施工升降机导轨架磨损腐蚀分析

王海龙 黄楠 段红莉 赵斌

（山东省建筑科学研究院，山东 济南 250031）

0 前言

按照GB 10055—2007施工升降机安全规程第3.8条，制造商应对施工升降机主要结构件的腐蚀、磨损极限做出规定，对于标准节立管应明确其腐蚀和磨损程度与导轨架自由端高度、导轨架全高减少量的对应关系。当立管壁厚最大减少量为出厂厚度的25%时，此标准节应予以报废或按立管壁厚规格降级使用[1]。施工升降机在使用过程中由于受到大气腐蚀、吊笼在运行过程中滚轮与导轨架标准节主弦杆的接触磨损腐蚀，施工升降机的主要结构件在不断地发生磨损腐蚀，做好施工升降机主体结构的防锈处理可以有效地延长其使用寿命。

1 导轨架标准节磨损腐蚀分析

1.1 大气腐蚀

施工升降机在露天环境中作业，导轨架、吊笼等金属结构件中主要元素Fe会与空气中的H2O、O2发生电化学反应，在结构件表面生成铁的氧化物（FeOX）。在导轨架表面涂饰防锈漆可以有效隔绝大气环境，起到延缓大气腐蚀的作用。吊笼在导轨架主弦杆上往复运动，表面防锈漆会在短时间内被磨损后脱落。导轨架主弦杆金属结构件会裸露在大气环境下，继而发生电化学腐蚀，在导轨架表面形成铁系氧化物（FeOX）。图1可以看到导轨架主弦杆表面防锈漆脱落，形成较多腐蚀坑，此腐蚀过程是持续存在的。氧化物（FeOX）生成后会附着在主弦杆的表面，但是随着滚轮在主弦杆表面的往复运动，氧化物（FeOX）会发生脱落，脱落后会产生一个腐蚀坑，继而会发生新的腐蚀反应。

1.2 磨损

图1 导轨架主弦杆表面防锈漆脱落

图2 滚轮与导轨架主弦杆三个面相接触

施工升降机在运行过程中发生的磨损，主要有驱动机构齿轮与齿条之间的磨损，还有吊笼滚轮与导轨架主弦杆的接触疲劳磨损。其中，驱动机构齿轮齿条可以方便地进行更换，因此这里不做过多的讨论。吊笼滚轮与导轨架这对摩擦副，滚轮属于易更换件，因此重点研究导轨架主弦杆的磨损腐蚀形式。图2所示的滚轮与导轨架主弦杆的三个面有接触，同时大气腐蚀产生的高硬度氧化物FeOX以及施工现场普遍存在的混凝土颗粒粉尘附着于导轨架的表面，可知其主要的磨损形式有高应力磨粒磨损和接触疲劳磨损。

1.2.1 高应力磨粒磨损[2]

高硬度相颗粒夹杂在滚轮与导轨架主弦杆之间的摩擦界面处，在摩擦副相对运动过程中高硬度相会对摩擦副接触表面不断切削。硬质相在摩擦副之间不断发生滚动，此类磨损属于三体磨粒磨损。

1.2.2 接触疲劳磨损

吊笼滚轮在导轨架主弦杆表面上往复运行，主弦杆会受到交变压应力的反复作用。在长时间运行后，摩擦接触表面上会形成许多显微疲劳裂纹。这些裂纹会在接触表面扩展后相互连接，造成接触面材料脱落，形成疲劳坑。表面完整性被破坏后，后续的接触疲劳腐蚀会加剧进行。有研究表明，光滑的摩擦副接触面可大大减小接触疲劳磨损，因而在导轨架主弦杆上涂抹黄油可有效减缓接触疲劳磨损。

2 热喷涂表面改性提高耐磨性

磨损的影响因素主要有摩擦副之间的性能、表面状态，载荷，环境等。对于吊笼滚轮与导轨架主弦杆这对摩擦副，可以通过改善导轨架主弦杆的表面状态，提高其表面耐磨性以达到降低导轨架的腐蚀磨损。导轨架主弦杆一般是钢管，厚度较小，采用表面淬火来提高其表面硬度会大大降低导轨架的韧性，得不偿失。

由于热喷涂技术的广泛应用，现可制备出各种所需涂层。建筑用铝合金型材的表面粉末喷涂就非常成熟，采用火焰喷涂等方式，在铝合金基体上喷涂聚酯粉末，可有效减缓铝合金型材的表面腐蚀。同样，可在导轨架主弦杆等存在接触磨损的部位喷涂耐磨涂层，提高主弦杆的表面耐磨性能，从而减小主弦杆的磨损腐蚀。常用耐磨涂层材料主要包括三类：金属材料（Mo、Ni等）、陶瓷材料（Al2O3、Cr2O3等）、硬质合金系列（WC-Co等）[2]。喷涂方法也有很多，常用的有粉末火焰喷涂、等离子喷涂等。具体采用何种喷涂以及喷涂哪种粉末材料，需要通过采用相同喷涂方式喷涂不同耐磨涂层材料，以及采用不同喷涂方式喷涂相同耐磨涂层材料制备出对比试样，用制备出的对比试样进行三体磨损实验，统计出磨损数据，最终得出最佳喷涂方式和喷涂材料。

3 结语

施工升降机吊笼与导轨架之间的往复运动，其接触面上的腐蚀磨损关乎施工升降机的使用寿命。吊笼滚轮与导轨架之间的磨损形式是高应力磨粒磨损和接触疲劳磨损，通过在导轨架主弦杆的表面喷涂耐磨涂层提高其表面耐磨性，减小主弦杆腐蚀磨损的速度，对施工升降机的安全使用具有重要意义。