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穿山過(guò)河，掘土鑿巖……在大型工程的隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)已成為不可或缺的“神兵利器”。盾構(gòu)機(jī)之所以能“啃”下硬石頭，靠的是主軸承驅(qū)動(dòng)刀盤，這也是設(shè)備安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的“命門”所在。

直徑18至20米的盾構(gòu)機(jī)，可滿足已知工程最大需求。與此相匹配的主軸承直徑規(guī)格為8.61米，此前世界范圍內(nèi)尚無(wú)研制先例。2019年7月，中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“鐵建重工”）成立197研究設(shè)計(jì)院，矢志攻克這一難關(guān)。

四年后，直徑8.61米、重62噸，全球直徑最大、單體最重、承載最高的盾構(gòu)機(jī)主軸承面世。日前，在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，197研究設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)麻成標(biāo)自豪地說(shuō)：“從材料到工藝再到設(shè)計(jì)驗(yàn)證，我們實(shí)現(xiàn)了超大盾構(gòu)機(jī)主軸承的全過(guò)程自主生產(chǎn)，為中國(guó)制造再添一枚金牌！”

2023年10月，全球最大直徑盾構(gòu)機(jī)主軸承在鐵建重工下線。鐵建重工

“古劍法練出‘金鐘罩’”

“在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，8.61米主軸承必須經(jīng)受住超重載、大偏載、頻變載等極端惡劣工況的考驗(yàn)?！甭槌蓸?biāo)說(shuō)，“所以，它得足夠‘硬’?！?

材料與工藝，是制造夠“硬”軸承的第一道關(guān)卡。

“以主軸承的內(nèi)齒圈為例，它需要一個(gè)洛氏硬度大于58、厚度不低于8毫米的圈層，才能承受住超萬(wàn)噸的載荷。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)制造工藝負(fù)責(zé)人解金東告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

這8毫米圈層，被解金東形象地比喻為內(nèi)齒圈的“金鐘罩”，是主軸承練就壓不碎、磨不爛功夫的關(guān)鍵。然而，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)常規(guī)的中碳軸承鋼淬火工藝僅能達(dá)到洛氏硬度55、表面淬深5毫米。

“硬度與厚度每提升一個(gè)單位，都‘難于上青天’。”解金東說(shuō)，軸承鋼材料包含20多種配方元素。這些元素互相影響，配比需要精準(zhǔn)控制，每次調(diào)配都是千分之一量級(jí)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合鋼鐵企業(yè)，歷經(jīng)數(shù)十次技術(shù)討論與測(cè)試，終于摸索出適用于大直徑主軸承制造的鋼材標(biāo)準(zhǔn)。

材料有了，還須突破淬火工藝。

因?yàn)轶w積龐大，通用軸承的整體淬火工藝，無(wú)法照搬到8.61米主軸承上，只能采用表面淬火。如何保障淬火硬度、深度和均勻性，成為一大難題。

研發(fā)人員不斷調(diào)整思路，局部淬火、多次淬火……然而，這些方法雖然提高了淬深，卻帶來(lái)新問(wèn)題——局部交叉區(qū)域溫度相互干涉。

反復(fù)討論、多輪試驗(yàn)無(wú)果。

一次偶然的機(jī)會(huì)，解金東在翻閱相關(guān)資料時(shí)，從“越王勾踐劍”制造工藝——“覆土燒刃”中得到啟示：以土為媒介，可完美解決淬火區(qū)域溫度不均的問(wèn)題。

“我們用古劍法練出了‘金鐘罩’?！甭槌蓸?biāo)說(shuō)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)以此為靈感，成功開(kāi)發(fā)出一種新的耐高溫介質(zhì)，溫度相互干涉的難題迎刃而解。

“何不對(duì)砂輪‘動(dòng)手腳’”