电工电子设备机械结构环境防护设计通则

张爱华

(江苏省盐城市第一人民医院，江苏 盐城 224001)

1 环境条件在设备中的应用

在实际进行产品设计的过程中，尤其是在选择相关使用环境的时候应当重点对产品寿命期所能承受的环境条件及严酷等级实施全面考虑，确保设备在其环境条件下能够实现正常运转。设备其环境适应性与合格评定还需要对环境参数、严酷等级、试验方法、评判依据等因素进行权衡。首先，依照相关标准，将设备的应用环境类型确定出来，如具体环境类型及严酷程度；其次，依照相关标准，对设备的运输和存储、微观环境等因素进行全面考虑；最后，将所有条件全部综合起来进行分析，从而确定出相关的环境条件。

2 设计通则

2.1 环境给机械结构带来的影响

(1)强风。通常强风会直接使得机械负荷增加，由此导致结构产生较大变化，进而给设备机能带来影响，增加其磨损程度。(2)高温。对于该类设备而言，在功率、电容和电阻的高温影响下，会使得其绝缘性能受到影响，由于相关运动部件会产生膨胀问题，因此其表面涂层往往会起皮，导致金属被氧化，非金属老化，润滑剂渐渐蒸发。(3)低温。在低温影响下，设备当中的橡胶及塑料其基本性能都可能会有所减弱，绝缘材料开始有所变化。尤其是当湿度有所增强的时候，可能会产生凝露现象。润滑剂本身的粘度受此影响也会有所增加，致使设备表面涂层产生裂缝，构件收缩，产生过载问题。(4)潮湿。在潮湿环境下，设备金属的电化学腐蚀速度会开始加快，导致绝缘材料本身的电学性能及热性能受到影响。受到印制板及元件这类元素密封效果减弱的影响，还可能会产生短路过漏电的问题，导致整体机械性能降低，形状的恒定性也可能会有所改变。(5)沙尘。长期处在沙尘环境下，机械表面极易被腐蚀，进而出现卡顿及轴承被破坏的问题。当沙尘进入结构内部，还会降低绝缘性能，同时电路也会受到一定影响，由此增加静电电压，产生电噪音，导致机电功能转换元件性能有所降低，甚至还会被磨损，特别在受到高温影响之后，沙粒本身的热效应还会加快腐蚀程度。(6)沉降物。这会直接给热传递带来影响，并使得锈蚀现象有所加重。另外保险罩可能也会被损坏，引发电气故障。设备表层间的摩擦可能会有所增加，使得润滑剂产生严重污染。(7)大气压力。在低压环境下，设备结构会产生应力腐蚀、电晕、放电和臭氧等问题，导致材料绝缘性能有所降低。同时元器件性能可能也会受到影响，引发严重电气故障。低压还会使设备冷却性能降低，同时温度上升，导致设备应用期限缩短。在空气压力的变化下，设备还可能会出现凝结、泄露和腐蚀等相关问题。(8)太阳辐射。受到化学效应和热效应的影响，非金属材料的涂层性能及密封完整性会逐渐降低，由此导致焊接界面强度被影响，色码由此出现褪色的问题，且设备耐腐蚀性能也会渐渐降低，使得热负荷增强。(9)电磁干扰。在此影响下，电子元器件的性能会有所下降，同时产生失效现象，引起误动，出现大量错误指令。(10)昆虫与微生物。昆虫可能会使设备结构被损坏，而微生物则会使得非金属被腐蚀或产生霉变问题，金属材料亦出现腐蚀问题，导致设备机械性能大幅度降低。相关生物的代谢物可能还会损坏设备绝缘性能，使得机械与管道被堵塞，污染润滑剂。(11)海洋。海洋因素中最关键的在于大气和盐雾，这些都会使得非金属材料绝缘性能有所降低，产生导电层，导致金属产生电化学反应，渐渐被腐蚀。(12)冲击、振动和加速。冲击会使得构件产生过载问题，进而被损坏，失去效用及产生电气短路。振动会导致元器件引线断裂，构件由此产生变形或断开问题，结构被损坏，连接效率降低。加速会导致机械应力受到影响，导致结构产生较大变化，或被破坏，造成液压泄漏，出现严重的应力腐蚀问题。

2.2 环境防护设计

2.2.1 腐蚀保护设计

一是在设计过程中应当保持其结构外形及零部件表面的光洁性，以便后续进行检修和防腐作业。二是在结构设计过程中需要将重点放在防渗漏上，由此降低残液滞留、冷凝水、渗漏水等带来的腐蚀问题，同时还要保证能够及时将这些物质顺利完全排出去。三是在实际设计过程中应当将环境条件作为基本依据，以此采取相应的防腐措施。四是根据设备的实际结构形式和应用环境对其密封结构进行严格设计，从而在其内部形成良好的防护。五是要避免结构组合连接方式之间存在不正确的问题，尤其是要重点考虑金属电极电位引发的腐蚀问题。六是要将设备的实际应用环境作为基本依据，选择耐腐蚀和经济性能较高的材料。七是要依照结构形式及应用环境条件的基本需求进行合理设计，选择最适合的工艺。八是要将应力集中和残余应力等全面缩减或消除，以此降低应力腐蚀带来的危害。九是要通过隔离保护膜及缓蚀剂对局部腐蚀情况进行缓解和改善。十是要选择适合的零件表面强化技术及热处理技术，确保材料本身的腐蚀敏感度能够被降到最低。十一则是要通过无余量装配设计，避免在装配的时候给结构表面带来损伤。

2.2.2 优化材料选择

实际在选择机械结构材料的过程中必须全面衡量和考虑材料的综合性能及性价比。在性能方面，需要重点对材料力学性能、物力性能、热加工性能、冷加工加工性能等进行考虑。为了满足可涂镀性和耐腐蚀性，材料的其它性能还应当在可允许范围之内进行降低。对于容易腐蚀且难以修复的部分，必须要使用高耐腐蚀性材料，或者直接作出一些防腐处理。组件还需要使用寿命相同或相似且其耐腐蚀的材料；当硬铝和防锈铝能够同时使用的时候最好直接选择防锈铝。此外还应该选择那些杂质含量比较低的材料，以满足相关强度设计要求，比如可以选择低碳钢等。在选择铝材的时候，需要优先选择杂质含量降低的铝合金，同时注重其可涂镀性、工艺性及防护性。不论是非金属材料还是金属材料，都应当具有功能及环境适应性。在实际设计制造当中，还需要将各材料间的匹配关系和相容性进行恰当处理，同时还要将寿命周期综合成本及检修性作为载体，全面优化选择。

3 结语

总的来说，这类设备机械结构其环境防护设计非常重要，一般其设计主要体现在防腐设计和材料选择上，对此必须给予充分重视。此外，还应当注重其它环境防护设计，比如电磁防护设计、能量冲击防护设计等等，以确保该类设备结构性能能够满足基本的环境需求。