12月15日，記者(zhě)從中國科(kē)學院(yuàn)金屬研究所獲(huò)悉，由(yóu)該所(suǒ)研究(jiū)員李(lǐ)殿中、中國(guó)科學院(yuàn)院(yuàn)士李依依(yī)團(tuán)隊牽頭(tóu)攻關(guān)的(de)超大型盾構機用(yòng)直徑(jìng)8米主軸承研制(zhì)成功。該(gāi)主軸承(chéng)是目(mù)前我國制(zhì)造的(de)首台套(tào)直徑z大、單重z大的(de)盾構(gòu)機用(yòng)主軸(zhóu)承，将(jiāng)安裝在自主研發的國産(chǎn)直徑16米級(jí)超(chāo)大型盾構機上。

15年攻關突(tū)破(pò)關鍵難題(tí)

航空(kōng)發動機(jī)、盾構機、高檔(dàng)數控(kòng)機床等高(gāo)端裝(zhuāng)備都離不(bú)開軸承。目(mù)前我國雖已實現了(le)盾構機的國産(chǎn)化，但其刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的核心(xīn)關鍵部件(jiàn)——主軸承卻仍(réng)依賴進(jìn)口。在盾構機掘(jué)進過程中，主軸承“手持”刀盤，旋(xuán)轉切削開挖工(gōng)作面(miàn)并(bìng)為(wéi)刀盤(pán)提供旋轉支撐(chēng)。其工(gōng)作時(shí)轉速十分緩慢(màn)，每分(fèn)鐘不足(zú)3轉，這就意味(wèi)着在此過(guò)程中，直徑(jìng)8米的(de)主軸承(chéng)運轉時(shí)的z大軸向(xiàng)力将(jiāng)達到(dào)10萬千牛，徑(jìng)向力(lì)達1萬千牛，傾覆力矩達10萬(wàn)千牛·米。

“如(rú)果一(yī)頭成年亞洲象(xiàng)的體(tǐ)重是4噸，那主軸承(chéng)的軸向(xiàng)z大(dà)會受到相當(dāng)于2500頭(tóu)亞洲象體(tǐ)重的作用力。”李殿中(zhōng)比(bǐ)喻道，8米(mǐ)直徑的主(zhǔ)軸承(chéng)已是z大(dà)的直徑(jìng)等級(jí)，重達41噸。而(ér)更重要的是，主(zhǔ)軸承一旦(dàn)裝入(rù)盾構(gòu)機開始挖掘(jué)，就不能(néng)“開倒(dǎo)車”。“盾構機隻能(néng)前進，不(bú)能(néng)後退，一旦(dàn)軸(zhóu)承失效，損失(shī)将是巨大(dà)的。”

這(zhè)樣的高承(chéng)載能力和(hé)高可靠性标準，就要求制造主軸承(chéng)的軸承鋼要高(gāo)純淨、高均(jun1)質、高(gāo)強韌(rèn)、高耐磨，同(tóng)時對主軸(zhóu)承成套設(shè)計、加工精(jīng)度、潤(rùn)滑脂等都提出(chū)了(le)很高的(de)要求。

中國科學院于2020年啟(qǐ)動了(le)“高端軸承自主可控(kòng)制造”戰略(luè)性科技先導專(zhuān)項，中(zhōng)國科(kē)學院(yuàn)金屬研究所、中國科(kē)學院蘭州(zhōu)化學(xué)物(wù)理(lǐ)研究所等7家科研單(dān)位組成建制化(huà)團隊，聯合中交(jiāo)集團的(de)中(zhōng)交天(tiān)和機(jī)械設備制(zhì)造有限公司、洛(luò)陽新(xīn)強聯回轉(zhuǎn)支承股份(fèn)有限公司(sī)等20餘家單(dān)位協同攻關。

此(cǐ)前，在軸承的研(yán)制上，我國一直面臨着(zhe)兩個主(zhǔ)要問題——制(zhì)造軸(zhóu)承的(de)材(cái)料和大(dà)型滾子的(de)加工(gōng)精度不過關(guān)，全(quán)流程技(jì)術(shù)鍊條(tiáo)不貫通。而(ér)要想(xiǎng)有所突破，就要(yào)從源頭的材料(liào)制造問題(tí)解決(jué)起，于(yú)是，研究團(tuán)隊把目(mù)光(guāng)瞄準了稀(xī)土軸(zhóu)承鋼。

已有的大量研(yán)究表明，在鋼(gāng)中(zhōng)添加微(wēi)量稀土(tǔ)能夠顯著提高(gāo)鋼的韌塑(sù)性、耐磨性(xìng)、耐熱性、耐(nài)蝕性(xìng)等。“我(wǒ)們也(yě)把稀(xī)土叫作‘工業維生素’，1噸稀(xī)土鋼(gāng)中(zhōng)稀土隻(zhī)需要100餘克。”作為(wéi)軸承先(xiān)導(dǎo)專項(xiàng)負責人，李殿中(zhōng)介紹，稀土是我(wǒ)國的(de)優勢戰略性資(zī)源，但此前(qián)關于稀土鋼的(de)研究與應用屢(lǚ)屢受挫。鋼水中加入稀土後，很(hěn)容易(yì)出現澆口(kǒu)嚴重堵(dǔ)塞，且(qiě)會(huì)導緻鋼的(de)性能劇烈波動，穩定性不佳。

