Stratégies d'analyse et d'optimisation des défauts pour les pompes à piston axiale à déplacement variable Rexroth A4VSG dans les machines de forage de tunnels

Cet article analyse systématiquement les défauts communs des pompes de déplacement variable de piston axial Rexroth dans les applications TBM, couvrant les principes de travail, les symptômes de défaillance typiques, les méthodes de diagnostic et les mesures de maintenance préventive. L'étude se concentre sur cinq mécanismes de défaillance majeurs - débit insuffisant, pression anormale, surchauffe, vibration / bruit et fuite - et propose des solutions ciblées en tenant compte des conditions de fonctionnement uniques de TBM. En incorporant des ensembles de données de capacité de charge de films de pétrole et des concepts de gestion raffinés, cet article fournit des conseils pratiques pour améliorer la fiabilité et la durée de vie des pompes à piston A4VSG dans les machines à alésage en tunnel.

Rôle critique des pompes à piston axiales dansMachines d'orage du tunnel

Les machines à alésage du tunnel modernes, en tant qu'équipement de base pour la construction souterraine, comptent sur des systèmes hydrauliques pour alimenter les fonctions critiques telles que le lecteur de tête de coupe, les systèmes de poussée et l'érection du segment. Parmi les composants hydrauliques, la série A4VSG de Rexroth des pompes à déplacement variable de piston axial se distingue comme la source d'alimentation préférée en raison de leurcapacité à haute pression / à haut débit,Contrôle de déplacement précis, etfiabilité exceptionnelle. Avec une pression nominale de 350 bar (pic 400 bar) et des déplacements allant de 40 à 355 ml / révérend, ces pompes en boucle fermée sont idéalement adaptées pour lecontinu, stablePerformance Demandes de machines d'alésage à tunnel lourd.

Cependant, des environnements de tunneling sévère, des variations de charge dynamique etopération prolongéeposer des défis de durabilité importants. Les statistiques indiquent qu'environ 35% des défaillances du système hydraulique dans les machines d'alésage tunnel sont directement liées aux pompes à piston axiales, se manifestant commefluctuations de débit,anomalies de pression,surchauffe, etfuite. De telles échecs réduisent non seulement l'efficacité, mais peuvent également déclencher des effets en cascade, compromettant la sécurité globale du système.

Ce document examine lecaractéristiques structurellesdes pompes à piston axiales Rexroth A4VSG, analyse leurModes de défaillance typiquesdans les applications TBM et propose des stratégies préventives basées surAnalyse du comportement du film d'huileetmaintenance de précision. Combinant la théorie avec la pratique, il offre un cadre de diagnostic et de maintenance complet pour améliorer la qualité et la productivité des tunnels.

Structure et principe de travail des pompes de piston axiales Rexroth A4VSG

LeSérie Rexroth A4VSGreprésente la technologie hydraulique industrielle de pointe, avec une conception optimisée pour des applications à charge variable à haute charge comme TBM. En utilisant un mécanisme de déplacement de plateau swash, ses composants centraux comprennent l'assemblage de pistons à blocs de cylindre, la plaque de port, le mécanisme de réglage de la plaque cygne, l'arbre d'entraînement et le groupe de roulement. Lorsque le moteur tourne la tige de la pompe, l'interaction entre le plaque à cygne et les pantoufles entraîne des pistons en mouvement alternatif, permettant l'apport et la décharge de liquide. Réglage de l'angle de plateau swashvarie infinimentPompez le déplacement pour répondre aux diverses exigences d'écoulement / pression pendant différentes phases de tunneling.

Dans les systèmes hydrauliques de la machine de bouclier, les pompes A4VSG sont généralement alimentéescylindres de pousséeetMotors d'entraînement de la tête de coupe. Le système de poussée exige une stablebasse vitesse / torque élevéLes performances, tandis que les entraînements de tête de coupe nécessitent une adaptation à charge rapide. De telles conditions complexes imposent des exigences extrêmes aux trois paires de friction critiques de la pompe (alésage de cylindre de piston, plaque de lavage de pantoufle et plaque de port bloc de cylindre). La recherche montre que dans des conditions transitoires, l'épaisseur du film d'huile dans ces paires peut baisser brusquement de plus de 40%. La capacité de charge du film d'huile insuffisante entraîne un contact métal-métal, accélérer l'usure et les défaillances précipitées.

