TBM的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷講座

TBM與盾構(gòu)機的

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

2023/12/171目錄1.開展掘進機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的必要性2.

.TBM故障診斷的特點和難點3.TBM故障診斷方案

3.1

TBM采用的診斷技術(shù)簡介

3.2診斷標(biāo)準(zhǔn)的制定4.TBM狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)4.1TBM油液檢測4.2

TBM振動監(jiān)測4.3TBM電氣液壓故障的在線實時診斷4.4TBM的故障樹邏輯診斷4.5小結(jié)

5.經(jīng)驗介紹6.監(jiān)測儀器配置建議7.取到的成效、存在的問題及展望2023/12/1721.開展TBM與盾構(gòu)機狀態(tài)監(jiān)測

與故障診斷的必要性

醫(yī)院大夫給病人診斷疾病，需要綜合分析體溫、脈搏、血液化驗、B超等多項指標(biāo)檢驗結(jié)果，并與診斷標(biāo)準(zhǔn)對比，得出診斷結(jié)論；同樣地，機械設(shè)備的故障診斷也需要采集溫度、噪聲、油液中磨粒的大小、形態(tài)、濃度，機械振動的頻譜、液壓系統(tǒng)壓力、流量損失，電氣系統(tǒng)的電壓、電流等多個狀態(tài)信號或參數(shù)，并與判斷標(biāo)準(zhǔn)進行對比和綜合分析，得出設(shè)備有無故障以及故障的原因、部位等診斷結(jié)論。TBM/盾構(gòu)機作為大型專用設(shè)備也不例外。2023/12/173

1.開展TBM與盾構(gòu)機狀態(tài)監(jiān)測

與故障診斷的必要性

由于TBM/盾構(gòu)機配置的設(shè)備數(shù)量多，關(guān)聯(lián)性強，任何一套單獨設(shè)備出現(xiàn)故障都將不同程度地影響TBM/盾構(gòu)機的掘進進度，同時也會增加工程成本。因此，如何實施狀態(tài)監(jiān)測，提前預(yù)報故障，是值得深入研究的課題。2023/12/174

2.

TBM盾構(gòu)機故障診斷的特點和難點

（以TBM主軸承為例）1、主機龐大、動力部件眾多，振源各異，振動信號頻域?qū)拸V，各部件的固有頻率和相應(yīng)的故障特征頻率有可能產(chǎn)生相互重疊；2、價值昂貴，重80多噸，一旦進洞掘進，就不允許在洞內(nèi)解體檢查。主軸承的工作情況只有通過監(jiān)測反映；3、低速重載決定了對滾動軸承的監(jiān)測的難度：8個推進油缸施加2100噸軸向推力、32個撐靴油缸要承受800多噸的主機負載，主軸承承受巨大的徑向和軸向荷載；

2023/12/1752.

