behind MS=.8/10.6=.8-10F6-L230V/6A MDB2=.8/10.6=.8-10F6-NN=.10/6.8=.1-PE-HV2L1L3T2266021491.131.211.331.311.141.221.341.32-1Q2NZM10-630N/ZM-630/+26600588I>I>I>4.134.214.434.31ZMM-630-NZM102NAUSLOSERBLOCK26603250保护电机L2T1T3N4.144.224.444.3217170-1F372FAZNB6/3.3266000859R-NZM10M266032830102PEPEL1L2L3PE74-1U2MSF-450/400/230400VAC Motorspg.EMOTRON SOFT STARTEMOTRONPTC26100307T1T2T3PE7069/3.6.7=.1-13Q2-L1=.15/1.1=.10/12.8=.8-11F4+=.1-13Q2-L2=.15/1.1=.1-13Q2-L3=.15/1.1=.8-10F6-L/3.1=.8-10F6-N/3.1=.1-PE-HV2/3.124VDC/6A PLC MDB2=.8-11F4+/2.11U2/24/2.1.2RHI-NZM1026600991-1Q24.214.2226902147DA-NZM10NDigital-InputE91.719Cutting WheelMotor ProtectionFault FC=.9-35D5=.9-35D5=.9/35.5软启动内部故障显示2122K1Start 12VDCReset Stop 11121323K224313233K3=.9/35.5软启动内部故障显示电机保护Digital-InputE92.022Cutting WheelFault FC1519+刀盘电机电流过载保护欠电压保护D1/3.2U

软启动最大的优点就在于电机启动时，其启动电流平稳过渡，比直接启动的电流要小很多。如图所示，电机的启动按钮开关13-1Q2有电机的辅动电机和欠电压保护继电器，确保变频器的工作顺利。此外，还有变频器的温度检测装置——可调的热敏电阻、变频器的故障显示及停止控制、变频器的电机保护显示及控制、刀盘工作电流的设定等辅助的保护控制，这些控制都是由可编程控制器和可调的电位器来完成。这里用到的变频器是西门子公司提供的6SE70系列的变频器，其与国内的同类变频器比有以下几点优势：

宽的调速范围：1:100以上。 良好的低频启动特性。

额定电压下的全范围恒转矩输出。

此变频器系统具有良好的静态特性和动态特性。 完整和快速的故障诊断、保护和报警功能。 变频器和其驱动的电机噪音相对要低。

变频器主要由整流单元、逆变单元、滤波单元、计算机控制单元主电路接线端子、控制电源接线端子、控制端子、冷却风扇、功能单元和旁路接触器组成。变频调速因其结构小、功能多和具有灵活的通信功能而被广泛地应用于盾构机的电器控制中。我们的盾构机刀盘电机的调速就是采用的变频调速装置，并且与可编程控制器或上位计算机的接口相连实现了闭环控制，使其变成了具有高度软件控 制功能的先进机种。变频调速时，我们用高载播频率的脉冲宽度调制方式SPWM来调节输出电压的。西门子6SE70系列变频器的功能单元采用的是最先进的计算机编程单元；而中心控制单元CUVC有X101、X102、X103端子排及扩展单元端子排EB1、EB2。

速度的设定是由变频器、可调电阻和电位器来调节的。在这里我们设定了两个速度范围0~3.4r/min和0~6.7r/min。而这些速度的选择是通过继电器和PLC来控制的，而在任意速度范围中，速度的调节是通过电位器设定或者是调节出的速度信号值经比较放大器处理输出控制液压回路的电磁阀，而电磁阀根据信号控制电磁阀开度，从而可以选择与掘进参数和地质情况相符合的速度值。至于刀盘的左右转控制是由PLC直接控制的，左右转之间的转换又是通过软件来实现互锁的。 3 平时经验的积累

在掘进的过程中，我们能通过听排浆管排碴的声音来判断目前所在的地层，如发现声音有异常，掘进的速度突然发生变化或速度不稳定，这很可能是前面的刀具有一定的问题，再通过观察压力传感器压力的变化来判断水压的大小和地层的稳定状况，进一步的确定何时可以换刀。

在拉六、七、八号拖车时，可通过观察油泵的油压和拖车前进的速度。如发现压力超过250bar，拖车前进的速度不稳定。这说明拖车下面有道夹板或螺栓等卡住或者是两边滚轮的轴承已损坏，我们就可以及时地采取措施，而不至于把钢丝绳拉断。

在平时掘进时，经常会遇到由于配电柜温度过高而跳闸的现象，后经我们改造在配电柜旁按上一个小型控调，这样在以后的掘进中再也没有跳闸过。

在深圳过海管廊隧道的始发时，我们的盾构走向远离隧道轴线左侧近两米，我大胆地提出拆开两节支承环之间的连接螺栓，自己设计并现场操作在左侧依次加上30mm、20mm、10mm的钢板，直至盾构机顺利地走上正常的轨道。 4 配件的国产化

盾构机刀盘、主机、后配套所有钢结构件均可实现国产化。国内已经有了几家企业加工过盾构或TBM的钢结构件，其中包含有：广重、二重、首钢、沈重、沪东电机等等，这些企业都替国外的盾构厂家加工过钢结构件。

盾构机上面电气设备是极其复杂和智能的，为了更好的控制成本，综合国内技术能力，部分电器设备和部件可以实现国产化。

目前，AVN2440DS复合式泥水平衡盾构机的很多部件都是从国内买的。基本上能符合我们的使用要求。这样大大的节约了维修时间，给公司创造了更好的经济效益。

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