全变频闭环控制在岸桥吊具电缆卷盘系统中的应用

摘要：在岸桥吊具电缆卷盘系统中，将原有的磁滞联轴器加变频器驱动模式改造为全变频闭环控制驱动模式，不仅可以缩短卷盘系统的响应时间，提高吊具电缆跟随效果，而且能够改善电缆的受力状况，减少系统设备的维护工作量，提高设备运行的可靠性。关键词：电缆卷盘；全变频；闭环控制；技术改造 岸桥是集装箱码头的主要生产设备，其完好率决定了整个码头的生产效率。吊具电缆卷盘驱动系统是岸桥吊具获取电源、控制信号等能量和信息的唯一通道和关键系统，该系统的工作稳定性、可靠性直接影响到岸桥整机的可靠性。为了确保设备的完好率，减少设备故障，降低设备因素对生产的影响，更好地保护吊具垂缆，我公司对岸桥吊具电缆卷盘驱动系统现有的配置进行了改造，将原有的变频器加磁滞联轴器的驱动模式改造为全变频闭环控制驱动模式，使用一年来效果良好。 一、原吊具电缆卷盘驱动系统简介岸桥吊具电缆卷盘原有的驱动模式为变频器加磁滞联轴器的驱动模式。动为装置为2台380VAC5.5KW三相异步电动机，由变频器驱动三相异步电动机，电动机输出轴端与吊具电缆卷盘的齿轮箱之间采用大扭矩磁滞联轴器连接，以实现动力的传送，见图1。                                               图1  变频器加磁滞联轴器的驱动模式原理图该驱动模式的主要特点是磁滞联轴器的“软特性”，即联轴器的输入轴与输出轴之间通过磁力连接，在特定的条件下联轴器两端的转速可以不同步。在作业过程中，当吊具提升时，依靠电机的驱动力进行同步收电缆；当吊具下放时，电动机反转下放电缆，依靠变频器对卷盘转速进行控制，确保下放电缆同步；当吊具低速下放时，电动机制动，依靠电缆的自重和吊具的拖拽克服磁滞联轴器的磁力下放电缆。因其“软特性”能缓问吊具升降时对电缆产生的张力，这种变频器回磁滞联轴器的驱动模式已有十余年的使用历史。但该驱动模式亦有如下缺点：1、由于磁滞联轴器的“软特性”，吊具在高速运行的情况下，当吊具下放和上升高速转换的加速度大于0.8m/s2时，系统响应迟钝，电缆跟随效果差，对电缆造成冲击。2、由于吊具电缆卷盘采用大扭矩磁滞联轴顺，当吊具低速下放时，电缆停止动作，磁滞联轴器一端静止，吊一端随电缆下放而转动过时联轴器会因克服磁力而产生大量的热；当吊具高速动作时，主动盘（感应盘）和从动盘（永磁盘）通过磁耦合连接（见图2），主动盘由电缆驱动旋转时，相对磁极错开一个角度，磁力产生扭曲，磁系统位能升高产生切力，牵引从动盘转动。当主动盘与从动盘不同步时，磁力线被切割产生大量热能。两盘的转速差越大，联轴器产生的热量越多，相关零部件温度升高，润滑脂老化，轴承损坏，从而导致整个磁滞联轴器损坏。图2  磁滞联轴器的结构原理图3、采用此种驱动模式时，驱动电机的安装方式为轴向悬挂式，当磁滞联轴器损坏后，极易导致电机损坏。 二、吊具电缆卷盘全变频闭环控制驱动模式简介吊具电缆卷盘全变频闭环控制驱动模式是采用一个380VAC15KW的三相异步电动机，电动机输出轴与吊具电缆卷盘减速箱之间用弹性联轴器连接驱动（见图3）。图3  电缆卷盘全变频闭环控制驱动模式原理图驱动系统采用速度控制、力矩限幅的控制模式，主要由变频调速电机、制动器、减速器、卷筒、吊具、集电器、编码器、电控系统等组成。