盾構(gòu)機是開挖隧道的神器，而主軸承是盾構(gòu)機刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，被稱為“盾構(gòu)機的心臟”。長久以來，“盾構(gòu)機的心臟”卻是國產(chǎn)盾構(gòu)機中唯一未國產(chǎn)化的核心部件，不僅在技術(shù)上被“卡脖子”，在產(chǎn)品價格、供貨周期、后續(xù)服務(wù)等諸多方面，也受制于國外企業(yè)。

 

 

5月8日，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“高端軸承自主可控制造”（以下簡稱先導(dǎo)專項）盾構(gòu)機大型主軸承示范應(yīng)用標(biāo)段貫通儀式在中國科學(xué)院金屬研究所（以下簡稱金屬所）舉行。我國首臺盾構(gòu)機用3米級主軸承圓滿完成沈陽地鐵一號線東延線示范應(yīng)用標(biāo)段施工任務(wù)，為科技成果本地轉(zhuǎn)化應(yīng)用樹立了標(biāo)桿，更彰顯了我國重大裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件研發(fā)應(yīng)用的“沈陽范式”。

數(shù)日來，記者與這支由金屬所12個不同科研單元、200余名科研人員組成、具有鋼鐵意志的科研團(tuán)隊，以及相關(guān)參研單位面對面，了解到他們是如何沖破重重困難，突破盾構(gòu)機完全國產(chǎn)化道路上最關(guān)鍵、最重要、難度最大的一環(huán)，翻開了盾構(gòu)機百分之百自主化制造嶄新一頁的全過程。

 

 

“三線”聯(lián)動 創(chuàng)新保障機制

    作為先導(dǎo)專項牽頭單位，金屬所在行政指揮線、技術(shù)指揮線基礎(chǔ)上，首創(chuàng)黨委保障線，“三線”聯(lián)動實現(xiàn)上下貫通、黨政聯(lián)動、多方互動，為順利完成先導(dǎo)專項構(gòu)筑堅實保障。

2020年，中國科學(xué)院先導(dǎo)專項啟動，面向三類高端軸承開展自主研發(fā)，打通高端軸承自主可控制造的“最后一公里”。

先導(dǎo)專項意義重大，不容有失。金屬所重任在肩，勇毅前行。

材料是高端軸承自主可控制造的基礎(chǔ)、出發(fā)點。由先導(dǎo)專項首席科學(xué)家、金屬所研究員李殿中和中國科學(xué)院院士李依依牽頭的技術(shù)指揮線，從材料源頭入手破解關(guān)鍵技術(shù)難題。

科研團(tuán)隊深刻意識到，開發(fā)國產(chǎn)高端軸承，必須要走出自己的技術(shù)路線，不能跟著別人跑。他們堅定地認(rèn)為，金屬所研發(fā)的稀土軸承鋼有望成為我國高端軸承鋼的“殺手锏”技術(shù)。

金屬所有著60多年的稀土鋼研究歷史，歷經(jīng)四代科研人員。李殿中團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，造成稀土鋼性能不穩(wěn)定的原因在于材料中存在著顆粒較大的夾雜物，而這些夾雜物是稀土原料加入后形成的?？蒲袌F(tuán)隊跑遍全國主要稀土生產(chǎn)企業(yè)，深入到稀土生產(chǎn)車間，找到稀土材料中氧含量超標(biāo)的原因。隨后，科研團(tuán)隊開發(fā)出低氧稀土鋼關(guān)鍵技術(shù)，制備出性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好的低氧稀土鋼。用低氧稀土鋼制備軸承，其拉壓疲勞性能提高40多倍，滾動接觸疲勞性能提升40%。

 

胡小強（右二）帶領(lǐng)科研團(tuán)隊推進(jìn)國產(chǎn)盾構(gòu)機大型主軸承研發(fā)

 

作為先導(dǎo)專項盾構(gòu)機主軸承研制技術(shù)總師，金屬所研究員胡小強從立項開始，就往來奔波于科研、加工、生產(chǎn)、應(yīng)用一線，為我國首臺盾構(gòu)機大型主軸承研制工作默默奉獻(xiàn)著。他說：“面對挑戰(zhàn)，我們發(fā)揚金屬所老一輩科學(xué)家扎根一線發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、引領(lǐng)科研的精神，持續(xù)攻堅克難。我們是材料科學(xué)研究的‘國家隊’，在攻克材料領(lǐng)域‘卡脖子’問題上責(zé)無旁貸，必須挺身而出。”

