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1、2019/11/3,1,TBM与盾构机的 状态监测与故障诊断,2019/11/3,2,目 录,1.开展掘进机的状态监测与故障诊断的必要性 2. .TBM故障诊断的特点和难点 3.TBM故障诊断方案 3.1 TBM采用的诊断技术简介 3.2 诊断标准的制定 4. TBM状态监测与故障诊断技术 4.1 TBM油液检测 4.2 TBM振动监测 4.3 TBM电气液压故障的在线实时诊断 4.4 TBM的故障树逻辑诊断 4.5 小结 5.经验介绍 6. 监测仪器配置建议 7. 取到的成效、存在的问题及展望,2019/11/3,3,1.开展TBM与盾构机状态监测 与故障诊断的必要性,医院大夫给病人诊断疾病
2、，需要综合分析体温、脉搏、血液化验、B超等多项指标检验结果，并与诊断标准对比，得出诊断结论；同样地，机械设备的故障诊断也需要采集温度、噪声、油液中磨粒的大小、形态、浓度，机械振动的频谱、液压系统压力、流量损失，电气系统的电压、电流等多个状态信号或参数，并与判断标准进行对比和综合分析，得出设备有无故障以及故障的原因、部位等诊断结论。TBM/盾构机作为大型专用设备也不例外。,2019/11/3,4,1.开展TBM与盾构机状态监测 与故障诊断的必要性,由于TBM/盾构机配置的设备数量多，关联性强，任何一套单独设备出现故障都将不同程度地影响TBM/盾构机的掘进进度，同时也会增加工程成本。因此，如何实施
3、状态监测，提前预报故障，是值得深入研究的课题。,2019/11/3,5,2. TBM盾构机故障诊断的特点和难点 （以TBM主轴承为例）,1、主机庞大、动力部件众多，振源各异，振动信号频域宽广，各部件的固有频率和相应的故障特征频率有可能产生相互重叠； 2、价值昂贵，重80多吨，一旦进洞掘进，就不允许在洞内解体检查。主轴承的工作情况只有通过监测反映； 3、低速重载决定了对滚动轴承的监测的难度： 8个推进油缸施加2100吨轴向推力、32个撑靴油缸要承受800多吨的主机负载，主轴承承受巨大的径向和轴向荷载；,2019/11/3,6,2. TBM故障诊断的特点和难点,4、刀盘上配置了71把盘形滚刀，掘进
4、时石质不均，载荷剧烈地波动，转速也随之波动，信号随机波动也不可避免，增加了故障特征信号的提取和分离难度； 5、主轴承处工作环境比较危险，不便靠近，不便进行信号的采集； 6、结构参数不了解，轴承零件的特征频率难以确定，也不便于故障信号的分析； 为此，须将几种监测手段综合运用，各取所长，相互弥补。如工业内窥镜监测滚子磨损、润滑油温度监测、润滑油磨损分析、在线实时监测等。,2019/11/3,7,3. TBM故障诊断总体方案,TBM机载的在线监测和数据采集系统与离线的振动分析和油样检测等手段相结合。 突出重点、兼顾其他。 常规监测与计算机分析相结合。,2019/11/3,8,3.1 TBM采用的诊断
5、技术简介,1、感官检查诊断技术部件的初步判断； 2、温度监测技术 接触式测温TBM主轴承润滑系统、液压系统的各个泵站等 ； 非接触式测温，主电机、变速箱、皮带机滚筒、高压电缆接头等部件； 3、无损检测技术主轴承滚子、滚道的磨损监测； 4、油样检测分析技术 TBM的各类油液的理化性能分析和磨损磨粒分析； 5、旋转机械振动测试技术TBM的电机、变速箱、水泵、风机等回转机械； 6、性能状态参数测试技术TBM电气、液压系统某一测点或局部的测试，如液压测试仪对液压系统的串、并联测试； 7、故障树逻辑诊断揭示TBM某一系统的故障规律和逻辑关系，适合于电气或液压系统的故障诊断； 8、电气液压在线实时诊断通过
