盾构机液压系统中液压油的使用与维护

摘要：通过合理的使用与维护液压油品，减少液压油污染对液压系统中的影响，来提高设备完好率及使用时间，保证系统可靠、经济地运行。

关键词：盾构机；液压油；使用；维护

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、概述

进入21世纪，世界经济的迅猛发展加速了城市化的建设。随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加，地面可利用空间越来越少。采用盾构法来有效利用和开发地下空间成为最佳的选择。随着我国大规模地铁建设逐步开展, 城市地下工程盾构施工技术的研究开发已成为一个重要的课题。

盾构机作为集机、电、液于一体的综合性大型的工程机械，其主要动力系统由液压部分组成。据统计，盾构机液压系统故障中70％以上的故障是由于油液污染而造成，其中75％以上是固体颗粒的污染，液压油污染严重时，会导致液压元件磨损加剧出现故障，使液压系统工作性能变坏。因此液压油的使用与维护采取必要的措施，减少液压油污染对液压系统的影响，提高设备完好率，显得异常重要。

二、盾构机液压系统、液压油工作原理及作用

1、液压系统

液压系统是以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。

就中交隧道局现有两台海瑞克土压平衡盾构机为例，液压系统可分成液压回路：它们是刀盘驱动的液压回路、推力及铰接油缸的液压回路、管片拼装机的液压回路、管片运输及辅助装置的液压回路、螺旋输送机的液压回路、注浆泵的液压回路、液压油冷却及过滤液压回路及超挖刀的液压回路。

上述液压回路的前六大液压回路都是由设在第二号台车上的主液压油箱来提供液压油，并且在主油箱中的吸油管口处都装有吸油滤网。这六大液压回路的泄漏油先要汇集到一根内径为100mm粗的主泄漏油管中，再从主油箱的顶部流回油箱的回油室，这六大液压回路中的开式液压回路的回油要先汇集在一根内径为100mm粗的主回油管中，再经过两个安装在主油箱顶部的主回油管路滤清器，过滤后的回油流回主油箱的回油室。

2．液压油

液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质，在液压系统中起着能量传递、系统、防腐、防锈、冷却等作用。对于液压油来说，首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对液体粘度的要求，由于油的粘度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关，还要求油的粘温性能和剪切安定性应满足不同用途所提出的各种需求。

液压油必须能用持久性剂薄膜覆盖所有运动部件。该剂薄膜可能因高压、供油不足、低粘度，过慢或过快的滑动而受到破坏，从而导致摩擦损耗。除了摩擦损耗以外，损耗效应还划分为磨蚀、疲劳损耗和腐蚀性损耗。

由于没有一种液压油适用于所有情况，所以在选择和使用液压油时，必须考其特殊需要。只有这样，才能保证系统可靠、经济地运行。

三、液压油的使用与维护

1.液压油的使用

1.1液压油的选用

液压油的正确选用，是保证液压设备正常运转和高效率的前提，对确保液压元件和液压系统能适应各种环境条件和工作状况，延长元件和系统的使用寿命，提高液压设备的可靠性，少出故障，节省能源等方面有着举足轻重的直接影响，不可等闲视之。

液压油的选择与使用需遵循以下几个方面：

（1）合适的黏度和良好的粘温性能，以保证液压元件在工作压力和工作温度发生变化的条件下得到良好、冷却和密封。

（2）良好的极压抗磨性，以保证油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的，减少磨损。

（3）优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性，以抵抗空气、水分和高温、高压等因素的影响或作用，使其不易老化变质，延长使用寿命。

（4）良好的抗泡性和空气释放值，以保证在运转中受到机械剧烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失，并能将混入油中的空气在较短时间内释放出来，以实现准确、灵敏、平稳地传递静压。

（5）良好的抗乳化性，能与混入油中的水分迅速分离，以免形成乳化液，引起液压系统的金属材质锈蚀和降低使用性能。

（6）良好的防锈性，以防止金属表面锈蚀。

（7）良好的洁净度。为了提高各组件的工作寿命，ISO4406和NAS标准都规定了液压油油的洁净程度。基于系统压力和系统组件的敏感性，可以得到油品洁净度的一个值。如表1、表2、表3。

（8）黏度。它不表示该流体的质量，但是可以表明流体在某一特定温度下的行为特征。在选择液压组件时，必须考虑到制造商给出的最大和最小粘度值。

表1ISO4406-1987

表2 NAS1638-1984

表3对照表

1.2液压油的污染

1.2.1 盾构机液压油污染有以下几点造成的：

（1）颗粒污染液压油的污染主要为颗粒污染。除了颗粒大小外，颗粒的含量也是系统损耗的原因之一。油液在循环过程中的颗粒含量越多，系统的损耗程度越大。对于系统的清洁度，现行的划分方法有几种，目前受到全球认可的是ISO4406与NAS 1638油液清洁度等级对应关系。在100毫升流体中，分别确定大于5μm、15μm的微粒数目。

