全變頻閉環控制在岸橋吊具電纜卷盤系統中的應用

摘要：在岸橋吊具電纜卷盤系統中，將原有的磁滯聯軸器加變頻器驅動模式改造為全變頻閉環控制驅動模式，不僅可以縮短卷盤系統的響應時間，提高吊具電纜跟隨效果，而且能夠改善電纜的受力狀況，減少系統設備的維護工作量，提高設備運行的可靠性。關鍵詞：電纜卷盤；全變頻；閉環控制；技術改造 岸橋是集裝箱碼頭的主要生產設備，其完好率決定了整個碼頭的生產效率。吊具電纜卷盤驅動系統是岸橋吊具獲取電源、控制信號等能量和信息的唯一通道和關鍵系統，該系統的工作穩定性、可靠性直接影響到岸橋整機的可靠性。為了確保設備的完好率，減少設備故障，降低設備因素對生產的影響，更好地保護吊具垂纜，我公司對岸橋吊具電纜卷盤驅動系統現有的配置進行了改造，將原有的變頻器加磁滯聯軸器的驅動模式改造為全變頻閉環控制驅動模式，使用一年來效果良好。 一、原吊具電纜卷盤驅動系統簡介岸橋吊具電纜卷盤原有的驅動模式為變頻器加磁滯聯軸器的驅動模式。動為裝置為2臺380VAC5.5KW三相異步電動機，由變頻器驅動三相異步電動機，電動機輸出軸端與吊具電纜卷盤的齒輪箱之間采用大扭矩磁滯聯軸器連接，以實現動力的傳送，見圖1。                                               圖1  變頻器加磁滯聯軸器的驅動模式原理圖該驅動模式的主要特點是磁滯聯軸器的“軟特性”，即聯軸器的輸入軸與輸出軸之間通過磁力連接，在特定的條件下聯軸器兩端的轉速可以不同步。在作業過程中，當吊具提升時，依靠電機的驅動力進行同步收電纜；當吊具下放時，電動機反轉下放電纜，依靠變頻器對卷盤轉速進行控制，確保下放電纜同步；當吊具低速下放時，電動機制動，依靠電纜的自重和吊具的拖拽克服磁滯聯軸器的磁力下放電纜。因其“軟特性”能緩問吊具升降時對電纜產生的張力，這種變頻器回磁滯聯軸器的驅動模式已有十余年的使用歷史。但該驅動模式亦有如下缺點：1、由于磁滯聯軸器的“軟特性”，吊具在高速運行的情況下，當吊具下放和上升高速轉換的加速度大于0.8m/s2時，系統響應遲鈍，電纜跟隨效果差，對電纜造成沖擊。2、由于吊具電纜卷盤采用大扭矩磁滯聯軸順，當吊具低速下放時，電纜停止動作，磁滯聯軸器一端靜止，吊一端隨電纜下放而轉動過時聯軸器會因克服磁力而產生大量的熱；當吊具高速動作時，主動盤（感應盤）和從動盤（永磁盤）通過磁耦合連接（見圖2），主動盤由電纜驅動旋轉時，相對磁極錯開一個角度，磁力產生扭曲，磁系統位能升高產生切力，牽引從動盤轉動。當主動盤與從動盤不同步時，磁力線被切割產生大量熱能。兩盤的轉速差越大，聯軸器產生的熱量越多，相關零部件溫度升高，潤滑脂老化，軸承損壞，從而導致整個磁滯聯軸器損壞。圖2  磁滯聯軸器的結構原理圖3、采用此種驅動模式時，驅動電機的安裝方式為軸向懸掛式，當磁滯聯軸器損壞后，極易導致電機損壞。 二、吊具電纜卷盤全變頻閉環控制驅動模式簡介吊具電纜卷盤全變頻閉環控制驅動模式是采用一個380VAC15KW的三相異步電動機，電動機輸出軸與吊具電纜卷盤減速箱之間用彈性聯軸器連接驅動（見圖3）。圖3  電纜卷盤全變頻閉環控制驅動模式原理圖驅動系統采用速度控制、力矩限幅的控制模式，主要由變頻調速電機、制動器、減速器、卷筒、吊具、集電器、編碼器、電控系統等組成。