变频调速电机根据PLC获取吊具提升的高度位置、速度等信息，经自动计算，输出扭矩和转速，通过齿轮箱驱动卷筒运行。在运行过程中不断检测吊具电缆的提升速度和力矩，实时自动修正，形成闭环控制，确保电缆的速度始终准确地跟随着吊具的实际速度并使电缆的受力在合理的范围内。具体工作过程如下：1、吊具起升，电缆卷绕时：吊具上升时，制动器（常闭型）得电打不开，变频调速电机正转，通过弹性联轴器驱动电缆卷筒转动卷绕电缆。PLC通过拾取吊具的起升速度、高度位置信息，自动计算，给定电机转速，在运行过程中，不断检测吊具变频电机的转速，实时修改，保证吊具电缆跟随良好。当发生挂舱事故、吊具上架的缓冲器的行程达到较大时触发信号开关，吊具实施紧停，从而保护电缆不被拉断。2、吊具下降，电缆放缆时：吊具下降时，制动器也得电释放，变频调速电机反转，PLC通过拾取吊具运行速度和高度位置等信息，自动计算给定电机反转转速，同时变频电机保护一定的反转扭矩，保证电缆在下降过程中保护张紧。3、吊具停止，电机停止运行：主系统控制关断，主起升停止，制动器不通电，处于制动状态，能确保吊具电缆不会因自重、风载而下坠。岸桥采用吊具电缆卷盘全变频闭环控制驱动模式具有以下优点：1、全变频闭环控制驱动的吊具电缆卷盘克服了磁滞联轴器的“软特性”，系统响应速度快，电缆跟随效果好。2、卷盘控制采用“速度控制和力矩限幅控制相结合技术”，结合吊具上架的缓冲器过紧限位开关作用，保证电缆在任何工况下不会超过其许用拉力。3、电机采用单台卧式安装变频调速电机，整个传动系统转动惯量小，其应用场合不受电缆自重、起升高度、吊具加速度等限制。4、电机采用弹性联轴器与减速器连接，保养工作量小，维护简单，相应的配件价格低。5、电缆保护：①限制电机给定卷盘的力矩，确保电缆张力小于其许用拉力；②吊架上架的缓冲器安装有过紧限位开关，一旦吊具电缆卷盘收、放缆速度与吊具速度不同步造成的吊具缓冲器的行程达到较大值时，吊具缓冲上的过紧限位触发，电缆过紧信号发出，整个系统做出紧停动作而保护电缆。 三、两种吊具电缆卷盘驱动模式的比较吊具电缆卷盘变频器加磁滞联轴器的驱动模式与全变频闭环控制驱动模式的性能比较见表1。 表1  变频器加磁滞联轴器的驱动模式与全变频闭环控制驱动模式的性能比较比较项目变频器加磁滞联轴器全变频闭环控制驱动电机数量/台≥21是否带增量编码器早期产品不带，现有产品吸有一台电机带有电机与减速器的联接通过磁滞联轴器通过弹性联轴器联接联轴器传动形式磁耦合机械传动（弹性联轴器）制动器安装形式安装在电机尾端，内置式与电机输入同轴系外置式储缆盘形式仅为卷盘式有卷盘和滚筒两种形式控制模式早期产品速度控制开环控制，现在产品速度控制局部闭环速度控制、力矩限幅闭环控制适用范围较大起升高度H≤56m，电缆芯数小于45芯，吊具速度V≤160m/min，加速度a≤0.75m/s2应用的场合不受电缆自重，起升高度、吊具加速度等限制，较大速度可达到240m/min 四、结论实践证明，在岸桥吊具电缆的驱动方案中，全变频闭环控制驱动模式既可以避免传统的垂缆加储缆框模式因大风天气或起升高速运行时导致的电缆钩挂外物而导致电缆损坏的风险，又可以改善变频器加磁滞联轴器的驱动模式下吊具电缆的运行条件，同时避免驱动机构复杂而增加维护保养工作量。...

