Estratégias de análise e otimização de falhas para bombas de pistão axial de deslocamento variável Rexroth A4VSG em máquinas de perfuração de túneis

Este artigo analisa sistematicamente falhas comuns das bombas de deslocamento variável da série Axroth A4VSG em aplicações de TBM, abrangendo princípios de trabalho, sintomas de falha típicos, métodos de diagnóstico e medidas de manutenção preventiva. O estudo se concentra em cinco principais mecanismos de falha - fluxo insuficiente, pressão anormal, superaquecimento, vibração/ruído e vazamento - e propõe soluções direcionadas, considerando as condições operacionais exclusivas do TBM. Ao incorporar conjuntos de dados de capacidade de carga de filmes de petróleo e conceitos de gerenciamento refinados, este artigo fornece orientações práticas para melhorar a confiabilidade e a vida útil das bombas de pistão A4VSG em máquinas de perfuração de túneis.

Papel crítico das bombas de pistão axial emMáquinas de chato de túnel

As modernas máquinas de perfuração de túnel, como equipamento principal da construção subterrânea, dependem de sistemas hidráulicos para alimentar funções críticas, como acionamento de corte de corte, sistemas de impulso e ereção de segmentos. Entre os componentes hidráulicos, a série A4VSG da Rexroth as bombas de deslocamento variável axial se destacam como a fonte de energia preferida devido ao seuCapacidade de alta pressão/alto fluxo, Assim,Controle de deslocamento preciso, econfiabilidade excepcional. Com uma pressão nominal de 350 bar (pico de 400 bar) e deslocamentos que variam de 40 a 355 ml/rec, essas bombas de malha fechada são ideais para ocontínuo, estávelDemandas de desempenho de máquinas de perfuração de túnel pesado.

No entanto, ambientes de tunelamento severos, variações dinâmicas de carga eoperação prolongadarepresentar desafios significativos de durabilidade. As estatísticas indicam que aproximadamente 35% das falhas do sistema hidráulico em máquinas de perfuração de túneis estão diretamente relacionadas às bombas de pistão axial, manifestando -se comoflutuações de fluxo, Assim,anomalias de pressão, Assim,superaquecimento, evazamento. Tais falhas não apenas reduzem a eficiência, mas também podem desencadear efeitos em cascata, comprometendo a segurança geral do sistema.

Este artigo examina ocaracterísticas estruturaisde Rexroth A4VSG Axial Piston bombas, analisa seusmodos de falha típicosem aplicativos TBM e propõe estratégias preventivas com base emAnálise de comportamento do filme a petróleoeManutenção de precisão. Combinando a teoria com a prática, oferece uma estrutura abrangente de diagnóstico e manutenção de falhas para aprimorar a qualidade e a produtividade do tunelamento.

Estrutura e princípio de funcionamento das bombas de pistão axial de Rexroth A4VSG

ORexroth A4VSG SeriesRepresenta a tecnologia hidráulica industrial de ponta, com um design otimizado para aplicações de alta carga e serviço variável, como o TBM. Utilizando um mecanismo de deslocamento da placa de swash, seus componentes principais incluem o conjunto do pistão de bloco de cilindros, placa da porta, mecanismo de ajuste da placa, eixo de acionamento e grupo de rolamentos. À medida que o motor gira o eixo da bomba, a interação entre o swashplate e os chinelos aciona os pistões no movimento recíproco, permitindo a ingestão e descarga de líquidos. Ajustando o ângulo de swashplateInfinitamente variaDeslocamento da bomba para atender aos diversos requisitos de fluxo/pressão durante diferentes fases de tunelamento.

Nos sistemas hidráulicos de máquina de escudo, as bombas A4VSG normalmente alimentamCilindros de impulsoeMotores de acionamento Cutterhead. O sistema de impulso exige estávelbaixa velocidade/alta torqueDesempenho, enquanto as unidades Cutterhead exigem adaptação rápida de carga. Tais condições complexas impõem demandas extremas nos três pares críticos de atrito da bomba (furo do cilindro de pistão, placa de lixo e placa de porta de bloco de cilindros). Pesquisas mostram que, sob condições transitórias, a espessura do filme de petróleo nesses pares pode cair abruptamente em mais de 40%. A capacidade insuficiente da carga do filme de óleo leva ao contato de metal a metal, acelerando o desgaste e falhas precipitantes.

