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

圖14 泥水平衡盾構(gòu)機外齒式主軸承

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

盾構(gòu)機主軸承的功能主要是支承及傳遞運動與載荷，然而由于盾構(gòu)機轉(zhuǎn)速極低，載荷極大且不可準確預(yù)測，可靠性要求極高，使盾構(gòu)機主軸承承擔著極大的風(fēng)險，也對其設(shè)計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)機掘進阻力的大小、方向可能劇烈變化，盾構(gòu)機主軸承常常工作在沖擊、偏載等極端工況下，對軸承的材料和熱處理、結(jié)構(gòu)、剛度、強度、壽命和可靠性等技術(shù)指標要求嚴苛。另外，還要求盾構(gòu)機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)計以滿足苛刻的環(huán)境工況。

5.2 技術(shù)指標和關(guān)鍵技術(shù)

盾構(gòu)機主軸承的主要技術(shù)指標為：無故障使用

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

5.2.1 設(shè)計技術(shù)

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

2）完成盾構(gòu)機主軸承失效數(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)機主軸承的潤滑理論及摩擦學(xué)研究，定常和非定常動態(tài)工況下主軸承的接觸力學(xué)和動力學(xué)特征研究并形成相應(yīng)的設(shè)計理論。

4）進行盾構(gòu)機主軸承可靠性理論研究，建立不同地質(zhì)和掘進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)機主軸承強度、剛度及壽命設(shè)計理論研究，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，以及性能仿真與壽命預(yù)測軟件的開發(fā)。

5.2.2 控形控性制造技術(shù)

1）制定盾構(gòu)機主軸承專用的鋼材質(zhì)量控制標準，建立鋼材質(zhì)量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)“四化”要求，即成份設(shè)計智能化、內(nèi)在質(zhì)量高純化、生產(chǎn)過程自動化和冶金質(zhì)量一致化。

2）開展精密熱處理技術(shù)研究，開發(fā)3個滾道同時淬火的無軟帶熱處理工藝和齒輪淬火工藝，研制專用數(shù)控熱處理設(shè)備和工裝，提高淬火質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性；開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料性能模擬軟件，動態(tài)在線控制及檢測技術(shù)和表面改性技術(shù)。

3）全面掌握盾構(gòu)機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)機主軸承潤滑與密封系統(tǒng)的設(shè)計制造技術(shù)。

5）全面掌握盾構(gòu)機主軸承再制造技術(shù)，制定主軸承再制造質(zhì)量標準。

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)機主軸承產(chǎn)品標準，嚴格規(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、試驗方法和檢驗規(guī)則。

2）開發(fā)盾構(gòu)機主軸承無損檢測技術(shù)，制定無損檢測技術(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)測與故障診斷軟件。

4）研制盾構(gòu)機主軸承試驗臺，考核啟動摩擦力矩、最大摩擦力矩、耐久性等性能，形成盾構(gòu)機主軸承試驗規(guī)范。