直径18至20米的盾构机，可知足已知工程最大需求。与此相匹配的主轴承直径规格为8.61米，此前世界范围内尚无研制先例。2019年7月，中国铁建重工集团株式会社（以下简称“铁建重工”）成立197研究设计院，矢志占领这一难关。
四年后，直径8.61米、重62吨，环球直径最大、单体最重、承载最高的盾构机主轴承面世。日前，在接管科技日报采访时，197研究设计院院长麻成标自满地说：“从材料到工艺再到设计验证，我们实现了超大盾构机主轴承的全过程自主生产，为中国制造再添一枚金牌！
”
“古剑法练出‘金钟罩’”
“在盾构机掘进过程中，8.61米主轴承必须经受住超重载、大偏载、频变载等极度恶劣工况的磨练。”麻成标说，“以是，它得足够‘硬’。”
材料与工艺，是制造够“硬”轴承的第一道关卡。
“以主轴承的内齿圈为例，它须要一个洛氏硬度大于58、厚度不低于8毫米的圈层，才能承受住超万吨的载荷。”研发团队制造工艺卖力人解金东见告科技日报。
这8毫米圈层，被解金东形象地比喻为内齿圈的“金钟罩”，是主轴承练就压不碎、磨不烂功夫的关键。然而，当时海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。
“硬度与厚度每提升一个单位，都‘难于上上苍’。”解金东说，轴承钢材料包含20多种配方元素。这些元素相互影响，配比须要精准掌握，每次调配都是千分之一量级。
研发团队联合钢铁企业，历经数十次技能谈论与测试，终于摸索出适用于大直径主轴承制造的钢材标准。
材料有了，还须打破淬火工艺。
由于体积弘大，通用轴承的整体淬火工艺，无法照搬到8.61米主轴承上，只能采取表面淬火。如何保障淬火硬度、深度和均匀性，成为一大难题。
研发职员不断调度思路，局部淬火、多次淬火……然而，这些方法虽然提高了淬深，却带来新问题——局部交叉区域温度相互干涉。
反复谈论、多轮试验无果。
一次有时的机会，解金东在翻阅干系资料时，从“越王勾践剑”制造工艺——“覆土烧刃”中得到启迪：以土为媒介，可完美办理淬火区域温度不均的问题。
“我们用古剑法练出了‘金钟罩’。”麻成标说，研发团队以此为灵感，成功开拓出一种新的耐高温介质，温度相互干涉的难题迎刃而解。
“何不对砂轮‘动手脚’”
硬度达标了，下一关是精准掌握平面度。
浮动环是主轴承的核心零部件，主轴承的滚子会不断碾压其内壁的高点。“长此以往，局部会被压坏，造成‘千里之堤溃于蚁穴’。”麻成标阐明，浮动环的内壁必须足够“平”。
与之前铁建重工研制的直径3米主轴承比较，8.61米主轴承重量增加约8倍，内壁圆域面积增大近9倍。“但平面度的掌握哀求却不能降落，仍要小于20微米。这相称于壁面起伏不能超过一张A4纸厚度的五分之一。”麻成标说。
“刚开始，我们研制的浮动环始终无法知足设计哀求。”解金东先容，由于浮动环厚度薄、面历年夜，永劫光加工调度其平面度后，原来曲率均匀的大圆环犹如一盘“甩面”，涌现了肉眼可见的扭曲。
专家们多次现场会诊，终于探明“病因”——用于修整平面度的砂轮，与浮动环永劫光、大面积打仗摩擦，导致后者受热过高产生变形。
必须设法降落温度！
喷水冷却、变一次加工为多次加工……多种办法均告失落败。
“既然与砂轮打仗面大，何不对砂轮‘动手脚’？”有人突发奇想。
说干就干！
研发职员仔细研究砂轮的事情机制与运行轨迹，在调度砂轮形状高下足了功夫。“减少打仗面的同时，我们要确保砂轮的运行轨迹覆盖内壁的每一处。”解金东说。
一次次修型调度、测试验证，团队终于设计出一款全新造型的砂轮，成功加工出符合平面度哀求的浮动环。
砂轮改造只是诸多制造工艺的“冰山一角”。研发团队还先后占领了冷加工、回火、残应力均衡等20余种制造工艺难题，创始“超大尺寸薄壁环件淬火后变形掌握”“高精密磨削加工”“高淬硬齿面硬铣”等技能。
“用数据反推设计方法”
为适应繁芜工况，每一台盾构机都须根据工程哀求“量身定制”。这也意味着主轴承要按需打造。
“此前，我们能造主轴承，却不能设计。”197研究设计院设计所技能员陈浩林见告，每次调度主轴承干系设计，数据都须要发给国外厂商进行验证，周期长达2个多月。
“韶光久不说，外商每年还会按比例涨价。”麻成标说，在攻关8.61米主轴承伊始，研发团队就下定了决心，“必须实现自主设计。”
“我们边制造、边摸索。一个部件造出来了，就用试验数据反推其设计方法。”麻成标先容。
这无疑是个困难的过程。
有一次，进程被关键打算公式卡住。“设计职员算到头晕眼花，依旧对不上试验数据。”陈浩林回顾，大家仿佛走进了一条“去世胡同”。
研发职员夜以继日地研究，目光终极聚焦到公式参数上。4组参数，每组200余种组合，历经800多次打算调度……在确定一系列参数后，打算公式得以成功论证。
为了剖析打算结果，团队又利用铁建重工多年积累的大量施工履历与数据，构建出仿真模型。
“通过理论打算和仿真剖析研究，我们成功开拓出主轴承专用设计与仿真软件，实现了‘工程理论打算+仿照仿真剖析+工况仿照试验+工程运用验证’闭环设计验证体系。”陈浩林说。
在此根本上，铁建重工还搭建起环球最大的主轴承工况仿照综合试验台，办理了大型低速重载主轴承难以试验验证的天下性难题。
2023年10月，国产8.61米主轴承成功下线，标志着铁建重工打破了材料、工艺、设计、验证四大技能难题，实现了直径3米到8.61米主轴承产品型谱设计制造全覆盖、全国产化。
“党的二十届三中全会提出，‘统筹强化关键核心技能攻关’和‘强化企业科技创新主体地位’。这让大家书念更足、动力更大。”麻成标说，“未来，我们将立足破解‘卡脖子’难题，连续推进高端轴承国产化、家当化，把中国制造的名片擦得更亮！
”（ 矫阳 孙瑜）
来源：科技日报