（2）水污染

液压油的污染其次为水污染即液压油中水的含量。一方面是水的存在增加了系统中的腐蚀性损耗；另一方面，水对油的老化性质具有不利的影响。因此，检测油中的水含量是很有必要的。规定水在油中的含量不得超过0.05%。

（3）氧化变质

液压油氧化变质：盾构机在工作时，液压系统由于各种压力损失产生大量的热量，使系统液压油温度上升，系统温度过高时液压油容易氧化，氧化后会生成有机酸，有机酸会腐蚀金属元件，还会生成不溶于油的胶状沉淀物，使液压油的粘度增大，抗磨性能变差。

1.2.2 盾构液压系统污染的主要环节

盾构机在施工过程中涉及到过站、转场、大修、拆解、组装、调试等。作业频繁，加之使用环境恶劣、高温、大载荷等特点，液压系统油液颗粒污染问题十分突出，造成液压系统颗粒污染的主要环节可以分为如下几个方面：

（1）盾构机液压元器件制作、安装过程中清洁不彻底或防护措施不当，致使污染物潜伏在系统内部而造成的污染；

（2）掘进施工时盾构机液压系统运转中运动副表面磨损并不断加剧造成的生成性污染、液压系统呼吸过程中产生的吸入性污染和更换液压元器件和滤芯造成的装配性污染；

（3）盾构机拆解与组装不恰当施工造成的污染。

（4）盾构机大修保养时造成的污染。

1.2.3 盾构液压油受到污染的危害性

当液压油受到污染，或未经过正确过滤而含有坚硬颗粒（金属碎屑、沙粒等）时，相对滑动的部件会发生磨蚀损耗。残留杂质在高流体流速下也会导致磨蚀。组件的气蚀可能改变物质的结构，从而引起疲劳损耗。泵轴会因液压流体受到水污染而加快损耗。长期不用和使用不当的液压油，会导致腐蚀性损耗。因潮湿而在滑动面产生的锈渍会使设备加速耗损。其危害性主要表现在如下几个方面：

（1）盾构机液压泵等元件磨损加剧、烧伤甚至破坏，比例阀、换向阀等的动作失灵或者引起噪声；

（2）污染物会堵塞系统液压元件的节流孔或节流缝隙，改变系统的工作性能，引起定位不准、动作失调甚至完全失灵；

（3）颗粒污染会造成推进油缸等活塞杆与密封件的损坏，缸体内表面的拉伤，造成推力不足、速度下降以及产生异常声响与振动；

（4）引起滤芯堵塞，供油、回油不畅等，甚至造成滤芯击穿，完全丧失过滤作用。

（5）泵和马达机械性损伤如点蚀等。

2．液压油维护

2.1盾构液压油工作中的维护

为保证盾构机的正常掘进，就必须保证液压系统正常可靠的工作，要保证液压系统正常可靠的工作，必须对液压系统中的液压油进行维护工作，其工作主要包括：

（1）定时检查盾构机设备的油温，液压油工作温度过高对液压系统的工作元件不利，同时会使液压油加速氧化。一般盾构液压油的工作温度最好控制在60℃以下。控制液压油的工作温度主要是对液压系统的冷却器性能的控制，整个液压系统液压油油量的合理控制，液压系统元器件负荷及转速的控制。

（2）油箱要合理密封并装设高效能的空气滤清器以防止尘土、水分的进入；注入新油必须经过有效的过滤，系统的回油也应进行有效的过滤；管路接头等连接处密封严密，防止尘土、水分和空气进入液压系统；活动件（如液压缸活塞杆端）必须装有防尘密封装置。

（3）定时对滤油器进行检查和净化。液压系统油液的污染度随着外界污染颗粒侵入率和系统内各种磨损颗粒数的增加而增大，随着过滤比的增大而减小，因此合理选择过滤比可有效地降低系统的污染度。固体颗粒是工程机械液压系统污染的主要来源，通过合理选择滤油器的过滤比是控制系统污染的主要措施。

2.2 换油与补油

2.2.1 换油周期的确定

液压油在高温、高压下使用，随着时间的延长会逐渐老化变质，会出现下述状况：

（1）油的状态变化。这是指油的颜色、气味和外观变化等油品的老化现象。表现出发臭、颜色慢慢变深、变黑、浑浊或有沉淀等。

（2）闪点降低，但注意混有不同种类的油品也有此现象。

（3）酸值显著变化。

（4）机械杂质增加。

（5）抗乳化性和抗气泡性变差。

（6）稳定性变坏。

变质的液压油不能满足液压系统的要求，需要更换。目前确定换油时间有三种方法：根据经验换油、固定周期换油和综合分析换油。第一种方法凭现场经验，通过“看、闻、摸、摇”等简易方法如表4。规定当油液变黑、变脏、变浊到某一程度变换油。第二种方法是很据不同的设备和不同的油品，规定使用半年、一年或运转1000-2000h后换油。上述两种方法应用较广，但不太科学，不太经济。第三种方法是通过定期的取油样进行化验，测定必要的项目。以便连续监视油液变质情况，根据液压油的物理化学性能指标变化的实际情况确定何时换油，这种方法较科学。

