硬质合金刀具的密切部件：我国首套超大盾构机主轴承研制成功

12月15日，中国科学院宣布，由该所李殿中研究员、李依依院士团队牵头攻关的超大型盾构机用直径8米、重达41吨的主轴承近期已研制成功，将安装在直径16米级的超大型盾构机上，这标志着中国已掌握盾构机主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试和检测评价等集成技术。

盾构机是隧道工程如地铁工程建设常用的一个施工机械设备，是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备，具有开挖、出土、支护、注浆、导向等功能。它的工作原理是在挖掘隧道的同时，在隧道内建设盾片，以达到支撑作用，这样不仅能提高隧道挖掘的效率，还可以增加安全性。

从结构上来看，盾构机主要由盾体（前盾、中盾和后盾）、刀盘、主轴承、螺旋输送机、推进油缸、铰接油缸、盾尾、管片安装机等零部件组成。其中，刀盘是盾构机的主要工作部件，具有开挖、稳定和搅拌功能。值得一提的是，不同的地质地层应采用不同的刀盘结构形式和硬质合金刀具。盾构刀具主要使用超粗晶硬质合金来制作，具有高硬度、高强度、耐磨损、耐冲击、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳强度等特点，是影响盾构设备开挖效率的重要因素之一。

主轴承是盾构机刀盘驱动系统的核心部件之一，为刀盘提供旋转支撑。据中钨在线了解，盾构机是国民经济建设的重要设备之一，在掘进时，它只能前进，不能倒退，所以如果主轴承一旦失效，就会造成严重损失。为了保证主轴承的高承载能力和高可靠性，使用者就对主轴承的材质（轴承钢）、成套设计、加工精度、润滑脂油等都提出很高要求。

目前，我国的主轴承严重依赖进口。为了降低对海外主轴承的依赖和制造出合格、可使用的主轴承，中科院就在2020年启动了“高端轴承自主可控制造”战略性先导科技专项，并联合相关研究所（如兰州化学物理研究所）和企业（如洛阳新强联回转支承股份有限公司），先后解决主轴承材料制备、精密加工、成套设计中12项关键技术问题，开发出直径3米级到8米级的盾构机主轴承共10套。

为了制造出高纯净、高均质、高强韧和高耐磨损的轴承钢，以及解决稀土钢性能波动和浇口堵塞等问题，中科院研究者开发出了“低氧稀土钢”技术。研究团队通过控制氧含量，成功研制出的综合力学性能优于进口产品的低氧稀土轴承钢，其拉压疲劳寿命提高40多倍，滚动接触疲劳寿命提升40%。

据悉，这次研究成功的超大盾构机主轴承是目前我国制造的直径最大、单重最大的盾构机主轴承，在运转过程中能承载的最大轴向力达到10万kN、径向力达1万kN、倾覆力矩达10万kN·m，使用寿命超过1万h，持续挖掘长度将超过10km。

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