中國迄今最大盾構機主軸承研制成功 打通自主可控“最后一公里”

       中新網北京12月15日電 (記者 孫自法)被網友戲稱為“基建狂魔”的中國基礎建設行業(yè)，在鑿山開路、過江跨海工程項目中經常使用的大型盾構機已實現國產化，但其關鍵核心部件主軸承，長期以來依賴進口，因此成為盾構機亟需打通自主可控制造的“最后一公里”而備受關注。

　　中國科學院金屬研究所(中科院金屬所)12月15日對外宣布，由該所李殿中研究員、李依依院士團隊牽頭攻關的超大型盾構機用直徑8米主軸承近期已研制成功，大型盾構機全國產化和自主可控的“最后一公里”由此順利打通。這項研究團隊形象比喻為盾構機“掌心”的主軸承核心關鍵技術，也終于被中國牢牢握在自己手中。

　　研制出中國迄今最大盾構機用主軸承

　　李殿中研究員近日在線上媒體集體采訪時介紹說，最新研制成功的直徑8米主軸承重達41噸，是目前中國制造的首套直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承，它將安裝在直徑16米級的超大型盾構機上，用于隧道工程挖掘。

　　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。直徑8米主軸承在運轉過程中承載的最大軸向力達到10萬千牛(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1萬千牛、傾覆力矩達10萬千?！っ?。

　　他指出，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，主軸承是盾構機刀盤驅動系統的核心關鍵部件。盾構機又是國民經濟建設的重大裝備，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、潤滑脂油等都提出很高要求。

　　直徑8米主軸承的研制成功，標志著中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。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。

　　突破“低氧稀土鋼”等12項關鍵技術

　　為助力解決大型盾構機主軸承研制“最后一公里”難題，中科院2020年啟動“高端軸承自主可控制造”戰(zhàn)略性先導科技專項(高端軸承專項)，由中科院金屬所、中科院蘭州化學物理研究所等7家科研院所組成建制化團隊，并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余家行業(yè)企業(yè)進行協同攻關，先后解決主軸承材料制備、精密加工、成套設計中12項核心關鍵技術問題，成功開發(fā)出直徑3米到8米級的盾構機主軸承共10套。此前，在沈陽市政府的大力推動與支持下，直徑3米主軸承已在沈陽地鐵工程中成功應用。

　　俗話說“好鋼用在刀刃上”，但首先要找到好鋼。高端軸承專項負責人李殿中研究員認為，在12項核心關鍵技術問題當中，中科院金屬所團隊成功研究開發(fā)出“低氧稀土鋼”是關鍵技術中的關鍵。

　　他說，為發(fā)揮中國稀土資源優(yōu)勢，解決軸承領域的重大需求，中科院金屬所團隊歷經十多年研究，發(fā)現稀土鋼性能波動、澆口堵塞等問題的根源在于氧含量。隨后，通過大量的實驗、計算和表征，他們揭示出稀土在鋼中的主要作用機制，并開發(fā)出“低氧稀土鋼”關鍵技術。在此基礎上，研究團隊通過控制氧含量，制備出性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好的低氧稀土鋼，成功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%。目前，由相關合作企業(yè)生產的稀土軸承鋼綜合力學性能優(yōu)異，好于進口產品。

　　同時，“低氧稀土鋼”相關基礎研究成果今年也在國際專業(yè)學術期刊《自然-材料》(Nature Materials)發(fā)表。該基礎研究成果不僅有效解決了稀土軸承鋼工業(yè)生產時遭遇的堵塞、性能不穩(wěn)定等問題，還推動中科院金屬所牽頭制訂多項稀土鋼標準。

　　在高端軸承專項顧問李依依院士看來，“低氧稀土鋼”關鍵技術研發(fā)成功，是中科院金屬所團隊秉持“祖國需要什么就做什么”理念，并通過“政產學研用”有效合作完成的一項重要基礎研究突破。她希望未來有更多經費支持這種“任務帶學科”模式，持續(xù)促進基礎研究發(fā)展。

　　科技自立自強持久支撐保障行業(yè)發(fā)展

　　中科院金屬所團隊在直徑8米主軸承研制攻關過程中，高端軸承專項盾構機主軸承技術總師胡小強研究員帶隊深入合作企業(yè)生產一線，聯合骨干企業(yè)成功攻克主軸承高精度加工和精度保持性難題。他們在合作研制過程中發(fā)現，中國進口設備由于受國外技術限制，大型滾子加工精度只能達到二級，尚不能實現一級精度加工。

　　有了稀土軸承鋼的性能卓越材料，加工精度不達標依然是主軸承研制的“攔路虎”。胡小強稱，為此，研究團隊聯合相關企業(yè)集智攻關，研制出直徑100毫米以上的一級滾子，使中國軸承行業(yè)突破了一級大型滾子精密加工技術。他們還與相關企業(yè)密切合作，實現盾構機主軸承加工制造、裝配調試、檢測評價等全流程自主可控，同時帶動相關國產加工裝備的研制。

　　李殿中總結表示，研究團隊另辟蹊徑從材料源頭出發(fā)，發(fā)揮稀土軸承鋼與精密加工優(yōu)勢，打破行業(yè)壁壘，貫通技術鏈、打造創(chuàng)新鏈、對接產業(yè)鏈，實現大型盾構機主軸承的自主研制與應用，這是中國科技自立自強、持久支撐保障行業(yè)全生命周期發(fā)展的成功實踐，也為中國高端基礎零部件攻關、項目融合行業(yè)協同創(chuàng)新提供了良好的范式。

　　他透露，這次研制成功的超大型盾構機用直徑8米主軸承使用壽命超過1萬小時，持續(xù)挖掘長度將超過10公里，研究團隊的下一步目標，就是要實現壽命超過3萬小時、長度超過30公里，并根據基建市場需求研制不同直徑的盾構機主軸承。(完)