皮带机防滚筒夹料装置

我公司是进行矿石装卸作业的专业化码头，年接卸各类铁矿石达3500万吨以上。公司的机械设备主要包括装卸船机、斗轮式堆取料机、皮带机三大部分，其中皮带机全长达34000余米，是矿石进出港区的纽带，贯穿了整个港区的每个角落。随着公司的快速发展，对矿石吞吐量和货运质量的要求不断提高，输送的矿种不断增多，皮带机输送任何日益繁重。而皮带机在输送粘度大、湿度大的矿种时，回程面的带料和落料情况加剧，物料被带至滚筒处时，会造成滚筒与皮带间夹料，影响设备正常运行。为减少滚筒夹料给皮带机带来的危害，我们制作了一套防滚筒夹生饭料装置（见图1），安装于我公司的BC2皮带机的尾部滚筒处。它是利用废弃的清扫器改装而成的。清扫器的聚氨酯刮片与滚筒处的皮带之间保持较小的间隙，当滚筒处夹料时，皮带就会凸起，皮带与清扫器的刮片相碰，使清扫器有一个小角度的转向，此时固定在清扫器上的触头与安装在后面的保护开关的触头相接触，使保护开关动作，而开关的信号接入作业流程信号中。开关动作后，流程立即停下来，清理人员把夹在滚筒处的物料清理后再启流程作业。此装置能及时发现滚筒处的夹料或异物，使之能得到及时处理，可大大减少事故隐患。                                              BC2皮带机在安装了防滚筒夹料装置后，滚筒夹料的事故发生率大大降低，皮带得到了很好的保护。...

轮胎式龙门起重机电缆卷筒自动取电装置的设计

摘  要：介绍了一种能够将轮胎式龙门起重机电缆卷筒上的电缆插头与插座固定电箱进行自动插拔的一种技术，摆脱了目前港口起重机转场作业时进行人工手动插拔电缆插头的局面，提高了港口的工作效率和安全性。关键词：轮胎式龙门起重机；转场作业；电缆卷筒；自动插拔。 0  引言轮胎式龙门起重机是目前港口码头堆场的主要设备，由于目前日益高涨的油价和低碳环保意识的增强，该起重机的油改电范围也越来越广，即用柴油发电机供电改为市电供电。目前，大车采用电缆卷筒式供电是经济、安全的一种方式，电缆通过电缆卷筒的收放与龙门起重机进行同步移动，达到移动供的效果，然而在起重机需要转场作业时，必须要人工将电缆插头从插座拔出，并在起重机到另一个新场地后，再重新将插头与插座固定在电缆箱连接。这种人工插拔方式存在安全隐患，工作效率也比较低。为改变这一落后的工作模式，电缆自动插拔技术越来越受到重视和期盼。电缆插头自动插拔技术是将原来的人工插拔改为自动插拔，即起重机司机在场地的指定地点能过远种一键式操作对电缆插头与插座电箱进行自动插入和拔出，实现自动插拔，大大提高了作业效率和安全性。1  起重机转场对电缆自动插拔的要求    自动插拔包含起重机转场前的自动断电和入场后的自动取电，首要的步骤是对位问题，因起重机体形的庞大，操作司机不可能将电缆插头和插座箱进行精确定位，因此，自动取电缆装置必须有二次自动对位的功能来纠正司机一次对位时的误差。其次是将电缆插头与插座箱可靠地插入或拔的动作。在完成插入后必须保证电缆插头与插座箱可造地锁定，并与插座保护良好的接触，使起重机行走时插头不被电缆的冲击拉力拉出。2  电缆自动插拔的设计原理电缆插头自动插拔主要由精确对位、自动插拔和自动锁定3部分组成，原理为：司机将带有自动取电装置的起重机驶入堆场指定的区域，允许起重机在停车位水平和垂直方向有一定的误差。借助设置的信号反馈使在车停车后，自动取电装置会自动根据停车位置来判断插头与插座箱的相对位置，通过自身的PLC程序计算，对执行元件给出命令，将插头和插座箱进行二次精确对位。然后自动取电装置手机构将插头与插座箱进行精确插拔，在机械手释放插头并收回的同时，插头被插座箱自动地锁定。这样便完成自动取电操作。此时，司机可以将非市电操作切换到市电工作模式，进行市电作业。