盾构液压系统油液污染的控制.pdf

第 1 期 总第 1 6 4期 2 0 1 1年 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGl NEERI NG AUTOMATI ON No．1 Fe b． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 1 0 1 7 4 0 2 盾构液压 系统油液污染的控制 黄 旺森 温州市质量技术监督检测院，浙江 温州 3 2 5 0 0 0 摘要 对盾构机液压系统油液污 染进行 了分析 ， 并提 出了在线监控系统 ， 对于提高盾构机工作效率、 推广油液 污染控制技术等均具有重要意义 。 关键词 盾构机 ；液压 系统；油液污染 中图分类号 T U6 2 1 文献标识码 B 0 引言 盾构 机主要 包括 刀盘驱 动机构 、盾构 推进及 铰接 机构、螺旋输送机、管片安装机、管片输送机构、注 浆泵系统、 液压油冷却及过滤系统共 7大系统n ] ， 作为 地下施工 的大 型工程机 械 ，它的主 要动作 都是 由液压 系统完成的。由于施工环境恶劣、人为操作失误等原 因 ，致使 油液受 到污染 ，常 导致液 压设备 故障 ，甚 至 停机 ，影 响施工 的正常进 行 ，所 以研 究盾构 机油液 污 染控 制很有 实际 意义 。 1 污染 物来源 油液 系统 的油液污染 是指 油液 中出现 了对系统 的 可靠 性和元 件寿命 有害 的物 质和能 量L 2 ] 。对 于盾构 机 而言 ，污染 物有外 界侵入 的污染 物 、系统 内残 留的污 染 物和系统 生成 的污染物 3种 。 1 ． 1外界侵入 污 染物 液压 系统在 工作过程 中不 可避免 地会受 到外界 污 染物的侵入， 由于盾构机工作在地下， 施工环境差， 尤 其在长江人海 口处， 其地下含有丰富的水份和颗粒 ， 所 以颗 粒侵人 是主要 的 污染 来源之 一 。 1 ． 2 系统 内残 留 的污染物 液压 系统及 元件在加 工 、装 配 、储 运 中将 污染 物 混入系统中，如金属切屑、焊渣、尘埃及清洗溶剂等。 1 ． 3 系统生成 的 污染物 液压系统各运动副相互摩擦产生的磨屑以及内表 面锈蚀产 生 的锈 片 。 据统计液压系统故障有7 o 9 ／ 6 ～8 O 是由液压油污 染造成 的 ， 而且事 后维修 发现 由于油 液 中含 有颗粒 ， 导 致各液压元件摩擦加剧 ， 从而引起各部件工作不正常， 因此检测 液压油 的清 洁度 污染 度 显得 很有必 要 。 2 颗粒 污染 的危害 收稿 日期2 o 1 0 0 5 一 l O ；修 回日期 2 O l o - 0 9 2 5 作者简介黄旺森 1 9 7 9 一 ． 男 ， 浙江温州人 ， 助理工程师 ， 本科。 固体颗 粒污染 物的 主要 危害 如下 容 易卡住 液压 阀芯 ，使液压阀动作失灵 ，严重时会造成停机；易使 过滤器堵塞 ，导致泵吸油困难而吸人空气 ，使液压泵 发热 ， 产生噪声 ， 堵塞严重时因阻力大会将滤网击穿； 污染物 进入 液压泵会 堵塞 泄漏通道 、造成 密封 圈甚 至 压盖在 运转 时被 冲出 ，加 速液压泵 的磨损 ，导致 内泄 漏加剧 ，降低液压泵的容积效率 ，缩短元件寿命 ，并 导致执行元件运动减慢 ；其产生的磨料磨损会加剧液 压油 的污染 ，造 成液压 泵 、油马达 、油缸 、液压 阀的 大面积过早磨损 ，以致失效 。不同液压元件对固体颗 粒 的敏感 程度不 同 ，见 表 1 。 表 1 不同液压元件的颗粒敏感尺寸 名称 颗粒敏感尺寸 m 液压阀 5 ～l 5 轴向柱塞泵／ 马达 1 0 h1 5 径向柱塞泵／ 马达 l 5 ～2 5 叶片泵 2 O ～3 0 表 1为单个 元件 的颗粒敏 感尺 寸 ，而一个 液压 系 统的敏感尺寸通常以系统 中各个液压元件的最小敏感 尺寸为衡 量 ，根 据实际经 验 以溢流 阀堵塞 情况 做大致 判 断 溢 流阀颗粒 敏感尺 寸是 5 m 。 3油液 污染 的控 制 液 压 系统 油 液 的 污染 控 制 贯 穿 于 液 压 系统 的设 计 、 加工制造、使用维护等整个过程 。 需要明确的是 控制液 压 系统 油液 的污染 并 不 可能完 全 去除 污染 物 ， 而是要通过污染控制措施 ，最大程度地使油液的污染 度保持在系统关键液压元件所能承受的范围内[ 3 ] 。 污染 物对液 压元件有 着很 大的危害 ，虽然在 液压 系统内通过设置较高精度的过滤器可以控制油液污染 物的等级 ，但仍需要在使用过程的各个环节注意液压 系统的污染控制 ， 才能从根本上提高系统的工作性能， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年 第 1期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 7 5 延长液压系统的使用寿命 。 目前盾构机械油液污染的解决办法大多依靠事后 维 修 ，以及经 验法 或仪 器离 线式 检测 。该 办法 的缺 点 是液压元器件如泵 、溢流阀等已经发生故障才去查明 故障原因，无法在故障发生时控制故障发展。由于在 线状态检测能在故障初期起到预警作用 ，因此在线式 检 测逐 渐受 到人们 的关 注 ，在工业 发 达 国家 已经获 得 了广泛 的应用 ，我 国企 业也 在 向这 方 面过 渡 中 。 鉴 于盾构 液压 油污染 主要 由泥土 或金 属颗 粒物 引 起 ，本系统拟采用 自动颗粒计数仪来测量液压油的污 染度，仪器经 RS 2 3 2总线与上位机通信 ，以某一液压 系统 为例 介绍其 使 用方法 ，如图 1所示 。监 测仪 自带 程序 对污染 度超 标 的油 液进行 报警 提示 并显 示 污染度 等级 ，由上位机 显示 油液 污染 度变 化趋 势 ， 以便 及时 采取措施使油液 的污染度保持在一定范 围内，保证整 个液压系统 的可靠工作和元件的寿命。 图 1颗 粒 监 测 示 葸 图 美国太平洋科学仪器 的 HI AC P M4 O O O型油液颗 粒在线监测仪实物图见图 2 ， 其面积不过手掌心大小 ， 但功 能强 大 ，一 般并 联安 装于 油路 ，如果 两端 液压 过 大则 可 以考 虑选 择该 系列 中的一2 或 一5 ，其 内置 的止 回阀能有效保护该设备。 