TBM故障診斷的特點和難點

4、刀盤上配置了71把盤形滾刀，掘進時石質(zhì)不均，載荷劇烈地波動，轉(zhuǎn)速也隨之波動，信號隨機波動也不可避免，增加了故障特征信號的提取和分離難度；5、主軸承處工作環(huán)境比較危險，不便靠近，不便進行信號的采集；6、結(jié)構(gòu)參數(shù)不了解，軸承零件的特征頻率難以確定，也不便于故障信號的分析；為此，須將幾種監(jiān)測手段綜合運用，各取所長，相互彌補。如工業(yè)內(nèi)窺鏡監(jiān)測滾子磨損、潤滑油溫度監(jiān)測、潤滑油磨損分析、在線實時監(jiān)測等。2023/12/1763.TBM故障診斷總體方案TBM機載的在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與離線的振動分析和油樣檢測等手段相結(jié)合。突出重點、兼顧其他。常規(guī)監(jiān)測與計算機分析相結(jié)合。2023/12/1773.1TBM采用的診斷技術(shù)簡介1、感官檢查診斷技術(shù)－部件的初步判斷；2、溫度監(jiān)測技術(shù)接觸式測溫－TBM主軸承潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的各個泵站等；非接觸式測溫，－主電機、變速箱、皮帶機滾筒、高壓電纜接頭等部件；3、無損檢測技術(shù)－主軸承滾子、滾道的磨損監(jiān)測；4、油樣檢測分析技術(shù)－TBM的各類油液的理化性能分析和磨損磨粒分析；5、旋轉(zhuǎn)機械振動測試技術(shù)－TBM的電機、變速箱、水泵、風(fēng)機等回轉(zhuǎn)機械；6、性能狀態(tài)參數(shù)測試技術(shù)－TBM電氣、液壓系統(tǒng)某一測點或局部的測試，如液壓測試儀對液壓系統(tǒng)的串、并聯(lián)測試；7、故障樹邏輯診斷－揭示TBM某一系統(tǒng)的故障規(guī)律和邏輯關(guān)系，適合于電氣或液壓系統(tǒng)的故障診斷；8、電氣液壓在線實時診斷－通過TBM自身所布設(shè)的各種傳感器監(jiān)測位移、速度、流量、壓力、油位、溫度、轉(zhuǎn)速以及電氣的電壓、電流等參數(shù)，對TBM整個運行系統(tǒng)進行在線監(jiān)測以及超過界定值的故障報警和停機控制。2023/12/1783.1.1感官檢查感官檢查就是利用操作或維修人員的視、聽、觸、嗅覺，觀測TBM設(shè)備或部件的運動情況、主控室的運轉(zhuǎn)參數(shù)如電流、溫度、壓力、流量、速度等，檢查機件的異響、異味、發(fā)熱、裂紋、銹蝕、損傷、松動、油液色澤、油管滴漏等，初步判斷部件的工作狀態(tài)。雖然憑感覺檢查有時不夠精確，且對個人的經(jīng)驗依賴性較強，但這種傳統(tǒng)的檢測是進行設(shè)備監(jiān)測診斷的基礎(chǔ)，是現(xiàn)場的維修保養(yǎng)工作中不可或缺的常用方法。2023/12/1793.1.2感官檢查例如盾構(gòu)機主軸承前腔密封是通過脈沖式油脂泵注入CONDAT公司生產(chǎn)的HBW潤滑脂進行潤滑的，這些油脂將外界灰塵和雜質(zhì)封堵在外，以保護主軸承。若有潤滑脂擠出，說明潤滑脂注入情況正常，否則就要檢查潤滑脂泵系統(tǒng)的故障或主軸承密封是否堵塞。在開倉時順便觀察主軸承前端密封處HBW潤滑脂擠出情況可以判斷HBW潤滑脂的潤滑效果。2023/12/1710溫度的變化與被監(jiān)測設(shè)備的性能和工況有密切的關(guān)系。當(dāng)機械的運動副發(fā)生異常磨損時，過度發(fā)熱導(dǎo)致的溫升影響著機械或潤滑油的正常工作狀態(tài)，從而形成惡性循環(huán)，致使設(shè)備過早損壞。TBM的溫度監(jiān)測技術(shù)分接觸和非接觸式測溫兩種方法。接觸式測溫主要是采用熱電偶測溫，在TBM主軸承潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的各個泵站等分別布置了測溫傳感器，對油溫等進行有效的監(jiān)控；3.1.3溫度監(jiān)測技術(shù)

2023/12/1711

與此同時，現(xiàn)場維護人員利用手持式紅外線測溫計進行非接觸式測溫，可以方便、快速、安全地監(jiān)測主電機、變速箱、皮帶機滾筒、高壓電纜接頭等部件的工作溫度。也可以利用手持式紅外線測溫計測量螺旋輸送機出口的碴土溫度，以輔助判斷刀盤前方是否產(chǎn)生泥餅或堵倉。3.2.2溫度監(jiān)測技術(shù)2023/12/17123.1.4無損檢測技術(shù)主要是指工業(yè)內(nèi)窺鏡監(jiān)測法觀測設(shè)備內(nèi)部情況。打開TBM主軸承殼體的觀測孔，利用工業(yè)內(nèi)窺鏡觀測主軸承滾子、滾道、保持架的磨損和銹蝕情況。2023/12/1713工業(yè)內(nèi)窺鏡應(yīng)用——觀測主軸承觀測2023/12/1714TBM主軸承結(jié)構(gòu)2023/12/1715TBM主軸承內(nèi)窺鏡觀測2023/12/1716盾構(gòu)機主軸承解體2023/12/1717大伙房TBM主軸承滾道剝落碎塊2023/12/1718大伙房TBM主軸承滾道剝落碎塊2023/12/17193.1.5性能狀態(tài)參數(shù)測試技術(shù)

TBM的運轉(zhuǎn)參數(shù)很多，但測試具有代表性的狀態(tài)參數(shù)，可以有效地實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，如功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、掘進速度、壓力、流量、溫度及電氣參數(shù)等,為TBM的操作和維修人員提供直觀的故障信息和工作狀態(tài)信息。