中科院(yuàn)金(jīn)屬(shǔ)所研究團(tuán)隊曆時15年，終于找到了這個問(wèn)題的答案——氧含(hán)量。隻(zhī)要将稀土(tǔ)鋼(gāng)和稀土(tǔ)金屬(shǔ)中的(de)氧(yǎng)含量(liàng)降(jiàng)低，其(qí)性能就格外穩定(dìng)。“低(dī)氧稀(xī)土鋼(gāng)”關鍵技術(shù)讓稀(xī)土軸承鋼(gāng)拉壓(yā)疲勞(láo)壽(shòu)命(mìng)提高40多倍，滾動(dòng)接觸疲勞壽命(mìng)提升(shēng)40%。借助這項(xiàng)技術，國(guó)内企業已制(zhì)造出數千(qiān)萬套高品質軸承。

産(chǎn)品多項指(zhǐ)标表現(xiàn)優(yōu)異

不過(guò)，隻靠優質的(de)稀土軸承鋼還不夠，軸(zhóu)承(chéng)的加(jiā)工精度、潤滑脂(zhī)材料(liào)、軸承熱處理等問題也至(zhì)關重(zhòng)要。

由于加(jiā)工設備的限制(zhì)，此前我國大型(xíng)滾子(zǐ)的加工精(jīng)度(dù)隻能(néng)達(dá)到二(èr)級，與标準(zhǔn)更加(jiā)嚴格的一(yī)級精(jīng)度加(jiā)工相比仍有差距。盾構機主軸承(chéng)研制技(jì)術總師、中科院(yuàn)金屬所研(yán)究員(yuán)胡小強聯合企(qǐ)業開展攻(gōng)關，使(shǐ)我國軸承(chéng)行業(yè)突破了一級大(dà)型滾(gǔn)子精(jīng)密加工技(jì)術，并(bìng)實現(xiàn)了盾(dùn)構機主軸(zhóu)承(chéng)加工制(zhì)造、裝(zhuāng)配調試(shì)、檢測評(píng)價等全流(liú)程自主可(kě)控，同時帶(dài)動了相關(guān)國産(chǎn)裝備(bèi)的研制。

軸(zhóu)承的穩定運行(háng)離不開良(liáng)好的(de)潤滑材料(liào)。中科院蘭州化學物(wù)理研究所通過(guò)核心添加劑的(de)結構設(shè)計與可控制(zhì)備技術的(de)開發(fā)，形成了自主的(de)主軸承潤(rùn)滑油脂的(de)配比(bǐ)和組合(hé)組成，并開發出在沖擊(jī)載荷(hé)下仍然能保持良(liáng)好潤滑，使滾子磨損量(liàng)較小的潤(rùn)滑油(yóu)脂。

“我們(men)團隊是(shì)做材料(liào)出身，但(dàn)在盾構機主軸(zhóu)承的(de)研制(zhì)過程(chéng)中，我們跳出了(le)科研‘舒适圈’，完(wán)成了(le)從‘會做什(shí)麼’向‘該(gāi)做(zuò)什麼(me)’的轉變(biàn)。料要成材，材要成(chéng)器，器要好(hǎo)用(yòng)。”李(lǐ)殿中(zhōng)說，通(tōng)過多學科團(tuán)隊和企(qǐ)業聯(lián)合協同攻關，團(tuán)隊打破(pò)了材料(liào)和機械(xiè)制造的(de)行業(yè)壁壘，“主軸(zhóu)承的成功(gōng)研制和應用，是國内(nèi)技術和裝(zhuāng)備能力的集(jí)中體現(xiàn)。”

目前(qián)，8米級(jí)主軸承是我(wǒ)國首台(tái)套直徑z大(dà)、單重(zhòng)z大的盾構(gòu)機用主軸承。其(qí)多項(xiàng)指标(biāo)優于(yú)國外(wài)同(tóng)類産(chǎn)品(pǐn)，材料(liào)内部一種非金(jīn)屬夾雜物(wù)的含量僅為十(shí)萬分(fèn)之幾，相(xiàng)較進口(kǒu)産品(pǐn)降低了一(yī)個數(shù)量級；稀土鋼材(cái)料的夾雜(zá)物細小圓整，尺(chǐ)寸小(xiǎo)于(yú)進口軸(zhóu)承鋼，疲勞強度(dù)也比(bǐ)進口(kǒu)産(chǎn)品(pǐn)提升(shēng)了(le)100兆帕以(yǐ)上。

國家軸承質量檢驗檢測中心檢測和專家(jiā)組評審(shěn)認(rèn)為(wéi)，該(gāi)主軸(zhóu)承各(gè)項技(jì)術性(xìng)能指(zhǐ)标與(yǔ)進口(kǒu)同類主軸承相當，滿(mǎn)足超(chāo)大型?構機裝機(jī)應用需求。該主軸承的研制成(chéng)功，标(biāo)志着(zhe)我國(guó)已掌握盾(dùn)構機(jī)主軸承的自(zì)主設計(jì)、材料制備(bèi)、精密加工(gōng)、安裝調試和(hé)檢測評(píng)價等集(jí)成技術(shù)。

目前(qián)先導專項(xiàng)已先(xiān)後解決了(le)主軸承材料制(zhì)備、精(jīng)密(mì)加工、成套(tào)設(shè)計中的12項(xiàng)核心關鍵(jiàn)技術(shù)問題(tí)，開發出直(zhí)徑3米級到8米級(jí)的盾(dùn)構機主軸(zhóu)承共(gòng)10套(tào)。此(cǐ)前，直(zhí)徑3米(mǐ)級盾構機(jī)主軸(zhóu)承已(yǐ)安裝在北(běi)方重工集(jí)團生産的盾構(gòu)機上(shàng)，2022年4月已在(zài)沈陽地鐵工程(chéng)成功(gōng)應(yīng)用。後續，8米級(jí)主(zhǔ)軸承将安裝在直徑16米級的超(chāo)大(dà)型盾(dùn)構機上，用于(yú)隧(suì)道工程(chéng)挖(wā)掘。

（來源：北京(jīng)日報客(kè)戶端）