我国自研超大型盾构机用直径8米主轴承

近期，由中国科学院金属研究所李殿中研究员、李依依院士团队牵头攻关的超大型盾构机用直径8米主轴承研制成功。这标志着我国已掌握盾构机主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试和检测评价等集成技术。

该主轴承是目前我国制造的首台套直径最大、单重最大的盾构机用主轴承，重达41吨，将安装在直径16米级的超大型盾构机上，用于隧道工程挖掘。经国家轴承质量检验检测中心检测和专家组评审，认为该主轴承各项技术性能指标与进口同类主轴承相当，满足超大型盾构机装机应用需求。

盾构机是国民经济建设的重大装备，承载着穿山越岭、过江跨海的重任。我国已实现了盾构机的国产化，但其核心部件——主轴承却依赖进口，亟需打通自主可控制造的“最后一公里”。

主轴承是盾构机刀盘驱动系统的核心关键部件，盾构机掘进过程中，主轴承“手持”刀盘旋转切削掌子面并为刀盘提供旋转支撑。据介绍，直径8米的主轴承在运转过程中承载的最大轴向力达到10万千牛(相当于2500头亚洲象的重力)、径向力达1万千牛、倾覆力矩达十万千牛•米。而大型盾构机在掘进过程中，只能前进，不能倒退，主轴承一旦失效，会造成严重损失。因此，为保证主轴承的高承载能力和高可靠性，特别要求制造主轴承的轴承钢要高纯净、高均质、高强韧、高耐磨，同时对主轴承成套设计、加工精度、润滑脂等都提出了很高的要求。

中国科学院于2020年启动了“高端轴承自主可控制造”战略性先导科技专项，中国科学院金属研究所、中国科学院兰州化学物理研究所等7家院内科研单位组成建制化团队，联合中交天和机械设备制造有限公司、洛阳新强联回转支承股份有限公司等20余家单位进行协同攻关，先后解决了主轴承材料制备、精密加工、成套设计中的12项核心关键技术问题，开发出直径3米级到8米级的盾构机主轴承共10套。目前，直径3米的主轴承已在沈阳地铁工程中成功应用。

此前，我国盾构机用超大直径主轴承制造久而未决的主要原因在于：制造轴承的材料和大型滚子的加工精度不过关，全流程技术链条不贯通。中国科学院金属研究所团队历经十多年的研究，开发出“低氧稀土钢”关键技术，研制出的稀土轴承钢拉压疲劳寿命提高40多倍，滚动接触疲劳寿命提升40%，相关基础研究成果于今年发表在国际著名期刊《自然材料》(Nature Materials)上。