2023/12/17203.1.6故障樹邏輯診斷技術(shù)故障樹邏輯方法則是結(jié)合油質(zhì)分析、振動分析以及噪聲、溫度和性能狀態(tài)參數(shù)測試等多種方法，能夠清晰地揭示TBM某一系統(tǒng)內(nèi)的故障規(guī)律和邏輯關(guān)系。比較適合TBM液壓等多個系統(tǒng)的故障診斷。2023/12/17213.1.7監(jiān)測重點及巡檢路徑

根據(jù)監(jiān)測對象在TBM運轉(zhuǎn)中的作用和對停機造成影響的程度來確定監(jiān)測的重點。以及TBM的巡檢路徑：后配套→上層拖車→水泵電機及水泵→溜渣槽→三號皮帶機及其泵站→拖拉系統(tǒng)泵站→變壓器→下層拖車→輸送泵→噴漿機械手→主泵站→上層拖車→二號皮帶機→主機記錄數(shù)據(jù)→上部吊機→鋼拱架運輸機構(gòu)→主變速箱→主機下部→仰拱吊機→材料吊機→污水泵及電機→除塵風(fēng)機→一號皮帶機。2023/12/17223.2故障診斷標(biāo)準(zhǔn)的制定

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測目的是力求準(zhǔn)確的判斷出設(shè)備的故障，而判斷設(shè)備好壞的關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)的制訂。TBM的故障診斷采用了三類判斷標(biāo)準(zhǔn)：3.2.1絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)3.2.2相對判斷標(biāo)準(zhǔn)3.2.3類比判斷標(biāo)準(zhǔn)2023/12/17233.2.1絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)

（1）TBM技術(shù)資料上注明標(biāo)定工況下運轉(zhuǎn)性能參數(shù)的標(biāo)稱值和極限值；（2）旋轉(zhuǎn)機械的振動量參照1974年頒布的ISO2372適用于工作轉(zhuǎn)速600-12000轉(zhuǎn)/分；（3）

溫度：軸承殼體：70℃注意，90℃停止；軸承本體：90℃注意，120℃停止；軸承內(nèi)潤滑油：80℃注意，100℃停止；基于主軸承的重要性，當(dāng)油溫達到65℃時報警，70℃停機；（4）TBM使用的油品的理化指標(biāo)合格標(biāo)準(zhǔn)（5）鐵譜分析：大于15μm的顆粒顯著增加時，可初步判斷為不正常；大磨粒讀數(shù)AL、小磨粒讀數(shù)AS(分析式鐵譜)可用趨勢分析建立標(biāo)準(zhǔn)；（6）光譜分析：油中各種元素的含量也可通過趨勢分析建立標(biāo)準(zhǔn)。2023/12/17243.2.1絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)之TBM液壓系統(tǒng)換油指標(biāo)：

B20（ISOVG68）抗磨液壓油2023/12/1725關(guān)于油液污染度等級的幾個概念

1、SAE749D污染度等級標(biāo)準(zhǔn)

美國工程師學(xué)會（SAE）在1963年提出。以顆粒濃度為基礎(chǔ)，按照100ml油液中在5－10、10－25、25－50、50－100和大于100μm等5個尺寸范圍內(nèi)的最大允許顆粒數(shù)劃分為7個污染度等級見表2023/12/1726SAE749D污染度等級

（100ml中的顆粒數(shù)）污染度等級顆粒尺寸范圍/μm5～1010～2525～5050～100>100012345627004600970024003200870012800670134026805360107002140042009321035078015103130650016265611022543010013511214192力士樂柱塞泵的用油潔凈度要求最低不小于SAE6級2023/12/17272、NAS1638污染度等級標(biāo)準(zhǔn)

由美國宇航學(xué)會1964年在SAE標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出，也是根據(jù)5個尺寸范圍的顆粒濃度劃分等級，污染度擴大到14個等級。適應(yīng)范圍更廣些。該標(biāo)準(zhǔn)在美國和世界各國得到廣泛應(yīng)用。力士樂柱塞泵的用油潔凈度要求最低不小于NAS9級。股份公司監(jiān)測站也采用該標(biāo)準(zhǔn)。2023/12/1728NAS1638污染度等級（100ml中的顆粒數(shù)）

污染度顆粒尺寸范圍/μm5～1010～2525～5050～100>1000001234567891011121252505001000200040008000160003200064000128000256000512000102400022448917835671214252850570011400228004560091200182400481632631262535061012202540508100162003240012361122459018036072014402880576000112481632641282565121024力士樂柱塞泵的用油潔凈度要求最低不小于SAE6級。2023/12/1729