變頻調速電機根據PLC獲取吊具提升的高度位置、速度等信息，經自動計算，輸出扭矩和轉速，通過齒輪箱驅動卷筒運行。在運行過程中不斷檢測吊具電纜的提升速度和力矩，實時自動修正，形成閉環控制，確保電纜的速度始終準確地跟隨著吊具的實際速度并使電纜的受力在合理的范圍內。具體工作過程如下：1、吊具起升，電纜卷繞時：吊具上升時，制動器（常閉型）得電打不開，變頻調速電機正轉，通過彈性聯軸器驅動電纜卷筒轉動卷繞電纜。PLC通過拾取吊具的起升速度、高度位置信息，自動計算，給定電機轉速，在運行過程中，不斷檢測吊具變頻電機的轉速，實時修改，保證吊具電纜跟隨良好。當發生掛艙事故、吊具上架的緩沖器的行程達到較大時觸發信號開關，吊具實施緊停，從而保護電纜不被拉斷。2、吊具下降，電纜放纜時：吊具下降時，制動器也得電釋放，變頻調速電機反轉，PLC通過拾取吊具運行速度和高度位置等信息，自動計算給定電機反轉轉速，同時變頻電機保護一定的反轉扭矩，保證電纜在下降過程中保護張緊。3、吊具停止，電機停止運行：主系統控制關斷，主起升停止，制動器不通電，處于制動狀態，能確保吊具電纜不會因自重、風載而下墜。岸橋采用吊具電纜卷盤全變頻閉環控制驅動模式具有以下優點：1、全變頻閉環控制驅動的吊具電纜卷盤克服了磁滯聯軸器的“軟特性”，系統響應速度快，電纜跟隨效果好。2、卷盤控制采用“速度控制和力矩限幅控制相結合技術”，結合吊具上架的緩沖器過緊限位開關作用，保證電纜在任何工況下不會超過其許用拉力。3、電機采用單臺臥式安裝變頻調速電機，整個傳動系統轉動慣量小，其應用場合不受電纜自重、起升高度、吊具加速度等限制。4、電機采用彈性聯軸器與減速器連接，保養工作量小，維護簡單，相應的配件價格低。5、電纜保護：①限制電機給定卷盤的力矩，確保電纜張力小于其許用拉力；②吊架上架的緩沖器安裝有過緊限位開關，一旦吊具電纜卷盤收、放纜速度與吊具速度不同步造成的吊具緩沖器的行程達到較大值時，吊具緩沖上的過緊限位觸發，電纜過緊信號發出，整個系統做出緊停動作而保護電纜。 三、兩種吊具電纜卷盤驅動模式的比較吊具電纜卷盤變頻器加磁滯聯軸器的驅動模式與全變頻閉環控制驅動模式的性能比較見表1。 表1  變頻器加磁滯聯軸器的驅動模式與全變頻閉環控制驅動模式的性能比較比較項目變頻器加磁滯聯軸器全變頻閉環控制驅動電機數量/臺≥21是否帶增量編碼器早期產品不帶，現有產品吸有一臺電機帶有電機與減速器的聯接通過磁滯聯軸器通過彈性聯軸器聯接聯軸器傳動形式磁耦合機械傳動（彈性聯軸器）制動器安裝形式安裝在電機尾端，內置式與電機輸入同軸系外置式儲纜盤形式僅為卷盤式有卷盤和滾筒兩種形式控制模式早期產品速度控制開環控制，現在產品速度控制局部閉環速度控制、力矩限幅閉環控制適用范圍較大起升高度H≤56m，電纜芯數小于45芯，吊具速度V≤160m/min，加速度a≤0.75m/s2應用的場合不受電纜自重，起升高度、吊具加速度等限制，較大速度可達到240m/min 四、結論實踐證明，在岸橋吊具電纜的驅動方案中，全變頻閉環控制驅動模式既可以避免傳統的垂纜加儲纜框模式因大風天氣或起升高速運行時導致的電纜鉤掛外物而導致電纜損壞的風險，又可以改善變頻器加磁滯聯軸器的驅動模式下吊具電纜的運行條件，同時避免驅動機構復雜而增加維護保養工作量。...

