論我國重大技術(shù)裝備軸承的自主安全可控（5）——盾構(gòu)機(jī)主軸承

圖14 泥水平衡盾構(gòu)機(jī)外齒式主軸承

Fig.14 Outer tooth main bearing for mud-water balanced shield machine

盾構(gòu)機(jī)主軸承的功能主要是支承及傳遞運(yùn)動(dòng)與載荷，然而由于盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)速極低，載荷極大且不可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可靠性要求極高，使盾構(gòu)機(jī)主軸承承擔(dān)著極大的風(fēng)險(xiǎn)，也對(duì)其設(shè)計(jì)制造提出了苛刻的要求。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻性，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)阻力的大小、方向可能劇烈變化，盾構(gòu)機(jī)主軸承常常工作在沖擊、偏載等極端工況下，對(duì)軸承的材料和熱處理、結(jié)構(gòu)、剛度、強(qiáng)度、壽命和可靠性等技術(shù)指標(biāo)要求嚴(yán)苛。另外，還要求盾構(gòu)機(jī)主軸承安裝部位有可靠的密封，軸承內(nèi)部有良好的潤滑，相關(guān)密封結(jié)構(gòu)和潤滑劑均需特殊設(shè)計(jì)以滿足苛刻的環(huán)境工況。

5.2 技術(shù)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)主軸承的主要技術(shù)指標(biāo)為：無故障使用

10 000h（或累計(jì)掘進(jìn)10 km以上），軸向跳動(dòng)不大于0.1 mm，使用轉(zhuǎn)速1～3 r/min。

5.2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)

1）建立覆蓋典型地質(zhì)條件的工況數(shù)據(jù)庫，制定滿足靜強(qiáng)度分析、動(dòng)力學(xué)分析、可靠度預(yù)測(cè)、性能和壽命試驗(yàn)所必需的定常和非定常動(dòng)態(tài)載荷譜、特殊工況下的極限載荷譜等。

2）完成盾構(gòu)機(jī)主軸承失效數(shù)據(jù)搜集和分析，編制典型工況條件下的失效圖譜。

3）開展低速、重載、沖擊條件下盾構(gòu)機(jī)主軸承的潤滑理論及摩擦學(xué)研究，定常和非定常動(dòng)態(tài)工況下主軸承的接觸力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征研究并形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論。

4）進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)主軸承可靠性理論研究，建立不同地質(zhì)和掘進(jìn)工況條件下主軸承的可靠性理論與剩余壽命預(yù)估技術(shù)。

5）開展盾構(gòu)機(jī)主軸承強(qiáng)度、剛度及壽命設(shè)計(jì)理論研究，主參數(shù)、滾子和滾道的理想凸度、軸承游隙、密封結(jié)構(gòu)、保持架等零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及性能仿真與壽命預(yù)測(cè)軟件的開發(fā)。

5.2.2 控形控性制造技術(shù)

1）制定盾構(gòu)機(jī)主軸承專用的鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，建立鋼材質(zhì)量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“四化”要求，即成份設(shè)計(jì)智能化、內(nèi)在質(zhì)量高純化、生產(chǎn)過程自動(dòng)化和冶金質(zhì)量一致化。

2）開展精密熱處理技術(shù)研究，開發(fā)3個(gè)滾道同時(shí)淬火的無軟帶熱處理工藝和齒輪淬火工藝，研制專用數(shù)控?zé)崽幚碓O(shè)備和工裝，提高淬火質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性；開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料性能模擬軟件，動(dòng)態(tài)在線控制及檢測(cè)技術(shù)和表面改性技術(shù)。

3）全面掌握盾構(gòu)機(jī)主軸承零件精密加工技術(shù)，開發(fā)滾道硬車工藝、CBN等超硬刀具制造技術(shù)。

4）全面掌握盾構(gòu)機(jī)主軸承潤滑與密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。

5）全面掌握盾構(gòu)機(jī)主軸承再制造技術(shù)，制定主軸承再制造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

5.2.3 質(zhì)量控制與健康狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)

1）制定盾構(gòu)機(jī)主軸承產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)定基本參數(shù)、材料、熱處理、內(nèi)在和表面質(zhì)量等技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。

2）開發(fā)盾構(gòu)機(jī)主軸承無損檢測(cè)技術(shù)，制定無損檢測(cè)技術(shù)規(guī)范。

3）研制內(nèi)嵌式超微型傳感器，開發(fā)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷軟件。

4）研制盾構(gòu)機(jī)主軸承試驗(yàn)臺(tái)，考核啟動(dòng)摩擦力矩、最大摩擦力矩、耐久性等性能，形成盾構(gòu)機(jī)主軸承試驗(yàn)規(guī)范。