盾构管片拼装机故障快速诊断与预防技术.docx
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盾构管片拼装机故障快速诊断与预防技术
盾构管片拼装机故障快速诊断与预防技术
中铁隧道股份有限公司向斌
摘要:
在隧道施工中,管片安装是盾构施工过程中的一个重要环节,管片拼装机是盾构机的一个重要组成部分,维修保养的好坏直接关系着安装机的使用效率。
其使用效率直接决定施工进度,本文以某泥水盾构的管片拼装机为例,结合PLC程序,阐述管片拼装机的故障快速诊断与预防。
关键词:
管片拼装机;PLC;真空泵;负压;
引言:
管片拼装机作为盾构机的一个重要组成部分,主要用来将预制好的钢筋混凝土管片拼装成隧道衬砌,用以支撑和保护开挖的隧道。
由于管片拼装机是一种高效率、高精度、高智能、大负载的拼装装置,所以我们在施工过程中必须保证其功能的完整性,以保证管片精确定位。
但在实际使用中经常出现管片拼装机启动不了、旋转不了、真空吸盘不能吸管片、控制线被拉断等故障,严重影响施工进度。
1管片拼装机概况
1.1管片拼装机的工作原理管片拼装机有机械抓举式和真空吸盘抓举式。
现以长沙湘江隧道泥水盾构的真空吸盘式管片拼装机为例,介绍其工作原理。
管片拼装机的动力来自于160KW电动机带动的液压泵,通过遥控器的操作,遥控器输出信号,接收装置接收到信号,经过PLC程序处理,控制各液压阀使安装机执行各种动作。
管片安装机的每一个动作的执行都要在满足PLC程序的设置条件下进行。
管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和真空吸盘组成。
拼装机大梁是用法兰连接在中盾的后支撑架和0#拖车之间,拼装机的支撑架通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中,吸盘与旋转支架之间用两个伸缩油缸。
(见图1)
图1:
管片安装机侧视、正视图
现以吸盘在正下方位置的情况为例,来说明拼装机的运行情况。
拼装机的两个行走液压油缸可以使整个安装机(包括支撑架、旋转架、吸盘)在拼装机大梁上沿隧道轴线方向移动;安装在支撑架上的旋转马达,通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和吸盘沿隧道圆周方向顺时针、逆时针旋转220度;通过伸缩油缸可以使吸盘上升或下降;吸盘在平衡油缸的调节下又可以实现在水平方向上的摆动,和在竖直方向上的摆动以及吸紧和放松管片的功能。
这样在安装管片时,就可以有六个方向的自由度,使管片准确安装到位。
1.2拼装机的主要参数:
型式:
带真空吸盘式抓取装置的整体式支承架
额定起重能力:
100KN(10吨)
电机功率:
160kW
旋转速度:
0~1.5转/分
旋转角度:
±220度
平移行程:
4000mm
大臂油缸行程:
1500mm
控制方式:
Y-△启动
1.3管片拼装机的布线
图2:
管片安装机布线
见管片拼装机布线图2,管片拼装机的主控制线是从CEE/CRO电控柜出
图2管片拼装机布线
见管片安装机布线图2,管片拼装机的主控制线是从CEE/CRO电控柜出来经过一条可伸屈履带穿三根18*1mm2的屏蔽电缆到L401接线柜,从L401接线柜经过两根直径20mm的保护油管穿两根30*0.5mm2屏蔽电缆到L402接线柜,从L402接线柜经过可伸屈履带穿有一根30*0.5mm2屏蔽电缆到下部吸盘。
1.4管片拼装机的九大运行条件
图3:
管片拼装机的九大运行条件梯形图
见图3plc程序梯形图,管片拼装机要正常运行需要满足九大永久安全条件,从上至下顺序是:
总急停没有被按、
TK0100油箱液位温度正常、
选择管片拼装模式、
电机主接触器吸合、
PLC收到遥控器的启动信号、
电机主接触器吸合5s后运行正常、
遥控器上的急停没有被按、
吸盘上真空电磁阀24VDC主电源正常、
0#拖车拖拉油缸没有动作。
以上九大基本永久安全条件是安装机动作的基本条件,当任意一条件满足后相应的位置会变黑,所有条件满足后输出安全条件Pscerector才会变黑,拼装机才能启动(如图3-1)。
维修人员可根据查看此梯形图就能快速查出拼装机不能启动的原因。
图3-1:
管片拼装机的九大运行条件满足梯形图
2管片安装机的故障诊断
2.1管片拼装机只能向一个方向旋转的故障拼装机旋转有三个相关的传感器,零位接近开关、角度接近开关和方向传感器。