皮帶機防滾筒夾料裝置

我公司是進行礦石裝卸作業的專業化碼頭，年接卸各類鐵礦石達3500萬噸以上。公司的機械設備主要包括裝卸船機、斗輪式堆取料機、皮帶機三大部分，其中皮帶機全長達34000余米，是礦石進出港區的紐帶，貫穿了整個港區的每個角落。隨著公司的快速發展，對礦石吞吐量和貨運質量的要求不斷提高，輸送的礦種不斷增多，皮帶機輸送任何日益繁重。而皮帶機在輸送粘度大、濕度大的礦種時，回程面的帶料和落料情況加劇，物料被帶至滾筒處時，會造成滾筒與皮帶間夾料，影響設備正常運行。為減少滾筒夾料給皮帶機帶來的危害，我們制作了一套防滾筒夾生飯料裝置（見圖1），安裝于我公司的BC2皮帶機的尾部滾筒處。它是利用廢棄的清掃器改裝而成的。清掃器的聚氨酯刮片與滾筒處的皮帶之間保持較小的間隙，當滾筒處夾料時，皮帶就會凸起，皮帶與清掃器的刮片相碰，使清掃器有一個小角度的轉向，此時固定在清掃器上的觸頭與安裝在后面的保護開關的觸頭相接觸，使保護開關動作，而開關的信號接入作業流程信號中。開關動作后，流程立即停下來，清理人員把夾在滾筒處的物料清理后再啟流程作業。此裝置能及時發現滾筒處的夾料或異物，使之能得到及時處理，可大大減少事故隱患。                                              BC2皮帶機在安裝了防滾筒夾料裝置后，滾筒夾料的事故發生率大大降低，皮帶得到了很好的保護。...

輪胎式龍門起重機電纜卷筒自動取電裝置的設計

摘  要：介紹了一種能夠將輪胎式龍門起重機電纜卷筒上的電纜插頭與插座固定電箱進行自動插拔的一種技術，擺脫了目前港口起重機轉場作業時進行人工手動插拔電纜插頭的局面，提高了港口的工作效率和安全性。關鍵詞：輪胎式龍門起重機；轉場作業；電纜卷筒；自動插拔。 0  引言輪胎式龍門起重機是目前港口碼頭堆場的主要設備，由于目前日益高漲的油價和低碳環保意識的增強，該起重機的油改電范圍也越來越廣，即用柴油發電機供電改為市電供電。目前，大車采用電纜卷筒式供電是經濟、安全的一種方式，電纜通過電纜卷筒的收放與龍門起重機進行同步移動，達到移動供的效果，然而在起重機需要轉場作業時，必須要人工將電纜插頭從插座拔出，并在起重機到另一個新場地后，再重新將插頭與插座固定在電纜箱連接。這種人工插拔方式存在安全隱患，工作效率也比較低。為改變這一落后的工作模式，電纜自動插拔技術越來越受到重視和期盼。電纜插頭自動插拔技術是將原來的人工插拔改為自動插拔，即起重機司機在場地的指定地點能過遠種一鍵式操作對電纜插頭與插座電箱進行自動插入和拔出，實現自動插拔，大大提高了作業效率和安全性。1  起重機轉場對電纜自動插拔的要求    自動插拔包含起重機轉場前的自動斷電和入場后的自動取電，首要的步驟是對位問題，因起重機體形的龐大，操作司機不可能將電纜插頭和插座箱進行精確定位，因此，自動取電纜裝置必須有二次自動對位的功能來糾正司機一次對位時的誤差。其次是將電纜插頭與插座箱可靠地插入或拔的動作。在完成插入后必須保證電纜插頭與插座箱可造地鎖定，并與插座保護良好的接觸，使起重機行走時插頭不被電纜的沖擊拉力拉出。2  電纜自動插拔的設計原理電纜插頭自動插拔主要由精確對位、自動插拔和自動鎖定3部分組成，原理為：司機將帶有自動取電裝置的起重機駛入堆場指定的區域，允許起重機在停車位水平和垂直方向有一定的誤差。借助設置的信號反饋使在車停車后，自動取電裝置會自動根據停車位置來判斷插頭與插座箱的相對位置，通過自身的PLC程序計算，對執行元件給出命令，將插頭和插座箱進行二次精確對位。