盾構機是國民經(jīng)濟和基礎建設的重大裝備,承載著穿山越嶺、過江跨海的重任。近日,由中國科學院金屬研究所李殿中研究員、李依依院士團隊牽頭研制的超大直徑盾構機用8米直徑主軸承研制成功。該軸承直徑達8米、重達41噸,是目前我國制造的首臺套直徑最大、單重最大的盾構機主軸承,該主軸承將安裝在16米級盾構機上,用于隧道挖掘工程。該主軸承的研制成功標志著我國已完全掌握大型重載盾構機主軸承的自主設計、材料制備、精密加工、安裝調試、檢測評價與壽命預測的集成技術,具備進口替代能力。經(jīng)國家軸承質量檢驗檢測中心檢測和專家組評審,認為該主軸承各項技術性能指標與進口同類主軸承相當,滿足超大型盾構機裝機應用需求。

　　據(jù)介紹,我國已實現(xiàn)了超大直徑盾構機的國產化,但其核心部件主軸承卻依賴進口,亟需打通自主可控制造的“最后一公里”。主軸承是盾構機刀盤驅動系統(tǒng)的核心關鍵部件,8米直徑盾構機主軸承在運轉過程中承載的最大軸向力達到105千牛（1千牛約等于0.1噸物體的重力,一頭成年亞洲象的體重按4噸算的話,這相當于軸向受到2500頭亞洲象重力的作用）、徑向力達104千牛、傾覆力矩達105千牛•米。為保證主軸承的高承載和高可靠性,就要求制造主軸承的軸承鋼要高純凈、高均質、高強韌、高耐磨,同時對主軸承加工精度、設計能力、潤滑脂等都提出了很高的要求。而大型盾構機在掘進過程中,只能前進,不能倒退,主軸承一旦失效,會造成嚴重損失。

　　中國科學院于2020年啟動了“高端軸承自主可控制造”戰(zhàn)略性先導科技專項,中國科學院金屬研究所、蘭州化學物理研究所等7家院內科研單位組成建制化團隊,聯(lián)合中交集團、洛陽新強聯(lián)等20余家單位進行協(xié)同攻關,先后解決了主軸承材料制備、精密加工、成套設計中的12項核心關鍵技術問題。

　　此前,我國盾構機用超大直徑主軸承制造久而未決的主要原因在于：制造軸承的材料和大型滾子的加工精度不過關,全流程技術鏈條不貫通�！案叨溯S承自主可控制造”戰(zhàn)略性先導科技專項首席科學家李殿中研究員介紹,要制造高純凈、高均質、高強韌、高耐磨的軸承鋼材料,一定要從源頭解決材料制造的問題,他們將目光瞄準了稀土軸承鋼。通過控制氧含量,科研團隊制備出性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好的低氧稀土鋼,研制出的稀土軸承鋼拉壓疲勞壽命提高40多倍,滾動接觸疲勞性能提升40%,并制訂了多項稀土鋼標準。此外,科研團隊與企業(yè)聯(lián)合,攻克軸承加工中的技術與裝備瓶頸,開發(fā)出直徑100毫米以上的一級高精密滾子加工技術,實現(xiàn)了我國軸承行業(yè)加工一級精密大型滾子“零”的突破。

　　目前,科研團隊已開發(fā)出直徑3米級到8米級的盾構機主軸承共10套,直徑3米的主軸承已在沈陽地鐵工程中成功應用。