中国盾构机的“前世”与“今生”

Tips:转盘轴承

盾构掘进机是地面下暗挖施工隧道的专用工程机械，它具有一个可以移动的钢结构外壳(盾壳)，内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，可以进行开挖、支护、衬砌等多种作业的一体化施工，被广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程建设。目前，在欧美等发工业发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道已占90%以上。现代盾构机掘进机集液压、机电控制、测控、计算机、材料等各类技术于一体，属于技术密集型产品。

随着国家基础建设的大规模实施，由城市交通、水利、能源等工程都将拥有大规模的隧道建设任务，我国各类盾构机市场将超过200亿元的产值，但是令人遗憾的是长期以来进口盾构机充斥着市场，德国和日本多家公司的盾构机市场占有率一直到90%以上。可喜的是，2002年国家科技部等四部门加入国家863计划，随着“先进号”、“中铁一号”等一批具有自主知识产权的国产盾构机的出现，打破了进口盾构机一统天下的局面。在盾构机设计方面，要适应粘土、粉土、砾土、卵石土及富含水等多种复杂的地层，又要在这些地层稳定的开挖和安全的掘进，盾构机不仅要有绝对的技术先进性、经济性、而且对许多配套零部件的性能要求高。现阶段国内盾构机配套零部件生产技术的落后。如“先进号”、“中铁一号”虽然国产化率等到了60%-70%，尤其是盾构机上采用的关键部件如：轴承却需要进口。

盾构驱动大型转盘轴承及其密封是盾构机中核心部件，是决定盾构机使用寿命关系到整个盾构机施工过程的进度和安全，由于大轴承属于特大型轴承，在制造过程中属于单件生产，生产成本高，如果没有合理的时机和寿命分析将造成巨大的经济损失。盾构机轴承研发与制造有以下难点：

在盾构机作业中，大轴承承受力盘掘进时的巨大的推力和倾覆力矩并将其传递给刀盘：承受刀盘驱动系统的巨大回转力矩，将其传递给刀盘使其回转；联接刀盘和刀盘支承并承受起重量，此外由于刀盘在掘进过程中与开挖面产生冲击载荷对大轴承产生影响。

在盾构机中大转盘轴承使用寿命一般在1000小时左右，这一寿命保证盾构机掘进10公里比更换轴承。

密封系统也是轴承的一关键部件，该系统位于大轴承的前端，阻止泥沙进入轴承内部，保证盾构机的正常使用起到了关键作用。

由上可以得出盾构机驱动打转盘轴承不同于一般的标准表轴承，它具有很强的针对性，受力复杂，而且具有较高的可靠性和寿命，这就对轴承的材料，轴承的加工工艺，轴承的检测技术提出了较高的要求。因此盾构机大转盘轴承素有转盘轴承“皇冠上的明珠”之称。其核心技术一直被美国的ANDREWS轴承公司，日本NSK、瑞典的skf所掌握的。

国内盾构机产业对于发达国家而言起步较晚，但在国家相关产业政策的扶持下，经过多年的发展以精确的了较大的进步。如上海隧道工程股份公司实现了整机零部件国产化，拥有自主知识产权，尤其是制约国产盾构的关键零部件，主机轴承，经过上海隧道工程股份公司与洛阳市世必爱精诚合作，由洛阳世必爱特种轴承有限公司率先在国内同行业中研制出盾构机主机轴承，经测试完全符合工况要求，打破了国外核心零部件垄断，同时价格为国外同类产品的几十分之一，为国产盾构机的自主研发与生产打下了坚实的基础。

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