然后自動取電裝置手機構將插頭與插座箱進行精確插拔，在機械手釋放插頭并收回的同時，插頭被插座箱自動地鎖定。這樣便完成自動取電操作。此時，司機可以將非市電操作切換到市電工作模式，進行市電作業。在起重機要轉場到其他場地時，司機需將起重機開到原指定的區域進行自動斷電操作，對位步驟與上述相同，然后是機械手自動將插頭從插座箱解鎖并拔出收回，起得機可作轉場作業。自動插拔裝置結構見圖1。2.1 自動取電的操作自動插拔裝置操作示意圖見圖2。 1）大連到指定區域有反饋信號時停電，自動取電裝置自動對插座箱對位；2）完成對位后機械手作自動取電操作。3）插頭與插座接觸到位后，機械手自動解鎖；4）機械手完成解鎖后自動退出；5）機械手退出到位時防雨罩自動關閉；6）機械手自動上升到位，基座復位到對中位取電動作完成，輪胎起重機進場作業。2.2 自動斷電的操作    按上述2.1步驟作斷電操作。2.3 電控系統    動力取電裝置的電控采用先進的PLC邏輯控制技術，具有自動定位、測距、補償功能；故障保護、自診斷顯示功能；遠程監控和修復功能。2.4 主要技術參數主要技術參數見表1。項       目規格參數允許輪胎式龍門起重機停車左右偏差±160mm允許輪胎式龍門起重機停車角度偏差±3°自動?。〝啵╇姇r間3min插座箱絕緣水平3000V/1 min無擊穿、無閃絡.適應操作工況間斷工作制，一連連續操作≤3次。整機防護等級IP56，可適用于戶外環境。 3  自動取電裝置的市場價值目前，該技術已經獲得專利，并在福建江陰、廣東惠州、大連等碼頭進行作業運行，使用效果得到了用戶的肯定。此裝置能取消原人工插拔的作業方式，不僅提高了碼頭作業效率，節約了人工成本，同時避免了人工插拔的安全隱患。此套技術也是目前唯一一種用于電纜卷筒電纜自動插拔的技術，在未來的推廣中有很大的應用價值和市場空間。...

多功能門機碼頭供電電纜防軋保護裝置的研制

能用碼頭上的多功能門機大多采用380V、50Hz的低壓交流電源，將設在碼頭海地面電源箱中的電源，通過裝在海側門腿上的磁滯式電纜卷筒引纜上機。我港8#泊位碼頭原設計為通用泊位，碼頭上配備有4臺多功能門機，自2006年投入使用以來，先后發生過6起碼頭供電電纜被行走臺車軋破的事故，造成門機長時間故障停機，嚴重影響安全作業，同時造成較大的材料浪費。1、原因分析為解決這一問題，我公司組織技術力量對門機磁滯式供電電纜卷筒驅動裝置、門機行走臺車結構以及門機行走過程中供電電纜工況等進行了分析，發現門機供電電纜被行車軋破主要有2個原因：一是多功能門機的2個行走臺車之間有一段近2米的間距，而每個行走臺車下端面與碼頭平面之間有較大空隙（該間隙大于供電電纜的直徑）；二是在門機行走過程中，當磁滯式供電電纜卷筒驅動裝置等突然發生故障后，導致供電電纜不能正常卷入電纜卷筒內，而是凌亂地散落在碼頭上，此時司機往往不能及時發現，而是繼續操作門機行走，這樣供電電纜就可能通過臺車與臺車之間的間隙落到門機軌道上，或通過行走臺車下端面與碼頭平面之間的空隙被擠入臺車與軌道之間，導致電纜被軋破。2、技術改造根據上述分析，我們確定了技術改造的方案，即研制碼頭供電電纜防軋保護裝置，著重從兩方面入手：一是增加供電電纜卷筒驅動裝置故障報警功能；二是對行走臺車結構進行改進，確保在任何情況下供電電纜都不能進入軌道上或進入行走臺車與軌道之間。2.1 加裝門機供電電纜卷筒驅動裝置工作異常報警裝置雖然不能確保磁滯式電纜卷筒驅動裝置不發生故障，但是我們要求當電纜卷筒驅動裝置發生故障后能夠及時報警，以提醒司機停止繼續操作門機行走或要密切關注供電電纜狀況。