主軸承，有全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（簡稱掘進(jìn)機(jī)）的“心臟”之稱，承擔(dān)著掘進(jìn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的主要載荷，是刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，工作所處狀況十分惡劣。
掘進(jìn)機(jī)采用液壓、機(jī)械和電氣等諸多領(lǐng)域的高科技成果，運(yùn)用計算機(jī)自動控制、工廠化作業(yè)、在線實(shí)時監(jiān)測與導(dǎo)向，是集掘進(jìn)、出渣、運(yùn)輸、支護(hù)于一體的成套設(shè)備，長度由幾十米到200多米，總重量可達(dá)幾百噸至5000多噸，是當(dāng)前地下空間施工先進(jìn)的裝備。每臺價值從數(shù)千萬元至兩三億元不等。
就整機(jī)制造能力而言，國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)已接近世界先進(jìn)水平，但關(guān)鍵的主軸承全部依賴進(jìn)口。
承受巨大載荷和強(qiáng)烈溫升
掘進(jìn)機(jī)主軸承工作環(huán)境非常惡劣，要承受高速旋轉(zhuǎn)、巨大載荷和強(qiáng)烈溫升。
掘進(jìn)機(jī)工作的地質(zhì)具有未知和突變的特點(diǎn)，加上刀盤滾刀破巖時的突變載荷，使得主軸承必須承受住持續(xù)、突變和各個方向的載荷。
以直徑15米掘進(jìn)機(jī)為例，整機(jī)重4500噸，主軸承所在主機(jī)重2800噸，軸承連接的前部刀盤就達(dá)520噸；掘進(jìn)機(jī)動力來自28組千斤頂，大推力達(dá)22500噸，掘進(jìn)速度大每分鐘5厘米。要傳送這樣大的推力，掘進(jìn)機(jī)需配備7米大直徑的主軸承，滾動體沿圓周滾動的線速度為220米/分鐘。
在地下密閉的工作空間，主軸承還因長時間連續(xù)工作產(chǎn)生摩擦熱，溫度從20攝氏度高升至120攝氏度。
巨大載荷和強(qiáng)烈的溫升，不僅極大地降低了軸承材料的剛度，也使其強(qiáng)度大幅退化。這種工況，對掘進(jìn)機(jī)主軸承的可靠性指標(biāo)要求十分嚴(yán)苛。
因技術(shù)含量高，單個主軸承成本約占掘進(jìn)機(jī)的1/20左右，是掘進(jìn)機(jī)所有零件中值錢的。
在既定施工段，若掘進(jìn)機(jī)主軸承出現(xiàn)故障，進(jìn)行現(xiàn)場維修或更換極為困難，甚至不可行。這要求主軸承不能出任何故障，掘進(jìn)機(jī)制造商寧愿出高價，選擇配置高可靠性的國外知名品牌主軸承。
據(jù)介紹，我國掘進(jìn)機(jī)年生產(chǎn)規(guī)模約為450臺，僅進(jìn)口軸承一項(xiàng)即達(dá)近10億元。
尺寸巨大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造需要上百道工序
與直徑僅有幾百毫米的傳統(tǒng)滾動軸承相比，掘進(jìn)機(jī)主軸承直徑一般為幾米，是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一種軸承，制造需要上百道工序，主要由套圈、滾子和保持架3部分組成。
掘進(jìn)機(jī)主軸承尺寸龐大，在安裝方式上迥異于傳統(tǒng)滾動軸承，必須采用螺栓與主機(jī)聯(lián)接的方式，這樣就需要安裝孔。安裝傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的軸承，一般采用通過內(nèi)、外圈與主機(jī)部件配合的方式，孔的數(shù)量通常是個位數(shù)。