Table

D'un point de vue tribologique, legoulot d'étranglement de fiabilitéDes pompes A4VSG dans les machines d'alésage tunnel se trouvent dans la stabilité du film pétrolier. Les données du National Basic Science Data Center indiquent que dans des conditions de charge de pas, l'épaisseur du film d'huile dans les paires de friction de la pompe à piston axiale peut diminuer instantanément de> 40%, augmentant considérablement les risques de contact avec les métaux directs. En particulier lors de la tunneling à travers des strates hétérogènes, les fluctuations de la charge de tête violente se transmettent au mécanisme de la pompe swash de la pompe, déstabilisant le mouvement du piston de contrôle et provoquant des oscillations de débit / pression - un phénomène en particulier prononcé dans l'équipement de vieillissement.

Comprendre les principes de conception et de fonctionnement de la pompe A4VSG est fondamental pour le diagnostic précis des défauts. Les sections suivantes plongent dans cinq catégories de défaillance répandues dans les applications TBM, offrant des solutions exploitables.

Analyse de sortie de flux insuffisante / instable

Anomalies de fluxGire parmi les défaillances de pompe A4VSG les plus fréquentes dans les machines d'alésage du tunnel, se présentant généralement comme un mouvement d'actionneur lent ou faible (par exemple, les cylindres de poussée ou les moteurs de tête de coupe), ou même une défaillance complète. Sur la base des caractéristiques et des causes profondes, les problèmes de flux se divisent en "flux inadéquat" et "fluctuations de débit, "Chacun avec des origines et des remèdes distincts.

Déchisences de débit en raison d'une alimentation inadéquate

Apport de liquide hydraulique insuffisantest la principale cause de la réduction du débit de la pompe A4VSG dans le tunneling. Les espaces de tunnels confinés nécessitent souvent des réservoirs hydrauliques compacts, tandis que les niveaux élevés de poussière s'exacergent:

• Faibles niveaux d'huile exposant les ports d'entrée de la pompe
• Filtres d'entrée obstrués de l'accumulation de contaminants
• Fuites d'air dans les lignes d'entrée vieillissantes / vibrantes

Ces problèmes augmentent la résistance à l'aspiration, empêchant une formation adéquate du vide dans la chambre de la pompe et altérant la rétraction du piston. Un projet de métro a révélé que 42% des carences en débit ont été tracées à une mauvaise aspiration.

Solutions pour les problèmes d'admission:

• Maintenir des niveaux d'huile sûrs via des inspections deux fois par jour
• Sélectionnez des filtres d'entrée à haut débit et à haut contaminants; raccourcir les cycles de remplacement dans des environnements difficiles
• Détecter les fuites d'air via des tuyaux transparents ou des testeurs à ultrasons; Remplacez rapidement les joints dégradés
• Installez des refroidisseurs d'huile pour des opérations à haut tempête ou continues pour éviter une résistance à l'aspiration liée à la viscosité

Pertes de débit induites par les fuites internes

Les causes de fonctionnement prolongéusure de paire de friction, élargir les dégagements internes et les fuites - une autre source principale de perte de flux. L'opération prolongée à charge élevée accélère l'usure en trois paires critiques (piston-bore, plaque de lavage-slipper, plaque de port bloc). Le liquide contaminé introduit des particules abrasives qui marquent des surfaces, aggravant les chemins de fuite. De plus, les ressorts centraux fatigués réduisent la force de serrage de la plaque de bloc à port, la scellage dégradant.

Diagnostic de fuite interne:

• Surveiller la température du boîtier de la pompe; Les hausses anormales accompagnent souvent les fuites
• Comparez les différences de débit à non-chargement par rapport à la charge; Des lacunes significatives indiquent les fuites
• L'analyse de l'huile pour les particules d'usure en métal prédit l'état de la paire de friction

Pour les réparations des fuites, hiérarchisezplaque de port et rénovation de surface du bloc. L'usure légère peut être corrigée par broyage de précision (planéité ≤0,005 mm); Les cas graves nécessitent un remplacement complet de l'assemblage. Les données sur le terrain montrent les pièces OEM appropriées et les dégagements restaurent les pompes à> 92% de l'efficacité volumétrique d'origine.