胡小強介紹，從高端材料到高端軸承，其間要經(jīng)過鍛造、機加工、熱處理等100多道工序，設(shè)計、評價、應(yīng)用哪一個也不能少。在設(shè)計上，項目團(tuán)隊最初了解得不多，對于各種參數(shù)為什么是這樣的，并沒有一個清晰的概念。在國內(nèi)軸承產(chǎn)業(yè)鏈上，科研團(tuán)隊、科研機構(gòu)、企業(yè)能夠承擔(dān)哪項工作等基本情況，項目團(tuán)隊也并不完全掌握。面對時間緊、任務(wù)重、基礎(chǔ)弱的現(xiàn)狀，胡小強和團(tuán)隊成員從查找文獻(xiàn)資料起步，深入全國各地開展廣泛的調(diào)查研究，在3個多月的時間里，輾轉(zhuǎn)16個省市。功夫不負(fù)有心人，一支特別能戰(zhàn)斗、敢于奉獻(xiàn)的建制化攻關(guān)團(tuán)隊在胡小強的努力下組建完成。

胡小強帶隊深入生產(chǎn)一線，聯(lián)合骨干企業(yè)成功攻克大型主軸承高精度加工和精度保持性難題，突破大型滾子一級精密加工技術(shù)。

8米直徑主軸承的加工精度要求特別高，但以往國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)受限于進(jìn)口的設(shè)備，加工精度只能達(dá)到二級。900多粒滾子的尺寸規(guī)格不同，最大直徑達(dá)到了130毫米，若無法通過精密加工，達(dá)到形性標(biāo)準(zhǔn)要求，大型主軸承研制就會功虧一簣。經(jīng)過反復(fù)試驗，科研團(tuán)隊在保持加工環(huán)境一致性的基礎(chǔ)上，對加工過程進(jìn)行高精密調(diào)控，終于實現(xiàn)了滾子的尺寸穩(wěn)定性、精度保持性。胡小強說：“一級精密加工是一個重要突破，為其他領(lǐng)域重大裝備、關(guān)鍵零部件研制提供了更多可能。”

無論是最初階段研制3米直徑主軸承時的“一窮二白”，還是瞄準(zhǔn)8米直徑主軸承時遇到的各種加工設(shè)備無法匹配等難題，都給胡小強和團(tuán)隊成員帶來了巨大壓力。胡小強時刻不忘老一輩科學(xué)家扎根一線為國奉獻(xiàn)的精神，一扎到底、以身作則，帶領(lǐng)團(tuán)隊成員攻克一道道難關(guān)，“在研制8米直徑主軸承時，合作企業(yè)的設(shè)備無法達(dá)到要求，讓我們的努力一次次碰壁。可每當(dāng)我們看到矗立在現(xiàn)場的黨旗，就感到力量油然而生，干勁十足。”

 

 

在近3年的時間里，項目團(tuán)隊用掉1467.4噸稀土軸承鋼，研制出41支大型軸承圈、7996粒滾子、492段銅鋼復(fù)合保持架，研制了10套盾構(gòu)機大型主軸承。其中，8米級主軸承重達(dá)41噸，是目前我國制造的首臺直徑最大、單重最大的盾構(gòu)機主軸承。

技術(shù)指揮線馬力十足，離不開行政指揮線、黨委保障線的堅定支持和全面服務(wù)。

金屬所制定了《高端軸承自主可控制造專項管理辦法》及10項管理實施細(xì)則，為高端軸承攻關(guān)任務(wù)提供了制度保障。構(gòu)建了三級高效協(xié)同管理架構(gòu)，設(shè)置協(xié)調(diào)組，與各單位統(tǒng)籌推進(jìn)，制定示范應(yīng)用方案和風(fēng)險控制預(yù)案。

金屬所黨委組織協(xié)調(diào)來自所內(nèi)的12支不同科研單元團(tuán)隊、200余名科研人員參與攻關(guān)，成立高端軸承制造臨時黨支部和以金屬所首任所長李薰命名的“李薰大型重載軸承攻關(guān)突擊隊”。突擊隊提出“一扎到底、勇毅前行”的奮斗口號，隊員們舍小家顧大家，一路攻堅克難，只為實現(xiàn)共同目標(biāo)。突擊隊隊員高洋負(fù)責(zé)跟進(jìn)軸承圈研制，長期駐扎在洛陽的一家參研企業(yè)，差點錯過妻子生產(chǎn)。而在孩子降生幾天后，他便告別家人，重返一線，一切只為高端軸承攻關(guān)。像高洋這樣的事例不勝枚舉。