在起重机要转场到其他场地时，司机需将起重机开到原指定的区域进行自动断电操作，对位步骤与上述相同，然后是机械手自动将插头从插座箱解锁并拔出收回，起得机可作转场作业。自动插拔装置结构见图1。2.1 自动取电的操作自动插拔装置操作示意图见图2。 1）大连到指定区域有反馈信号时停电，自动取电装置自动对插座箱对位；2）完成对位后机械手作自动取电操作。3）插头与插座接触到位后，机械手自动解锁；4）机械手完成解锁后自动退出；5）机械手退出到位时防雨罩自动关闭；6）机械手自动上升到位，基座复位到对中位取电动作完成，轮胎起重机进场作业。2.2 自动断电的操作    按上述2.1步骤作断电操作。2.3 电控系统    动力取电装置的电控采用先进的PLC逻辑控制技术，具有自动定位、测距、补偿功能；故障保护、自诊断显示功能；远程监控和修复功能。2.4 主要技术参数主要技术参数见表1。项       目规格参数允许轮胎式龙门起重机停车左右偏差±160mm允许轮胎式龙门起重机停车角度偏差±3°自动取（断）电时间3min插座箱绝缘水平3000V/1 min无击穿、无闪络.适应操作工况间断工作制，一连连续操作≤3次。整机防护等级IP56，可适用于户外环境。 3  自动取电装置的市场价值目前，该技术已经获得专利，并在福建江阴、广东惠州、大连等码头进行作业运行，使用效果得到了用户的肯定。此装置能取消原人工插拔的作业方式，不仅提高了码头作业效率，节约了人工成本，同时避免了人工插拔的安全隐患。此套技术也是目前唯一一种用于电缆卷筒电缆自动插拔的技术，在未来的推广中有很大的应用价值和市场空间。...

多功能门机码头供电电缆防轧保护装置的研制

能用码头上的多功能门机大多采用380V、50Hz的低压交流电源，将设在码头海地面电源箱中的电源，通过装在海侧门腿上的磁滞式电缆卷筒引缆上机。我港8#泊位码头原设计为通用泊位，码头上配备有4台多功能门机，自2006年投入使用以来，先后发生过6起码头供电电缆被行走台车轧破的事故，造成门机长时间故障停机，严重影响安全作业，同时造成较大的材料浪费。1、原因分析为解决这一问题，我公司组织技术力量对门机磁滞式供电电缆卷筒驱动装置、门机行走台车结构以及门机行走过程中供电电缆工况等进行了分析，发现门机供电电缆被行车轧破主要有2个原因：一是多功能门机的2个行走台车之间有一段近2米的间距，而每个行走台车下端面与码头平面之间有较大空隙（该间隙大于供电电缆的直径）；二是在门机行走过程中，当磁滞式供电电缆卷筒驱动装置等突然发生故障后，导致供电电缆不能正常卷入电缆卷筒内，而是凌乱地散落在码头上，此时司机往往不能及时发现，而是继续操作门机行走，这样供电电缆就可能通过台车与台车之间的间隙落到门机轨道上，或通过行走台车下端面与码头平面之间的空隙被挤入台车与轨道之间，导致电缆被轧破。2、技术改造根据上述分析，我们确定了技术改造的方案，即研制码头供电电缆防轧保护装置，着重从两方面入手：一是增加供电电缆卷筒驱动装置故障报警功能；二是对行走台车结构进行改进，确保在任何情况下供电电缆都不能进入轨道上或进入行走台车与轨道之间。2.1 加装门机供电电缆卷筒驱动装置工作异常报警装置虽然不能确保磁滞式电缆卷筒驱动装置不发生故障，但是我们要求当电缆卷筒驱动装置发生故障后能够及时报警，以提醒司机停止继续操作门机行走或要密切关注供电电缆状况。从这个思路入手，我们研制了1种新型的磁滞式电缆卷筒驱动装置工作异常时可以报警的装置。具体方案如下：首先在供电电缆卷筒驱动装置旁边安装1只PSN40-20DP常开式电感型接近传感器（安装位置见图1），用卷筒支架的多个撑杆作为检测物，并通过PLC程序检测脉冲的时间来判断电缆卷筒是否正常运转。