Défauts de mécanisme de déplacement et instabilité de l'écoulement

Pendant le tunneling, les variations de charge de tête de coupe exigent des pompes A4VSG pourAjustez rapidement le déplacement. Cependant, les circuits de contrôle contaminés ou les composants usés provoquent une instabilité du débit, évidente dans les vitesses d'actionneur erratiques ou les fluctuations de la pression de pression.

Échecs de mécanisme de déplacement commun:

• Contrôler la notation du piston à partir de contaminants, entraver le mouvement
• Affaiblir la rigidité du ressort du régulateur, réduisant la force de contrôle
• STORO VALVE STICTION, EMÉSANT PRÉCISE
• Orifices de contrôle obstrué à partir de la contamination du fluide

Un projet de tunnel a réduit les oscillations de flux de ± 15% à ± 3% par:

• Nettoyage à ultrasons des circuits de contrôle
• Remplacement de tous les composants de soupape usés
• Maintenir la propreté des liquides à l'ISO 4406 18/16/13 ou mieux

* Tableau: Guide de référence rapide de défaut de débit A4VSG *

L'analyse systématique des anomalies d'écoulement A4VSG permet un dépannage rapide. Notamment, environ 70% des défauts de débit se rapportent àcontamination par fluide, soulignant la gestion stricte du pétrole comme base d'un fonctionnement fiable.

Anomalies de pression et surchauffe les diagnostics

Irrégularités de pressionetsurchauffesont des échecs A4VSG interdépendants dans les machines d'allongement du tunnel. En tant que paramètres hydrauliques fondamentaux, les signaux de pression anormaux détériorent la santé de la pompe, tandis que la surchauffe reflète plusieurs problèmes qui accélèrent la dégradation du joint et l'oxydation de l'huile - création de cycles vicieux. Un diagnostic précis assure un tunneling ininterrompu.

Causes profondes de la sortie de basse pression

Un couple de tête de coupe faible ou inadéquat indique souventsortie de basse pression. Contrairement aux carences en débit affectant la vitesse, la perte de pression empêche une génération de force / couple suffisante. Les fuites à l'échelle du système peuvent également contribuer, nécessitant des vérifications complètes.

Causes à basse pression spécifiques à la pompe:

• Plaque de port / décalage des blocs: Chambres à usure sévère ou à piqûres de piqûres à basse pression. Un cas a montré une augmentation des fuites de 30% par rapport au désalignement des blocs, la pression du système a baissé de 15 à 20%.
• Mécanisme de déplacement Misalignement: l'angle de plateau swash non nul au niveau neutre (à partir d'un réglage inapproprié ou d'usure de la trunnion) réduit la pression efficace.
• Panne de joint à haute pression: le boîtier induit par les vibrations ou les dommages au joint d'arbre provoque des fuites externes.

Actions correctives:

• Plaque d'origine de la grince de précision / Planéité ≤0,005 mm)
• Recalibrer le mécanisme de déplacement par spécifications OEM; Remplacer les trunnions usés
• Localiser les fuites externes via un colorant fluorescent; Installer des joints de fluorocarbone à haute pression
• Installez les débitmètres pour quantifier les fuites internes

Dangers et manipulation de la haute pression anormale

Inversement,pointes de pression inexpliquéesPlaguez également les pompes A4VSG. Alors que le tunneling à rotement dur augmente légitimement les charges, une haute pression soutenue sous des charges stables signale les défauts. Une pression excessive gaspille l'énergie et raccourcit la durée de vie des composants.

Déclencheurs primaires à haute pression:

• Dérive / collage de soupape de secours (60% des cas)
• Panne de soupape directionnelle (piégeage de pression dangereux)
• Blocages de ligne (en particulier les filtres de retour obstrués)
• Un entrepreneur a réduit les incidents de pic de pression de 75% via:
• Recalibrage régulier de la vanne de décharge
• Nettoyage du filtre de retour
• Installation de capteurs de pression pour les précoces

Analyse de surchauffe multifactorielle

Excursions de températuresont des indicateurs composites de défaillance A4VSG. Températures de logement> 35 ° C au-dessus de l'enquête du mandat ambiant. La surchauffe oxyde de l'huile, la dégradation de la lubrification et la création de boucles de rétroaction. Les sources de chaleur se divisent en frottement mécanique et pertes hydrauliques.

