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摘要：盾构是隧道开挖的一种常用机械设备，在掘进的同时可以铺设支撑管片，具有先进性、安全性、高效性的特点。本文以盾构主驱动泵为核心，首先介绍了主驱动系统的组成和变量控制原理，然后分析了零位偏移的原因，最后结合案例指出零位偏移故障及处理方法，以供参考。
关键词：盾构；主驱动泵；控制原理；零位偏移；处理方法
新形势下，我国地下工程项目增多，常见如地铁、隧道等，盾构施工可以一次成洞，不仅节省人力物力，而且不受气候影响，得到施工企业的青睐[1]。实际施工中，做好保养维修工作，保证驱动系统稳定运行，才能提高施工效率和质量。本文结合工作实践，分析了盾构主驱动泵零位偏移的原因和处理方法。
1．盾构主驱动系统的组成和变量控制原理
1.1 组成部分
盾构主驱动系统的组成部分包括：①主驱动箱，是主驱动的结构件，其一可以承载主轴承、驱动法兰、减速机等部件；其二为主轴承润滑系统提供了容纳齿轮油的空间；其三是油脂润滑系统的重要通道。②主轴承，是主驱动的核心部件，外环和主驱动箱固定，内环和刀盘驱动法兰相连接，是刀盘运转的连接纽带。③连接环，对各个结构件进行连接和固定，同时配合主驱动箱，提供了润滑油脂通道。④密封环，主要分为三个部分：一是隔环，用于分隔唇形密封，形成空腔后，可以填充润滑油；二是滑环，作为唇形密封的接触面使用；三是压环，可固定唇形密封，调整预紧压力。⑤刀盘驱动法兰，和主轴承大齿圈、刀盘法兰相连接，可以带动刀盘旋转。⑥电机或马达，为刀盘旋转提供动力，可将电能、流体势能转化为机械能。⑦减速机，和电机或马达相配合，通过改变旋转速度，尽量增大驱动扭矩。⑧扭矩限制器，该部件用在电驱型盾构机中，和电机、减速机相连接，当刀盘扭矩突然增大，可以分隔电机和减速机，防止电机损坏。
盾构主驱动系统工作时，驱动电机经减速机减速，驱动对应的小齿轮；小齿轮和大齿圈啮合传动，为刀盘提供驱动扭矩。刀盘扭矩的大小，是由围岩性质、盾构形式、直径、结构等决定。如下图1，是刀盘驱动的流程图。
图2：主驱动泵的先导压力差—排量关系曲线
2．盾构主驱动泵零位偏移的原因
以闭式驱动泵为例，零位偏移的原因分析如下：
第一，电气零点的标定不准确，驱动系统没有发出排量控制信号时，放大后的输出电流没有处于零位。
第二，机械零位一般在工厂生产中调整，但考虑到该零位是利用弹簧进行对中，弹簧的形变大、影响因素多[3]。例如：用户垂直安装使用，需要对机械零位进行调整，忽略了这一环节，就可能导致零位偏移。
第三，对油泵进行维修保养时，变量控制模块中的偏心销位置可能发生变化，此时反馈杆、反馈弹簧失去了正常的反馈作用。其中，反馈杆具有负反馈作用，一方面可促使控制阀处于平衡状态，另一方面能稳定泵的排量值。斜盘通过中位，会改变液压油的流动方向，继而造成零位偏移。
3．主驱动泵里零位偏移故障及处理方法
3.1 运行工况
盾构机在掘进施工中，通过改变变量泵、变量马达的排量，实现转速调节目标；切换主驱动系统的排量档位，可以实现驱动系统高速运行或低速运行，满足不同围岩的工况需求。以某隧道工程为例，采用盾构施工方案，其中主驱动泵的型号为A4VSG-750-HD1，利用先导压力的液压比例控制系统运行。在输出流量上，该驱动泵可在0～100%之间无级变量，和先导控制油口的压力差成比例关系。外部先导信号属于压力信号，只会作用在HD伺服阀上，调节伺服阀阀芯的开口大小。此时，变量控制油会经过阀芯和变量缸，从而改变泵的排量。反馈杆连接变量缸的活塞，可接收先导压力信号，将泵排量维持在预设范围内。