正常运转过程中PLC程序检测电缆卷筒撑杆运转时1组通、断的方波时序图（见图2，图中“Z”为支架处，“K”为空档处），通过比较通、断电时间的长短来判断电缆卷筒收放缆线是否正常。根据时间最短原则，在最短时间内检测不到信号，就立即输出报警。当供电电缆卷筒不工作、传感器对准的是撑杆时，传感器接通中继，正常情况下接通时间小于1s，设定时间为2s，如果接通时间2s，就认为电缆卷筒工作异常；当传感器停在空挡处时，正常情况下传感器断开时间（传感器不输出信号）为1.5s左右，考虑到在电箱处有换向，将断开时弊设定为4s，如果超过4s传感器仍未检测到信号，就认为供电电缆卷筒工作异常，输出报警10s。2.2 在门机海侧行走台车上安装挡缆装置为确保供电电缆在任何情况下都不能进入轨道面上或被挤入台车与轨道之间，我们重点从缩短门机中间2个行走台车之间的间距和减小台车下端面与码头平面之间的空隙入手，在行走台车端面和台车侧面安装了1套挡缆装置，具体方案是，用直径为40mm的圆钢焊接于海侧各行走台车外侧下部，安装空间为下部距离码头平面3cm。同时，使用加厚胶带制作支架安装在海侧行走台车端面，防止在电缆驱动装置工作异常后卷绕的电缆进入门机轨道面上，同时也起到了清轨器的作用。3、改造效果根据上述方案，我们先选择1台门机进行了尝试，成功后进行推广。该方案的实施，成功地解决了供电电缆被行走台车轧破的问题，具体效果如下：⑴ 报警装置安装完成后，门机行走过程中多次发生供电电缆卷筒驱动装置工作异常，但由于能够及时报警，司机能够及时进行处理，所以保证了电缆的安全使用。⑵ 多功能门机电缆挡缆装置安装以后，现场使用情况良好，即使在人为设定电缆驱动装置故障的条件下，挡缆装置也能够完全消除电缆进入门机轨道上或进入轨道与行走台车之间被轧破的情况。⑶ 供电电缆防轧保护装置投入使用近2年多以来，4台多功能门机供电电缆再未发生过被轧破的事故。...

移动式散料机械供电供水一体化解决方案

移动式散料机械在物料搬动过程中不可避免会产生一定的粉尘，当前环保要求日益提高，因此饱受诟病。设备管理者一直在采用干式、干雾或喷淋等方法云吸尘或压尘，但由于存在在成本、环境、技术等诸多方面的问题，上述方法都未能正常使用。目前，环保问题已升级为民生问题，受到了国家的高度关注，移动式散料机械上物料产生的粉尘，必须进行有效地处理。干式除尘由于投资成本和使用成本高及故障率高等问题，一般用户不会接受。干雾和喷淋虽是切实可行的压尘方法，但需要依赖水资源，解决机上供水问题，必须要借助外部的设备来实现。本文在讨论供水方式的同时，一并讨论供电问题，有利于分析各种方案的优缺点。1  移动式散料机械供电供水方案移动式散料机械供电供水方案有三种：电缆卷盘+水缆卷筒、电缆卷盘+地面槽、拖链供电供水一体化等。1.1  电缆卷筒盘供电+水缆卷筒（筒）供水方案该方案分别通过电缆卷盘和水缆卷盘（筒）给移动设备供电和供水，这两套系统相对独立。电缆卷盘供电是一种常规的供电方式，电缆若采用二合一或三合一形式，只需要采用一个电缆卷盘，若将动力和控制分开，则分别有动力卷盘和控制卷盘。若设备行走距离不长，可采用水缆卷盘供水，若设备行走距离较长，则需要采用水缆卷筒供水。就供电和供水整体解决方案看，这种方式要求机上有足够的安装空间。卷盘驱动的方式也比较多，有磁滞式、力矩马达、变频等方式，涉及到的零部件较多，有电动机、减速箱、联轴器、滑环箱、光缆耦合器等，这也意味着故障点增多。另外电缆和水缆在卷取过程中需要保持一定张力，在寒冷季节和地区，容易造成电缆或水缆拉坏现象。1.2  电缆卷盘供电+地面水槽供水方案该方案分别通过电缆卷盘和地面水槽给移动设备供电和供水，这两套系统是相对独产的。电缆卷盘供电与1.1节供电方式一致，根据客户需求，采用动力、控制电缆卷盘或二合一、三合一电缆卷盘供电，该部分电缆也会受季节和地区的影响，造成电缆拉坏。