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盾構(gòu)油液安全在線遠(yuǎn)程診斷維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

來源:本站 作者:admin 時(shí)間:2022-03-04 06:52:44 點(diǎn)擊:1002


盾構(gòu)(TBM)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)
 
盾構(gòu)機(jī)作為城市軌道交通、水利工程、公路鐵路等領(lǐng)域隧道施工的關(guān)鍵設(shè)備,在我國城市建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。已在上海、廣州、北京、南京、成都、南寧、西安等全國45個(gè)城市進(jìn)行地鐵施工,共有401條線路,5933座地鐵站。未來必將迎來地下工程建設(shè)的高潮,將會(huì)在更多的城市規(guī)劃建設(shè)地鐵,地鐵建設(shè)數(shù)量會(huì)逐年穩(wěn)步增長(zhǎng),盾構(gòu)機(jī)作為隧道掘進(jìn)設(shè)備也將會(huì)隨著地下空間的大開發(fā)而大面積推廣使用。
 
盾構(gòu)機(jī)是集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)與一體的超大型、復(fù)雜設(shè)備,具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌和測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能,涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制以及測(cè)量等多門學(xué)科技術(shù)。目前國內(nèi)盾構(gòu)機(jī)保有量近1600臺(tái),單臺(tái)價(jià)值從幾千萬到幾個(gè)億,總價(jià)值在600億,其中90%的盾構(gòu)機(jī)都參與到城市地鐵的建設(shè)當(dāng)中,其余10%用于建設(shè)高鐵、高速公路的穿山隧道建設(shè)中。每年用于設(shè)備維護(hù)、大修、保養(yǎng)及工程消耗上的費(fèi)用估算在100億。
 
 
鑒于盾構(gòu)機(jī)的高成本、體積大、高復(fù)雜,且施工工藝復(fù)雜、作業(yè)空間狹小,只能前進(jìn)不能后退等特點(diǎn),盾構(gòu)制造企業(yè)、施工企業(yè)及地鐵業(yè)主單位對(duì)盾構(gòu)設(shè)備健康及安全生產(chǎn)都比較重視。首先,對(duì)盾構(gòu)/TBM設(shè)備的故障診斷與健康管理要求較高,盾構(gòu)機(jī)一旦在日常挖掘中遇到液壓和電氣控制方面的故障,會(huì)給設(shè)備的維修帶來巨大困難,將給施工單位及業(yè)主單位帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚者造成人員的重大傷亡。因此,無論是盾構(gòu)機(jī)制造廠家,還是盾構(gòu)機(jī)的使用單位都對(duì)盾構(gòu)機(jī)的可靠性特別關(guān)注,對(duì)故障診斷維護(hù)及健康管理尤為看重,尤其是對(duì)盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)起到致命性影響的主軸承及減速機(jī)等關(guān)鍵部件的故障診斷及健康管理。
 
針對(duì)盾構(gòu)/TBM故障難診斷、難預(yù)測(cè)的難點(diǎn),利用聲發(fā)射、電流、弱信號(hào)處理和變速變載技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展,采用基于聲發(fā)射的主軸承監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于電機(jī)電流的盾構(gòu)減速機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備移動(dòng)維保支持技術(shù)等新的技術(shù)手段??蓪?shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)鏈及軸承等關(guān)鍵部件的監(jiān)測(cè),識(shí)別故障的性質(zhì)、程度、類別、部位、原因等,并能說明故障發(fā)展的趨勢(shì)及影響,做出預(yù)報(bào)使故障難以預(yù)測(cè)。利用大數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)勢(shì),可以將多種盾構(gòu)信息集成表現(xiàn)為特征圖形,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的關(guān)聯(lián)特征提取,并可進(jìn)一步進(jìn)行特定數(shù)據(jù)的深入分析,實(shí)現(xiàn)從整體上到局部的交互分析,提升設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)的敏感性和故障診斷的關(guān)聯(lián)性,實(shí)現(xiàn)基于海量數(shù)據(jù)的可視化診斷,為盾構(gòu)/TBM的遠(yuǎn)程診斷維護(hù)提供了新的技術(shù)思路。
 
1基于聲發(fā)射的盾構(gòu)主軸承檢測(cè)技術(shù)
 