從這個思路入手，我們研制了1種新型的磁滯式電纜卷筒驅動裝置工作異常時可以報警的裝置。具體方案如下：首先在供電電纜卷筒驅動裝置旁邊安裝1只PSN40-20DP常開式電感型接近傳感器（安裝位置見圖1），用卷筒支架的多個撐桿作為檢測物，并通過PLC程序檢測脈沖的時間來判斷電纜卷筒是否正常運轉。正常運轉過程中PLC程序檢測電纜卷筒撐桿運轉時1組通、斷的方波時序圖（見圖2，圖中“Z”為支架處，“K”為空檔處），通過比較通、斷電時間的長短來判斷電纜卷筒收放纜線是否正常。根據時間最短原則，在最短時間內檢測不到信號，就立即輸出報警。當供電電纜卷筒不工作、傳感器對準的是撐桿時，傳感器接通中繼，正常情況下接通時間小于1s，設定時間為2s，如果接通時間2s，就認為電纜卷筒工作異常；當傳感器停在空擋處時，正常情況下傳感器斷開時間（傳感器不輸出信號）為1.5s左右，考慮到在電箱處有換向，將斷開時弊設定為4s，如果超過4s傳感器仍未檢測到信號，就認為供電電纜卷筒工作異常，輸出報警10s。2.2 在門機海側行走臺車上安裝擋纜裝置為確保供電電纜在任何情況下都不能進入軌道面上或被擠入臺車與軌道之間，我們重點從縮短門機中間2個行走臺車之間的間距和減小臺車下端面與碼頭平面之間的空隙入手，在行走臺車端面和臺車側面安裝了1套擋纜裝置，具體方案是，用直徑為40mm的圓鋼焊接于海側各行走臺車外側下部，安裝空間為下部距離碼頭平面3cm。同時，使用加厚膠帶制作支架安裝在海側行走臺車端面，防止在電纜驅動裝置工作異常后卷繞的電纜進入門機軌道面上，同時也起到了清軌器的作用。3、改造效果根據上述方案，我們先選擇1臺門機進行了嘗試，成功后進行推廣。該方案的實施，成功地解決了供電電纜被行走臺車軋破的問題，具體效果如下：⑴ 報警裝置安裝完成后，門機行走過程中多次發生供電電纜卷筒驅動裝置工作異常，但由于能夠及時報警，司機能夠及時進行處理，所以保證了電纜的安全使用。⑵ 多功能門機電纜擋纜裝置安裝以后，現場使用情況良好，即使在人為設定電纜驅動裝置故障的條件下，擋纜裝置也能夠完全消除電纜進入門機軌道上或進入軌道與行走臺車之間被軋破的情況。⑶ 供電電纜防軋保護裝置投入使用近2年多以來，4臺多功能門機供電電纜再未發生過被軋破的事故。...

移動式散料機械供電供水一體化解決方案

移動式散料機械在物料搬動過程中不可避免會產生一定的粉塵，當前環保要求日益提高，因此飽受詬病。設備管理者一直在采用干式、干霧或噴淋等方法云吸塵或壓塵，但由于存在在成本、環境、技術等諸多方面的問題，上述方法都未能正常使用。目前，環保問題已升級為民生問題，受到了國家的高度關注，移動式散料機械上物料產生的粉塵，必須進行有效地處理。干式除塵由于投資成本和使用成本高及故障率高等問題，一般用戶不會接受。干霧和噴淋雖是切實可行的壓塵方法，但需要依賴水資源，解決機上供水問題，必須要借助外部的設備來實現。本文在討論供水方式的同時，一并討論供電問題，有利于分析各種方案的優缺點。1  移動式散料機械供電供水方案移動式散料機械供電供水方案有三種：電纜卷盤+水纜卷筒、電纜卷盤+地面槽、拖鏈供電供水一體化等。1.1  電纜卷筒盤供電+水纜卷筒（筒）供水方案該方案分別通過電纜卷盤和水纜卷盤（筒）給移動設備供電和供水，這兩套系統相對獨立。電纜卷盤供電是一種常規的供電方式，電纜若采用二合一或三合一形式，只需要采用一個電纜卷盤，若將動力和控制分開，則分別有動力卷盤和控制卷盤。