關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)機(jī) 電氣系統(tǒng) 常見(jiàn)故障 處理措施 維護(hù)檢修

中圖分類號(hào)： TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）16-0090-04

現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)具有智能化、大型化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，是一種電氣一體化隧道挖掘施工機(jī)械，其功能復(fù)雜、控制環(huán)節(jié)多，工序之間聯(lián)系密切、關(guān)系復(fù)雜，保障電氣系統(tǒng)穩(wěn)定才能提高控制效率、減少故障，降低對(duì)掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)度與安全的影響。但由于作業(yè)環(huán)境惡劣、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)偏高，電氣系統(tǒng)易出現(xiàn)情況復(fù)雜的故障，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)維修，耽誤掘進(jìn)工期?；诖耍治龆軜?gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)及其常見(jiàn)故障的處理、日常維護(hù)檢修有著重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)由4 個(gè)部分組成：高壓供電系統(tǒng)篇、低壓配電系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)。在高壓供電系統(tǒng)中，10 kV 高壓供電經(jīng)由高壓電纜從設(shè)備外部傳送到臺(tái)車變壓器上，再經(jīng)過(guò)主變壓器的處理，轉(zhuǎn)變?yōu)?00 V 后可以供給設(shè)備。而由變壓器產(chǎn)生的低壓供電也需供給變頻柜、泵站、電源柜以及其他控制柜。而整臺(tái)設(shè)備的核心與大腦是PLC 控制系統(tǒng)[1]，如圖1 所示，通常安裝在主控制室內(nèi)，其配合處于設(shè)備中各個(gè)位置的傳感器監(jiān)測(cè)電氣元器件運(yùn)行情況，傳感器將設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞到PLC 系統(tǒng)中，其讀取、處理、分析各種類型信號(hào)后，再將信息傳遞給主控制室操作界面，控制人員接收到信號(hào)后，可以及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)控制策略。在整臺(tái)設(shè)備中，分布在不同位置的控制柜是PLC 系統(tǒng)的控制分站，彼此之間基于通信線路實(shí)現(xiàn)連接，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)如電磁閥、傳感器連接，從而可以對(duì)設(shè)備動(dòng)作采取針對(duì)性的控制措施[2]。盾構(gòu)機(jī)的傳感系統(tǒng)主要由感應(yīng)設(shè)備組成，核心設(shè)備有傳感器、接近開(kāi)關(guān)、編碼器等，可以通過(guò)傳感器對(duì)油缸壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)角度、管路流量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置等進(jìn)行檢測(cè)，為PLC 控制系統(tǒng)精準(zhǔn)運(yùn)算提供客觀數(shù)據(jù)。

2 盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)常見(jiàn)故障與處理措施

盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)故障主要因負(fù)荷大、運(yùn)載時(shí)間長(zhǎng)、工作環(huán)境惡劣等因素所致，但PLC 系統(tǒng)發(fā)生故障的概率偏低，因此先考慮是否為電氣設(shè)備故障，最后考慮是否為PLC 系統(tǒng)故障。

2.1 電氣元件發(fā)生損壞

在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中，受多方面因素的影響電氣元件出現(xiàn)故障與燒毀的概率較高，影響正常使用，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)的功能受到限制。例如：繼電器發(fā)生燒毀或損壞，控制系統(tǒng)無(wú)法正常地向外輸出信號(hào)、控制電機(jī)的啟停，對(duì)于此類元件故障，應(yīng)立即展開(kāi)排查，觀察位于電磁線圈上的電壓繼電器情況，并使電氣系統(tǒng)處于失電狀態(tài)，重新啟動(dòng)系統(tǒng)后觀察繼電器是否復(fù)位，也可以向線圈加電，對(duì)觸點(diǎn)接通情況進(jìn)行觀察。又如：傳感器、電磁閥出現(xiàn)故障，由于通過(guò)兩者的電流偏小，檢查中不易發(fā)現(xiàn)故障，可以通過(guò)排除法判斷，將傳感器拆卸下來(lái)連接到其他傳感器接口上，再將其他運(yùn)行狀態(tài)傳感器連接到該接口上，先判斷是否因接口故障所致，接口無(wú)異常則表示傳感器故障；若運(yùn)行異常傳感器在其他接口上的運(yùn)行狀態(tài)也存在異常，也表示存在故障[3]。

2.2 刀盤電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)