3、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4406污染度等級標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)采用兩個數(shù)碼代表油液污染度等級，前面的數(shù)碼代表1ml油液中尺寸大于5μm的顆粒數(shù)等級，后面的數(shù)碼代表1ml油液中尺寸大于15μm的顆粒數(shù)等級，兩個數(shù)碼之間用一斜線分開。例如：污染度等級18/15表示：油液中尺寸大于5μm的顆粒數(shù)等級的數(shù)碼為18，每1ml油液中顆粒數(shù)在1300～2500之間；大于15μm的顆粒數(shù)等級的數(shù)碼為15，每1ml油液中顆粒數(shù)在160～320之間；例如：測得每毫升油液中大于5μm的顆粒數(shù)為800，大于15μm的顆粒數(shù)為120，則可知油液的污染度等級為17/14。2023/12/1730ISO4406污染度等級數(shù)碼每毫升油液顆粒數(shù)等級數(shù)碼每毫升油液顆粒數(shù)等級數(shù)碼大于上限值大于上限值80000400002000010000500025001300640320160804020160000800004000020000100005000250013006403201608040242322212019181716151413121052.51.30.640.320.160.080.040.020.010.0050.0025201052.51.30.640.320.160.080.040.020.010.005111098765432100.9力士樂柱塞泵的用油潔凈度要求最低不小于18/15

2023/12/1731ISO4406與其他污染度標(biāo)準(zhǔn)對照表ISO4406NAS1638SAE749D每毫升油液大于10μm顆粒數(shù)26/23---------14000025/23----------8500023/20----------1400021/1812-----450020/18----240020/1711-----230020/16--------140019/1610120018/159658017/148528016/137414015/12637014/12------4014/1152352023/12/17323.2.1絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)之設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)

由于設(shè)備的振動具有加速度、速度、位移三個描述參量，通常基于振動的設(shè)備運行狀態(tài)，判定標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的有加速度、速度、位移。結(jié)合TBM在實際施工中的本身技術(shù)要求與實踐現(xiàn)場診斷給予修正，制訂TBM各旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動測試判定標(biāo)準(zhǔn)。所取的振動值均由振動數(shù)據(jù)采集儀采集。由于各臺設(shè)備的型號、負荷、轉(zhuǎn)速及設(shè)計的性能要求不同，故所制定的振動測試判定標(biāo)準(zhǔn)也不相同。2023/12/17332023/12/1734設(shè)備名稱功率（KW）轉(zhuǎn)速速度評價（mm/s）好較好允許不允許主電機430/2201500/750<1.81.8--4.04.0--11.0>11.0除塵風(fēng)機1102950<1.81.8--4.04.0--11.0>11.0仰拱吊機221470<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7材料吊機151450<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8泵站：P12001485<1.81.8--4.04.0--11.0>11.0P22001485<1.81.8--4.04.0--11.0>11.0P3371485<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8P4451485<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7P5451485<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7P61321500<1.81.8--4.04.0--11.0>11.0P741485<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8P841485<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8P91501500<1.81.8--4.04.0--16.0>16.0P107.51500<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8P11111450<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8P1215<0.70.7--1.451.45--2.8>2.8P13551480<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7P14551480<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7主水泵302900<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7注漿泵301500<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7機械手301500<1.11.1--2.32.3--5.8>5.7一級風(fēng)機（洞外）2501480<1.81.8--4.04.0--11.0>11.0二級風(fēng)機（18#）551470<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7三級風(fēng)機（5#）452950<1.11.1--2.32.3--5.7>5.7設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)的制定2023/12/17353.2.2相對判斷標(biāo)準(zhǔn)采用這種判斷標(biāo)準(zhǔn)時，要求根據(jù)設(shè)備的同一部位同一量值進行測定，將設(shè)備正常運轉(zhuǎn)情況下的量值作為初始值即標(biāo)準(zhǔn)值，按時間先后將實測值與初始值進行比較來判斷設(shè)備狀態(tài)。具體來說，就是在TBM施工初期，對同一設(shè)備進行運轉(zhuǎn)參數(shù)（振動、壓力、溫度、速度、流量等）、油品理化指標(biāo)參數(shù)、鐵譜、光譜、污染度、粘度、水分等諸多參數(shù)采集，以此作為初始測定值，經(jīng)過不同階段相同條件下的多次采集，經(jīng)幾次結(jié)果進行分析比較，可以推斷出該部位的運轉(zhuǎn)情況，故障的變化趨勢。2023/12/17363.3.3類比判斷標(biāo)準(zhǔn)

將數(shù)臺機型相同、規(guī)格相同的設(shè)備如TBM（盾構(gòu)）的8臺主電機（液壓馬達）、主變速箱，在相同的運轉(zhuǎn)條件下對它們進行參數(shù)測試，經(jīng)過相互比較可對設(shè)備的狀態(tài)進行評定。2023/12/17374.1TBM油液檢測技術(shù)概述TBM油品理化性能的分析TBM鐵譜測試技術(shù)TBM油液磨損顆粒的定性分析TBM油液磨損顆粒的趨勢分析－鐵譜三線值法TBM油品的光譜分析