该方案供水方式采用地面水槽，这种方式比水缆卷盘方式更加有利于连续供水，但存在水槽的密封问题，由于现场大气中漂浮着一些粉尘颗粒，很有可能会飘落到水槽中，时间长了，灰尘积累较多，比较难清理；寒冷季节和地区，水槽的保温也是一个问题，需要避免气温低于0℃时水结冰的问题；此外还面临基础沉降的适应性问题。1.3  拖链系统供电供水一体化解决方案该方案是将设备供电和供水合二为一，采用一套拖链系统。众所周知，拖链系统作为一种移动供电方式起源于机床行业。工程塑料材质的拖链产品作为一种机床附件被设计、生产用以保护机床各种运动机构所需不同介质的管线。随着人们对工程塑料拖链功能的认知和各种优势被发现，今天拖链系统几乎遍布各行各业。如起重机、冶金、造船、汽车、娱乐、物流、自动化、航天、能源、海工等。相对于传统的拖令、卷筒、滑触线等移动供电系统，拖链系统的独特优点是可将各种介质和需求集于一体来实现所有需求。不论是高压、低压、控制、数据、光缆还是水管、气管和液压管等，都可以通过一套系统来实现所有功能。拖链系统本身无需动力，没有驱动机构，拖链的驱动借助行走机构的动力，无需过多考虑设备上的安装问题，同时对电缆、水缆有更好的保护，提高了供电和供水的可靠性，降低由于故障造成的维修停机，提高设备的使用率。另一方面，拖链系统维护简单，维护量少。采用拖链系统，无需采用二合一或三合一电缆，极大地降低了电缆更换的风险和成本。当然，如果轨道上设备较多，需要布置的空间也就越大，这是拖链系统的不足之处。随着自动化技术的发展，越来越多的码头正实现或准备实现自动化，这要求设备相关的配套件或机构要可靠性高、维护工作量少、可控性好。拖链系统还可以借助PPDS等功能，实时监控拖链的运行态。多年前为国外某电厂煤炭码头提供了供电供水一体化解决方案，该设备供电供水拖链系统不仅有水管，还有动力电缆、控制电缆、光缆，经过10多年的使用，可靠性高，维护工作量少，客户对这种一体化解决方案非常满意，后续码头所有设备都采用这种一体化解决方案。2  三种移动式散料机械供电供水方案比较   上述三种方案各有优缺点，客户需要根据自身的情况，综合各方面因素，选择合适的方案。三种解决方案优缺点见表  电缆卷盘供电+水缆卷盘（筒）供水方案电缆卷盘供电+地面水槽供水方案拖链系统供电供水一体化方案前期投资成本中高中后期维护成本中高低可靠性中中高机上占用空间大小小基础占用空间小大大电缆保护一般一般好水缆保护一般无好能耗高中无 3   结束语环保形势日益严峻，移动散料设备的供水已必不可少，综合以上分析，拖链系统供电一体化解决方案较优。在设备生命周期内，其成本小，可靠性高，维护工作量也少。希望用户在选择方案时能够充分考虑这几个关键指标，做出正确的选择。...

起重机械表面防腐蚀方法综述

起重机械表面防腐蚀方法综述摘抄2020年8月16期近年来，随着我国工程建设的发展，起重机械在船舶、航空航天、电力、基材、冶金、桥梁铁道等现代化生产中的应用越来越广泛。起重机数量的增多给制造企业带来了机遇，同样也带来许多挑战。据权威数据统计，在国内起重机数量逐年增多的同时，每年拆除报废的起重机数量也显著增加，其中80%以上的起重机报废是因为其金属结构腐蚀失效导致。由于起重机械使用频率高，工作环境相对恶劣，常被搁置于露天环境或潮湿腐蚀的环境中，其表皮油漆保护层经常会因损坏而丧失防护功能，使金属结构被腐蚀。枣庄市曾发生过两起门式起重机因主要受力构件严重腐蚀，加以使用单位违规强行超载使用，造成金属结构损坏，出现机毁人亡事故。国外的情况同样不容乐观，以发达国家美国为例，据统计每年约50多人因起重机事故遇难，起重机械金属结构材料腐蚀不仅容易引发安全事故，同时也对金属材料造成了巨大浪费。