對(duì)中交天和盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)刀盤電機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)，為避免電機(jī)運(yùn)行異常影響機(jī)械系統(tǒng)工作效率，采取以下處理措施。（1）通過(guò)變頻器實(shí)時(shí)控制刀盤電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并由操作人員通過(guò)觸摸屏或總控面板發(fā)出控制信號(hào)，直接傳輸至操作盤的PLC 控制系統(tǒng)中，再繼續(xù)向動(dòng)力盤PLC 控制系統(tǒng)、變頻器盤PLC 控制系統(tǒng)傳遞指令，最后的傳輸對(duì)象為變頻器。完成控制信號(hào)傳輸后將電機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)若變頻器的示值為0 則表示無(wú)電壓從輸出端輸出，然后將變頻器與電機(jī)連接，變頻器工作正常時(shí)表示刀盤電機(jī)本身無(wú)故障[4]。（2）將刀盤電機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)速度、啟動(dòng)以及正反轉(zhuǎn)信號(hào)均能正常傳輸給變頻器，表示傳輸信號(hào)線路沒(méi)有出現(xiàn)故障。（3）更換控制面板，判斷是否因控制面板失靈所致。

2.3 油脂氣動(dòng)注脂泵自動(dòng)停止功能失靈

中交天和盾構(gòu)機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中常在油脂氣動(dòng)注脂泵的油脂油桶上安裝含有2 個(gè)探頭的光電型接近開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)對(duì)應(yīng)高液位，另一個(gè)對(duì)應(yīng)低液位，經(jīng)過(guò)檢測(cè)則可以根據(jù)液位信號(hào)對(duì)注脂泵的啟停進(jìn)行控制，其中低液位信號(hào)表示桶內(nèi)需要補(bǔ)油、高液位信號(hào)表示可以結(jié)束補(bǔ)油。若油脂泵無(wú)法自動(dòng)停止，可以將PLC 控制程序打開(kāi)，根據(jù)程序上的顯示結(jié)果判斷故障、處理故障。如果桶中油位偏低，PLC 程序上i29.4、i29.5 均顯示為0，再觀察置位是否處于SR，如果處于需要立即啟動(dòng)自動(dòng)注脂開(kāi)關(guān)；桶中油位較低，PLC 程序上i29.4、i29.5 分別顯示0、1 時(shí)，若SR 狀態(tài)信號(hào)未發(fā)生改變，需要繼續(xù)完成自動(dòng)注脂；桶中油位較高，PLC 程序上i29.4、i29.5 均顯示為1，并復(fù)位SR，需要自動(dòng)停止注脂泵的補(bǔ)油動(dòng)作。由此可以發(fā)現(xiàn)，此次故障因接近開(kāi)關(guān)的高液位感測(cè)探頭損壞所致，應(yīng)立即更換損壞配件，并調(diào)整PLC 程序，臨時(shí)將i29.4 改為i29.5，先使桶中油位處于偏低狀態(tài)，利用功能完好的低液位感測(cè)探頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)注脂泵[5]。

2.4 連接線路異常

連接線路異常也是盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)發(fā)生率較高的故障之一，主要出現(xiàn)在元器件與功能、控制模塊的連接上或通信網(wǎng)絡(luò)的連接上，當(dāng)連接線路出現(xiàn)斷路或接觸不良時(shí)，電氣控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸將受到影響，出現(xiàn)傳輸效率下降或信號(hào)傳輸錯(cuò)誤的情況，無(wú)法保障及時(shí)向處理模塊中輸送數(shù)據(jù)，從而影響整個(gè)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.5 管片拼裝機(jī)前后動(dòng)作靈敏性下降

盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)管片拼裝機(jī)前后動(dòng)作靈敏性下降，但操控手柄時(shí)并未發(fā)出報(bào)警信號(hào)，對(duì)紅、藍(lán)色油缸伸縮與前后動(dòng)作電磁閥進(jìn)行控制時(shí)均無(wú)異常出現(xiàn)，此時(shí)，設(shè)備仍然可以正常地接收或發(fā)射無(wú)線信號(hào)，但拆卸手柄，發(fā)現(xiàn)控制油缸行進(jìn)和伸縮按鈕上有與電路板相接處的簧片，但也不會(huì)對(duì)油缸正常行進(jìn)造成影響，反而會(huì)導(dǎo)致伸縮控制指令執(zhí)行上出現(xiàn)遲鈍現(xiàn)象，將與電路板相接處的簧片拆卸下來(lái)后，則看到斷裂的觸頭。該情況可以直接更換簧片，若情況十分嚴(yán)重則需要更換整個(gè)操作手柄。