Tabela: Parâmetros técnicos -chave das bombas de pistão axial de Rexroth A4VSG

De uma perspectiva tribológica, ogargalo de confiabilidadedas bombas A4VSG em máquinas de perfuração de túnel está na estabilidade do filme de petróleo. Os dados do data center nacional de dados científicos básicos indicam que, sob condições de carga de etapa, a espessura do filme em petróleo nos pares de atrito da bomba de pistão axial pode diminuir instantaneamente em> 40%, aumentando drasticamente os riscos de contato direto do metal. Particularmente ao tunelamento através de estratos heterogêneos, as flutuações violentas de carga de corte de corte transmitem ao mecanismo de placa de abastecimento da bomba, desestabilizando o movimento do pistão de controle e causando oscilações de fluxo/pressão - um fenômeno especialmente pronunciado no equipamento de envelhecimento.

Compreender o design e os princípios operacionais da bomba A4VSG é fundamental para o diagnóstico preciso de falhas. As seções a seguir se aprofundam em cinco categorias de falha prevalecentes em aplicativos TBM, oferecendo soluções acionáveis.

Análise de saída de fluxo insuficiente/instável

Anomalias de fluxoClassifique entre as falhas da bomba A4VSG mais frequentes em máquinas de perfuração de túnel, geralmente apresentando como movimento lento ou fraco do atuador (por exemplo, cilindros de impulso ou motores de corte de corte) ou até falha completa. Com base em características e causas radiculares, questões de fluxo se dividem em "fluxo inadequado" e "flutuações de fluxo, "Cada um com origens e remédios distintos.

Deficiências de fluxo devido ao fornecimento inadequado de entrada

Ingestão insuficiente de líquido hidráulicoé a principal causa da redução do fluxo da bomba A4VSG no tunelamento. Os espaços de túnel confinado geralmente exigem reservatórios hidráulicos compactos, enquanto os altos níveis de poeira exacerbam:

• Baixos níveis de petróleo expondo portas de entrada da bomba
• Filtros de entrada entupidos do acúmulo de contaminantes
• Vazamentos de ar em linhas de entrada de envelhecimento/vibração

Essas questões aumentam a resistência à sucção, impedindo a formação adequada de vácuo na câmara da bomba e prejudicando a retração do pistão. Um projeto de metrô descobriu que 42% das deficiências de fluxo foram atingidas por baixa sucção.

Soluções para problemas de admissão:

• Manter níveis seguros de petróleo através de inspeções duas vezes ao dia
• Selecione Filtros de entrada de alto fluxo e alta contaminação; Encurre os ciclos de substituição em ambientes agressivos
• Detectar vazamentos de ar através de mangueiras transparentes ou testadores ultrassônicos; Substitua os selos degradados prontamente
• Instale os refrigeradores de óleo para operações de alta temperatura ou contínua para evitar resistência a sucção relacionada à viscosidade

Perdas de fluxo induzidas por vazamentos internas

Operação prolongada causasDesgaste do par de fricção, aumentando as folgas e vazamentos internos - outra fonte de perda de fluxo. A operação prolongada de alta carga acelera o desgaste em três pares críticos (placa de pistão-bore-slipper-lastão, porta de bloco). O fluido contaminado introduz partículas abrasivas que pontuam superfícies, agravando os caminhos de vazamento. Além disso, as molas centrais fatigadas reduzem a força de fixação de placas de bloco a porta, vedação degradante.

Diagnosticando vazamento interno:

• Monitore a temperatura da carcaça da bomba; aumentos anormais geralmente acompanham o vazamento
• Compare diferenças de fluxo sem carga versus carga carregada; lacunas significativas indicam vazamento
• Análise de óleo para partículas de desgaste de metal prevê condição de par de fricção

Para reparos de vazamento, priorizeplaca de porta e reforma da superfície de bloqueio. O desgaste da luz pode ser corrigido via moagem de precisão (nivelamento ≤0,005 mm); Casos graves requerem substituição total da montagem. Os dados de campo mostram peças e folgas OEM adequadas para restaurar as bombas para> 92% da eficiência volumétrica original.