新型體制 探索攻關(guān)范式

    對新型舉國體制下科技攻關(guān)高效組織模式的有益探索，摸索出了以高端軸承為代表的關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件的技術(shù)攻關(guān)范式。

在先導(dǎo)專項大型主軸承研制“功勞簿”上，一份長長的名單熠熠生輝：金屬所、蘭化所、中交集團(tuán)、洛陽新強聯(lián)、罕王集團(tuán)、力星股份、伊萊特重工、建龍?zhí)劁摗⑽魍跆劁?、北方重工集團(tuán)、沈陽工業(yè)大學(xué)……

金屬所所長左良介紹，先導(dǎo)專項匯聚了7家中科院科研單位，聯(lián)合全國范圍的高校、院所和企業(yè)開展協(xié)同攻關(guān)，參研單位40余家。僅用3年時間就解決了三類典型軸承嚴(yán)重依賴進(jìn)口的“卡脖子”問題，取得了多項有顯示度的重大成果。

胡小強對參研單位不計得失、甘于奉獻(xiàn)記憶猶新。他介紹說，在研制8米級主軸承時，當(dāng)時國內(nèi)最大生產(chǎn)能力只能達(dá)到5米級，要生產(chǎn)8米級主軸承套圈，必須要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，包括電源系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)平臺、控制系統(tǒng)等，“了解到我們的需求后，企業(yè)二話不說，與現(xiàn)場科研人員一起，研究如何升級，根本沒有考慮設(shè)備損失和后續(xù)的投入。”

盾構(gòu)機大型主軸承成功示范應(yīng)用，遼寧罕王投資有限公司子公司沈陽罕王精密軸承有限公司（以下簡稱罕王精密）總經(jīng)理梁繼勇十分興奮，“國產(chǎn)主軸承成功示范應(yīng)用，是我國高端軸承自主可控制造領(lǐng)域的一件大事，將為軸承產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)注入更強大的發(fā)展動能。”

多年來，罕王精密與金屬所在風(fēng)電設(shè)備軸承研制領(lǐng)域保持著緊密的合作關(guān)系。罕王精密在軸承設(shè)計、加工、制造等方面的優(yōu)勢能力，獲得了先導(dǎo)專項盾構(gòu)機大型主軸項目團(tuán)隊的認(rèn)可。“面對從來沒有達(dá)到過的一級精密加工要求，雙方科研人員在攻關(guān)過程中心往一處想勁往一處使，在淬火、回火、溫度控制等工藝過程中精益求精，力爭做好每個細(xì)節(jié)。”梁繼勇介紹說，在一個多月的時間里，科研團(tuán)隊堅守在一線，反復(fù)把試驗材料切開，觀察材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，尋找工藝上的突破點。在雙方的共同努力下，大型滾子一級精密加工技術(shù)在罕王精密“誕生”。

“我們收獲了經(jīng)驗和成熟的加工團(tuán)隊，形成了一級精密加工工藝，極大地提升了企業(yè)的技術(shù)能力，對企業(yè)發(fā)展來說是極大助力。未來，我們可以承接更多其他領(lǐng)域的高精度精密加工業(yè)務(wù)。”梁繼勇說，盾構(gòu)機大型主軸承研制和示范應(yīng)用，解決了高端軸承“卡脖子”問題，實現(xiàn)了進(jìn)口替代。同時，項目的推進(jìn)和落地，也讓產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)參研單位獲益匪淺。罕王精密就在國產(chǎn)主軸承研制過程中，進(jìn)行了技術(shù)、設(shè)備升級，使得企業(yè)發(fā)展的動力更加強勁，“作為軸承產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，我們十分看好國產(chǎn)大型主軸承產(chǎn)業(yè)化并希望能夠參與其中，為軸承產(chǎn)業(yè)做大做強貢獻(xiàn)力量。”

勇于擔(dān)當(dāng) 率先示范應(yīng)用

在沈陽，國產(chǎn)主軸承示范應(yīng)用得到順利推進(jìn)，政府的引領(lǐng)推動是關(guān)鍵。國產(chǎn)主軸承的技術(shù)體系已經(jīng)完備，完全具備落地產(chǎn)業(yè)化的條件。

重大裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件研制，全鏈條中最難的是首次應(yīng)用，其中蘊藏的風(fēng)險不言而喻。但如果沒有第一次實際應(yīng)用，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新裝備就是空中樓閣，還會造成巨大的科研浪費。