2023/12/17384.1.1概述在機械運動中，大部分摩擦副產(chǎn)生的磨粒都要進入潤滑油或液壓油中，油液中攜帶著來自磨損表面的磨損碎屑，作為一種診斷媒介，對磨粒的分析可以提供有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的重要信息，因而了解油液中磨粒的成分、數(shù)量、形態(tài)，能夠及時準(zhǔn)確地了解機械的磨損程度和磨損性質(zhì)，從而判斷機械的技術(shù)狀態(tài)和故障趨勢，為TBM的故障維修提供依據(jù)。2023/12/17394.1.1概述對于TBM各類油液的檢測，主要是采用油質(zhì)檢測儀和污染度測試儀，對油質(zhì)的理化性能指標(biāo)進行檢測，并結(jié)合鐵譜、光譜分析技術(shù)，對磨損磨粒進行定性和趨勢分析。2023/12/17404.1.1概述油液污染度、水分、斑點、粘度分析等理化分析方法可以直觀地判斷TBM各類油質(zhì)的劣化程度；鐵譜分析可以清楚地辨別油液磨粒的種類、大小、磨損性質(zhì)和油品的老化程度，尤其是對異常磨損的較大磨粒的分析判斷（10μm以上的磨屑）；光譜分析雖然對較大磨粒不很敏感，但可以精確地測定油液中所含微量元素的含量和屬性，據(jù)此判斷油液中磨損物的來源是外界侵入、密封損壞還是機件的表面磨耗。

2023/12/17414.1.2TBM油品理化性能的分析2023/12/17424.1.3TBM油液的鐵譜分析TBM油液磨損顆粒的定性分析TBM油液磨損顆粒的趨勢分析－鐵譜三線值法2023/12/1743TBM油液磨損顆粒的定性分析TBM的油泵、馬達、齒輪、軸承等旋轉(zhuǎn)部件的磨粒，通常可分為：正常磨損顆粒、切屑磨損顆粒、疲勞磨損顆粒、嚴重滑動磨損顆粒，以及油液中存在的非金屬顆粒、腐蝕性磨損顆粒、摩擦聚合物，纖維等其它物質(zhì)。根據(jù)顆粒的形態(tài)和尺寸，可用于判斷零件的磨損狀況。2023/12/1744

TBM油液磨損顆粒的趨勢分析－鐵譜三線值法

通常一臺運行的設(shè)備在磨擦磨損過程中呈現(xiàn)的三個階段：（即跑合階段、穩(wěn)定、急劇磨損階段）在不同階段所產(chǎn)生的磨損磨粒各不相同，從而定出控制線即設(shè)備處于正常、報警、危險三種狀態(tài)的三條線進行磨損判別，進行TBM設(shè)備的磨損量趨勢分析。

2023/12/1745鐵譜三線值法磨粒濃度WPCi=(AL+AS)r/v式中AL－大微粒覆蓋面積百分數(shù)、AS－小磨粒覆蓋面積百分數(shù)

r－油樣濃度V－油樣體積基線值VI=∑(WPCi)/n式中：i——樣品編號；n——樣品總數(shù)警告線V2=WPC+2S危險線V3=WPC+3S式中:S——標(biāo)準(zhǔn)差，作為樣本方差的估計量

2023/12/1746鐵譜三線值WPC>V3時,磨損狀態(tài)處于危險區(qū)域；V2<WPC<V3時,磨損狀態(tài)處于警告區(qū)域；V2<WPC<V1時,屬正常磨損但要引起注意；

WPC<V1時,磨損狀態(tài)處于正常區(qū)域.2023/12/17472023/12/1748TBM油液磨損顆粒的趨勢分析－鐵譜三線值法皮帶機泵站、TBM主液壓系統(tǒng)、TBM主變速箱、主軸承的鐵譜三線值圖譜2023/12/17494.2TBM振動監(jiān)測技術(shù)4.2.1概述4.2.2設(shè)備的振動測試流程4.2.3TBM設(shè)備振動的測點選取2023/12/17504.2.1概述利用振動信號對故障進行診斷是一種行之有效的方法。機械部件在運動過程中的振動及其特征信息是反映該系統(tǒng)狀態(tài)及其變化規(guī)律的主要信號，通過采集這些信號并加以分析處理，從而判別機械故障的原因、部位。這些分析方法主要包括振動的加速度、速度、位移分析、功率譜分析、幅值譜分析、時域分析、頻域分析等。振動測試、分析比較適合于TBM的主電機、變速箱、泵站、各類水泵、風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測與診斷。2023/12/1751