2.6 刀盤電機(jī)故障燈常亮或閃爍，啟動(dòng)電機(jī)無(wú)反應(yīng)

運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或其他因素導(dǎo)致電極過(guò)熱可能會(huì)導(dǎo)致刀盤電極故障燈出現(xiàn)閃爍情況，但出現(xiàn)常亮大概率是由電機(jī)電流超載造成自動(dòng)跳閘或電機(jī)斷路器未合閘所致。若故障燈為閃爍狀態(tài)，應(yīng)考慮是否為線路故障或熱保護(hù)繼電器故障，并立即檢修線路或更換故障繼電器。若故障燈為常亮狀態(tài)，檢查斷路器合閘狀態(tài)，未合閘時(shí)合上即可。若故障由電機(jī)電流超載所致自動(dòng)跳閘，應(yīng)檢查過(guò)載電流保護(hù)值，若保護(hù)值在合理的區(qū)間內(nèi)，應(yīng)分析是否為動(dòng)力回路出現(xiàn)短路，立即對(duì)回路的完好性與電機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。

2.7 參數(shù)與程序故障

排查上述故障后，若盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行仍然存在異常，則應(yīng)考慮是否因PLC 控制程序問(wèn)題所致。以中交天和盾構(gòu)機(jī)為例，在故障檢查過(guò)程中調(diào)試螺旋輸送機(jī)，發(fā)現(xiàn)其最高轉(zhuǎn)速僅為5 r/min，但其設(shè)計(jì)最低要求為25 r/min，實(shí)際值與設(shè)計(jì)要求之間差異過(guò)大。進(jìn)一步檢測(cè)后并未發(fā)現(xiàn)線路與元器件上出現(xiàn)故障，PLC 控制系統(tǒng)也能正常傳輸信號(hào)。最后由檢修人員對(duì)比例閥放大板參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果顯示其電流輸出值較小，但并非因比例放大板存在問(wèn)題導(dǎo)致。因此，對(duì)比例參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)調(diào)大后上述問(wèn)題得到處理。此類故障則是由參數(shù)與程序故障所造成的，需要具有專業(yè)編程能力的技術(shù)人員進(jìn)行處理，此外，在無(wú)特殊情況也盡量減少對(duì)PLC 程序的更改。

3 盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)維護(hù)與檢修方案分析

鑒于盾構(gòu)機(jī)在惡劣、復(fù)雜的環(huán)境中作業(yè)，應(yīng)為電氣系統(tǒng)的核心組成設(shè)備或元器件制訂針對(duì)性的維護(hù)與檢修方案，降低故障發(fā)生概率，保障盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，從而高效完成掘進(jìn)作業(yè)。

3.1 交流電動(dòng)機(jī)維護(hù)與檢修方案

日常維護(hù)與檢修中對(duì)所有電機(jī)進(jìn)行搖電測(cè)試，測(cè)試通過(guò)則無(wú)須外送保養(yǎng)，在搖電測(cè)試前先做好以下準(zhǔn)備工作：將被測(cè)電機(jī)電源切斷，并進(jìn)行對(duì)地短路放電；清潔待測(cè)電極表面，降低檢測(cè)過(guò)程中的接觸電阻，避免對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾；檢查搖表工作狀態(tài)是否在正常，并判斷0 點(diǎn)與∞點(diǎn)是否正常，搖動(dòng)搖表手柄，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)，若存在短路情況兆歐表會(huì)指在0 點(diǎn)、若存在開(kāi)路情況會(huì)指在∞點(diǎn)；搖表時(shí)必須放在穩(wěn)固的位置上，并與外磁場(chǎng)、大外電流導(dǎo)體保持一定距離；可以采用相間絕緣或?qū)Φ亟^緣，但若為新電動(dòng)機(jī)，則必須采用1 000 V 搖表進(jìn)行交接試驗(yàn)，測(cè)試絕緣電阻是否在1 MΩ以上，非新電動(dòng)機(jī)則可以用500 V 搖表進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，測(cè)試顯示絕緣電阻值在0. 5MΩ以上即可[6]。

