盾构机用三排圆柱滚子组合转盘轴承保持架设计

赵俊飞

(洛阳新强联回转支承股份有限公司，河南 洛阳 471899)

三排圆柱滚子组合转盘轴承因结构紧凑,承载能力高，综合性能优良,在盾构机中广泛应用,是盾构机的主要部件，其寿命和可靠性直接影响盾构机的施工安全。

保持架作为盾构机用三排圆柱滚子组合转盘轴承的重要零件，合理设计及选材会显著影响轴承性能。在某盾构机刀盘主轴承国产化过程中，为提高轴承综合性能，对保持架的选材和结构形式进行分析。

1 常规三排圆柱滚子组合转盘轴承保持架材质和结构

1.1 材质

在不同的应用场合，三排圆柱滚子组合转盘轴承保持架材质不同。如船用行业材料推荐采用聚氨酯1010[1]；建筑行业材料推荐采用聚氨酯1010或其他具有同等性能的工程塑料、铝青铜、20#钢[2]；港口行业材料推荐采用聚氨酯1010[3]；冶金行业材料推荐采用聚氨酯1010或等同性能的工程塑料,工作环境温度超过80 ℃时，隔离块一般采用ZL104铸铝[4]。

1.2 结构形式

金属材质保持架一般采用分段扇形或整体式结构，聚氨酯材质保持架一般采用单个窗形或分段扇形结构，如图1所示。分体式设计主要考虑到可加工性，整体式设计有助于提升摩擦、运转和承载等性能。随工艺技术的改进，整体式保持架应用越来越多[5]。

图1 常规三排圆柱滚子组合转盘轴承保持架结构

2 盾构机用三排圆柱滚子组合转盘轴承保持架选材及结构

2.1 选材及结构

聚氨酯1010具有耐腐蚀、易成形、价格低等优点，但耐高温性能差，抗压强度小，承载能力低。ZL104铸铝虽耐高温，但抗冲击能力差。20#钢具有一定的强度，但因材质与套圈相近，易出现磨损。铜具有强度高，摩擦因数小，综合性能好等优点，是盾构机用转盘轴承保持架材质的理想选择，但盾构机用转盘轴承保持架尺寸较大，选择整体铜材的成本较高。

盾构机用转盘轴承保持架采用整体式结构，钢具有良好的可加工性和材料经济性，铜具有优异的耐磨性，在此将两者结合对保持架结构进行改进。保持架主体材料采用合金钢锻件，保持架引导面以及与滚道的接触部位(位置1)采用铝青铜或铅黄铜作为减摩块。与滚道接触部位的减摩块通过螺钉固定在保持架上，并采用焊接增加强度。在保持架径向引导面(位置2)上，采用T形铜块与其组合作为减摩块，如图2所示。

图2 改进后三排圆柱滚子组合转盘轴承整体保持架结构

2.2 优点

1)保持架材料为铜和钢的组合，具有钢的良好力学性能和易于加工等优点，保持架滑动摩擦位置材质为铜，也具有铜的良好耐磨性。

2)在轴承装配后的较小间隙下,减摩块具有类似不脱出螺钉的结构,减摩块固定更可靠、牢固，避免在较大冲击载荷下2种不同材质结构之间出现开裂、脱落的风险。

3 实际使用效果

将改进后的保持架应用于某国产盾构机转盘轴承，主体材料采用42CrMo，减摩块材料采用黄铜。采用该种保持架的轴承耐磨性好，工艺简单，可靠性高，成本低。