Hotspots de frottement mécanique:

• Roulements: les dégagements accrus de l'usure boostent la friction. Les données montrent un chauffage accéléré après 10 000 heures de service.
• Interface de pantoufle / plaque cygne: l'effondrement du film d'huile provoque un contact métallique.
• Pistons / paires d'alésage: les dégagements incorrects ou la contamination augmentent le frottement.

Pertes hydrauliquesdécoule principalement defuite interne, Conversion de la pression en chaleur. Une baisse d'efficacité volumétrique de 5% augmente les températures de 8 à 10 ° C.

Surchauffe les contre-mesures:

• Remplacer les roulements préventifs à 8 000 à 10 000 heures
• Maintenir la propreté des liquides ISO
• Assurer une fonctionnalité plus fraîche; Ajouter les unités auxiliaires si nécessaire
• Sélectionnez des fluides adaptés à la viscosité (synthétiques pour les températures élevées)
• Limiter la contre-pression de la ligne de retour à ≤0,3 MPa

Analyse deensembles de données de capacité de charge du film d'huile(Wuhan University of Science and Technology) révèle que les textures de surface optimisées améliorent la stabilité des films, réduisant les températures de pantoufles de> 20% pendant les transitoires: des mises à niveau des performances thermiques A4VSG d'informations pour les machines d'alésage tunnel.

Les analyses de thermographie infrarouge établissentTempérature de basepour la maintenance prédictive. Un opérateur a réduit les échecs inattendus de 40% en utilisant cette approche.

Vibration / bruit et atténuation des fuites

Vibration / bruit excessifsont des avertissements d'échec A4VSG précoces, tandis quefuitea un impact sur l'efficacité et la conformité environnementale. Dans les tunnels confinés, les vibrations nuisent à la santé de l'opérateur et masquent d'autres défauts; fuit les déchets de liquide et polluer. Les solutions holistiques améliorent la fiabilité globale.

Sources et remèdes de vibration mécanique

Les vibrations mécaniques A4VSG proviennent dedéséquilibre en rotationetÉlargissement des dégagements. Les vibrations de tunneling externes exacerbent le relâchement de la pompe, créant des boucles de rétroaction. Les bruits spécifiques à la fréquence aident à diagnostiquer les problèmes.

Vibrations communes:

• Désalignement de l'arbre:> 0,1 mm de couple de moteur, le désalignement de couplage provoque des vibrations notables (25% des cas).
• Usure de roulement: un jeu radial excessif induit une bombardement de l'arbre.
• Fixations en vrac: les vibrations des tunnels desservent le matériel de montage.
• Oscillation de la plaque cygne: les mécanismes de déplacement usés provoquent un mouvement erratique.

Tactiques de réduction des vibrations:

• Arbres laser-aligne à ≤0,05 mm de tolérance
• Surveiller les dégagements de roulement; remplacer si> 0,15 mm
• Appliquer des composés de verrouillage de threads sur les attaches critiques
• Installer des supports d'isolants de vibration
• Utilisez des analyseurs de spectre pour la détection précoce des défauts

Génération et réduction du bruit hydraulique

Bruits de fluide(pleurnichons / pulsations à haute fréquence) diffèrent des sons mécaniques, souvent liés à la conception ou aux paramètres du système.

TROPIER:

• Cavitation: L'entrée d'air ou l'admission restreinte effondre les bulles audible (augmentation ≥15 dB).
• Pulsions de pression: les ondulations d'écoulement de la pompe amplifient avec des décalages d'impédance.
• Hammer de l'eau: les fermetures soudaines de valve génèrent des ondes de choc.
• Viscosité élevée: augmente la résistance à l'écoulement, en particulier pendant les départs du froid.

Méthodes de réduction du bruit:

• Les lignes d'entrée de taille pour réduire le risque de cavitation
• Installer des amortisseurs / accumulateurs à pulsation
• Optimiser les taux de transition de la valve
• Utiliser les notes de viscosité adaptées à la température
• Saigner les poches d'air régulièrement

Classification et contrôle des fuites

Types de fuiteDivisez en interne (perte d'efficacité) et externe (perte de fluide / préjudice environnemental).