若設備行走距離不長，可采用水纜卷盤供水，若設備行走距離較長，則需要采用水纜卷筒供水。就供電和供水整體解決方案看，這種方式要求機上有足夠的安裝空間。卷盤驅動的方式也比較多，有磁滯式、力矩馬達、變頻等方式，涉及到的零部件較多，有電動機、減速箱、聯軸器、滑環箱、光纜耦合器等，這也意味著故障點增多。另外電纜和水纜在卷取過程中需要保持一定張力，在寒冷季節和地區，容易造成電纜或水纜拉壞現象。1.2  電纜卷盤供電+地面水槽供水方案該方案分別通過電纜卷盤和地面水槽給移動設備供電和供水，這兩套系統是相對獨產的。電纜卷盤供電與1.1節供電方式一致，根據客戶需求，采用動力、控制電纜卷盤或二合一、三合一電纜卷盤供電，該部分電纜也會受季節和地區的影響，造成電纜拉壞。該方案供水方式采用地面水槽，這種方式比水纜卷盤方式更加有利于連續供水，但存在水槽的密封問題，由于現場大氣中漂浮著一些粉塵顆粒，很有可能會飄落到水槽中，時間長了，灰塵積累較多，比較難清理；寒冷季節和地區，水槽的保溫也是一個問題，需要避免氣溫低于0℃時水結冰的問題；此外還面臨基礎沉降的適應性問題。1.3  拖鏈系統供電供水一體化解決方案該方案是將設備供電和供水合二為一，采用一套拖鏈系統。眾所周知，拖鏈系統作為一種移動供電方式起源于機床行業。工程塑料材質的拖鏈產品作為一種機床附件被設計、生產用以保護機床各種運動機構所需不同介質的管線。隨著人們對工程塑料拖鏈功能的認知和各種優勢被發現，今天拖鏈系統幾乎遍布各行各業。如起重機、冶金、造船、汽車、娛樂、物流、自動化、航天、能源、海工等。相對于傳統的拖令、卷筒、滑觸線等移動供電系統，拖鏈系統的獨特優點是可將各種介質和需求集于一體來實現所有需求。不論是高壓、低壓、控制、數據、光纜還是水管、氣管和液壓管等，都可以通過一套系統來實現所有功能。拖鏈系統本身無需動力，沒有驅動機構，拖鏈的驅動借助行走機構的動力，無需過多考慮設備上的安裝問題，同時對電纜、水纜有更好的保護，提高了供電和供水的可靠性，降低由于故障造成的維修停機，提高設備的使用率。另一方面，拖鏈系統維護簡單，維護量少。采用拖鏈系統，無需采用二合一或三合一電纜，極大地降低了電纜更換的風險和成本。當然，如果軌道上設備較多，需要布置的空間也就越大，這是拖鏈系統的不足之處。隨著自動化技術的發展，越來越多的碼頭正實現或準備實現自動化，這要求設備相關的配套件或機構要可靠性高、維護工作量少、可控性好。拖鏈系統還可以借助PPDS等功能，實時監控拖鏈的運行態。多年前為國外某電廠煤炭碼頭提供了供電供水一體化解決方案，該設備供電供水拖鏈系統不僅有水管，還有動力電纜、控制電纜、光纜，經過10多年的使用，可靠性高，維護工作量少，客戶對這種一體化解決方案非常滿意，后續碼頭所有設備都采用這種一體化解決方案。2  三種移動式散料機械供電供水方案比較   上述三種方案各有優缺點，客戶需要根據自身的情況，綜合各方面因素，選擇合適的方案。三種解決方案優缺點見表  電纜卷盤供電+水纜卷盤（筒）供水方案電纜卷盤供電+地面水槽供水方案拖鏈系統供電供水一體化方案前期投資成本中高中后期維護成本中高低可靠性中中高機上占用空間大小小基礎占用空間小大大電纜保護一般一般好水纜保護一般無好能耗高中無 3   結束語環保形勢日益嚴峻，移動散料設備的供水已必不可少，綜合以上分析，拖鏈系統供電一體化解決方案較優。在設備生命周期內，其成本小，可靠性高，維護工作量也少。希望用戶在選擇方案時能夠充分考慮這幾個關鍵指標，做出正確的選擇。...

