在大型隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)是不可或缺的“神兵利器”。主軸承作為盾構(gòu)機(jī)的核心部件，是確保設(shè)備安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。近日，中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱“鐵建重工”）成功研發(fā)出直徑8.61米、重達(dá)62噸的全球最大直徑盾構(gòu)機(jī)主軸承，再次為中國制造樹立了新的里程碑。

“鑄造堅(jiān)不可摧的防護(hù)罩”

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，8.61米主軸承需要經(jīng)受住極端惡劣工況的考驗(yàn)。為了確保主軸承足夠堅(jiān)固，研發(fā)團(tuán)隊(duì)首先面臨的挑戰(zhàn)是材料與工藝。

“對于主軸承的內(nèi)齒圈來說，需要達(dá)到洛氏硬度大于58、厚度不低于8毫米的標(biāo)準(zhǔn)，以承受超萬噸的載荷?！毖邪l(fā)團(tuán)隊(duì)制造工藝負(fù)責(zé)人解金東指出。

這8毫米圈層被稱為“防護(hù)罩”，是主軸承抵抗重壓的關(guān)鍵。國內(nèi)常規(guī)的中碳軸承鋼淬火工藝僅能達(dá)到洛氏硬度55、表面淬深5毫米，因此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合鋼鐵企業(yè)，經(jīng)過數(shù)十次技術(shù)討論與測試，最終確定了適用于大直徑主軸承制造的鋼材標(biāo)準(zhǔn)。

為了克服整體淬火工藝無法應(yīng)用于8.61米主軸承的問題，研發(fā)人員嘗試了多種方法。最終，受到古代“覆土燒刃”制造工藝的啟發(fā)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新的耐高溫介質(zhì)，解決了淬火區(qū)域溫度不均的問題。

“追求極致的平整度”

另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何精確控制浮動環(huán)的平整度。浮動環(huán)是主軸承的核心部件之一，其內(nèi)壁必須足夠平整，以避免因局部損壞而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。

與之前的3米直徑主軸承相比，8.61米主軸承的重量增加了約8倍，內(nèi)壁圓域面積增大近9倍。然而，平整度的控制要求仍然嚴(yán)格，誤差不能超過20微米，相當(dāng)于壁面起伏不能超過一張A4紙厚度的五分之一。

研發(fā)初期，浮動環(huán)在長時(shí)間加工調(diào)整平整度后會出現(xiàn)明顯的扭曲現(xiàn)象。通過專家們的多次現(xiàn)場會診，最終發(fā)現(xiàn)原因是砂輪與浮動環(huán)長時(shí)間、大面積接觸摩擦導(dǎo)致的過熱變形。

為了解決這個(gè)問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對砂輪進(jìn)行了改造，通過調(diào)整砂輪形狀減少了接觸面積，同時(shí)確保了砂輪運(yùn)行軌跡能夠覆蓋內(nèi)壁的每一處。這一改進(jìn)使得團(tuán)隊(duì)成功加工出了符合平整度要求的浮動環(huán)。

“自主設(shè)計(jì)的新篇章”

為了適應(yīng)各種復(fù)雜工況，每一臺盾構(gòu)機(jī)都需要根據(jù)工程要求定制，這意味著主軸承也要相應(yīng)地定制。在此之前，雖然能夠制造主軸承，但是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)依賴于國外廠商，耗時(shí)長且成本高昂。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)決定實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。他們一邊制造一邊摸索，用試驗(yàn)數(shù)據(jù)反推設(shè)計(jì)方法。這個(gè)過程充滿了挑戰(zhàn)，例如，一次關(guān)鍵計(jì)算公式的卡殼讓團(tuán)隊(duì)陷入了困境。經(jīng)過無數(shù)次的計(jì)算調(diào)整，最終確定了一系列參數(shù)，成功驗(yàn)證了計(jì)算公式。