表4现场鉴定液压油的变质项目

2.2.2 换油标准

液压油的更换标准，各个地方虽不尽相同，但控制项目大同小异。如表5

表5换油标准

2.2.3 换油的注意事项

（1）要保持液压系统的清洁，及时清除油箱内的油泥和金属屑。

（2）按换油参考指标进行换油，换油时应将设备各部件清洗干净，以免杂质等混入油中，影响使用效果。

（3）储存和使用时，容器和加油工具必须清洁，防止油品被污染。

（4）注意防水。

（5）按照规定更换滤芯。

（a）回流管滤芯更换方法：

步骤：

1.关闭设备并降低压力。

2.旋下过滤器帽 (3) 并把它提起。

3.通过提升，把过滤器外壳 (5)和滤芯(2) 移开 。

4.通过轻微地向前和向后运动，从过滤器外壳(5)中除去过滤器滤芯 (2) 。检查滤芯表面的可见杂质（可见颗粒可以是设备的部件将要失效的警告信号）。

5.对过滤器外壳 (5)进行清洁。

6.检查过滤器盖 (1)过滤器帽 (3)是否损坏。必须更换损坏的零件。

7.确信O型密封圈 (4) 和过滤器帽 (3) 没有损坏。轻微地加清洁的液压油。

8.把滤芯(2)插入外壳(5)中并安装。把过滤器帽(3)装回并旋紧。

9.给液压系统加压，并检查过滤器是否漏油。

（b）刀盘驱动压力滤芯和冷却过滤回路压力滤芯更换方法：

步骤:

1.关闭设备并降低压力。

2.旋转一周半，打开气门螺钉(5)。

3.打开排油螺栓(6)并把大约1.5 l 液压油排到合适的容器中 (收集的液压油不可以倒回油箱)。

4.用手逆时针连同贯头螺钉一起打开帽(1)并把它取下。

5.取出过滤器滤芯(3)并 检查滤芯表面的可见杂质（可见颗粒可以是设备的部件将要失效的警告信号）。

6.检查帽(1)和旁路阀是否损坏。损坏的零件必须更换。确保没有污物进入中心轴的钻孔。

7.稍微给滤芯的O型密封圈(4)加干净的液压油，并沿过滤器外壳(2)的中心轴直推过滤器滤芯 (3)。

8.稍微给帽 (1)的螺纹加清洁的液压油，并用手把它拧紧。

9.检查所有打开的螺丝是否已被再次旋紧。

10.给液压系统加压，并检查过滤器是否漏油。

（c）高压油滤芯更换方法：

步骤:

1.关闭设备并降低压力。

2.旋开过滤器外壳(2) 并把流出的液压油收集到一个容器中(收集的液压油不可以倒回油箱).

3.取出过滤器滤芯(3)并 检查滤芯表面的可见杂质（可见颗粒可以是设备的部件将要失效的警告信号）。

4.检查帽(1)和旁路阀是否损坏。损坏的零件必须更换。

5.检查过滤器帽(1)的O-型密封圈(5) 和支撑环(6)是否损坏。 如果需要，进行更换。

6.轻轻地给滤芯O-型密封圈(4) 加清洁的油，用开口边沿过滤器帽(1)的管嘴推过滤器的滤芯 (3)。

7.类似地，轻轻地给过滤器外壳(2) 加清洁的油，并旋入过滤器帽(1)直到被堵塞为止。

8.给液压系统加压，并检查过滤器是否漏油。

（6）如果流体中的添加剂易于失效或蒸发，则需要经常对其进行化学和/或物理测试。检查液压流体的状况有一些简单的测试方法。在不确定的情况下，流体或过滤器的供应者要对样品进行分析，决定该流体是否适合进一步使用。为保证系统安全运作，每3个月进行一次油样检验。

四、结论

通过对盾构机液压油使用与维护的控制，可以有效的减少盾构机故障发生频率，提高盾构稳定性和安全、可靠行，从经济上达到有效的控制，更高效的完成盾构掘进施工。因此，应该合理的选择使用与维护液压油品，有效提高盾构设备的完好，已成为的不容忽视的重要环节。

中交隧道工程局有限公司盾构工程公司作为隧道局专业的盾构施工单位，有责任和义务做好盾构施工的领航者。

目录

盾构机液压系统中液压油的使用与维护 1

一、概述 1

二、盾构机液压系统、液压油工作原理及作用 1

1、液压系统 1

2．液压油 2

三、液压油的使用与维护 2

1.液压油的使用 2

1.1液压油的选用 2

1.2液压油的污染 4

1.2.1 盾构机液压油污染有以下几点造成的： 4

1.2.2 盾构液压系统污染的主要环节 5

1.2.3 盾构液压油受到污染的危害性 5

2．液压油维护 6

2.1盾构液压油工作中的维护 6

2.2 换油与补油 7

2.2.1 换油周期的确定 7

2.2.2 换油标准 8

2.2.3 换油的注意事项 9

四、结论 11