3.2 低壓元器件維護(hù)與檢修方案

日常維護(hù)與檢修過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)的低壓元器件也為重點(diǎn)對(duì)象。以空氣開(kāi)關(guān)為例，當(dāng)出現(xiàn)以下任何一種情況時(shí)均應(yīng)更換或修復(fù)空氣開(kāi)關(guān)：（1）空氣開(kāi)關(guān)外殼出現(xiàn)破損；（2）觸頭面積小于80%，不同的三相觸頭接觸距離差大于0.05 mm；（3）觸頭開(kāi)距、超額行程已與設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)偏差；（4）自動(dòng)脫扣無(wú)法發(fā)揮保護(hù)作用。

而觸頭系統(tǒng)與弧系統(tǒng)作為空氣開(kāi)關(guān)的重要組成部分，在出現(xiàn)任何情況時(shí)都需要更換或修復(fù)。觸頭系統(tǒng)：（1）觸頭出現(xiàn)壓力不足；（2）觸頭表面出現(xiàn)氧化，若無(wú)法更換，可以先進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)急處理，利用砂紙將表面的氧化膜去除，再利用汽油或四氯化碳清洗表面油垢；（3）觸頭容量不足，運(yùn)行過(guò)程中電流嚴(yán)重超出額定值，導(dǎo)致觸頭出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，主要因觸頭在使用中過(guò)度磨損導(dǎo)致壓力變小，必須及時(shí)更換；（4）觸頭易被燒壞，并且出現(xiàn)諸多凸出小點(diǎn)，導(dǎo)致觸頭接觸不良，需要銼平觸頭表面，恢復(fù)到原來(lái)形狀即可；（5）觸頭熔焊、磨損。同時(shí)，若進(jìn)行觸頭修復(fù)，需要在修復(fù)結(jié)束后調(diào)整觸頭狀態(tài)，在接通主觸頭之前接通預(yù)接觸頭；斷開(kāi)主觸頭后再斷開(kāi)滅弧觸頭；對(duì)齊動(dòng)靜觸頭，并將非正常情況接觸調(diào)整為正面接觸，即接觸寬度在5 mm 范圍內(nèi)調(diào)整為接觸面積不小于全接觸面積的2/3，寬度大于5 mm?；∠到y(tǒng)：（1）發(fā)現(xiàn)滅弧罩受潮應(yīng)立即烘干；（2）弧系統(tǒng)磁吹線圈匝間出現(xiàn)短路，撥正短路匝即可；（3）滅弧罩出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，應(yīng)將碳化部分吹刷干凈，不得有金屬顆?；蚓哂袑?dǎo)電屬性的雜質(zhì)殘留；（4）滅弧罩被打破、弧角或滅弧柵片出現(xiàn)脫落[7-8]。

3.3 PLC 維護(hù)與檢修方案

PLC 是盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)均由PLC 進(jìn)行控制，因此應(yīng)做好日常檢修與階段性檢查。日常檢修過(guò)程中，判斷I/O、CPU、RAM、ROM、通信接口、輸入/輸出口、編程器等基本單元是否存在異常，發(fā)現(xiàn)有不良單元需要立即進(jìn)行返修；發(fā)現(xiàn)基本單元與擴(kuò)展單元輸入/輸出繼電器發(fā)生故障，需要立即更換；檢查系統(tǒng)內(nèi)部各項(xiàng)邏輯元件的不同用途繼電器運(yùn)行狀態(tài)，如掉電保護(hù)輔助繼電器、計(jì)數(shù)器、特殊用途輔助繼電器等，問(wèn)題嚴(yán)重需要更換，維修能夠處理的問(wèn)題應(yīng)立即處理；檢測(cè)PLC 的環(huán)境溫度，尤其是盾構(gòu)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，也應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求控制PLC 環(huán)境溫度。盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)PLC 階段性檢查應(yīng)以6～12 個(gè)月為周期，檢查事項(xiàng)與判斷標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電氣系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，但其組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、日常作業(yè)時(shí)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行環(huán)境惡劣，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障概率較高。為了保障其運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，應(yīng)不斷提高電氣系統(tǒng)故障處理能力與日常維修水平，降低故障發(fā)生率；且即使出現(xiàn)故障也能得到快速、有效的處理，從而預(yù)防工期延誤，順利完成掘進(jìn)作業(yè)任務(wù)。