本文摘要：主轴承，有全断面隧道掘进机（全称掘进机）的“心脏”之称之为，分担着掘进机运转过程的主要载荷，是刀盘驱动系统的关键部件，工作所处状况十分险恶。
主轴承，有全断面隧道掘进机（全称掘进机）的“心脏”之称之为，分担着掘进机运转过程的主要载荷，是刀盘驱动系统的关键部件，工作所处状况十分险恶。掘进机使用液压、机械和电气等诸多领域的高科技成果，运用计算机自动控制、工厂化作业、在线动态监测与导向，是集盾构机、出渣、运输、支护于一体的成套设备，长度由几十米到200多米，总重量可约几百吨至5000多吨，是当前地下空间施工最先进设备的装备。每台价值从数千万元至两三亿元平均。“就整机生产能力而言，国产掘进机已相似世界最先进设备水平，但最关键的主轴承全部倚赖进口。
”中国铁建重工集团中央研究总院梅勇兵博士告诉他科技日报记者。忍受极大载荷和反感温升掘进机主轴承工作环境十分险恶，要忍受高速旋转、极大载荷和反感温升。“掘进机工作的地质具备不得而知和变异的特点，再加刀盘滚刀斩岩时的变异载荷，使得主轴承必需忍受寄居持续、变异和各个方向的载荷。
”洛阳轴承研究所有限公司李云峰博士说道。以直径15米掘进机为事例，整机重4500吨，主轴承所在主机重2800吨，轴承相连的前部刀盘就约520吨；盾构机机动力来自28两组千斤顶，仅次于发动机约22500吨，盾构机速度仅次于每分钟5厘米。
“要传输这样大的发动机，掘进机须要配有7米大直径的主轴承，滑动体沿圆周滑动的线速度为220米/分钟。”李云峰说道。
在地下密封的工作空间，主轴承还因长时间倒数工作产生摩擦热，温度从20摄氏度最低升到120摄氏度。“极大载荷和反感的温升，不仅很大地减少了轴承材料的刚性，也使其强度大幅度发育。”李云峰指出，这种工况，对掘进机主轴承的可靠性指标拒绝十分苛刻。
因技术含量低，单个主轴承成本大约占到掘进机的1/20左右，是掘进机所有零件中最钱的。“在既定施工段，若掘进机主轴承经常出现故障，展开现场修理或替换十分艰难，甚至不不切实际。
”梅勇兵说道，这拒绝主轴承无法出有任何故障，掘进机制造商宁愿出有高价，自由选择配备高可靠性的国外知名品牌主轴承。据介绍，我国掘进机年生产规模大约为450台，仅有进口轴承一项即达近10亿元。尺寸极大结构最简单，生产必须上百道工序与直径仅有几百毫米的传统滚动轴承比起，掘进机主轴承直径一般为几米，是结构最简单的一种轴承，生产必须上百道工序，主要由套圈、滚子和保持架3部分构成。
“掘进机主轴承尺寸可观，在加装方式上迥异于传统滚动轴承，必需使用螺栓与主机连接起来的方式，这样就必须加装孔。”李云峰说道，加装传统应用领域的轴承，一般使用通过内、外圈与主机部件因应的方式，孔的数量一般来说是个位数。以直径6.34米掘进机设施主轴承为事例，其直径3米，有20个加装孔、40个注油孔、20个相连孔和10个定位孔，整套轴承零件总数超过600多个。“这么多的孔，使设计和加工过程如趟雷区，切勿时刻维持高度小心，防止互相干预。
”李云峰说道，如果因设计人员有一丁点疏失，在加装孔的方位圆周基准上经常出现丝毫错误，依图加工后都会导致大量废品。除规模可观的孔外，因尺寸原因，掘进机主轴承的横截面与节圆的直径比，近大于传统滚动轴承。“掘进机主轴承套圈归属于薄壁的环构件，在牵引条件下，难以避免套圈的结构变形，这些都减少了其力学号召的复杂性。”李云峰说道。
国外现代掘进机实践中已近百年，除原材料的强度近超强国产外，在设计和工艺上极具极强的实力。“无论是主轴承工作载荷的清楚理论数据，还是工程测算数据，都十分完备，为其设计和建模获取了现实而非常丰富的依据。”李云峰说道。
当前，世界上能研制掘进机主轴承的企业仅有四家，分别是德国的罗特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF，其中，罗特艾德占据全球仅有断面隧道掘进机领域绝大部分市场份额。据报，罗特艾德公司生产的主轴承技术和工艺水平最低，其生产的主轴承直径已突破7米多，组装于多台14米直径的掘进机，盾构机隧道长度总计已多达50公里。随着隧道修建技术的发展，隧洞设计的里程和直径也更加大，往往拒绝单个主轴承的设计寿命约20公里以上，轴承直径6米以上，从而更进一步增大了掘进机主轴承的技术研发难题。
“直径若多达8米，轴承结构就必须分块设计了。”李云峰说道。掌控直径3米核心技术，实验寿命等同于国外同类产品除不受材料因素制约外，在设计和工艺上，国产掘进机主轴承与国外产品都不存在相当大差距。
“国内现有的滚动轴承理论，是基于刚性套圈假设，不适合于分析掘进机主轴承的内部受力状况。”洛阳轴承研究所有限公司董事长王景华说道，我国掘进机生产历史仅有十余年，所有数据都十分短缺，设计计算出来不能输出估计的载荷，如此设计的轴承无法给定实际的工况。王景华还讲解说道，国外著名轴承企业更加侧重轴承与主机结构的给定，在设计时，将轴承视作主机的组成部分，二者协同展开。反观国内，轴承与主机的设计则“各自为政”，互相独立国家。
“互相不熟知，主轴承根本无法号召主机环境的力学不道德。”李云峰说道，要适应环境主机环境的力学不道德，必须十分复杂的动力学模型、工程数据和数值计算出来平台，国外轴承设计的合理性，是通过大量实验检验的，并累积了大量工程数据，这些方面在我国完全仅有是空白。
说道到掘进机主轴承的生产工艺，李云峰罗列出有还包括机加工工艺、热处理工艺和焊工艺等因素。“国外的热处理工艺已发展到无软带表面淬火，而国内还没这样的工艺。
”李云峰说道，经无软带上表面淬火处置，主轴承的滚道表面不会全部硬化。如此，因牵引导致的软带区域塑形、变形和过早疲惫破损等故障隐患，都将彻底消除。掘进机主轴承国产化曙光正在显露。
“我们已开始与国产掘进机领军企业——铁建重工密切合作，首度积极开展了掘进机主轴承的研究工作。”王景华透漏，作为国内唯一的滚动轴承综合性研究机构，覆盖面积基础及应用于研究，享有盾构及盾构机技术（轴承）国家重点实验室，洛阳轴承研究所于是以加快构建技术研发步伐，目前已掌控直径3米的主轴承核心技术，实验寿命等同于国外同类产品，力争2018年装机试用。
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