TBM中轴承的运行环境非常不理想，包括低速旋转、高静态和冲击载荷以及潮湿、肮脏的外部环境，每一项都会对轴承产生不利的影响，那组合起来，对轴承的损坏就更加严重了。几十年来，SKF一直与主要的TBM制造商合作，开发坚固耐用的轴承、密封和润滑解决方案，以满足世界上最苛刻的隧道工程的要求。本文介绍了与这些组件的设计、操作和维护相关的一些关键内容，以及可用于解决这些挑战的解决方案。
TBM使用大量的切割盘，每个切割盘在一对圆锥滚子轴承（TRB）上旋转。在运行过程中，这些轴承承受着较高的瞬态载荷，当切割盘进入岩石时，瞬态载荷急剧上升，当切下岩石时，载荷突然释放。圆盘的转速取决于其在刀盘上的位置，但通常在10至20rpm的范围内。越来越大的TBM的使用导致了刀盘直径的相应增加，在最大的TBM上，刀盘直径已从几年前的标准13英寸增长到17英寸，甚至19英寸。
切割盘TRB的位置使得轴承表面很可能在操作过程中受到污染，再加上极端冲击载荷的存在，意味着轴承必须能够应对滚子和滚道表面上的不均匀载荷和高度局部力。同时，必须考虑轴承过早失效的可能，由于轴承失效不可避免，因此只要确保不会产生严重的损坏就行，必须避免轴承滚道完全断裂，这将导致阀盘堵塞，从而导致多个阀盘损坏。
建造TBM用轴承需要仔细注意几何形状、材料选择和表面处理方法，设计工程师需要使用专有的有限元分析工具来优化关键轴承的设计和制造参数，以提供最佳的特性组合。例如，对滚道几何形状的微小调整可能会对轴承应对不规则载荷的能力产生重大影响，而使用精确控制的滚道表面硬化可以提供足够硬度的滚动表面，同时保留坚韧的核心，以防止轴承在发生故障时爆裂。
测试切割盘轴承是制造商面临的另一个挑战，没有任何可用的试验台能够充分再现真实的环境，不同项目的操作条件可能会有很大差异。因此，轴承设计工程师在评估新设计时必须依靠经验和计算机模拟。
从磨损切割盘上拆下的轴承的状况也可以提供有关其工作状况的有用信息。对轴承表面磨损和损坏的分析会发现很多问题，工程师可以针对性的优化轴承，以最大限度地延长使用寿命。SKF工程团队就是如此，利用从受损轴承中获得的信息，来生产定制的轴承，以提高性能及使用寿命。
几乎所有切割盘轴承都使用大致相似的设计，但TBM制造商对主回转轴承的设计提出了更高且不同的要求，主回转轴承是TBM最关键的轴承，是小齿轮传动装置和刀盘之间的纽带，同时还承担了隧道施工过程中产生的巨大载荷。回转轴承组件的尺寸范围从直径小于2米的微型隧道应用到超过8米的最大盾构机。根据机器的尺寸、预期的地面条件和机器的整体结构，制造商可能会使用不同的轴承布置。
因此，回转支承始终是高度定制的设计，由原始设备制造商和轴承供应商密切合作创建，SKF为此类项目开发了专门的设计和优化软件，允许对完整的回转支承组件进行建模和模拟，包括滚动元件、保持架、滚道、传动齿轮和安装布置，从而准确计算给定载荷条件下的轴承和齿轮寿命。
TBM回转轴承的大尺寸给运输、组装和维护带来了挑战，根据原始设备制造商的要求，回转轴承可以作为单个零件提供，也可以作为包括密封系统在内的完全组装单元提供。在某些情况下，轴承可以分段建造，以便于在机器发生意外事件时进行运输、安装或更换。
除了主要的回转轴承外，市场上还有用于螺旋输送机和安装机系统的特殊回转轴承系列。
回转轴承依靠适当的润滑和入口保护才能生存，在隧道掘进中用于保护这些轴承免受恶劣环境影响的密封件亦是项目的关键部件。
与回转支承组件本身一样，TBM主轴承的密封解决方案需要进行优化，以满足典型应用以及在更极端条件下定制项目的需求。SKF保留对密封件设计和制造过程的完全控制权，制定自己的专有材料，并使用内部制造工艺，以确保对成品密封件几何形状的精确控制，无论所涉及的机器尺寸如何。
回转轴承密封必须实现多个目标，包括将润滑剂保留在轴承组件内，防止水、泥浆和碎屑进入，并适应操作过程中可能发生的严重错位，密封件必须能够在整个项目期间履行这些职责，即使受到岩石颗粒的持续磨损。
为了达到所需的性能水平，通常使用几个串联的唇形密封件，它们之间有润滑，SKF的TBM密封件是通过利用有限元分析来设计的，以考虑所有载荷情况，如错位、加压、油脂冲洗甚至安装行为。
为了简化组装过程，并在需要时方便现场更换密封件，SKF开发了一种使用紧凑手持设备的专业焊接工艺，使工程师能够在密闭空间内操作，该过程允许在不需要移除切割头的情况下安装主密封件，从而显著减少停机时间。
除了专门为TBM应用开发的高度专业化组件外，SKF还为机器制造商提供了广泛的其他组件、系统和解决方案。其中包括用于螺旋输送机驱动装置、安装机轴承和其他辅助设备的标准轴承和密封件，以及复杂的集中润滑系统，该系统可以精确地将油或油脂直接注入轴承中，以确保最佳润滑，同时将损耗或环境污染降至最低。
