施工升降機導軌架磨損腐蝕分析

王海龍 黃楠 段紅莉 趙斌

（山東省建筑科學研究院，山東 濟南 250031）

0 前言

按照GB 10055—2007施工升降機安全規(guī)程第3.8條，制造商應對施工升降機主要結(jié)構件的腐蝕、磨損極限做出規(guī)定，對于標準節(jié)立管應明確其腐蝕和磨損程度與導軌架自由端高度、導軌架全高減少量的對應關系。當立管壁厚最大減少量為出廠厚度的25%時，此標準節(jié)應予以報廢或按立管壁厚規(guī)格降級使用[1]。施工升降機在使用過程中由于受到大氣腐蝕、吊籠在運行過程中滾輪與導軌架標準節(jié)主弦桿的接觸磨損腐蝕，施工升降機的主要結(jié)構件在不斷地發(fā)生磨損腐蝕，做好施工升降機主體結(jié)構的防銹處理可以有效地延長其使用壽命。

1 導軌架標準節(jié)磨損腐蝕分析

1.1 大氣腐蝕

施工升降機在露天環(huán)境中作業(yè)，導軌架、吊籠等金屬結(jié)構件中主要元素Fe會與空氣中的H2O、O2發(fā)生電化學反應，在結(jié)構件表面生成鐵的氧化物（FeOX）。在導軌架表面涂飾防銹漆可以有效隔絕大氣環(huán)境，起到延緩大氣腐蝕的作用。吊籠在導軌架主弦桿上往復運動，表面防銹漆會在短時間內(nèi)被磨損后脫落。導軌架主弦桿金屬結(jié)構件會裸露在大氣環(huán)境下，繼而發(fā)生電化學腐蝕，在導軌架表面形成鐵系氧化物（FeOX）。圖1可以看到導軌架主弦桿表面防銹漆脫落，形成較多腐蝕坑，此腐蝕過程是持續(xù)存在的。氧化物（FeOX）生成后會附著在主弦桿的表面，但是隨著滾輪在主弦桿表面的往復運動，氧化物（FeOX）會發(fā)生脫落，脫落后會產(chǎn)生一個腐蝕坑，繼而會發(fā)生新的腐蝕反應。

1.2 磨損

圖1 導軌架主弦桿表面防銹漆脫落

圖2 滾輪與導軌架主弦桿三個面相接觸

施工升降機在運行過程中發(fā)生的磨損，主要有驅(qū)動機構齒輪與齒條之間的磨損，還有吊籠滾輪與導軌架主弦桿的接觸疲勞磨損。其中，驅(qū)動機構齒輪齒條可以方便地進行更換，因此這里不做過多的討論。吊籠滾輪與導軌架這對摩擦副，滾輪屬于易更換件，因此重點研究導軌架主弦桿的磨損腐蝕形式。圖2所示的滾輪與導軌架主弦桿的三個面有接觸，同時大氣腐蝕產(chǎn)生的高硬度氧化物FeOX以及施工現(xiàn)場普遍存在的混凝土顆粒粉塵附著于導軌架的表面，可知其主要的磨損形式有高應力磨粒磨損和接觸疲勞磨損。

1.2.1 高應力磨粒磨損[2]

高硬度相顆粒夾雜在滾輪與導軌架主弦桿之間的摩擦界面處，在摩擦副相對運動過程中高硬度相會對摩擦副接觸表面不斷切削。硬質(zhì)相在摩擦副之間不斷發(fā)生滾動，此類磨損屬于三體磨粒磨損。

1.2.2 接觸疲勞磨損

吊籠滾輪在導軌架主弦桿表面上往復運行，主弦桿會受到交變壓應力的反復作用。在長時間運行后，摩擦接觸表面上會形成許多顯微疲勞裂紋。這些裂紋會在接觸表面擴展后相互連接，造成接觸面材料脫落，形成疲勞坑。表面完整性被破壞后，后續(xù)的接觸疲勞腐蝕會加劇進行。有研究表明，光滑的摩擦副接觸面可大大減小接觸疲勞磨損，因而在導軌架主弦桿上涂抹黃油可有效減緩接觸疲勞磨損。

2 熱噴涂表面改性提高耐磨性

磨損的影響因素主要有摩擦副之間的性能、表面狀態(tài)，載荷，環(huán)境等。對于吊籠滾輪與導軌架主弦桿這對摩擦副，可以通過改善導軌架主弦桿的表面狀態(tài)，提高其表面耐磨性以達到降低導軌架的腐蝕磨損。導軌架主弦桿一般是鋼管，厚度較小，采用表面淬火來提高其表面硬度會大大降低導軌架的韌性，得不償失。

由于熱噴涂技術的廣泛應用，現(xiàn)可制備出各種所需涂層。建筑用鋁合金型材的表面粉末噴涂就非常成熟，采用火焰噴涂等方式，在鋁合金基體上噴涂聚酯粉末，可有效減緩鋁合金型材的表面腐蝕。同樣，可在導軌架主弦桿等存在接觸磨損的部位噴涂耐磨涂層，提高主弦桿的表面耐磨性能，從而減小主弦桿的磨損腐蝕。常用耐磨涂層材料主要包括三類：金屬材料（Mo、Ni等）、陶瓷材料（Al2O3、Cr2O3等）、硬質(zhì)合金系列（WC-Co等）[2]。噴涂方法也有很多，常用的有粉末火焰噴涂、等離子噴涂等。具體采用何種噴涂以及噴涂哪種粉末材料，需要通過采用相同噴涂方式噴涂不同耐磨涂層材料，以及采用不同噴涂方式噴涂相同耐磨涂層材料制備出對比試樣，用制備出的對比試樣進行三體磨損實驗，統(tǒng)計出磨損數(shù)據(jù)，最終得出最佳噴涂方式和噴涂材料。

3 結(jié)語

施工升降機吊籠與導軌架之間的往復運動，其接觸面上的腐蝕磨損關乎施工升降機的使用壽命。吊籠滾輪與導軌架之間的磨損形式是高應力磨粒磨損和接觸疲勞磨損，通過在導軌架主弦桿的表面噴涂耐磨涂層提高其表面耐磨性，減小主弦桿腐蝕磨損的速度，對施工升降機的安全使用具有重要意義。