GB6067.1-2010《起重机械安全规程 第1部分：总则》中3.9条明确规定起重机主要受力构件发生腐蚀时，应进行检查和测量。当主要受力构件断面腐蚀达设计厚度的10%时，如不能修复，就报废。由此可见，在恶劣环境下，如何提高起重机金属结构的抗腐蚀性能，降低起重机的能耗，是当前迫切需要解决的问题。另外，文献[6]提到服役于石材加工基地和强化学腐蚀等恶劣环境中的起重机械，其金属结构采用普通的油漆涂料很难达到寿命预期值，进一步说明油漆装难以满足恶劣环境下起重机防腐要求。因此，研究起重机械适用的表面防护处理技术，延缓其腐蚀速率，延长其使用寿命具有重要的意义。本文结合国内外起重机金属结构防护方法及相关研究进行分析，提出了一种新的新重机械金属结构防护技术，进而有效提高起重机金属结构的使用寿命，节省更换起重机的生产成本，同时提升了起重生产企业在起重机领域的创新能力。1 起重机械金属结构腐蚀行为及原因分析起重机械主梁及其他主体部分材质主要采用的是普通碳素钢Q235，且对于起重机金属结构的重要承载构件规定要采用Q235B、Q235C、Q235D，对于一般起重机械金属结构，当设计温度不低于-25℃时，允许采用沸腾钢Q235F。对于普通碳素钢腐蚀形式主要可分为均匀腐蚀、孔腐蚀和晶间腐蚀。均匀腐蚀的危害性较低，由于金属构件都有一定的截面尺寸，微小的均匀腐蚀一般不会明显降低金属的机械性能。但对于起重机械的箱形金属结构（箱形梁、箱形支腿、箱形臂等）内腔表面若脱掉一层“皮”，使腹板及臂板结构变薄，易发生安全事故，均匀腐蚀如图1a所示。孔腐蚀和晶间腐蚀是在金属体的局部范围内发生的腐蚀。这两种腐蚀会减小构件的有效截面积，使零件易发生突然断裂，这两种腐蚀行为危害性较大，如图1b、图1c所示。研究表明，晶间腐蚀主要是由材料内部的残余应力或者外界施加的应力，导致材料受应力应变和腐蚀共同联合作用而导致破坏，这种腐蚀导致金属结构破坏失效的后果很为严重。起重机械金属结构腐蚀机理主要为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指材料与非导电性的介质直接发生纯化学腐蚀而导致材料的破坏，而电化学腐蚀是通过产生电化学反应产生腐蚀，是一种普遍、重要的金属材料腐蚀类型。起重机械钢结构在正常环境下，表面一般生成铁锈Fe3O4和Fe2O3。但在高温的情况下，钢结构却易形成氧化铁皮FeO。另外，钢铁中的Fe3C组织在高温下与气体易发生如下反应Fe3C+ O2=3Fe+ CO2↑Fe3C+C O2=3Fe+ 2CO↑反应生成的气体逸出钢铁表面，钢结构表面便形成了脱碳层，从而影响起重机械的使用性能。在恶劣环境下很容易满足电化学腐蚀必须的三个条件；存在电位差、电解质溶液、发生接触。只要同时满足上述三个条件，就可以形成电化学腐蚀，从而破坏起重机械金属结构。2 起重机械金属结构防护方法分析目前，起重机金属结构防腐蚀方法主要有金属结构表层涂装和牺牲阳极保护法。牺牲阳极保护法通常在涂料中添加比钢铁活性度更高的填料（如锌），通过电化学原理能达到牺牲阳极保护金属结构不受腐蚀的作用，这种方法虽无需外部电源，但对防腐涂层质量要求高，同时会消耗有色金属，需定期更换阳极，成本高，且过程复杂。表层涂装方法主要分耐腐蚀金属覆盖法和非金属覆盖法两种，耐腐蚀金属覆盖法一般有电镀法、包镀法、热镀法、渗镀法、喷镀法等，这些方法工艺要求高，工本费高，适用于小型工件，而对于已投入实际应用的大型起重机械，非上述方法所能及，故未被广泛采用。非金属覆盖法是用基础防锈油漆涂沫在金属表面，此方法成本低、操作简便，虽被广泛用于起重机防腐蚀，但是单一的油漆膜不能完全阻止水份和氧气工艺上的差距，会导致油漆不能很好的起到长期有效防护作用。在非金属覆盖法研究方面，汪洪峰等人具体分析了起重机械金属结构腐蚀的原因，并且提出了一种新的油漆涂装工艺，但也只是将起重机械的耐蚀年限提高至5a左右。