Falhas do mecanismo de deslocamento e instabilidade de fluxo

Durante o tunelamento, as variações de carga do Cutterhead exigem bombas A4VSG paraAjuste rapidamente o deslocamento. No entanto, os circuitos de controle contaminados ou os componentes desgastados causam instabilidade de fluxo, evidentes nas velocidades erráticas do atuador ou nas flutuações do medidor de pressão.

Falhas de mecanismo de deslocamento comum:

• Controle pistão pontuação de contaminantes, impedindo o movimento
• Rigidez do regulador enfraquecido, reduzindo a força de controle
• Siction da válvula servo, impedindo o ajuste preciso da placa
• Orifícios de controle entupidos da contaminação por fluidos

Um projeto de túnel reduziu os oscilações de fluxo de ± 15% para ± 3% por:

• Limpeza ultrassônica dos circuitos de controle
• Substituindo todos os componentes de válvula de servo desgastados
• Mantendo a limpeza do fluido na ISO 4406 18/16/13 ou melhor

*Tabela: A4VSG FLUXO FALHA REFERÊNCIA REFERÊNCIA RÁPIDA*

A análise sistemática das anomalias de fluxo A4VSG permite a rápida solução de problemas. Notavelmente, ~ 70% das falhas de fluxo se relacionam comContaminação por fluido, ressaltando o gerenciamento estrito do petróleo como base para operação confiável.

Anomalias de pressão e diagnóstico de superaquecimento

Irregularidades de pressãoesuperaquecimentosão falhas inter -relacionadas de A4VSG em máquinas de perfuração de túnel. Como parâmetros hidráulicos fundamentais, sinais de pressão anormais deterioram a saúde da bomba, enquanto o superaquecimento reflete vários problemas que aceleram a degradação do selo e a oxidação do óleo - criando ciclos cruéis. O diagnóstico preciso garante o tunelamento ininterrupto.

Causas radiculares de baixa pressão de pressão

Impulso fraco ou torque inadequado do cortador geralmente indicasaída de baixa pressão. Ao contrário das deficiências de fluxo que afetam a velocidade, a perda de pressão impede a geração de força/torque suficiente. Os vazamentos em todo o sistema também podem contribuir, necessitando de verificações abrangentes.

Causas de baixa pressão específicas da bomba:

• Placa de porta/incompatibilidade de bloco: desgaste grave ou shorts de pitada de alta/baixa pressão. Um caso mostrou que o aumento de 30% de vazamento do desalinhamento do bloco caiu pressão do sistema em 15 a 20%.
• Mecanismo de deslocamento Desalinhamento: ângulo de swashplate diferente de zero em neutro (do ajuste inadequado ou desgaste da trunção) reduz a pressão efetiva.
• Falha na vedação de alta pressão: o alojamento induzido por vibração ou o dano no selo do eixo causa vazamentos externos.

Ações corretivas:

• Superfícies de placa/bloco de porta de precisão (planicidade ≤0,005 mm)
• Recalibrar o mecanismo de deslocamento por especificações de OEM; Substitua as viagens desgastadas
• Localize vazamentos externos por corante fluorescente; Instale as vedações de fluorocarbono de alta pressão
• Instale os medidores de fluxo para quantificar o vazamento interno

Perigos e manuseio de alta pressão anormal

Por outro lado,picos de pressão inexplicáveisTambém peste as bombas A4VSG. Enquanto o tunelamento de rocha duro aumenta as cargas legitimamente, sustentou alta pressão sob falhas de cargas constantes. A pressão excessiva desperdiça energia e reduz a vida dos componentes.

Gatilhos primários de alta pressão:

• Válvula de alívio Drift/Grity (60% dos casos)
• Falha da válvula direcional (captura de pressão perigosa)
• Bloqueios de linha (especialmente filtros de retorno entupidos)
• Um empreiteiro reduziu os incidentes de aumento de pressão em 75% via:
• Recalibração regular da válvula de alívio
• Retorne a limpeza do filtro
• Instalando sensores de pressão para avisos anteriores

Análise de superaquecimento multifatorial

Excursões de temperaturasão indicadores de falha A4VSG compostos. Temperaturas da moradia> 35 ° C acima da investigação do Ambiente. O superaquecimento oxida o petróleo, degradando a lubrificação e criando loops de feedback. Fontes de calor se dividem em atrito mecânico e perdas hidráulicas.