4.2.2設(shè)備的振動測試流程2023/12/17524.2.3TBM設(shè)備振動的測點選取2023/12/1753采用振動數(shù)據(jù)采集儀，可實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)（振動加速度、速度、位移），振動波形的現(xiàn)場采集與粗略分析2023/12/17544.2.5TBM主變速箱的監(jiān)測實例主變速箱是TBM主要的動力驅(qū)動組件之一。由于主變速箱承受高負荷、大扭矩，因而故障發(fā)生率較高，因現(xiàn)場施工噪聲大，受壞境因素與診斷者的經(jīng)驗差異的制約，用傳統(tǒng)的變速箱診斷法如手摸、耳聽會出現(xiàn)誤診與漏診，給正常施工帶來損失。由于設(shè)備出現(xiàn)故障前都會有初期振動特征信號產(chǎn)生，因此采用振動測試技術(shù)對變速箱運轉(zhuǎn)時的各種特征信號進行采集、處理，并結(jié)合潤滑油的磨粒分析（如鐵譜、光譜、粘度）等多種監(jiān)測手段，便會大大提高故障的預(yù)報和診斷能力，減少故障的發(fā)生率。2023/12/1755圖12023/12/1756圖22023/12/1757

已知齒輪箱內(nèi)各齒輪的齒數(shù)分別為：Z1=27，Z2=105，Z3=39，Z4=19，Z5=65，Z6=23。測試工況的最高轉(zhuǎn)速為:n=1500r/min.由圖2可知，各軸的傳動比及軸的轉(zhuǎn)動頻率與各齒輪副的嚙合頻率計算為：主電機轉(zhuǎn)速為：Ⅰ軸n1=1500轉(zhuǎn)/分Ⅱ軸n2=n1/4.89=306.75轉(zhuǎn)/分Ⅲ軸n3=n1/21.61=69.41轉(zhuǎn)/分根據(jù)公式f=n/60可知,軸的回轉(zhuǎn)頻率為：f1=25HZ、f2=5.11HZ、f3=1.15HZ一級行星架與中心太陽輪的嚙合頻率為：

fr1=Z3×n2=536.79HZ2fr1=1073.58HZ3fr1=1610.37HZ二級行星架與中心太陽輪的嚙合頻率為：

fr2=Z5×n3=75.19HZ2fr2=150.38HZ3fr2=225.57HZZ1與Z3的嚙合頻率為：fr3=Z1×n1/60=675HZ2fr3=1350HZZ4與Z6的嚙合頻率為：fr4=Z4×n2/60=97.13HZ2fr4=194.26HZ2023/12/1758故障診斷實例TBM在西安南京線掘進施工時，巡視人員發(fā)現(xiàn)主變速箱發(fā)生異響，機身溫度超過60℃。由于施工環(huán)境惡劣，噪音較大，與其它變速箱相比變化并不明顯，無法確定故障的嚴重程度。TBM故障檢測人員對該設(shè)備進行了振動數(shù)據(jù)采集和頻譜分析以及潤滑油樣的抽取化驗。2023/12/1759圖3為變速箱測點2的振動信號功率圖譜，從圖中可以看出，670Hz（該頻率為Z1與Z3的時的嚙合頻率）處的振動幅值高達295（m/s2）。2023/12/1760圖4中出現(xiàn)一個1345Hz的頻率（該頻率為Z1與Z3的二倍頻率），其振幅高達490（m/s2），與以往的譜圖對比可知，嚙合頻率670Hz及其倍頻處的振幅不應(yīng)超過60（m/s2），而此時的振幅已遠遠超出標(biāo)準(zhǔn)值。2023/12/1761由齒輪油光譜分析表可知，油中鐵、鋁、硅含量偏高，特別是鐵的含量最大達90.3ppm,已遠遠超過正常標(biāo)準(zhǔn)（通常為30～40ppm）。2023/12/1762綜合以上分析，最后判斷主變速箱齒面有可能出現(xiàn)較大面積的擦傷、剝落或裂紋，應(yīng)及時進行停機處理。事后經(jīng)拆機檢修發(fā)現(xiàn)：Z1齒輪有一齒斷裂，Z3齒輪有大面積的擦傷。經(jīng)維修，重新試機進行測試見圖5。2023/12/1763圖5中的圖譜主要以低頻為主，振動幅值已在控制范圍之內(nèi)，而且670Hz及1345Hz處的振動幅值也大大降低。各項指標(biāo)已恢復(fù)正常。2023/12/17644.3電氣液壓故障的在線實時診斷TBM盾構(gòu)系統(tǒng)龐大，自動化程度高，控制環(huán)節(jié)和工序復(fù)雜且相互影響，相互并聯(lián)，因此故障的實時監(jiān)測和記錄對故障的診斷和處理尤其重要。TBM自身帶有故障、數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和記錄系統(tǒng)，充分開發(fā)和利用這一系統(tǒng)對電氣液壓故障的快速診斷和處理非常重要。2023/12/1765

