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近日，由中國科學院金屬研究所李殿中研究員、李依依院士團隊牽頭攻關(guān)的超大型盾構(gòu)機用直徑8米主軸承研制成功，標志著我國已掌握盾構(gòu)機主軸承的自主設(shè)計、材料制備、精密加工、安裝調(diào)試和檢測評價等集成技術(shù)。 我國自研超大型盾構(gòu)機用直徑8米主軸承。中國科學院金屬研究所供圖盾構(gòu)機是基礎(chǔ)建設(shè)的重大裝備，作為盾構(gòu)機的重要部件，主軸承是刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。一直以來，這個核心部件都依賴進口，我國亟須打通自主可控制造的“最后一公里”。主軸承是盾構(gòu)機刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，盾構(gòu)機掘進過程中，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。據(jù)介紹，直徑8米的主軸承在運轉(zhuǎn)過程中承載的最大軸向力達到10萬千牛(相當于2500頭亞洲象的重力)、徑向力達1萬千牛、傾覆力矩達十萬千?！っ?。而大型盾構(gòu)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，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(zhì)、高強韌、高耐磨，同時對主軸承成套設(shè)計、加工精度、潤滑脂等都提出了很高的要求。2020年，中國科學院啟動了“高端軸承自主可控制造”戰(zhàn)略性先導科技專項，中國科學院金屬研究所、中國科學院蘭州化學物理研究所等7家院內(nèi)科研單位組成建制化團隊，聯(lián)合沈陽工業(yè)大學、北方重工集團有限公司等20余家單位進行協(xié)同攻關(guān)，先后解決了主軸承材料制備、精密加工、成套設(shè)計中的12項核心關(guān)鍵技術(shù)問題，開發(fā)出直徑從3米級到8米級的盾構(gòu)機主軸承共10套。其中，3米級主軸承已經(jīng)在沈陽地鐵一號線東延線成功應(yīng)用。此前，我國盾構(gòu)機用超大直徑主軸承制造久而未決的主要原因在于：制造軸承的材料和大型滾子的加工精度不過關(guān)，全流程技術(shù)鏈條不貫通。攻關(guān)團隊認為，要制造高純凈、高均質(zhì)、高強韌、高耐磨的軸承鋼材料，一定要從源頭解決材料制造的問題，他們將目光瞄準了稀土軸承鋼。中國科學院金屬研究所團隊歷經(jīng)十多年的研究，開發(fā)出“低氧稀土鋼”關(guān)鍵技術(shù)，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%，相關(guān)基礎(chǔ)研究成果于今年發(fā)表在國際著名期刊《自然材料》(Nature Materials)上。同時，有效解決了稀土軸承鋼工業(yè)生產(chǎn)時遭遇的澆口嚴重堵塞的問題及加入稀土性能不穩(wěn)定的問題，牽頭制訂了多項稀土鋼標準。目前由相關(guān)合作企業(yè)生產(chǎn)的稀土軸承鋼綜合力學性能優(yōu)異，好于進口產(chǎn)品。該團隊在攻關(guān)過程中，盾構(gòu)機主軸承技術(shù)總師胡小強研究員帶隊深入生產(chǎn)一線，聯(lián)合骨干企業(yè)成功攻克了主軸承高精度加工和精度保持性難題。研制中發(fā)現(xiàn)，我國進口設(shè)備由于受國外技術(shù)限制，大型滾子加工精度只能達到二級（如：直徑規(guī)值≤2.5微米，表面粗糙度：滾動表面≤0.16微米、端面≤0.25微米、圓角≤2.5微米），尚不能實現(xiàn)一級精度加工（如：直徑規(guī)值≤1.0微米，表面粗糙度：滾動表面≤0.1微米、端面≤0.125微米、圓角≤1.25微米）。該團隊聯(lián)合企業(yè)集智攻關(guān)，研制出直徑100毫米以上的一級滾子，使我國軸承行業(yè)突破了一級大型滾子精密加工技術(shù)。與洛陽新強聯(lián)股份有限公司密切合作，實現(xiàn)了盾構(gòu)機主軸承加工制造、裝配調(diào)試、檢測評價等全流程自主可控，同時帶動了相關(guān)國產(chǎn)裝備的研制。此次研制成功的8米直徑主軸承重達41噸，是目前我國制造的首臺套直徑最大、單重最大的盾構(gòu)機用主軸承，將安裝在直徑16米級的超大型盾構(gòu)機上，用于隧道工程挖掘。經(jīng)國家軸承質(zhì)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(shù)性能指標與進口同類主軸承相當，滿足超大型盾構(gòu)機裝機應(yīng)用需求。回顧前前后后數(shù)十年的研發(fā)歷程，李依依感慨，8米級盾構(gòu)機主軸承的研制成功，得益于基礎(chǔ)研究，“基礎(chǔ)研究在稀土鋼性能提升、滾子精度提升、銅鋼復合保持架研制等方面都發(fā)揮了重要作用，而主軸承的研制也進一步帶動了基礎(chǔ)研究學科的發(fā)展”。“盾構(gòu)機用超大直徑主軸承的研制成功，為我國高端基礎(chǔ)零部件攻關(guān)提供了良好的范式，是'貫通技術(shù)鏈、打造創(chuàng)新鏈、對接產(chǎn)業(yè)鏈’的積極實踐，是發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，開展'政、產(chǎn)、學、研、用’協(xié)同創(chuàng)新的生動體現(xiàn)。”李殿中說。
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