6、TBM自身所布设的各种传感器监测位移、速度、流量、压力、油位、温度、转速以及电气的电压、电流等参数，对TBM整个运行系统进行在线监测以及超过界定值的故障报警和停机控制。,2019/11/3,9,3.1.1感官检查,感官检查就是利用操作或维修人员的视、听、触、嗅觉，观测TBM设备或部件的运动情况、主控室的运转参数如电流、温度、压力、流量、速度等，检查机件的异响、异味、发热、裂纹、锈蚀、损伤、松动、油液色泽、油管滴漏等，初步判断部件的工作状态。虽然凭感觉检查有时不够精确，且对个人的经验依赖性较强，但这种传统的检测是进行设备监测诊断的基础，是现场的维修保养工作中不可或缺的常用方法。,2019/11/
7、3,10,3.1.2感官检查,例如盾构机主轴承前腔密封是通过脉冲式油脂泵注入CONDAT公司生产的HBW润滑脂进行润滑的，这些油脂将外界灰尘和杂质封堵在外，以保护主轴承。若有润滑脂挤出，说明润滑脂注入情况正常，否则就要检查润滑脂泵系统的故障或主轴承密封是否堵塞。在开仓时顺便观察主轴承前端密封处HBW润滑脂挤出情况可以判断HBW润滑脂的润滑效果。,2019/11/3,11,温度的变化与被监测设备的性能和工况有密切的关系。当机械的运动副发生异常磨损时，过度发热导致的温升影响着机械或润滑油的正常工作状态，从而形成恶性循环，致使设备过早损坏。 TBM的温度监测技术分接触和非接触式测温两种方法。 接触式
8、测温主要是采用热电偶测温，在TBM主轴承润滑系统、液压系统的各个泵站等分别布置了测温传感器，对油温等进行有效的监控；,3.1.3 温度监测技术,2019/11/3,12,与此同时，现场维护人员利用手持式红外线测温计进行非接触式测温，可以方便、快速、安全地监测主电机、变速箱、皮带机滚筒、高压电缆接头等部件的工作温度。也可以利用手持式红外线测温计测量螺旋输送机出口的碴土温度，以辅助判断刀盘前方是否产生泥饼或堵仓。,3.2.2温度监测技术,2019/11/3,13,3.1.4 无损检测技术,主要是指工业内窥镜监测法观测设备内部情况。 打开TBM主轴承壳体的观测孔，利用工业内窥镜观测主轴承滚子、滚道、
9、保持架的磨损和锈蚀情况。,2019/11/3,14,工业内窥镜应用观测主轴承观测,2019/11/3,15,TBM主轴承结构,2019/11/3,16,TBM主轴承内窥镜观测,2019/11/3,17,盾构机主轴承解体,2019/11/3,18,大伙房TBM主轴承滚道剥落碎块,2019/11/3,19,大伙房TBM主轴承滚道剥落碎块,2019/11/3,20,3.1.5 性能状态参数测试技术,TBM的运转参数很多，但测试具有代表性的状态参数，可以有效地实施状态监测与故障诊断，如功率、扭矩、转速、掘进速度、压力、流量、温度及电气参数等,为TBM的操作和维修人员提供直观的故障信息和工作状态信息。,
10、2019/11/3,21,3.1.6 故障树逻辑诊断技术,故障树逻辑方法则是结合油质分析、振动分析以及噪声、温度和性能状态参数测试等多种方法，能够清晰地揭示TBM某一系统内的故障规律和逻辑关系。 比较适合TBM液压等多个系统的故障诊断。,2019/11/3,22,3.1.7监测重点及巡检路径,根据监测对象在TBM运转中的作用和对停机造成影响的程度来确定监测的重点。以及TBM的巡检路径： 后配套上层拖车水泵电机及水泵溜渣槽三号皮带机及其泵站拖拉系统泵站变压器下层拖车输送泵喷浆机械手 主泵站上层拖车二号皮带机主机记录数据上部吊机钢拱架运输机构主变速箱主机下部仰拱吊机材料吊机污水泵及电机除尘风机一号
11、皮带机。,2019/11/3,23,3.2 故障诊断标准的制定,设备状态监测目的是力求准确的判断出设备的故障，而判断设备好坏的关键是标准的制订。TBM的故障诊断采用了三类判断标准： 3.2.1 绝对判断标准 3.2.2 相对判断标准 3.2.3 类比判断标准,2019/11/3,24,3.2.1 绝对判断标准,（1） TBM技术资料上注明标定工况下运转性能参数的标 称值和极限值； （2） 旋转机械的振动量参照1974年颁布的ISO2372适 用于工作转速600-12000转/分； （3） 温度： 轴承壳体：70注意，90停止； 轴承本体： 90注意，120停止； 轴承内润滑油：80注意，100
