TBM中軸承的運(yùn)行環(huán)境非常不理想，包括低速旋轉(zhuǎn)、高靜態(tài)和沖擊載荷以及潮濕、骯臟的外部環(huán)境，每一項(xiàng)都會(huì)對(duì)軸承產(chǎn)生不利的影響，那組合起來，對(duì)軸承的損壞就更加嚴(yán)重了。幾十年來，SKF一直與主要的TBM制造商合作，開發(fā)堅(jiān)固耐用的軸承、密封和潤(rùn)滑解決方案，以滿足世界上最苛刻的隧道工程的要求。本文介紹了與這些組件的設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)相關(guān)的一些關(guān)鍵內(nèi)容，以及可用于解決這些挑戰(zhàn)的解決方案。
TBM使用大量的切割盤，每個(gè)切割盤在一對(duì)圓錐滾子軸承（TRB）上旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)行過程中，這些軸承承受著較高的瞬態(tài)載荷，當(dāng)切割盤進(jìn)入巖石時(shí)，瞬態(tài)載荷急劇上升，當(dāng)切下巖石時(shí)，載荷突然釋放。圓盤的轉(zhuǎn)速取決于其在刀盤上的位置，但通常在10至20rpm的范圍內(nèi)。越來越大的TBM的使用導(dǎo)致了刀盤直徑的相應(yīng)增加，在最大的TBM上，刀盤直徑已從幾年前的標(biāo)準(zhǔn)13英寸增長(zhǎng)到17英寸，甚至19英寸。
切割盤TRB的位置使得軸承表面很可能在操作過程中受到污染，再加上極端沖擊載荷的存在，意味著軸承必須能夠應(yīng)對(duì)滾子和滾道表面上的不均勻載荷和高度局部力。同時(shí)，必須考慮軸承過早失效的可能，由于軸承失效不可避免，因此只要確保不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞就行，必須避免軸承滾道完全斷裂，這將導(dǎo)致閥盤堵塞，從而導(dǎo)致多個(gè)閥盤損壞。
建造TBM用軸承需要仔細(xì)注意幾何形狀、材料選擇和表面處理方法，設(shè)計(jì)工程師需要使用專有的有限元分析工具來優(yōu)化關(guān)鍵軸承的設(shè)計(jì)和制造參數(shù)，以提供最佳的特性組合。例如，對(duì)滾道幾何形狀的微小調(diào)整可能會(huì)對(duì)軸承應(yīng)對(duì)不規(guī)則載荷的能力產(chǎn)生重大影響，而使用精確控制的滾道表面硬化可以提供足夠硬度的滾動(dòng)表面，同時(shí)保留堅(jiān)韌的核心，以防止軸承在發(fā)生故障時(shí)爆裂。
測(cè)試切割盤軸承是制造商面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)，沒有任何可用的試驗(yàn)臺(tái)能夠充分再現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境，不同項(xiàng)目的操作條件可能會(huì)有很大差異。因此，軸承設(shè)計(jì)工程師在評(píng)估新設(shè)計(jì)時(shí)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬。
從磨損切割盤上拆下的軸承的狀況也可以提供有關(guān)其工作狀況的有用信息。對(duì)軸承表面磨損和損壞的分析會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問題，工程師可以針對(duì)性的優(yōu)化軸承，以最大限度地延長(zhǎng)使用壽命。SKF工程團(tuán)隊(duì)就是如此，利用從受損軸承中獲得的信息，來生產(chǎn)定制的軸承，以提高性能及使用壽命。