Sites et correctifs de fuite communs:

• Joints d'arbre: représentent 60% des fuites externes. Remplacez simultanément les joints et refaire les arbres à surface.
• Visages articulaires: joints dégradés ou couple de boulon inégal provoquent des infiltrations. Utilisez des joints à haute densité et des vitesses croisées par spécifications.
• Mécanismes de déplacement: experts en vrac ou défaillance du joint torique. Passez à des joints à haute pression.
• Raccords: les vibrations du tunnel desservent les fils. Passez aux connexions évasées ou brillantes.

Programmes de maintenance de précisionréduire considérablement les fuites. Projet du pipeline du Guangdong Phase II a réduit les taux de fuite de 80% via:

• Système d'inspection à trois niveaux (opérateur, superviseur, spécialiste)
• Listes de contrôle standardisées avec des critères clairs
• Taggage de risque de fuite visuelle
• Sceller le suivi du cycle de vie
• Remplacement du joint préventif

La mise en œuvre des commandes de vibration, de bruit et de fuite augmente A4VSGstabilité opérationnelleetperformance environnementale. La surveillance des conditions associées à la maintenance préventive étend la pompe MTBF de 30 à 50%.

Maintenance préventive et gestion de précision

Entretien préventif (PM)etgestion de précisionsont essentiels pour la fiabilité A4VSG dans les machines d'alésage tunnel. Par rapport aux réparations réactives, le PM systématique réduit les échecs de> 40% et les temps d'arrêt imprévus de 60%. Les stratégies sur mesure prolongent la durée de vie de la pompe tout en améliorant l'économie des projets.

Entretien prédictif basé sur le film pétrolier

Intégrité du film pétrolierdicte la longévité de la paire de frottements A4VSG. Des ensembles de données comme la «capacité de charge du film à l'huile de l'Université de Wuhan dans les pompes à piston axiales dans des conditions transitoires» permettent un entretien prédictif.

Techniques de surveillance du film de pétrole:

• Analyse de l'huile: Moniteur d'usure des métaux et des contaminants. Les pointes de fer signalent le contact métallique.
• Tendance de la température: les points chauds précèdent la défaillance du film.
• Spectres de vibration: les changements d'épaisseur du film modifient les signatures de fréquence.
• Pression Ripple: La baisse de la rigidité du film augmente les pulsations.

Un projet de tunnel a prolongé les intervalles de révision A4VSG de 6 000 à 8 000 heures (économies de coûts 35%) en alignant le PM avec les données des conditions de film - un modèle pour la gestion des actifs hydrauliques basée sur les données.

Gestion de précision dans les systèmes hydrauliques

Le projet de tunnel du bouclier de mer de la mer de Guangdong a démontré l'efficacité de la gestion de précision. C'est "Exact, méticuleux, minutieux, standardisé"L'approche optimise chaque facette de maintenance.

Éléments de gestion de la précision de base:

• Procédures opérationnelles standard (SOPS): listes de contrôle détaillées de la pompe (par exemple, vérifications de dédouanement de 500 h, tests d'efficacité de 1 000 h).
• Contrôle de la qualité du cycle de vie complet: la sélection du fluide document, les modifications du filtre et les tolérances d'assemblage.
• Préemption du risque: Identifier les scénarios à haut risque (par exemple, les mécanismes de déplacement des contraintes de tunnels de rock dur).
• Métriques de performance: la qualité de maintenance des liens aux incitations (par exemple, "Zero-Leak Team" Awards).

Exemples de mise en œuvre:

• Suivi "One-Pump-One-File" pour les données historiques
• Gestion des pièces de rechange codées par QR
• Campagnes "zéro défaut"
• Bibliothèques de cas d'échec et partage des connaissances
• Assurance qualité à triple vérification (auto / pairs / expert)

Intervalles de maintenance recommandés et tâches clés

Les directives de rexroth et l'expérience de tunneling informent ce qui suitCalendrier PM:

Tableau: Plan de maintenance préventive A4VSG

Meilleures pratiques opérationnellesprolongez également la durée de vie de la pompe:

• Pompes rotates à la main avant le démarrage; ≥ 5 minutes au ralenti avant le chargement (≥ 10 minutes en hiver)
• Évitez le fonctionnement continu de pression de pointe (limite à 90%)
• Maintenir ≥25 Hz Fréquence VFD minimale pour la lubrification
• Contrôles de niveau d'huile post-shutdown avec des liquides approuvés
• Enregistrez toutes les startups, fermetures et anomalies

Les programmes de précision PM améliorent la durée de vie A4VSG de> 30% et réduisent les échecs de 50% - une performance fiable de la machine de bouclier fiable. Cette approche systématique définit les normes de gestion des équipements hydrauliques modernes.