大型盾構(gòu)機在掘進(jìn)過程中只能前進(jìn)不能倒退，主軸承一旦失效，損失難以計量。國產(chǎn)大型主軸承的首次應(yīng)用，風(fēng)險之大、難度之大可想而知。

 

 

沈陽地鐵集團(tuán)是3米級主軸承的項目業(yè)主單位，中鐵一局是施工單位，北方重工集團(tuán)是盾構(gòu)機生產(chǎn)企業(yè)，面對大型主軸承首次示范應(yīng)用，他們都擔(dān)負(fù)著巨大的壓力和風(fēng)險。

全方位科學(xué)研判，突破既有條框，勇于為國產(chǎn)主軸承應(yīng)用提供用武之地，為國產(chǎn)主軸承產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)，沈陽地鐵集團(tuán)等單位感到既是壓力也是動力。

在示范應(yīng)用標(biāo)段招標(biāo)文件中，沈陽地鐵集團(tuán)將“支持大型主軸承國產(chǎn)化創(chuàng)新應(yīng)用”寫入其中，全力支持國產(chǎn)化主軸承示范應(yīng)用。

中鐵一局在接收盾構(gòu)機時，向北方重工集團(tuán)和金屬所詳細(xì)了解使用時的注意事項。施工過程中，在遇到巖石層時，按照要求，適當(dāng)調(diào)整刀盤扭矩；全程監(jiān)控主軸承工作狀態(tài)，做好國產(chǎn)主軸承應(yīng)用的“保姆”。

由于安裝使用全新的主軸承，盾構(gòu)機改買為租，但北方重工集團(tuán)毫無怨言。他們配合金屬所，在盾構(gòu)機上預(yù)留接口，安裝傳感器，采集主軸承運行數(shù)據(jù)。

北方重工隧道工程技術(shù)公司總經(jīng)理許成發(fā)說，此次沈陽地鐵施工示范應(yīng)用國產(chǎn)主軸承，起點比較高，主要原因在于項目地層條件相對復(fù)雜，存在一段巖石層。在這種工況下成功完成施工任務(wù)，說明國產(chǎn)大型主軸承可以在一些工況相對復(fù)雜的情況下使用。

許成發(fā)告訴記者，國產(chǎn)主軸承在價格和后續(xù)服務(wù)上具有后發(fā)優(yōu)勢，但贏得市場口碑順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需要更多場景應(yīng)用的成功案例，從而獲得更多施工單位的認(rèn)可。

胡小強認(rèn)為，盾構(gòu)機大型主軸承加工制造、裝配調(diào)試、檢測評價等全流程自主可控是一項具有共性的研發(fā)體系，不但實現(xiàn)了盾構(gòu)機大型主軸承的自主研發(fā)能力，而且可以帶動其他國產(chǎn)重大裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件的自主研發(fā)。同時，通過貫通各個鏈條，形成了盾構(gòu)機大型主軸承產(chǎn)業(yè)化能力，為重大裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件的產(chǎn)業(yè)化提供了樣本。國產(chǎn)大型主軸承順利應(yīng)用，全面體現(xiàn)了政府引領(lǐng)下產(chǎn)學(xué)研用深度融合的魅力和張力。3米級主軸承的示范應(yīng)用，為我國國產(chǎn)大型主軸承乃至其他重大裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件研制推廣提供了非常寶貴的應(yīng)用經(jīng)驗，打造了“沈陽范式”，極具推廣價值。“一個很好的示范應(yīng)用，就可能形成從研制到產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。正是有了政府組織引領(lǐng)、體制機制創(chuàng)新、多要素協(xié)同攻關(guān)、高效能示范應(yīng)用，我們相信，國產(chǎn)大型主軸承的明天會更燦爛。”

在盾構(gòu)機大型主軸承示范應(yīng)用標(biāo)段貫通儀式上，李依依院士深有感觸地說，正是有了沈陽市委、市政府的大力支持，有了眾多參研單位擰成一股繩，才最終成功實現(xiàn)了國產(chǎn)主軸承的示范應(yīng)用。金屬所牽頭研制的國內(nèi)最大、完全自主研制的8米級主軸承，目前已經(jīng)確定示范應(yīng)用標(biāo)段，計劃用在過湖隧道挖掘工程中。

文章來源：沈陽日報、沈報全媒體

免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。僅標(biāo)明轉(zhuǎn)載來源，如標(biāo)錯來源，涉及作品版權(quán)問題，請與我們聯(lián)系，我們將在第一時間協(xié)商版權(quán)問題或刪除內(nèi)容。內(nèi)容為原作者個人觀點，并不代表本公眾號對其真實性負(fù)責(zé)。