它遵循E N6 1 0 1 0 --1 1 9 9 3和 I E C 8 2 5 1 1 9 9 3以及I S O6 1 4 9 2等 国际上通 用 的标 准 ， 具有机 载 显示功 能 ， 能显示颗 粒 等级并 自动报警 ， 并 自带 红外 及 RS 2 3 2接 口实 现与上 位机 通信 ， 将 在线 检测数据实时传输到上位机 ，以进一步判断颗粒变化 趋势 。 器是关键部件 ，由它感知颗粒的数量和粒径大小 。其 原理如下当每个粒子随液体通过一区域 ，该区域被 激 光均 匀照 明 ，粒子对 激光 的阻 挡将 在光 检测器 上产 生一个正比于粒子投影面积的电压脉冲，一次脉冲即 记录下一个粒子 ，同时，由电压脉冲的高度可以定出 这 个粒子 的等效粒 度，其测 量粒径 范 围为 O 1 m～ 6 00 m 。 图 2 油液颗粒监测仪 实物 图 4结 束语 盾 构 机液 压 系统 在 工 作 中被 污 染 是不 可 避 免 的。 工 作人 员应 重视 油液 污染 危害 ， 对油 液进行 日常维护 ， 尤 其是 要建 立油 液污 染预 警机 制 ，这 样 才能提 高液 压 系统的使用寿命 ， 减少故 障发生率 ， 从而降低维修、 维 护 费用 。 参考文 献 [ i ] 何其平． 盾构液 压系统污染处理口] ． 建 筑机械 ， 2 0 0 3 5 63 6 5 ． E 2 ] 童伟 ， 刘树 道． 工 程机 械液压系统油液 的污染控制 E J ] ． 同 济大学学报 ， 2 0 0 1 1 2 1 5 0 7 1 5 0 9 ． E 3 ] 湛从 昌， 傅 连东 ， 陈新 元． 液压 可靠 性与故障诊断 [ M] ． 北 京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 杨文霞． 设备 预 防性 维修及 其管理信 息系统研 究 [ D] ． 南 昌 南 昌大学 ， 2 0 0 5 5 - 6 ． 该 监测仪 核 心部件 采用 激光 光阻法 传感 器 ，传 感 Po l l u t i o n Co n t r o l o f Hy d r a u l i c S y s t e m o f S h i e l d M a c h i ne H UA NG W a ng s e n W e n z h o u Qu a l i t y a n d Te c hn i c a l I ns p e c t ion a n d Te s t i n g I n s t i t u t e ， W e n z ho u 3 2 5 0 00 ， Chi n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r a n a l y s e s t h e ma j o r p o l l u t i o n s i n t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f a s h i e l d ma c h i n e ， a n d p r o p o s e s s o me c o n t r o l me a s u r e s ． I t h a s a n i mpo r t a nt me a ni ng t o i mpr o v e wor k e f f i c i e nc y o f t he ma c hi n e a nd pr o mot e oi l c on t a mi na t i on c ont r ol t e c hni qu e． Ke y wo r dss hi e l d ma c hi ne； hy dr a ul i c s ys t e m ； o i l c o nt a mi n a t i o n ’ ’ l l - ， ， ， ’ ’ ’ ’ ’ 1 1 “ m，mmm， ● ’ mmm ， ， 1 1 ． ’ l ’ ， mmlli b ’ ’ ’ ， m， m ’ m， ml m ’ ’ ’ ’ m， ， 上接 第 1 7 3页 S t o r a g e S pa c e Ex p a n s i o n 0 f M CU M C 9 S 1 2 X YU AN Yun f en g S h a n x i I n s t i t u t e of Me c h a n i c a l El e c t r i c a l En g i n e e r i n g．Ch a n g z h i 0 4 6 0 1 1．Ch i n a Abs t r a c t Th i s pa pe r i nt r o du c e s f i r s t l y t h e c ha r a c t e r i s t i c o f FRAM ．Th en，a c i r c ui t c on ne c t i on be t we e n FM 25 L25 6 a n d M C9 S1 2 X i s gi v e n a f t e r we a n al yz e FRAM c onf i g ur a t i on a nd SPI c omm u ni c a t i o n mo dul e o f M cg s1 2 x．At l a s t ，t hi s pa p e r pr ov i de s i n i t i a l i z e d pr og r a m o f SPI a n d i nt e r f a c e pr o gr a m be t we e n FRAM a nd M C9 S1 2X． Ke y wo r ds M C9 S1 2 X s ys t em ；FRAM ； s t o r a g e s pa c e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m