4.4TBM狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

之TBM的故障樹邏輯診斷

在進行TBM狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷時，除采用油質(zhì)分析、振動測試外，故障樹邏輯診斷也是一種行之有效的方法。它是將TBM各系統(tǒng)中最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為分析的目標(biāo)，找出引起這一故障發(fā)生的全部因素，再找出引起下一級事件發(fā)生的全部直接因素，直至追查到最原始的故障機理、而不必再深究的因素為止。從而形成了TBM的故障樹邏輯診斷方法。2023/12/17664.4.1TBM故障樹邏輯診斷的主要內(nèi)容TBM故障樹邏輯診斷可以涵蓋以下主要內(nèi)容：刀具故障、刀盤驅(qū)動系統(tǒng)故障、主軸承、主電機故障、主變速箱故障、離合器故障、傳動軸故障、液壓輔助驅(qū)動回路故障、刀盤推進系統(tǒng)故障等21個子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)又包含了多種不同的故障樹。2023/12/17674.4.2TBM故障樹的編寫

一、編寫內(nèi)容故障現(xiàn)象分類及原因分析（列表）故障樹分析及處理措施二、編寫范圍（一）刀具故障現(xiàn)象（1）漏油（2）弦磨（3）刀圈剝落（4）擋圈斷裂（5）螺栓松脫、斷裂、掉刀等2023/12/1768（二）刀盤驅(qū)動系統(tǒng)故障1、刀盤、護盾（1）刀盤噴水系統(tǒng)故障刀盤噴水無壓力或壓力過低刀盤噴水壓力過高2、主軸承（1）主軸承脂潤滑報警主軸承脂潤滑脈沖報警主軸承脂潤滑壓力低報警主軸承脂潤滑壓力高報警（2）主軸承油潤滑報警主軸承油潤滑堵塞報警主軸承油潤滑壓力低報警主軸承油潤滑油溫過高報警主軸承油潤滑流量低報警（3）主軸承水冷卻系統(tǒng)故障停機2023/12/17693、主電機故障主電機不能啟動主電機電流偏大主電機溫度過高主電機振動過大

4、主變速箱故障主變速箱油位升高主變速箱油內(nèi)含有水分主變速箱異響主變速箱振動過大主變速箱溫度過高

2023/12/1770（三）刀盤推進系統(tǒng)故障1、推進壓力低于設(shè)定值2、撐靴壓力低于設(shè)定值3、夾緊缸報警4、換步后無法掘進5、掘進中停止推進（四）方向控制故障1、ZED故障2、外凱偏斜停機故障2023/12/1771油液污染度、水分、斑點、粘度分析可以直觀地判斷TBM各類油質(zhì)的劣化程度；鐵譜分析可以清楚地辨別油液磨粒的種類、大小、磨損性質(zhì)和油品的老化程度，尤其是對異常磨損的較大磨粒的分析判斷，；光譜分析雖然對較大磨粒不很敏感，但可以精確地測定油液中所含微量元素的含量和屬性，據(jù)此判斷油液中磨損物的來源是外界侵入、密封損壞還是機件的表面磨耗，這些方法對工況惡劣的隧道掘進機的油質(zhì)分析十分有效；4.5小結(jié)2023/12/1772由于采用頻譜分析的方法，振動監(jiān)測可以比較準(zhǔn)確地判斷TBM各種旋轉(zhuǎn)機械的故障部位和故障特征；故障樹邏輯方法則是結(jié)合油質(zhì)分析、振動分析以及噪聲、溫度和性能狀態(tài)參數(shù)測試等多種方法，能夠清晰地揭示TBM某一系統(tǒng)內(nèi)的故障規(guī)律和邏輯關(guān)系，比較適合TBM液壓等多個系統(tǒng)的故障診斷。4.5小結(jié)2023/12/17735.經(jīng)驗介紹

