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我國直徑最大盾構（gòu）機主軸承（chéng）研製成功！將用（yòng）於超大型盾構機

2022-12-16 來源：- 作者：-

12月（yuè）15日，記者從中國科學院金屬研究所獲悉，由該所研究員李殿中、中國科學院院士李依依團隊牽頭攻關的超大型盾構機（jī）用直徑（jìng）8米主軸承研製成功（gōng）。該主軸（zhóu）承是目前我國製造的首（shǒu）台套直徑最大、單重（chóng）最大的盾構機用主軸承，將安裝（zhuāng）在自主研（yán）發的國產直徑16米級超（chāo）大型盾構機上（shàng）。

15年攻關突破關鍵難題

航空發動機、盾構機、高檔（dàng）數控機床等高端（duān）裝備都離（lí）不（bú）開軸承。目前我國雖（suī）已實現了盾構機的國產化，但其刀盤驅動係統的核心關鍵部件——主軸承卻仍依賴進口。在盾構機掘進（jìn）過程中，主軸承“手持”刀（dāo）盤，旋轉切（qiē）削開挖工作麵並為刀（dāo）盤提供旋轉支撐。其工作（zuò）時轉速十（shí）分緩慢，每分鍾不足3轉，這就意味著在此過程中，直徑8米的主軸（zhóu）承運轉時的最大軸向力將（jiāng）達（dá）到10萬千牛，徑向力達1萬千牛，傾覆力矩達10萬千牛·米（mǐ）。

“如果一頭成年亞洲象（xiàng）的體重是4噸，那（nà）主軸承的軸向最大會受到相當於2500頭亞洲（zhōu）象體重的作用力。”李殿中比喻道，8米直徑的主軸承已是最大的直徑等級，重達41噸。而更重要的是，主軸承一旦裝入盾構機開始挖掘（jué），就不能“開倒車”。“盾構（gòu）機隻能前進，不能後退，一旦軸承失效，損失將是巨大的。”

這樣的高承載能力和高可（kě）靠性標準，就要求製造主軸承的軸承鋼要高純淨、高均質、高強（qiáng）韌、高耐磨，同時（shí）對主（zhǔ）軸承成套設計、加（jiā）工精度、潤滑脂等（děng）都提出了很（hěn）高（gāo）的要求。

中國科學院於2020年啟動了“高端軸承自主可控製造”戰（zhàn）略性科技先導專項，中國科學院金屬研究所、中國科學（xué）院蘭州化學物理（lǐ）研究所等7家科研單位組成建製化團隊，聯合中交集團的中交天和機械設備製造有限公司、洛陽新強聯回轉支承股份有限公司等20餘家單位協同攻關。

此前，在（zài）軸承的研製上，我（wǒ）國一直麵臨著兩個主要（yào）問題——製造軸承的材料和大型滾子的加（jiā）工精度不過關，全流程技術鏈條不貫通。而要（yào）想（xiǎng）有所突破，就要從源頭的材料製造（zào）問題解決起，於是（shì），研究團（tuán）隊把目光瞄準了（le）稀（xī）土軸承鋼。

已有的大量研究表明，在鋼中添加微量稀土能夠顯著提高鋼的韌塑性、耐磨性、耐熱性、耐蝕性等。“我們也把稀土叫作‘工業維生素’，1噸稀土（tǔ）鋼中稀土隻需（xū）要100餘克。”作為軸承先導專（zhuān）項負責人，李殿中介紹，稀土是（shì）我國的優勢戰略性資源，但此前關於（yú）稀土鋼的研究與應用屢屢受挫。鋼水中加入稀土後，很（hěn）容易出現澆口嚴重堵塞，且會導致鋼的性能劇烈波動（dòng），穩定性不佳。

中科院金（jīn）屬所研究團隊曆時15年，終於找到了這個問題的（de）答（dá）案（àn）——氧含量。隻要（yào）將稀土鋼和稀土金屬中的（de）氧含量降低，其性能（néng）就格外穩（wěn）定。“低氧稀土鋼”關（guān）鍵技術（shù）讓稀（xī）土軸承鋼拉壓疲勞（láo）壽命（mìng）提高40多倍，滾動接觸疲勞壽命提升40%。借助這項技術，國內企業已製造出數千萬套高品質軸承。

產品多項指標表現優異

不過，隻靠優質的稀土軸承鋼還不夠，軸承的（de）加工精度、潤滑脂材料、軸承熱處理等問題也（yě）至關重要。

由於加（jiā）工設備的限製，此前我國大型滾子的加工精度隻能達到二級，與標準（zhǔn）更加嚴格的一級精度加工相比仍有差距（jù）。盾構機主軸承研製技術總師、中科院金屬所研究員胡小強聯合企業開展攻關，使我國軸承行業突（tū）破了（le）一級大型滾子精密加工技術，並實現了盾構機主（zhǔ）軸承加工（gōng）製（zhì）造、裝配調試、檢（jiǎn）測評價等全流程自主可（kě）控，同時帶動了相關國產裝備的研製。

軸承的（de）穩（wěn）定運行離（lí）不開良好的潤滑材（cái）料。中科院（yuàn）蘭州化學物理研究所通過核心添加劑的結構（gòu）設計與可控製備（bèi）技術的開發，形成了自主的主（zhǔ）軸承潤滑油脂的配比和組（zǔ）合組成，並開發出在衝擊載（zǎi）荷（hé）下仍然能保持良好潤滑，使滾子磨損量較小的潤滑油脂（zhī）。

“我們團隊是做材料出身，但在盾構機主軸（zhóu）承的研製過程中，我們跳出了科（kē）研（yán）‘舒適圈’，完成了（le）從‘會做（zuò）什麽’向‘該做什麽’的轉變（biàn）。料要成材，材要成器，器要好（hǎo）用。”李殿中說，通過多（duō）學科團隊和企業聯合（hé）協同攻關，團（tuán）隊打破了材料和（hé）機械製造的行業壁壘，“主軸承的成功研製和應用，是國內技術和裝備能力的集中體現。”

目（mù）前，8米級主軸承是我國首台套直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承（chéng）。其多項指標優於國外同類產品，材料內部一種非金屬夾雜物的含量僅（jǐn）為十萬分之幾，相較進口（kǒu）產品（pǐn）降低了（le）一個數量級；稀土鋼材料的夾雜物細小圓整，尺寸小於進（jìn）口軸承鋼，疲勞強度也比進口產（chǎn）品提升了100兆（zhào）帕以上。

國家軸承質量檢驗檢測中心檢測和專（zhuān）家組評審認為，該主軸承各項技術性能指（zhǐ）標與進口（kǒu）同（tóng）類主軸承相當，滿足超大型?構機（jī）裝機應用需求。該主軸（zhóu）承的研製成（chéng）功，標誌著我國已掌（zhǎng）握盾構（gòu）機主軸承的自主設計、材料製備、精密加工（gōng）、安裝調試和檢測評價等集成技術。

目前先導專項已先後解決了主軸承材料製備、精密加工、成套設計中（zhōng）的12項核心關鍵（jiàn）技術問題，開發出直徑3米級到8米（mǐ）級的盾構機主軸承共10套（tào）。此前，直徑3米級盾構（gòu）機主軸承已安裝在北方重工集團生產的盾（dùn）構機上，2022年4月（yuè）已在沈陽地鐵工（gōng）程成功應用。後續，8米級主軸承將安裝在直徑16米級的超大型盾構機上，用於隧道工程挖掘。

（來源：北京（jīng）日報客戶（hù）端）

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