Hotspots de atrito mecânico:

• ROLAMENTOS: Aumento das folgas do fricção de aumento do desgaste. Os dados mostram aquecimento acelerado após 10.000 horas de serviço.
• Slipper/swashplate Interface: O colapso do filme de óleo causa contato de metal.
• Pares de pistão/furo: folgas incorretas ou contaminação aumentam o atrito.

Perdas hidráulicasPrincipalmente decorrente devazamento interno, convertendo pressão em calor. Uma queda de eficiência volumétrica de 5% aumenta as temperaturas em 8 a 10 ° C.

Superaquecimento de contramedidas:

• Substitua os rolamentos preventativos de 8.000 a 10.000 horas
• Manter a limpeza do fluido ISO
• Garanta a funcionalidade mais fria; Adicione unidades auxiliares, se necessário
• Selecione fluidos apropriados para a viscosidade (sintéticos para altas temperaturas)
• Limite da linha de retorno Backpressure para ≤0,3 MPa

Análise deconjuntos de dados de capacidade de carga de filme(Universidade de Ciência e Tecnologia de Wuhan) revela que as texturas da superfície otimizadas melhoram a estabilidade do filme, reduzindo as temperaturas do chinelo em> 20% durante os transientes - informando as atualizações de desempenho térmico A4VSG para máquinas de perfuração de túneis.

As varreduras de termografia por infravermelho estabelecemlinhas de base de temperaturapara manutenção preditiva. Um operador cortou falhas inesperadas em 40% usando essa abordagem.

Mitigação de vibração/ruído e vazamento

Vibração/ruído excessivosão os avisos antecipados de falha de A4VSG, enquantovazamentoafeta a eficiência e a conformidade ambiental. Em túneis confinados, as vibrações prejudicam a saúde do operador e mascaram outras falhas; Vazia líquido e poluir e poluir. As soluções holísticas aumentam a confiabilidade geral.

Fontes de vibração mecânica e remédios

Vibrações mecânicas A4VSG se originam dedesequilíbrio rotacionalefolgas ampliadas. As vibrações externas de tunelamento exacerbam a frouxidão da bomba, criando loops de feedback. Ruídos específicos de frequência ajudam a diagnosticar problemas.

Causas comuns de vibração:

• Desalinhamento do eixo:> 0,1 mm de acoplamento de bomba motor desalinhamento causa vibração perceptível (25% dos casos).
• Desgaste do rolamento: o jogo radial excessivo induz onda de eixo.
• Fixadores soltos: as vibrações de tunelamento afrouxam o hardware de montagem.
• Oscilação da placa de swash: mecanismos de deslocamento desgastados causam movimento irregular.

Táticas de redução de vibração:

• Eixos de alinhamento a laser a ≤0,05 mm de tolerância
• Monitorar folgas de rolamento; Substitua se> 0,15 mm
• Aplique compostos de bloqueio de roscas aos fixadores críticos
• Instale os suportes isolados de vibração
• Use analisadores de espectro para detecção de falhas antecipadas

Geração e redução de ruído hidráulico

Ruídos transmitidos por líquidos(gemidos/pulsações de alta frequência) diferem dos sons mecânicos, geralmente ligados ao design ou configurações do sistema.

Gatilhos de ruído:

• Cavitação: Ingressos de ar ou ingestão restrita colapsa bolhas de forma audível (≥15 dB aumento).
• Pulsações de pressão: o fluxo da bomba as ondulações amplificam com as incompatibilidades de impedância.
• Martelo de água: O fechamento repentino de válvulas gera ondas de choque.
• Alta viscosidade: aumenta a resistência ao fluxo, especialmente durante o início do frio.

Métodos de redução de ruído:

• Upsize linhas de entrada para reduzir o risco de cavitação
• Instale os amortecedores de pulsação/acumuladores
• Otimizar as taxas de transição da válvula
• Use notas de viscosidade apropriadas para a temperatura
• Bolsos de ar sangrado rotineiramente

Classificação e controle de vazamento

Tipos de vazamentoDivida em interno (perda de eficiência) e externo (perda de fluido/dano ambiental).