零位是管片拼装机旋转的一个参考点,设置拼装机处于6:
00钟位置为零度位置见图5,(当erec_600变黑时表示拼装机已旋转到6:
00钟位置)拼装机的旋转是以此位置为基准。
角度传感器接近开关通过齿轮计数检测拼装机的旋转角度,并将信号传输给PLC。
程序根据拼装机自身的特征设置角度为-219.0°≤Erec_rot_angle≤219.0°。
见程序图4红圈处
图4:
管片拼装机旋转角度、速度梯形图
方向传感器是检测拼装机的旋转方向,也是以零点位置为参考点。
当PLC断电并且管片拼装机没有停放在零位时(6:
00钟的位置,停放到位时绿色指示灯闪烁),再次启动,管片拼装机只能朝一个方向旋转。
这是因为程序没有停电“记忆功能”。
拼装机没有停放到位,PLC没有接收到零位输入信号,就没有旋转参考点。
所以拼装机只能向一个方向旋转。
解决方法:
在拼装机零位输入点给PLC一个24V直流电压信号,一个零位输入信号,然后顺时针、逆时针旋转,在拼装机零位摆动两下即可。
交换两个顺时针、逆时针旋转的比例控制阀的插头,顺时针、逆时针旋转,在安装机零位摆动两下,让PLC接收到零位输入信号即可。
在程序中快速解决,见程序图5,直接使Erec_600=1变黑,即在对话框中强制FORCETO1(见图6),即可解决。
图5
图6
2.2管片拼装机真空电磁阀不动作的故障
在管片拼装机的真空箱上部有一个真空压力开关,当真空箱内的负压达到-0.79bar以下,真空箱压力正常,即梯形图中Vaccum_tank_ok变黑,真空电磁阀才允许动作——吸管片,即(Bp_grip)变黑。
见程序图7
图7
当遥控器发出吸管片的指令后,如果PLC没有接收到真空压力开关传给的24V直流电压信号,真空电磁阀就不会动作。
解决办法:
检查真空泵是否正常工作。
检查真空箱真空压力开关是否有24VDC的电源,检查信号线是否有反馈信号(24VDC)。
经常出现的问题是控制线断了。
通过程序快速解决,打开梯形图(如图7)观察哪一个条件没有变黑,就是相应的条件没有满足,然后检查条件不满足原因,就能准确快速解决故障,省去逐一排查故障而浪费时间。
2.3管片拼装机大臂油缸不能提升的故障
在吸盘底部,装有一个真空压力开关。
9吨左右的管片能否被安全的吸牢并被提起,起决于真空压力开关给PLC24V直流电压信号。
真空压力开关的量程是-1~0bar,它所起的作用是将整个吸气的过程反馈给PLC,负压达到-0.29bar以下时,绿色警报灯闪烁。
负压达到-0.79bar以下(即left_pad_85得电即变黑),绿色警报灯一直亮起。
此时管片才会被牢牢的吸住,PLC控制系统才允许收大臂油缸,将管片提起,见程序图8
图8:
拼装机吸盘电磁阀控制梯形图
解决办法:
检查真空压力开关是否有24VDC的电源;
检查真空压力开关的信号线是否有反馈信号(24VDC),经常出现的问题是控制线断了。
从程序快速判断,打开程序梯形图(如图8)检查梯形图右边输出条件有没有变黑,如果没有变黑即程序没有得到反馈信号,运行条件没有达到,再从左到右查看没有变黑的项,就能立即查出条件不满足的原因,并对相应的故障做出处理。
2.4管片拼装机大臂油缸不能同时伸缩的故障
在管片拼装机的左右两侧装有拉线式行程传感器,用来检测管片拼装机大臂油缸伸缩的长度。
见程序图9,以左边的油缸为基准,两个大臂油缸由于伸长量不同而产生的倾斜角度
Yoke_angle=ATAN[(L1-L2)/4250]。
L1:
左边大臂油缸的行程。
L2:
右边大臂油缸的行程。
4250是两大臂油缸的垂直距离。
根据程序,倾斜角度Yoke_angle在±1.5范围之内。
那么,两个大臂油缸的行程差L1-L2=4250×TAN(1.5)≈111mm
也就是说两个大臂油缸的行程偏差应控制在111mm之内,这样管片拼装机才能同时伸缩。
图9:
拼装机大臂油缸伸缩梯形图
解决办法:
检查是否有一侧行程传感器的拉线由于固定端损坏而全部收回,出现这种情况传感器一定损坏。
检查拉线式行程传感器的拉线是否粘上杂物而卡住,使拉线不能正常收放,如果有除去拉线上的杂物。
都没有问题那就检查拉线式行程传感器。
3管片拼装机的故障预防
3.1安装机遥控器存放位置的选择
盾构掘进时,隧道内的潮气重,需要用水冲洗的地方比较多,对电气元件来说环境较差,为了抢施工进度,管片拼装机遥控器用完后的存放位置往往被操作手忽略,致使遥控器受潮受热失灵,所以遥控器的存放需严格要求--存放在主控室里。