起重機械表面防腐蝕方法綜述

起重機械表面防腐蝕方法綜述摘抄2020年8月16期近年來，隨著我國工程建設的發展，起重機械在船舶、航空航天、電力、基材、冶金、橋梁鐵道等現代化生產中的應用越來越廣泛。起重機數量的增多給制造企業帶來了機遇，同樣也帶來許多挑戰。據權威數據統計，在國內起重機數量逐年增多的同時，每年拆除報廢的起重機數量也顯著增加，其中80%以上的起重機報廢是因為其金屬結構腐蝕失效導致。由于起重機械使用頻率高，工作環境相對惡劣，常被擱置于露天環境或潮濕腐蝕的環境中，其表皮油漆保護層經常會因損壞而喪失防護功能，使金屬結構被腐蝕。棗莊市曾發生過兩起門式起重機因主要受力構件嚴重腐蝕，加以使用單位違規強行超載使用，造成金屬結構損壞，出現機毀人亡事故。國外的情況同樣不容樂觀，以發達國家美國為例，據統計每年約50多人因起重機事故遇難，起重機械金屬結構材料腐蝕不僅容易引發安全事故，同時也對金屬材料造成了巨大浪費。GB6067.1-2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》中3.9條明確規定起重機主要受力構件發生腐蝕時，應進行檢查和測量。當主要受力構件斷面腐蝕達設計厚度的10%時，如不能修復，就報廢。由此可見，在惡劣環境下，如何提高起重機金屬結構的抗腐蝕性能，降低起重機的能耗，是當前迫切需要解決的問題。另外，文獻[6]提到服役于石材加工基地和強化學腐蝕等惡劣環境中的起重機械，其金屬結構采用普通的油漆涂料很難達到壽命預期值，進一步說明油漆裝難以滿足惡劣環境下起重機防腐要求。因此，研究起重機械適用的表面防護處理技術，延緩其腐蝕速率，延長其使用壽命具有重要的意義。本文結合國內外起重機金屬結構防護方法及相關研究進行分析，提出了一種新的新重機械金屬結構防護技術，進而有效提高起重機金屬結構的使用壽命，節省更換起重機的生產成本，同時提升了起重生產企業在起重機領域的創新能力。1 起重機械金屬結構腐蝕行為及原因分析起重機械主梁及其他主體部分材質主要采用的是普通碳素鋼Q235，且對于起重機金屬結構的重要承載構件規定要采用Q235B、Q235C、Q235D，對于一般起重機械金屬結構，當設計溫度不低于-25℃時，允許采用沸騰鋼Q235F。對于普通碳素鋼腐蝕形式主要可分為均勻腐蝕、孔腐蝕和晶間腐蝕。均勻腐蝕的危害性較低，由于金屬構件都有一定的截面尺寸，微小的均勻腐蝕一般不會明顯降低金屬的機械性能。但對于起重機械的箱形金屬結構（箱形梁、箱形支腿、箱形臂等）內腔表面若脫掉一層“皮”，使腹板及臂板結構變薄，易發生安全事故，均勻腐蝕如圖1a所示?？赘g和晶間腐蝕是在金屬體的局部范圍內發生的腐蝕。這兩種腐蝕會減小構件的有效截面積，使零件易發生突然斷裂，這兩種腐蝕行為危害性較大，如圖1b、圖1c所示。研究表明，晶間腐蝕主要是由材料內部的殘余應力或者外界施加的應力，導致材料受應力應變和腐蝕共同聯合作用而導致破壞，這種腐蝕導致金屬結構破壞失效的后果很為嚴重。起重機械金屬結構腐蝕機理主要為化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕是指材料與非導電性的介質直接發生純化學腐蝕而導致材料的破壞，而電化學腐蝕是通過產生電化學反應產生腐蝕，是一種普遍、重要的金屬材料腐蝕類型。起重機械鋼結構在正常環境下，表面一般生成鐵銹Fe3O4和Fe2O3。但在高溫的情況下，鋼結構卻易形成氧化鐵皮FeO。另外，鋼鐵中的Fe3C組織在高溫下與氣體易發生如下反應Fe3C+ O2=3Fe+ CO2↑Fe3C+C O2=3Fe+ 2CO↑反應生成的氣體逸出鋼鐵表面，鋼結構表面便形成了脫碳層，從而影響起重機械的使用性能。在惡劣環境下很容易滿足電化學腐蝕必須的三個條件；存在電位差、電解質溶液、發生接觸。只要同時滿足上述三個條件，就可以形成電化學腐蝕，從而破壞起重機械金屬結構。2 起重機械金屬結構防護方法分析目前，起重機金屬結構防腐蝕方法主要有金屬結構表層涂裝和犧牲陽極保護法。犧牲陽極保護法通常在涂料中添加比鋼鐵活性度更高的填料（如鋅），通過電化學原理能達到犧牲陽極保護金屬結構不受腐蝕的作用，這種方法雖無需外部電源，但對防腐涂層質量要求高，同時會消耗有色金屬，需定期更換陽極，成本高，且過程復雜。