Locais de vazamento comuns e correções:

• Vedações do eixo: responsáveis ​​por 60% dos vazamentos externos. Substitua as vedações e o ressurgir os eixos simultaneamente.
• Faces articulares: Juntas degradadas ou torque de parafusos irregulares causam infiltração. Use vedações de alta densidade e aperto cruzado por especificações.
• Mecanismos de deslocamento: ajustadores soltos ou óleo de controle de vazamento de falha de O-ring. Atualize para vedações de alta pressão.
• Acessórios: as vibrações do túnel afrouxam os threads. Mude para conexões de flange ou flange.

Programas de manutenção de precisãoReduza dramaticamente vazamentos. Projeto de pipeline de Guangdong As taxas de vazamento de corte de fase II em 80% via:

• Sistema de inspeção de três camadas (operador, supervisor, especialista)
• Listas de verificação padronizadas com critérios claros
• Marcação de risco de vazamento visual
• Seal rastreamento do ciclo de vida
• Substituição preventiva de vedação

A implementação de controles de vibração, ruído e vazamento aumenta A4VSGestabilidade operacionaledesempenho ambiental. O monitoramento da condição emparelhado com manutenção preventiva estende a bomba MTBF em 30 a 50%.

Manutenção preventiva e gerenciamento de precisão

Manutenção Preventiva (PM)eGerenciamento de precisãosão fundamentais para a confiabilidade A4VSG em máquinas de perfuração de túnel. Comparado aos reparos reativos, o PM sistemático reduz as falhas em> 40% e o tempo de inatividade não planejado em 60%. As estratégias personalizadas prolongam a vida útil da bomba enquanto melhoram a economia do projeto.

Manutenção preditiva baseada em filmes de petróleo

Integridade do filme a petróleodita a longevidade do par de fricção A4VSG. Conjuntos de dados como a capacidade de carga de filme da Wuhan University em bombas de pistão axial em condições transitórias "permitem a manutenção preditiva.

Técnicas de monitoramento de filmes de petróleo:

• Análise de óleo: monitore metais de desgaste e contaminantes. Iron Spikes Signal Metal Contact.
• Tendência de temperatura: os pontos de acesso precedem a falha do filme.
• Espectros de vibração: a espessura do filme muda as assinaturas de frequência.
• Ripple de pressão: A rigidez do filme em declínio aumenta as pulsações.

Um projeto de túnel estendeu intervalos de revisão A4VSG de 6.000 a 8.000 horas (economia de custos de 35%) alinhando a PM com dados de condição de filme-um modelo para gerenciamento de ativos hidráulicos orientados a dados.

Gerenciamento de precisão em sistemas hidráulicos

O projeto de túnel de escudo marinho da China Meridional de Guangdong demonstrou a eficácia da Gerenciamento de Precisão. Isso é "exato, meticuloso, completo, padronizado"A abordagem otimiza cada faceta de manutenção.

Elementos de gerenciamento de precisão do núcleo:

• Procedimentos operacionais padrão (SOPS): listas de verificação detalhadas da bomba (por exemplo, verificações de folga de 500 h, testes de eficiência de 1.000 horas).
• Controle de qualidade do ciclo de vida completo: seleção de fluidos de documentos, alterações de filtro e tolerâncias de montagem.
• Preempção de risco: Identifique cenários de alto risco (por exemplo, mecanismos de deslocamento de tensões de túneis de rocha dura).
• Métricas de desempenho: qualidade de manutenção de link para incentivos (por exemplo, "Zero Leak Team" prêmios).

Exemplos de implementação:

• Rastreamento "One-Fump-One-File" para dados históricos
• Gerenciamento de peças de reposição codificado por QR
• Campanhas de benchmarking "zero defeito"
• Bibliotecas de casos de falha e compartilhamento de conhecimento
• Verificação tripla (auto/par/especialista) Garantia da qualidade

Intervalos de manutenção recomendados e tarefas -chave

As diretrizes de Rexroth e a experiência de tunelamento informam o seguinteCronograma da PM:

Tabela: Plano de Manutenção Preventiva A4VSG

Práticas recomendadas operacionaisTambém estende a vida da bomba:

• Bombas de rotação manual antes da partida; ocioso ≥5 minutos antes do carregamento (≥10 minutos no inverno)
• Evite operação contínua de pressão de pico (limite para 90% de classificação)
• Mantenha ≥25Hz Frequência mínima de VFD para lubrificação
• Verificações no nível do óleo pós-desbaste com fluidos aprovados
• Registre todas as startups, desligamentos e anomalias

Os programas de PM de precisão melhoram a vida útil do serviço A4VSG em> 30% e reduzem as falhas em 50% - definindo o desempenho da máquina de escudo confiável. Essa abordagem sistemática define os padrões modernos de gerenciamento de equipamentos hidráulicos.