12、停止； 基于主轴承的重要性，当油温达到65 时报警，70停机； （4） TBM使用的油品的理化指标合格标准 （5） 铁谱分析：大于15m的颗粒显著增加时，可初步 判断为不正常；大磨粒读数AL 、小磨粒读数 AS(分析式 铁谱)可用趋势分析建立标准； （6） 光谱分析：油中各种元素的含量也可通过趋势分析 建立标准。,2019/11/3,25,3.2.1 绝对判断标准之TBM液压系统换油指标： B20（ISO VG68）抗磨液压油,2019/11/3,26,关于油液污染度等级的几个概念,1、SAE749D污染度等级标准 美国工程师学会（SAE）在1963年提出。以颗粒浓度为基础，按照100ml油液
13、中在510、1025、2550、50100和大于100m等5个尺寸范围内的最大允许颗粒数划分为7个污染度等级见表,2019/11/3,27,SAE749D污染度等级 （100ml中的颗粒数）,力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于SAE6级,2019/11/3,28,2、NAS1638污染度等级标准,由美国宇航学会1964年在SAE标准基础上提出，也是根据5个尺寸范围的颗粒浓度划分等级，污染度扩大到14个等级。适应范围更广些。该标准在美国和世界各国得到广泛应用。力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于NAS9级。股份公司监测站也采用该标准。,2019/11/3,29,NAS1638污染度等级（1
14、00ml中的颗粒数）,力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于SAE6级。,2019/11/3,30,3、国际标准ISO4406污染度等级标准,该标准采用两个数码代表油液污染度等级，前面的数码代表1ml油液中尺寸大于5m的颗粒数等级，后面的数码代表1ml油液中尺寸大于15m的颗粒数等级，两个数码之间用一斜线分开。 例如：污染度等级18/15表示：油液中尺寸大于5m的颗粒数等级的数码为18，每1ml油液中颗粒数在13002500之间；大于15m的颗粒数等级的数码为15，每1ml油液中颗粒数在160320之间； 例如：测得每毫升油液中大于5m的颗粒数为800，大于15m的颗粒数为120，则可知油液的
15、污染度等级为17/14。,2019/11/3,31,ISO4406污染度等级数码,力士乐柱塞泵的用油洁净度要求最低不小于18/15,2019/11/3,32,ISO4406与其他污染度标准对照表,2019/11/3,33,3.2.1 绝对判断标准之设备振动标准,由于设备的振动具有加速度、速度、位移三个描述参量，通常基于振动的设备运行状态，判定标准相应的有加速度、速度、位移。结合TBM在实际施工中的本身技术要求与实践现场诊断给予修正，制订TBM各旋转设备的振动测试判定标准。所取的振动值均由振动数据采集仪采集。由于各台设备的型号、负荷、转速及设计的性能要求不同，故所制定的振动测试判定标准也不相同。
16、,2019/11/3,34,2019/11/3,35,设备振动标准的制定,2019/11/3,36,3.2.2 相对判断标准,采用这种判断标准时，要求根据设备的同一部位同一量值进行测定，将设备正常运转情况下的量值作为初始值即标准值，按时间先后将实测值与初始值进行比较来判断设备状态。具体来说，就是在TBM施工初期，对同一设备进行运转参数（振动、压力、温度、速度、流量等）、油品理化指标参数、铁谱、光谱、污染度、粘度、水分等诸多参数采集，以此作为初始测定值，经过不同阶段相同条件下的多次采集，经几次结果进行分析比较，可以推断出该部位的运转情况，故障的变化趋势。,2019/11/3,37,3.3.3 类比判断标准,将数台机型相同、规格相同的设备如TBM（盾构）的8台主电机（液压马达）、主变速箱，在相同的运转条件下对它们进行参数测试，经过相互比较可对设备的状态进行评定。,2019/11/3,38,4. 1TBM油液检测技术,概述 TBM油品理化性能的分析 TBM铁谱测试