Conclusions et perspectives futures

Rexroth a4vsgLes pompes variables au piston axial sont des performances de système hydraulique de la machine à protéger, impactant directement la sécurité et l'efficacité des tunnels. Les résultats de cette étude produisent des conclusions critiques tout en décrivant les innovations futures. Les preuves confirment que l'analyse des défauts scientifiques et les stratégies préventives améliorent considérablement A4VSGfiabilitéetdurabilitéDans des conditions de tunneling sévères.

Conclusions clés

L'analyse complète des échecs A4VSG révèle:

1La contamination par fluide domine les échecs: ~ 70% des défauts de la pompe sont en corrélation avec le dépassement de la propreté ISO 4406 18/16/13, en particulier l'usure de la plaque de port et la stripation de la valve. Le maintien de la pureté de l'huile est la prévention la plus rentable.

2La stabilité du film d'huile est critique: Les données de l'Université de Wuhan montrent> 40% des réductions d'épaisseur du film d'huile transitoires provoquent un contact métallique. Les textures de surface optimisées améliorent la capacité de charge du film.

3La température intègre plusieurs modes de défaillance: Le chauffage anormal reflète l'usure, les fuites ou la dégradation du fluide. La tendance de base permet une détection précoce.

4La maintenance de précision fournit un retour sur investissement: Le projet de la mer de la Chine méridionale de Guangdong a réduit les fuites de 80% et coûte de 35% via la normalisation et les décisions basées sur les données.

5La prévention surpasse la réparation: PM étend les intervalles de révision A4VSG de 30 à 50% par rapport aux correctifs réactifs. La maintenance prédictive basée sur la condition représente l'avenir.

Avancées technologiques

Les futurs développements A4VSG pour les machines d'allongements de tunnel comprennent:

1Systèmes de surveillance intelligents: Les capteurs de température / pression / vibration intégrés avec IoT permettent des diagnostics en temps réel. Les études de l'Université de Zhejiang montrent une prédiction anticipée de 48 heures pour 80% des défauts de la pompe.

2Matériaux avancés: Les revêtements en céramique et les nanocomposites (par exemple, Wintone Z63 pour les boîtiers de valve) améliorent la résistance à l'usure.

3Contrôle actif du film d'huile: Building on Aerospace Piston Pump Research (Project U1737110), les pompes de nouvelle génération peuvent présenter des textures de surface ou une modulation de champ électrique pour la stabilisation du film.

4Conceptions optimisées en énergie: Les courbes d'efficacité spécifiques au travail et le réglage de la réponse pourraient économiser de 15 à 20% d'énergie.

5Expansion de la remise à neuf: Processus de rénovation certifiés pour les blocs, les plaques de port, etc., restaurer les pompes à 90% de performances à 50%.

Recommandations pour l'industrie

Meilleures pratiques pour les opérateurs TBM:

1Mettre en œuvre une gestion complète des fluides: Tests réguliers, filtration fine et modifications programmées. Fluides premium Triple Pump Life.

2Développer des équipes de maintenance spécialisées: La formation réduit le diagnostic erroné de 60% (par données sur l'industrie).

3Équipez des outils de diagnostic: Les compteurs de particules, les caméras IR et les analyseurs de vibrations permettent des décisions basées sur les données.

4Tirer le parti d'assistance technique OEM: Associez-vous à Rexroth pour des problèmes et des mises à jour complexes.

5Participer au partage des connaissances de l'industrie: Apprenez des expériences par les pairs via des associations et des forums.

Au fur et à mesure que les tunnels se développent plus profonds, plus longs et plus complexes, les systèmes hydrauliques de la machine de bouclier sont confrontés à des demandes croissantes. Rexroth A4VSG Les pompes à piston axiales, en tant que composants de puissance centrale, influencent directement la viabilité du projet. Grâce à une analyse rigoureuse des défaillances, à la maintenance scientifique et aux technologies émergentes, leurs performances continueront de progresser - une construction souterraine efficace et efficace et fiable dans le monde entier.