Conclusões e perspectivas futuras

Rexroth A4VSGAs bombas variáveis ​​de pistão axial são fundamentais para proteger o desempenho do sistema hidráulico da máquina, impactando diretamente a segurança e a eficiência do tunelamento. As descobertas deste estudo produzem conclusões críticas ao descrever futuras inovações. As evidências confirmam que a análise de falhas científicas e as estratégias preventivas aprimoram significativamente o A4VSGconfiabilidadeedurabilidadeem condições de tunelamento severas.

Principais descobertas

Análise abrangente de falhas A4VSG revela:

1A contaminação por fluidos domina falhas: ~ 70% das falhas da bomba se correlacionam com a excedência de ISO 4406 18/16/13, especialmente o desgaste da placa da porta e a duração da válvula. Manter a pureza do petróleo é a prevenção mais econômica.

2A estabilidade do filme de petróleo é crítica: Os dados da Wuhan University mostram> 40% de redução de espessura do filme de óleo transitório causam contato com metal. As texturas da superfície otimizadas melhoram a capacidade de carga do filme.

3A temperatura integra vários modos de falha: O aquecimento anormal reflete o desgaste do rolamento, vazamento ou degradação do fluido. A tendência da linha de base permite a detecção precoce.

4A manutenção de precisão fornece ROI: O projeto do mar da China Meridional de Guangdong reduzia o vazamento em 80% e os custos em 35% por meio de padronização e decisões orientadas a dados.

5A prevenção supera o reparo: PM estende intervalos de revisão A4VSG em 30 a 50% versus correções reativas. A manutenção preditiva baseada em condições representa o futuro.

Avanços tecnológicos

Os desenvolvimentos futuros de A4VSG para máquinas de perfuração de túneis incluem:

1Sistemas de monitoramento inteligentes: Sensores integrados de temperatura/pressão/vibração com IoT permitem diagnósticos em tempo real. Os estudos universitários de Zhejiang mostram previsão antecipada de 48 horas para 80% das falhas da bomba.

2Materiais avançados: Revestimentos de cerâmica e nanocompósitos (por exemplo, Wintone Z63 para caixas de válvula) aumentam a resistência ao desgaste.

3Controle de filme de óleo ativo: Com base na pesquisa da bomba de pistão aeroespacial (Projeto U1737110), as bombas de próxima geração podem apresentar texturas de superfície ou modulação de campo elétrico para estabilização do filme.

4Designs otimizados para energia: As curvas de eficiência específicas do dever e o ajuste de resposta podem economizar 15 a 20% de energia.

5Expansão de remanufatura: Processos de reforma certificados para blocos, placas de porta, etc., restaure bombas com desempenho de 90% a um custo de 50%.

Recomendações para a indústria

Melhores práticas para operadores de TBM:

1Implementar gerenciamento abrangente de fluidos: Testes regulares, filtração fina e alterações programadas. Fluidos premium Vida da bomba tripla.

2Desenvolva equipes de manutenção especializadas: O treinamento reduz o diagnóstico incorreto em 60% (por dados do setor).

3Equipe com ferramentas de diagnóstico: Contadores de partículas, câmeras IR e analisadores de vibração permitem decisões baseadas em dados.

4Aproveite o suporte técnico do OEM: Faça parceria com a Rexroth para questões e atualizações complexas.

5Participe do compartilhamento de conhecimento do setor: Aprenda com as experiências de colegas por meio de associações e fóruns.

À medida que os túneis se tornam mais profundos, mais longos e mais complexos, os sistemas hidráulicos de máquina de escudo enfrentam demandas crescentes. As bombas de pistão axial do Rexroth A4VSG, como componentes de potência do núcleo, influenciam diretamente a viabilidade do projeto. Através de rigorosas análises de falhas, manutenção científica e tecnologias emergentes, seu desempenho continuará avançando - constituindo uma construção subterrânea eficiente e confiável em todo o mundo.