◎本報(bào)記者 陸成寬?

超大型盾構(gòu)機(jī)有了“中國(guó)心”！近日，記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉，我國(guó)成功研制超大型盾構(gòu)機(jī)用直徑8米主軸承。該主軸承重達(dá)41噸，是目前我國(guó)制造的首臺(tái)套直徑最大、單重最大的盾構(gòu)機(jī)用主軸承。?

【資料圖】

更重要的是，該主軸承順利通過(guò)國(guó)家軸承質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心檢測(cè)和專家組評(píng)審。專家組評(píng)審意見(jiàn)認(rèn)為，該主軸承各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)與進(jìn)口同類主軸承相當(dāng)，滿足超大型盾構(gòu)機(jī)裝機(jī)應(yīng)用需求。?

主軸承是“最后一公里”?

盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械。一般情況下，我們不會(huì)經(jīng)常看到這個(gè)“大國(guó)重器”，畢竟它常年在地下工作。

它是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重大裝備，承載著穿山越嶺、過(guò)江跨海的重任。“雖然我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化，但其核心部件——主軸承卻依賴進(jìn)口，亟須打通自主可控制造的‘最后一公里’。”中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員李殿中坦言。?

主軸承有盾構(gòu)機(jī)“心臟”之稱，是盾構(gòu)機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，主軸承“手持”刀盤旋轉(zhuǎn)切削掌子面并為刀盤提供旋轉(zhuǎn)支撐。?

“直徑8米的主軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承載的最大軸向力可達(dá)10^5千牛，相當(dāng)于2500頭成年亞洲象的重力。”李殿中說(shuō)，為保證主軸承的高承載能力和高可靠性，制造主軸承的軸承鋼必須要高純凈、高均質(zhì)、高強(qiáng)韌、高耐磨。這對(duì)主軸承成套設(shè)計(jì)、加工精度、潤(rùn)滑油脂等提出了很高的要求。?

李殿中表示，此前，我國(guó)盾構(gòu)機(jī)用超大直徑主軸承一直未能攻克的主要原因在于：制造軸承的材料和大型滾子的加工精度不過(guò)關(guān)，全流程技術(shù)鏈條不貫通。?

氧含量是關(guān)鍵?

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，要制造高純凈、高均質(zhì)、高強(qiáng)韌、高耐磨的軸承鋼材料，一定要從源頭解決材料制造的問(wèn)題，他們將目光瞄準(zhǔn)了稀土軸承鋼。?

已有大量研究表明，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、耐蝕性等性能。?

然而，“稀土鋼在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)遭遇兩大難題：一是工藝不順行，澆鑄時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)澆口堵塞的問(wèn)題；二是稀土在鋼中添加后，鋼的性能劇烈波動(dòng)，存在穩(wěn)定性不好的問(wèn)題。”李殿中指出。?

通過(guò)長(zhǎng)達(dá)十余年的機(jī)理研究和工業(yè)實(shí)驗(yàn)，中科院金屬所研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，稀土鋼性能波動(dòng)、鑄造時(shí)澆口堵塞問(wèn)題的根源在于氧含量。?

“我們發(fā)現(xiàn)，不僅鋼液中的氧含量影響稀土鋼的性能，更為重要的是，長(zhǎng)期被學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界忽視的稀土金屬中的氧含量，對(duì)稀土鋼的性能也具有十分重要的影響。”李殿中解釋道。?

“通過(guò)控制氧含量，我們制備出性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好的低氧稀土鋼。”李殿中說(shuō)，與不加稀土的軸承鋼相比，該稀土軸承鋼拉壓疲勞壽命提高40多倍，滾動(dòng)接觸疲勞壽命提升40%，有效解決了稀土鋼工業(yè)應(yīng)用中的瓶頸問(wèn)題。?

滾子也是一道坎?

除了軸承鋼，要想制造超大直徑主軸承，大型滾子加工技術(shù)也是一道邁不過(guò)去的坎。?

滾子是軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承受負(fù)荷的元件，是滾子軸承中最薄弱的零件，它的制造質(zhì)量對(duì)軸承工作性能有很大的影響，是影響軸承使用壽命的主要因素。?

“在主軸承研制過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，由于受到國(guó)外的技術(shù)限制，我國(guó)大型滾子加工精度只能達(dá)到二級(jí)，還不能實(shí)現(xiàn)一級(jí)精度加工。”中科院金屬所研究員胡小強(qiáng)直言。?

為此，胡小強(qiáng)帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)深入生產(chǎn)一線，聯(lián)合企業(yè)集智攻關(guān)，最終研制出直徑100毫米以上的一級(jí)滾子，使我國(guó)軸承行業(yè)突破了一級(jí)大型滾子精密加工技術(shù)。?

“通過(guò)與洛陽(yáng)新強(qiáng)聯(lián)股份有限公司等企業(yè)密切合作，我們實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)主軸承加工制造、裝配調(diào)試、檢測(cè)評(píng)價(jià)等全流程自主可控，同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)國(guó)產(chǎn)裝備的研制。”胡小強(qiáng)說(shuō)。?

未來(lái)，新研制的主軸承將安裝在直徑16米級(jí)的超大型盾構(gòu)機(jī)上，用于隧道工程挖掘。“該主軸承的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)已掌握盾構(gòu)機(jī)主軸承的自主設(shè)計(jì)、材料制備、精密加工、安裝調(diào)試和檢測(cè)評(píng)價(jià)等集成技術(shù)。”李殿中說(shuō)。（來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)）

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

作者：陸成寬

責(zé)任編輯：馮崢

標(biāo)簽： 加工精度 科技日?qǐng)?bào) 中國(guó)科學(xué)院