表層涂裝方法主要分耐腐蝕金屬覆蓋法和非金屬覆蓋法兩種，耐腐蝕金屬覆蓋法一般有電鍍法、包鍍法、熱鍍法、滲鍍法、噴鍍法等，這些方法工藝要求高，工本費高，適用于小型工件，而對于已投入實際應用的大型起重機械，非上述方法所能及，故未被廣泛采用。非金屬覆蓋法是用基礎防銹油漆涂沫在金屬表面，此方法成本低、操作簡便，雖被廣泛用于起重機防腐蝕，但是單一的油漆膜不能完全阻止水份和氧氣工藝上的差距，會導致油漆不能很好的起到長期有效防護作用。在非金屬覆蓋法研究方面，汪洪峰等人具體分析了起重機械金屬結構腐蝕的原因，并且提出了一種新的油漆涂裝工藝，但也只是將起重機械的耐蝕年限提高至5a左右?？梢娚鲜霰姸喾雷o方法存在著各自的優缺點，目前尚無法找到一種可以有效提高起重機械金屬結構的防腐辦法。3 噴涂聚脲彈性體技術應用及分析熱噴涂技術發展較快，作為一種材料表面改進技術在眾多工程領域中得到廣泛應用，這種方法主要是將配好的材料裝入噴涂設備，通過加熱將其達到半熔化或熔化狀態，再用噴槍將其噴射到所選的基體表面而形成一層涂膜，這種涂層的某些性能比基材都要好，故可有效提高基體材料表面的性能，或使基體材料具備幾種自身所沒有的表面性能的涂層膜狀組織。噴涂聚脲彈性體（SPUA）技術就是其中之一，SPUA技術是國外近十幾年來開發的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術，符合當前國家關于生態環保、節能減排的政策要求。SPUA技術的出現為防腐界提供了一種新型材料和施工技術，也為工程應用找到了一種新的捷徑。聚脲彈性體是一種集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼等點于一身的新型萬能涂裝材料，與其他傳統涂層相比較，具有明顯的性能優勢：如不含催化劑，能快速固化，在任何面噴涂都不產生流淌現象；施工性較好，造價便宜，適合大面積涂裝；涂層致密無縫隙，耐酸堿鹽，油等介質長期腐蝕；耐紫外線老化，在戶外長期使用不開裂等等，其與傳統涂裝技術相比的優缺點如表1所示。在噴涂聚脲彈性體（SPUA）研究中，上世紀60年代蘇聯學者Fedotova就對聚脲合成的進行了研究，到上世紀80年代中期，著名的化學專家Primeaux先生首先成功研制出來SPUA技術。該技術于上世紀90年代初期在美國某些州區投入使用，由于其優異的綜合性能廣受企業及用戶歡迎，緊接著韓、日也引入SPUA技術并相繼投入研究及應用。我國于1997年引進該噴涂設備，研發出具有自主知識產權的耐磨、防腐、柔性防撞材料等系列產品，當前國內研究主要研究聚脲涂層實用性。孫志恒等相應的提出了聚脈彈性體技術，具有優異的防腐、耐磨及防滲透效果，在我國水利建筑工程中具有廣闊的應用前景。國內對起重機械聚脲涂層涂裝工藝等許多關鍵技術探索與研究仍不完善，相關研究報道甚少，已有文獻僅在起重機金屬結構噴涂聚脲涂層后的力學性能做了相關研究，結果發現當聚脲涂層厚度為0-0.6mm時，聚脲涂層的抗拉強度、應力、斷面收縮率、表面硬度值逐漸增大；而當厚度大于0.6mm時，涂層表面硬度基本不變，抗拉強度、應力值逐漸下降。若要使聚脲涂層在起重機械領域產業化應用，國內專家學者還應該對該涂層的耐腐蝕性能及退化行為作更深入的研究。表1 聚脲及其他涂裝技術優缺點項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優秀優秀適用底材不限不限木材金屬不限施工環境0℃5℃以上廠房內廠房內不限一次性成膜厚度≤150≤100≤50≤800不限 4 結語隨著時代進步及科技發展，根據前膽產業研究院發布的《2015-2020年中國起重機制造行業市場需求預測與轉型升級分析報告》數據顯示，2015年以后整個起重機制造市場逐漸回暖，年復合增長率達到6.96%，到2020年，隨著上一波起重機的老齡化以及國內各類大型項目的開啟，起重機銷量將會接近4.4萬臺。因此，開展起重機械適用的表面防護處理技術研究，提高起重機金屬結構的使用壽命，不僅可以節省更換起重機的生產成本，而且可提高起重機生產企業在起重機領域的競爭力。文中通過分析起重機械腐蝕機理及當前防腐方法的不足，提出了一種新型起重機械金屬結構防護涂層，并指出了國內外研究現狀及發展方向。根據國內節能減排政策，提高起重機的防腐性能，推動我國起重機行業的技術進步勢在必行，SPUA防腐蝕技術在起重機行業將具有廣闊的前景。 ...