幾乎所有切割盤軸承都使用大致相似的設(shè)計(jì)，但TBM制造商對(duì)主回轉(zhuǎn)軸承的設(shè)計(jì)提出了更高且不同的要求，主回轉(zhuǎn)軸承是TBM最關(guān)鍵的軸承，是小齒輪傳動(dòng)裝置和刀盤之間的紐帶，同時(shí)還承擔(dān)了隧道施工過程中產(chǎn)生的巨大載荷?；剞D(zhuǎn)軸承組件的尺寸范圍從直徑小于2米的微型隧道應(yīng)用到超過8米的最大盾構(gòu)機(jī)。根據(jù)機(jī)器的尺寸、預(yù)期的地面條件和機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)，制造商可能會(huì)使用不同的軸承布置。
因此，回轉(zhuǎn)支承始終是高度定制的設(shè)計(jì)，由原始設(shè)備制造商和軸承供應(yīng)商密切合作創(chuàng)建，SKF為此類項(xiàng)目開發(fā)了專門的設(shè)計(jì)和優(yōu)化軟件，允許對(duì)完整的回轉(zhuǎn)支承組件進(jìn)行建模和模擬，包括滾動(dòng)元件、保持架、滾道、傳動(dòng)齒輪和安裝布置，從而準(zhǔn)確計(jì)算給定載荷條件下的軸承和齒輪壽命。
TBM回轉(zhuǎn)軸承的大尺寸給運(yùn)輸、組裝和維護(hù)帶來了挑戰(zhàn)，根據(jù)原始設(shè)備制造商的要求，回轉(zhuǎn)軸承可以作為單個(gè)零件提供，也可以作為包括密封系統(tǒng)在內(nèi)的完全組裝單元提供。在某些情況下，軸承可以分段建造，以便于在機(jī)器發(fā)生意外事件時(shí)進(jìn)行運(yùn)輸、安裝或更換。
除了主要的回轉(zhuǎn)軸承外，市場(chǎng)上還有用于螺旋輸送機(jī)和安裝機(jī)系統(tǒng)的特殊回轉(zhuǎn)軸承系列。
回轉(zhuǎn)軸承依靠適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和入口保護(hù)才能生存，在隧道掘進(jìn)中用于保護(hù)這些軸承免受惡劣環(huán)境影響的密封件亦是項(xiàng)目的關(guān)鍵部件。
與回轉(zhuǎn)支承組件本身一樣，TBM主軸承的密封解決方案需要進(jìn)行優(yōu)化，以滿足典型應(yīng)用以及在更極端條件下定制項(xiàng)目的需求。SKF保留對(duì)密封件設(shè)計(jì)和制造過程的完全控制權(quán)，制定自己的專有材料，并使用內(nèi)部制造工藝，以確保對(duì)成品密封件幾何形狀的精確控制，無論所涉及的機(jī)器尺寸如何。
回轉(zhuǎn)軸承密封必須實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)，包括將潤(rùn)滑劑保留在軸承組件內(nèi)，防止水、泥漿和碎屑進(jìn)入，并適應(yīng)操作過程中可能發(fā)生的嚴(yán)重錯(cuò)位，密封件必須能夠在整個(gè)項(xiàng)目期間履行這些職責(zé)，即使受到巖石顆粒的持續(xù)磨損。
為了達(dá)到所需的性能水平，通常使用幾個(gè)串聯(lián)的唇形密封件，它們之間有潤(rùn)滑，SKF的TBM密封件是通過利用有限元分析來設(shè)計(jì)的，以考慮所有載荷情況，如錯(cuò)位、加壓、油脂沖洗甚至安裝行為。
為了簡(jiǎn)化組裝過程，并在需要時(shí)方便現(xiàn)場(chǎng)更換密封件，SKF開發(fā)了一種使用緊湊手持設(shè)備的專業(yè)焊接工藝，使工程師能夠在密閉空間內(nèi)操作，該過程允許在不需要移除切割頭的情況下安裝主密封件，從而顯著減少停機(jī)時(shí)間。
除了專門為TBM應(yīng)用開發(fā)的高度專業(yè)化組件外，SKF還為機(jī)器制造商提供了廣泛的其他組件、系統(tǒng)和解決方案。其中包括用于螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、安裝機(jī)軸承和其他輔助設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)軸承和密封件，以及復(fù)雜的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以精確地將油或油脂直接注入軸承中，以確保最佳潤(rùn)滑，同時(shí)將損耗或環(huán)境污染降至最低。