3.2 故障现象
该盾构机在施工期间，常规调试时发现主驱动泵启动后，没有给出刀盘的转速控制信号，但油泵A口、B口的压差达到110bar，导致马达旋转动作，此时执行机构的刀盘被驱动。结合以往经验，在油液污染下，变量控制阀会卡滞，虽然液压泵没有给出排量控制信号，但阀芯依然有流量输出，因此盾构机不能正常执行操作指令。对此，工作人员清洗变量控制阀，结果显示故障依然存在，说明是零位偏移引起的，必须对偏移情况进行调整[4]。
3.3 处理方法
第一，调整电气零点。检查主驱动泵排量控制系统，找到溢流阀的电缆插头并拔除。启动液压泵，如果A口、B口的压力不同，且一个压力值大于补油压力，就说明是电气零点偏移[5]。对此，在溢流阀放大板的输出信号端，和电流表相连接，在电位计零的条件下，测量放大板的输出信号。如果输出信号不是零，就要调整放大板上的电位计，直到输出信号是零，电气零点调整完成。
第二，调整机械零点。电气零点调整后，对主驱动泵变量缸的两端压力Y1口、Y2口进行短接，将400bar压力表连接在MA、MB上。启动液压泵，不给出排量控制信号，如果A口、B口的压力不同，且一个压力值大于补油压力，就说明是机械零点偏移。如果A口、B口的压力相同，且和补油压力一致，说明是液压零点偏移。调整机械零点偏移的方法是：短接Y1口、Y2口，找到变量控制块上的机械对中螺栓，来调整机械零位，直到两侧压力和补油压力一致，机械零点调整完成。
第三，调整液压零点。机械零点调整后，启动液压泵，不给出排量控制信号，如果A口、B口的压力不同，且一个压力值大于补油压力，就说明是液压零点偏移。对此，应在Y1口、Y2口上连接600bar压力表，不给排量控制信号的条件下，测定Y1口、Y2口的压力；然后找到变量反馈杆，调整偏心销，直到两侧压力相同，液压零点调整完成。
3.4 运行效果
针对主驱动泵的零位偏移故障调整后，盾构机恢复正常运行，各项参数均处于正常范围内，在规定工期内完成掘进任务，实现了质量、进度控制目标。
结语
综上所述，盾构机是地下工程开挖施工的一种重要机械，具有效率高、质量好、一次成型的特点。分析可知，盾构机的主驱动系统，包括主驱动箱、主轴承、连接环、密封环、刀盘驱动法兰、电机或马达、减速机、扭矩限制器等部件。文中结合实际案例，分析了主驱动泵零位偏移的原因，并指出电气零点、机械零点、液压零点的调整方法。结果显示，故障排除后，盾构机恢复正常运行，实现了质量、进度控制目标。
参考文献
[1]蔡辉.盾构主驱动泵零位偏移原因分析与处理[J].建筑机械化，2017，38（11）：48-50.
[2]王营建.液压驱动盾构主驱动泵故障分析与处理[J].建筑机械化，2015，36（1）：74-75.
[3]杨志勇，程学武，孙正阳，等.大直径泥水平衡盾构适应性改造技术研究[J].铁道工程学报，2018，35（3）：92-96.
[4]高会中，陈馈，张兵，等.盾构机主驱动液压控制系统关键技术研究[J].液压气动与密封，2016，36（11）：64-68.
[5]李宁.液驱盾构机主驱动系统补油泵故障的分析与解决[J].科技与企业，2012，（11）：292.
论文作者:刘喜庆
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：盾构论文; 零位论文; 零点论文; 变量论文; 压力论文; 排量论文; 信号论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;