盾構(gòu)主軸承工作在典型的低速重載狀態(tài)下,傳統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)難以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)。而盾構(gòu)軸承在運(yùn)行中表面間摩擦、材料受壓作用后內(nèi)部晶格的錯(cuò)動(dòng)或裂隙的閉合、擴(kuò)展以及貫通,伴隨部分能量以彈性波的形式釋放出來,這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。而聲發(fā)射信號(hào)頻率范圍廣、不受機(jī)械振動(dòng)和環(huán)境噪聲干擾、信噪比高、能反映早期微小故障,尤其適用于盾構(gòu)主軸承的低速重載監(jiān)測(cè)診斷。
 
盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)軸承是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)中的核心部件之一,由內(nèi)圈(止推圈)、外圏、軸內(nèi)圈(定位圈)和三排圓柱滾子組成,屬特種軸承。針對(duì)盾構(gòu)主軸承結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,尺寸較大,滾動(dòng)體數(shù)目多等相關(guān)問題,主要研究信號(hào)采集和信號(hào)處理兩方面的技術(shù)。其核心技術(shù)為:
 
盾構(gòu)主軸承監(jiān)測(cè)的聲發(fā)射測(cè)點(diǎn)位置選擇與優(yōu)化技術(shù)
聲發(fā)射模擬信號(hào)的低頻包絡(luò)動(dòng)態(tài)獲取獲取技術(shù)
基于先進(jìn)信號(hào)處理的盾構(gòu)主軸承變速變載故障特征提取技術(shù)
基于盾構(gòu)典型故障實(shí)驗(yàn)的典型故障數(shù)據(jù)庫構(gòu)建
 
 
2基于電機(jī)電流的盾構(gòu)減速機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)
 
盾構(gòu)的刀盤傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)提供動(dòng)力源,電機(jī)輸出軸依次經(jīng)過減速器和齒輪的減速,驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。在此傳動(dòng)系統(tǒng)中,減速機(jī)是直接影響盾構(gòu)的掘進(jìn)狀態(tài)的關(guān)鍵部件。由于盾構(gòu)減速機(jī)通常都是定制,出現(xiàn)故障后難以在短期內(nèi)維修和更換,會(huì)極大的影響施工進(jìn)度。因此對(duì)于盾構(gòu)減速機(jī)的監(jiān)測(cè)是勢(shì)在必行的。
 
電機(jī)電流分析法(MCSA)是一種基于驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子電流信號(hào)的傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的方法,目前在諸如機(jī)床等重大裝備故障診斷中已有實(shí)際應(yīng)用。使用電機(jī)電流分析法對(duì)盾構(gòu)減速機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷,相比于其他監(jiān)測(cè)診斷方法,具有如下優(yōu)勢(shì):電流傳感器便于安裝,電流信號(hào)的采集過程安全,獲取的電流信號(hào)特征明顯且很少受到傳遞路徑的影響?;陔姍C(jī)電流信號(hào)的盾構(gòu)減速機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖如下圖所示。其核心技術(shù)包括:
 
盾構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型建立及減速機(jī)特征頻率計(jì)算
基于小波解調(diào)和頻譜細(xì)化的電流信號(hào)邊頻帶特征提取技術(shù)
基于SVD分解重構(gòu)的微弱調(diào)制頻率提取技術(shù)
非平穩(wěn)電流信號(hào)特征提取與識(shí)別技術(shù)
 
 
3基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備移動(dòng)維保支持技術(shù)
 
基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備移動(dòng)維保支持技術(shù)利用物聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù),以人為主導(dǎo),對(duì)維保管理過程的各種信息、資源和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、傳輸、推送、交互和預(yù)測(cè),將傳統(tǒng)維保管理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)化形態(tài),基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng),實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的共享,幫助用戶簡(jiǎn)化和優(yōu)化維保執(zhí)行過程。
 
利用物聯(lián)網(wǎng)近場(chǎng)通訊技術(shù),通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)采集設(shè)備維保信息,利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)設(shè)備的趨勢(shì)性風(fēng)險(xiǎn)做出預(yù)測(cè),提醒維保人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)防性保養(yǎng),降低設(shè)備出現(xiàn)問題的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能及時(shí)監(jiān)督維?,F(xiàn)場(chǎng),設(shè)備維修是否按部就班,安全規(guī)程是否一一落實(shí),提升設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量?;谖锫?lián)網(wǎng)的設(shè)備移動(dòng)維保支持技術(shù)示意圖如下圖所示。其核心技術(shù)包括:
 