3.2防止管片拼装机控制电缆被拉断
在管片拼装机旋转时,穿过油管的电缆在油管的两端调节丝杆处容易被磨损,磨破之后卡在丝杆口,使30芯的控制电缆没有伸缩的空间,导致控制电缆从中间拉断。
鉴于这种问题的严重性,将调节丝杆的出口打磨成啤酒瓶瓶口状,这样30芯的控制电缆在调节丝杆的出口可以自由活动。
3.3管片拼装机吸盘上真空电磁阀的维护
在吸盘的上面装有两个真空电磁阀,用来控制吸管片和放管片,当电磁阀得到+24V直流电压时,吸管片;当电磁阀没有得到电压时,电磁阀处在中位;当电磁阀得到-24V直流电压时,放管片。
由于长时间被上面掉下来的沙浆裹住,容易使电磁阀卡住,致使电磁阀在遥控器的控制下不动作,故在真空电磁阀的上端我们应做些防护,如在阀体上用厚一点的塑料袋遮住,并定期更换。
3.4调试时真空泵接线的检查
如果说PLC是管片拼装机的大脑的话,真空泵可以说是管片拼装机的心脏。
真空泵在运行时风扇顺时针旋转,在停机的那一瞬间它又会逆时针旋转,通过风扇不容易判断它的方向是否正确。
可以这样判断:
真空表的压力随着真空泵的运行一直在降低,真空泵的温度正常,没有闻到异味,则说明接线正确,反之则接线错误,需改接真空泵电机接线相序即可。
以上是管片拼装机经常出现的问题,维修保养工把这些当作重点经常巡检,发现问题及时解决就能保证安装机正常运行,而不影响施工进度。
4管片拼装机的应急预案与配件的动态管理
4.1管片拼装机的应急预案
在管片拼装的过程中,如果出现意外致使真空泵不能运转,重新启动也不行,在20分钟内解决不了,管片可能会从吸盘上掉下来,下面的管片和油缸有可能被砸坏,甚至可能造成人员伤亡。
真空泵是从国外进口的,质量相当好,一般不易出现问题,出现这种情况一般是真空泵的电源线(在30芯的屏蔽电缆中)被拉断。
为了防止管片拼装机真空泵故障启动不了,而导致管片脱落,而砸到施工人员和底部的推进油缸。
根据安全施工的需要,制定真空泵使用应急预案:
预案1:
从电气方面考虑,事先从管片拼装机L402接线盒内的接线端子的出线端引出一根4*2.5mm2的电缆,做好插座,再从CDB1快速插线盒引出一根电源线做好插头,试好电机运行的方向后盘好固定。
出现真空泵启动不了时只需拆除L402接线盒真空泵的电源进线,将从CDB1快速插线盒引出一根电源线插头拉过来插在备用的插座上,使真空泵直接启动运行。
再去更换30芯的屏蔽电缆,就会解除管片掉落的危险。
预案2:
在没有电的情况下,从机械方面考虑。
用两根5T以上的吊带把管片与吸盘牢牢的困在一起。
4.2配件的动态管理
管片拼装机的大多数配件是从国外进口的,订购周期相当长。
作为一个维保工程师,应该对整个管片拼装机的配件库存了于之掌,如果库存被消耗应马上订购。
当然,对于那些订购周期长价格贵的配件,我门也可以在国内寻找替代品。
像拉线式位移变送器、真空开关等已经能在国内找到替代品。
5结束语
本人通过对管片拼装机经常出现的故障进行分析总结,并采取以上有力的预防措施,提高了管片拼装机的工作效率,保证了施工进度。
在隧道掘进的后半期没有因为以上故障而影响施工生产。
盾构施工是我国新颖、先进的施工技术,它的前景是美好、远大的。
管片拼装机在电气方面还会有许多新的更复杂的故障出现,这就要求我们维保电工要不断提高自己的理论知识和专业技能,掌握盾构机电气方面原理及工作过程,掌握机电液方面的相关知识,这样才能更好的为企业服务。
参考文献:
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2、六自由度盾构管片拼装机机构设计.钱晓刚、高峰、郭为忠.机械设
计与研究.2008
3、土压平衡式盾构机管片拼装系统故障排除.郭希芹.建筑机械.2006
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4、盾构隧道施工手册.张凡祥、李德明、杨国祥.人民交通出版社.2005
5、三菱盾构机的电气故障处理.郑杨锐.隧道建设
备注:
以上程序图都是从施耐德PLC程序中以图片的形式复制过来,再用CAD画出来的话,有些功能块就会失去原有的意义。
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- 盾构 管片 装机 故障 快速 诊断 预防 技术