湖南日报全媒体记者 曹娴
“超大直径盾构机主轴承的成功研制，相当于电子信息领域的芯片取得突破。”10月12日，直径8.61米盾构机主轴承在长沙下线，见证这一时刻的中国铁建重工集团首席科学家刘飞香心潮澎湃。
这台主轴承看上去是一个光滑锃亮的大圆环，直径8.61米，重达62吨，是迄今全球直径最大、单体最重、承载最高的整体式盾构机主轴承。“为解决我国盾构机短板问题和实现盾构机关键部件自主化，提升国产高端装备核心竞争力作出了突出贡献。”在现场见证产品下线的中国工程机械工业协会会长苏子孟说。
盾构机在我国基础建设中发挥着无可替代的重要作用。然而，超大直径盾构机主轴承关键技术为国外企业长期垄断，是我国盾构机全产业链自主化的“最后一公里”。
主轴承是盾构机的“心脏”。为什么说是“心脏”？因为盾构机的寿命主要取决于主轴承的寿命。目前，盾构机寿命一般是1万小时，主轴承的寿命必须达到1万小时。地层深处，盾构机面临的超重载、大偏载、频变载等极端恶劣工况考验，最终由主轴承“扛下了所有”。
“自主攻关，必须突破四大难点。”刘飞香介绍。铁建重工于2019年组建主轴承研发团队，在国家部委、地方政府和中国铁建重点科技专项支持下，联合上下游企业、高等院校，从设计、材料、制造、试验4个维度，持续攻坚克难。
设计是第一步。在大型、重载、低速轴承领域，我国的设计理论体系存在缺失，自主研制能力薄弱。研发团队自主开发了主轴承高可靠性集成设计计算软件，形成从工程理论计算、模拟仿真分析到工程模拟试验、工程应用验证的闭环设计验证方法，实现了国产主轴承自主设计从无到有的突破。
材料，量身订制。我国特种轴承钢是短板，需要大量进口。特种轴承钢要有超高承载能力、抗冲击磨损疲劳，才能与盾构机严苛的服役工况相匹配。铁建重工与国内钢企联合技术攻关，有针对性地进行了材料成分优化和冶炼/锻造工艺提升，让钢材具有高纯净度、高均匀性、高淬硬性，接触疲劳寿命提升2倍以上。
制造工艺，难在尺寸大、精度高。平面度是盾构机主轴承最关键的一项技术指标，平面度如果不达标，会造成轴承跳动，直接影响设备运转。在8.61米主轴承的圆环平面上，平面度误差必须小于20微米。这是什么概念？技术人员打了个比方：如果把主轴承缩小到米粒大小，难度相当于在一粒米上雕出几朵花来。
“设计、制造出来，还不算成功。关键是要得到验证。”刘飞香说。为确保主轴承寿命达到1万小时，出厂之前要做大量试验。从材料进厂到零部件生产、再到整机装配，研发团队形成了一套完整、科学的验证体系，自主研制了全球最大的主轴承工况模拟综合试验台，通过加速加载可在短期内完成试验验证，解决了主轴承可靠性和疲劳寿命难以验证的世界性难题。
3米、4.8米、6米、7.6米、8.61米，国产盾构机主轴承一次次突破、一步步累积经验。曾经的“卡脖子”，如今成为“杀手锏”。据介绍，进口8.61米主轴承的价格约为1100万元人民币，实现自主生产后，产品价格可降低30%左右。中国盾构机整体生产成本大幅降低，在全球市场将更有话语权与竞争力。
“我国工程机械科技创新取得重大突破，提振了行业信心，也将激发更强发展动能。”中国工程机械工业协会副秘书长王金星说。生产出8.61米的主轴承，意味着加工它的铣床、车床、磨床等“工业母机”要达到与之配套的制造能力与工艺水平。
据悉，国内每年盾构机需求量在600至700台，还有大型起重设备、海上工程装备、风电装备对这类驱动主轴承有需求。王金星认为，盾构机主轴承产业应用前景广阔，下一步要走向国际化，让中国高端产品加快走向世界。
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来源：湖南日报·新湖南客户端