盾構(gòu)關(guān)鍵部件維護(hù)保養(yǎng)流程、方法、技術(shù)等研究
基于NFC的物聯(lián)網(wǎng)近場(chǎng)通訊技術(shù)
基于Webservice的移動(dòng)端App與PC服務(wù)端數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)技術(shù)
設(shè)備全生命周期健康分析與故障預(yù)測(cè)技術(shù)
 
 
基于聲發(fā)射的盾構(gòu)機(jī)主軸承故障預(yù)示及潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù):采用聲發(fā)射技術(shù)實(shí)現(xiàn)低速重載的盾構(gòu)主軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè),不僅可辨識(shí)軸承故障,并可實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑狀態(tài)在線監(jiān)測(cè),為潤(rùn)滑油量控制提供支持。
 
基于電機(jī)電流的盾構(gòu)減速箱故障辨識(shí)與分離技術(shù):盾構(gòu)減速箱為行星齒輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu),故障檢測(cè)難度大。采用電機(jī)電流分析方法,實(shí)現(xiàn)減速箱的高信噪比、高集成度監(jiān)測(cè),減少傳感器安裝難度,提升了在線故障辨識(shí)能力。
 
基于物聯(lián)網(wǎng)的盾構(gòu)移動(dòng)維??焖傩畔⒅С旨夹g(shù):針對(duì)盾構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜、維保缺乏信息支持的問題,采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),提供快速的維護(hù)信息支持,提供維修支持能力,也可降低維保操作的技術(shù)難度。


中鐵集團(tuán)盾構(gòu)機(jī)油品品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝服務(wù)案例
 
大型工程機(jī)械可謂是國之重器,是基礎(chǔ)建設(shè)的中堅(jiān)力量,往往他們面對(duì)的是復(fù)雜的巖石、松散的土層、潮濕的地下等等、設(shè)備需要經(jīng)受各種復(fù)雜的工況考驗(yàn)。智火柴科技憑借一套基礎(chǔ)性傳感器和精密的算法管理系統(tǒng),幫助盾構(gòu)系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工作中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的潤(rùn)滑和磨損狀態(tài),提高設(shè)備的可靠性,長(zhǎng)久可靠的為設(shè)備保駕護(hù)航。
 
中鐵集團(tuán)盾構(gòu)機(jī)油品品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝服務(wù)案例
 
盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)分為液壓和齒輪系統(tǒng),盾構(gòu)系統(tǒng)的工作環(huán)境十分惡劣,大量地下水,粉塵的侵襲,而液壓系統(tǒng)作為盾構(gòu)零部件的運(yùn)動(dòng),系統(tǒng)支撐起到關(guān)鍵性的作用,齒輪高負(fù)荷工作帶來刀盤傳動(dòng)系統(tǒng)的異常磨損,而油液內(nèi)則含有設(shè)備豐富的信息,實(shí)時(shí)反應(yīng)設(shè)備的健康狀態(tài)。
 
通過實(shí)時(shí)油液監(jiān)測(cè),可以為設(shè)備的健康狀態(tài)做24小時(shí)的“體檢”
液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指標(biāo):污染度、微水含量、動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、40度粘度、介電常數(shù)、溫度
系統(tǒng)安裝位置:液壓油箱過濾器循環(huán)單位元
取油位置;油箱過濾器前
回油位置:過濾器后
 
中鐵集團(tuán)盾構(gòu)機(jī)油品品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝服務(wù)案例
 
 
液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指標(biāo):金屬磨損顆粒、含水率、動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、40度粘度、介電常數(shù)、溫度
中鐵集團(tuán)盾構(gòu)機(jī)油品品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝服務(wù)案例
系統(tǒng)安裝位置:盾構(gòu)機(jī)刀盤支撐梁
取油位置:盾構(gòu)機(jī)刀盤油路循環(huán)管路
回油位置:盾構(gòu)機(jī)刀盤油路循環(huán)管路

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