盾构机是国民经济和基础建设的重大装备，承载着穿山越岭、过江跨海的重任。近日，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研制的超大直径盾构机用8米直径主轴承研制成功。该轴承直径达8米、重达41吨，是目前我国制造的首台套直径最大、单重最大的盾构机主轴承，该主轴承将安装在16米级盾构机上，用于隧道挖掘工程。该主轴承的研制成功标志着我国已完全掌握大型重载盾构机主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试、检测评价与寿命预测的集成技术，具备进口替代能力。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。
△自研超大型盾构机用直径8米主轴承
据介绍，我国已实现了超大直径盾构机的国产化，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，8米直径盾构机主轴承在运转过程中承载的最大轴向力达到100000千牛（1千牛约等于0.1吨物体的重力，一头成年亚洲象的体重按4吨算的话，这相当于轴向受到2500头亚洲象重力的作用）、径向力达10000千牛、倾覆力矩达100000千牛•米。为保证主轴承的高承载和高可靠性，就要求制造主轴承的轴承钢要高纯净、高均质、高强韧、高耐磨，同时对主轴承加工精度、设计能力、润滑脂等都提出了很高的要求。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。
△成功应用于沈阳地铁工程的自研直径3米盾构机主轴承
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、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，联合中交集团、洛阳新强联等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。
△自研超大型盾构机用直径8米主轴承验收会
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。“高端轴承自主可控制造”战略性先导科技专项首席科学家李殿中研究员介绍，要制造高纯净、高均质、高强韧、高耐磨的轴承钢材料，一定要从源头解决材料制造的问题，他们将目光瞄准了稀土轴承钢。通过控制氧含量，科研团队制备出性能优越、稳定性好的低氧稀土钢，研制出的稀土轴承钢拉压疲劳寿命提高40多倍，滚动接触疲劳性能提升40%，并制订了多项稀土钢标准。此外，科研团队与企业联合，攻克轴承加工中的技术与装备瓶颈，开发出直径100毫米以上的一级高精密滚子加工技术，实现了我国轴承行业加工一级精密大型滚子“零”的突破。
目前，科研团队已开发出直径3米级到8米级的盾构机主轴承共10套，直径3米的主轴承已在沈阳地铁工程中成功应用。
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