每日看點!中國迄今最大盾構(gòu)機主軸承研制成功 打通自主可控“最后一公里”

中國自主研制成功的超大型盾構(gòu)機用直徑8米級主軸承?！≈锌圃航饘偎?供圖

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

(資料圖)

中國科學(xué)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(guān)的超大型盾構(gòu)機用直徑8米主軸承近期已研制成功，大型盾構(gòu)機全國產(chǎn)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(gòu)機“掌心”的主軸承核心關(guān)鍵技術(shù)，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(gòu)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(gòu)機用主軸承，它將安裝在直徑16米級的超大型盾構(gòu)機上，用于隧道工程挖掘。

中國自主研制成功的直徑8米級主軸承驗收會(2022年9月30日召開)。　中科院金屬所 供圖

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。直徑8米主軸承在運轉(zhuǎn)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(dāng)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(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，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)機又是國民經(jīng)濟建設(shè)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(zhì)、高強韌、高耐磨，同時對主軸承成套設(shè)計、加工精度、潤滑脂油等都提出很高要求。

用于沈陽地鐵一號線東延線中的3米軸承?！≈锌圃航饘偎?供圖

直徑8米主軸承的研制成功，標(biāo)志著中國已掌握盾構(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)。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(biāo)與進口同類主軸承相當(dāng)，滿足超大型盾構(gòu)機裝機應(yīng)用需求。

突破“低氧稀土鋼”等12項關(guān)鍵技術(shù)

為助力解決大型盾構(gòu)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(dǎo)科技專項(高端軸承專項)，由中科院金屬所、中科院蘭州化學(xué)物理研究所等7家科研院所組成建制化團隊，并聯(lián)合中交天和機械設(shè)備制造有限公司、洛陽新強聯(lián)回轉(zhuǎn)支承股份有限公司等20余家行業(yè)企業(yè)進行協(xié)同攻關(guān)，先后解決主軸承材料制備、精密加工、成套設(shè)計中12項核心關(guān)鍵技術(shù)問題，成功開發(fā)出直徑3米到8米級的盾構(gòu)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(yīng)用。

劉維民院士、李殿中研究員、李依依院士、胡小強研究員(左一至左四)在驗收活動上交流?！≈锌圃航饘偎?供圖

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(zé)人李殿中研究員認為，在12項核心關(guān)鍵技術(shù)問題當(dāng)中，中科院金屬所團隊成功研究開發(fā)出“低氧稀土鋼”是關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵。

他說，為發(fā)揮中國稀土資源優(yōu)勢，解決軸承領(lǐng)域的重大需求，中科院金屬所團隊歷經(jīng)十多年研究，發(fā)現(xiàn)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(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)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(guān)合作企業(yè)生產(chǎn)的稀土軸承鋼綜合力學(xué)性能優(yōu)異，好于進口產(chǎn)品。

同時，“低氧稀土鋼”相關(guān)基礎(chǔ)研究成果今年也在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-材料》(Nature Materials)發(fā)表。該基礎(chǔ)研究成果不僅有效解決了稀土軸承鋼工業(yè)生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)。

在高端軸承專項顧問李依依院士看來，“低氧稀土鋼”關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)學(xué)研用”有效合作完成的一項重要基礎(chǔ)研究突破。她希望未來有更多經(jīng)費支持這種“任務(wù)帶學(xué)科”模式，持續(xù)促進基礎(chǔ)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(guān)過程中，高端軸承專項盾構(gòu)機主軸承技術(shù)總師胡小強研究員帶隊深入合作企業(yè)生產(chǎn)一線，聯(lián)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(xiàn)，中國進口設(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，尚不能實現(xiàn)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(biāo)依然是主軸承研制的“攔路虎”。胡小強稱，為此，研究團隊聯(lián)合相關(guān)企業(yè)集智攻關(guān)，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(shù)。他們還與相關(guān)企業(yè)密切合作，實現(xiàn)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，同時帶動相關(guān)國產(chǎn)加工裝備的研制。

李依依院士(左五)、劉維民院士(左六)和李殿中(左七)、胡小強研究員(左四)與攻關(guān)團隊代表合影。　中科院金屬所 供圖

李殿中總結(jié)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(shù)鏈、打造創(chuàng)新鏈、對接產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)大型盾構(gòu)機主軸承的自主研制與應(yīng)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(chǔ)零部件攻關(guān)、項目融合行業(yè)協(xié)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(gòu)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(biāo)，就是要實現(xiàn)壽命超過3萬小時、長度超過30公里，并根據(jù)基建市場需求研制不同直徑的盾構(gòu)機主軸承。

關(guān)鍵詞： 中科院金屬所