全球最大直径盾构机主轴承研发历程

在大型隧道施工中，盾构机是不可或缺的“神兵利器”。主轴承作为盾构机的核心部件，是确保设备安全可靠运转的关键。近日，中国铁建重工集团股份有限公司（以下简称“铁建重工”）成功研发出直径8.61米、重达62吨的全球最大直径盾构机主轴承，再次为中国制造树立了新的里程碑。

“铸造坚不可摧的防护罩”

在盾构机掘进过程中，8.61米主轴承需要经受住极端恶劣工况的考验。为了确保主轴承足够坚固，研发团队首先面临的挑战是材料与工艺。

“对于主轴承的内齿圈来说，需要达到洛氏硬度大于58、厚度不低于8毫米的标准，以承受超万吨的载荷。”研发团队制造工艺负责人解金东指出。

这8毫米圈层被称为“防护罩”，是主轴承抵抗重压的关键。国内常规的中碳轴承钢淬火工艺仅能达到洛氏硬度55、表面淬深5毫米，因此，研发团队联合钢铁企业，经过数十次技术讨论与测试，最终确定了适用于大直径主轴承制造的钢材标准。

为了克服整体淬火工艺无法应用于8.61米主轴承的问题，研发人员尝试了多种方法。最终，受到古代“覆土烧刃”制造工艺的启发，研发团队成功开发出一种新的耐高温介质，解决了淬火区域温度不均的问题。

“追求极致的平整度”

另一个挑战是如何精确控制浮动环的平整度。浮动环是主轴承的核心部件之一，其内壁必须足够平整，以避免因局部损坏而导致整个系统失效。

与之前的3米直径主轴承相比，8.61米主轴承的重量增加了约8倍，内壁圆域面积增大近9倍。然而，平整度的控制要求仍然严格，误差不能超过20微米，相当于壁面起伏不能超过一张A4纸厚度的五分之一。

研发初期，浮动环在长时间加工调整平整度后会出现明显的扭曲现象。通过专家们的多次现场会诊，最终发现原因是砂轮与浮动环长时间、大面积接触摩擦导致的过热变形。

为了解决这个问题，研发团队对砂轮进行了改造，通过调整砂轮形状减少了接触面积，同时确保了砂轮运行轨迹能够覆盖内壁的每一处。这一改进使得团队成功加工出了符合平整度要求的浮动环。

“自主设计的新篇章”

为了适应各种复杂工况，每一台盾构机都需要根据工程要求定制，这意味着主轴承也要相应地定制。在此之前，虽然能够制造主轴承，但是设计环节依赖于国外厂商，耗时长且成本高昂。

研发团队决定实现自主设计。他们一边制造一边摸索，用试验数据反推设计方法。这个过程充满了挑战，例如，一次关键计算公式的卡壳让团队陷入了困境。经过无数次的计算调整，最终确定了一系列参数，成功验证了计算公式。