我國自研超大型盾構機用直徑8米主軸承

近期，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攻關的超大型盾構機用直徑8米主軸承研制成功。這標志著我國已掌握盾構機主軸承的自主設計、材料制備、精密加工、安裝調試和檢測評價等集成技術。

該主軸承是目前我國制造的首臺套直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承，重達41噸，將安裝在直徑16米級的超大型盾構機上，用于隧道工程挖掘。經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。

盾構機是國民經濟建設的重大裝備，承載著穿山越嶺、過江跨海的重任。我國已實現了盾構機的國產化，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的核心關鍵部件，盾構機掘進過程中，主軸承“手持”刀盤旋轉切削掌子面并為刀盤提供旋轉支撐。據介紹，直徑8米的主軸承在運轉過程中承載的最大軸向力達到10萬千牛(相當于2500頭亞洲象的重力)、徑向力達1萬千牛、傾覆力矩達十萬千牛?米。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。因此，為保證主軸承的高承載能力和高可靠性，特別要求制造主軸承的軸承鋼要高純凈、高均質、高強韌、高耐磨，同時對主軸承成套設計、加工精度、潤滑脂等都提出了很高的要求。

中國科學院于2020年啟動了“高端軸承自主可控制造”戰略性先導科技專項，中國科學院金屬研究所、中國科學院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，聯合中交天和機械設備制造有限公司、洛陽新強聯回轉支承股份有限公司等20余家單位進行協同攻關，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，開發出直徑3米級到8米級的盾構機主軸承共10套。目前，直徑3米的主軸承已在沈陽地鐵工程中成功應用。

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。中國科學院金屬研究所團隊歷經十多年的研究，開發出“低氧稀土鋼”關鍵技術，研制出的稀土軸承鋼拉壓疲勞壽命提高40多倍，滾動接觸疲勞壽命提升40%，相關基礎研究成果于今年發表在國際著名期刊《自然材料》(Nature Materials)上。