股份公司大型設(shè)備運行監(jiān)測建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)報及診斷的兩級機構(gòu)設(shè)物部－－成立大型設(shè)備運行監(jiān)測中心盾構(gòu)及TBM施工專業(yè)公司－－成立檢測站和配備專/兼職的檢測人員建立大型設(shè)備機況評估制度建立設(shè)備檢測報表及檔案制度2023/12/17745.1設(shè)物部大型設(shè)備運行監(jiān)測中心職責(zé)負責(zé)制訂股份公司檢測管理的各項制度，指導(dǎo)和監(jiān)督各專業(yè)公司檢測工作的開展。2023/12/1775定期對各大型設(shè)備的油水及有關(guān)的項目等進行現(xiàn)場實時檢測，并和各專業(yè)公司設(shè)物部所設(shè)的油水檢測人員進行日常檢測結(jié)果的溝通，及時收集掌握各大型設(shè)備的運行狀況和運轉(zhuǎn)參數(shù)，實時把握及評估各大型設(shè)備的機況。根據(jù)需要對專業(yè)各公司的關(guān)鍵機械設(shè)備進行油品的精密分析(包括對油品進行鐵譜實驗等)、進行振動測試分析以及對液壓系統(tǒng)進行功能測試等。對關(guān)鍵機械設(shè)備故障診斷分析及處理方面提供技術(shù)支持及服務(wù),幫助解決施工現(xiàn)場設(shè)備診斷的重、難點技術(shù)問題。2023/12/1776

根據(jù)檢測結(jié)果對大型設(shè)備各系統(tǒng)的隱性故障做出準(zhǔn)確的超前預(yù)測，對設(shè)備的日常維護工作提供具有針對性的意見。

對專業(yè)公司各種檢測報表、診斷數(shù)據(jù)資料進行管理；并進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)專業(yè)公司間的數(shù)據(jù)及信息共享。

對大型設(shè)備的制造及組裝質(zhì)量進行檢驗把關(guān)。

按要求對各大型設(shè)備進行機況評估，使大型設(shè)備維護工作具有針對性。

對各專業(yè)公司常規(guī)設(shè)備的油水檢測及故障診斷提供技術(shù)支持及服務(wù)。2023/12/17775.2盾構(gòu)及TBM施工專業(yè)公司職責(zé)

配備必要的檢測設(shè)備和儀器，推存的配置見《檢測儀器配置表》。

成立檢測站和配備專職的檢測人員。

根據(jù)本制度并結(jié)合本公司的設(shè)備情況及施工實際情況制訂嚴格的檢測管理制度，根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)說明等制訂故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測各項標(biāo)準(zhǔn)，并不斷修正。

定期組織專業(yè)公司機電技術(shù)人員對設(shè)備進行監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，找出設(shè)備故障發(fā)展趨勢和磨損規(guī)律；根據(jù)監(jiān)測分析結(jié)果，組織實施設(shè)備的油品更換或維修保養(yǎng)計劃，制訂油料等材料和配件的采購計劃。

建立關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測檔案，及時填報各類設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測報表，及通過網(wǎng)絡(luò)給大型設(shè)備運行監(jiān)測中心傳輸各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵油樣定期送股份公司大型設(shè)備監(jiān)測中心檢測。2023/12/17785.3大型設(shè)備故障診斷及處理制度

檢測人員依據(jù)各項檢測數(shù)據(jù)以及機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、性能及操作、維修保養(yǎng)的特殊要求，判斷出故障隱患，并和維修工程師、維保工人一道，以不拆卸或局部解體的方法，借助于儀器測定，找出故障原因及準(zhǔn)確部位。將故障原因、診斷依據(jù)和處理建議等填入《設(shè)備故障診斷處理報告》。將結(jié)果通知負責(zé)工程師，以書面形式送給分公司機械總工和公司領(lǐng)導(dǎo)審批。診斷出的故障，一般應(yīng)結(jié)合各類保養(yǎng)進行修理。修理后的故障真正原因和處理措施等由執(zhí)行人員反饋到檢測室，并記填入《設(shè)備故障診斷處理報告》。2023/12/17795.4大型設(shè)備機況評估制度

各大型設(shè)備機械狀況應(yīng)在以下情況或定期進行評估：1、大型設(shè)備始發(fā)掘進之前2、大型設(shè)備拆機之前3、大型設(shè)備可能潛在故障4、大型設(shè)備出現(xiàn)重大故障2023/12/17805.5大型設(shè)備機況評估制度

1、由股份公司設(shè)物部牽頭，成立臨時評估小組；2、機狀評估涵蓋機、電、液等綜合內(nèi)容；3、機狀評估后出具正式的盾構(gòu)機評估報告，指導(dǎo)和幫助盾構(gòu)機的維修、保養(yǎng)，并作為機械管理