可见上述众多防护方法存在着各自的优缺点，目前尚无法找到一种可以有效提高起重机械金属结构的防腐办法。3 喷涂聚脲弹性体技术应用及分析热喷涂技术发展较快，作为一种材料表面改进技术在众多工程领域中得到广泛应用，这种方法主要是将配好的材料装入喷涂设备，通过加热将其达到半熔化或熔化状态，再用喷枪将其喷射到所选的基体表面而形成一层涂膜，这种涂层的某些性能比基材都要好，故可有效提高基体材料表面的性能，或使基体材料具备几种自身所没有的表面性能的涂层膜状组织。喷涂聚脲弹性体（SPUA）技术就是其中之一，SPUA技术是国外近十几年来开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，符合当前国家关于生态环保、节能减排的政策要求。SPUA技术的出现为防腐界提供了一种新型材料和施工技术，也为工程应用找到了一种新的捷径。聚脲弹性体是一种集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢等点于一身的新型万能涂装材料，与其他传统涂层相比较，具有明显的性能优势：如不含催化剂，能快速固化，在任何面喷涂都不产生流淌现象；施工性较好，造价便宜，适合大面积涂装；涂层致密无缝隙，耐酸碱盐，油等介质长期腐蚀；耐紫外线老化，在户外长期使用不开裂等等，其与传统涂装技术相比的优缺点如表1所示。在喷涂聚脲弹性体（SPUA）研究中，上世纪60年代苏联学者Fedotova就对聚脲合成的进行了研究，到上世纪80年代中期，著名的化学专家Primeaux先生首先成功研制出来SPUA技术。该技术于上世纪90年代初期在美国某些州区投入使用，由于其优异的综合性能广受企业及用户欢迎，紧接着韩、日也引入SPUA技术并相继投入研究及应用。我国于1997年引进该喷涂设备，研发出具有自主知识产权的耐磨、防腐、柔性防撞材料等系列产品，当前国内研究主要研究聚脲涂层实用性。孙志恒等相应的提出了聚脉弹性体技术，具有优异的防腐、耐磨及防渗透效果，在我国水利建筑工程中具有广阔的应用前景。国内对起重机械聚脲涂层涂装工艺等许多关键技术探索与研究仍不完善，相关研究报道甚少，已有文献仅在起重机金属结构喷涂聚脲涂层后的力学性能做了相关研究，结果发现当聚脲涂层厚度为0-0.6mm时，聚脲涂层的抗拉强度、应力、断面收缩率、表面硬度值逐渐增大；而当厚度大于0.6mm时，涂层表面硬度基本不变，抗拉强度、应力值逐渐下降。若要使聚脲涂层在起重机械领域产业化应用，国内专家学者还应该对该涂层的耐腐蚀性能及退化行为作更深入的研究。表1 聚脲及其他涂装技术优缺点项目固分涂料水性涂料UV涂料粉末涂料聚脲涂料防腐性能好一般一般优秀优秀适用底材不限不限木材金属不限施工环境0℃5℃以上厂房内厂房内不限一次性成膜厚度≤150≤100≤50≤800不限 4 结语随着时代进步及科技发展，根据前膽产业研究院发布的《2015-2020年中国起重机制造行业市场需求预测与转型升级分析报告》数据显示，2015年以后整个起重机制造市场逐渐回暖，年复合增长率达到6.96%，到2020年，随着上一波起重机的老龄化以及国内各类大型项目的开启，起重机销量将会接近4.4万台。因此，开展起重机械适用的表面防护处理技术研究，提高起重机金属结构的使用寿命，不仅可以节省更换起重机的生产成本，而且可提高起重机生产企业在起重机领域的竞争力。文中通过分析起重机械腐蚀机理及当前防腐方法的不足，提出了一种新型起重机械金属结构防护涂层，并指出了国内外研究现状及发展方向。根据国内节能减排政策，提高起重机的防腐性能，推动我国起重机行业的技术进步势在必行，SPUA防腐蚀技术在起重机行业将具有广阔的前景。 ...