電工電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)通則

張愛華

(江蘇省鹽城市第一人民醫(yī)院，江蘇 鹽城 224001)

1 環(huán)境條件在設(shè)備中的應(yīng)用

在實(shí)際進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，尤其是在選擇相關(guān)使用環(huán)境的時候應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對產(chǎn)品壽命期所能承受的環(huán)境條件及嚴(yán)酷等級實(shí)施全面考慮，確保設(shè)備在其環(huán)境條件下能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備其環(huán)境適應(yīng)性與合格評定還需要對環(huán)境參數(shù)、嚴(yán)酷等級、試驗(yàn)方法、評判依據(jù)等因素進(jìn)行權(quán)衡。首先，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境類型確定出來，如具體環(huán)境類型及嚴(yán)酷程度；其次，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)備的運(yùn)輸和存儲、微觀環(huán)境等因素進(jìn)行全面考慮；最后，將所有條件全部綜合起來進(jìn)行分析，從而確定出相關(guān)的環(huán)境條件。

2 設(shè)計(jì)通則

2.1 環(huán)境給機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來的影響

(1)強(qiáng)風(fēng)。通常強(qiáng)風(fēng)會直接使得機(jī)械負(fù)荷增加，由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變化，進(jìn)而給設(shè)備機(jī)能帶來影響，增加其磨損程度。(2)高溫。對于該類設(shè)備而言，在功率、電容和電阻的高溫影響下，會使得其絕緣性能受到影響，由于相關(guān)運(yùn)動部件會產(chǎn)生膨脹問題，因此其表面涂層往往會起皮，導(dǎo)致金屬被氧化，非金屬老化，潤滑劑漸漸蒸發(fā)。(3)低溫。在低溫影響下，設(shè)備當(dāng)中的橡膠及塑料其基本性能都可能會有所減弱，絕緣材料開始有所變化。尤其是當(dāng)濕度有所增強(qiáng)的時候，可能會產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。潤滑劑本身的粘度受此影響也會有所增加，致使設(shè)備表面涂層產(chǎn)生裂縫，構(gòu)件收縮，產(chǎn)生過載問題。(4)潮濕。在潮濕環(huán)境下，設(shè)備金屬的電化學(xué)腐蝕速度會開始加快，導(dǎo)致絕緣材料本身的電學(xué)性能及熱性能受到影響。受到印制板及元件這類元素密封效果減弱的影響，還可能會產(chǎn)生短路過漏電的問題，導(dǎo)致整體機(jī)械性能降低，形狀的恒定性也可能會有所改變。(5)沙塵。長期處在沙塵環(huán)境下，機(jī)械表面極易被腐蝕，進(jìn)而出現(xiàn)卡頓及軸承被破壞的問題。當(dāng)沙塵進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，還會降低絕緣性能，同時電路也會受到一定影響，由此增加靜電電壓，產(chǎn)生電噪音，導(dǎo)致機(jī)電功能轉(zhuǎn)換元件性能有所降低，甚至還會被磨損，特別在受到高溫影響之后，沙粒本身的熱效應(yīng)還會加快腐蝕程度。(6)沉降物。這會直接給熱傳遞帶來影響，并使得銹蝕現(xiàn)象有所加重。另外保險(xiǎn)罩可能也會被損壞，引發(fā)電氣故障。設(shè)備表層間的摩擦可能會有所增加，使得潤滑劑產(chǎn)生嚴(yán)重污染。(7)大氣壓力。在低壓環(huán)境下，設(shè)備結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、電暈、放電和臭氧等問題，導(dǎo)致材料絕緣性能有所降低。同時元器件性能可能也會受到影響，引發(fā)嚴(yán)重電氣故障。低壓還會使設(shè)備冷卻性能降低，同時溫度上升，導(dǎo)致設(shè)備應(yīng)用期限縮短。在空氣壓力的變化下，設(shè)備還可能會出現(xiàn)凝結(jié)、泄露和腐蝕等相關(guān)問題。(8)太陽輻射。受到化學(xué)效應(yīng)和熱效應(yīng)的影響，非金屬材料的涂層性能及密封完整性會逐漸降低，由此導(dǎo)致焊接界面強(qiáng)度被影響，色碼由此出現(xiàn)褪色的問題，且設(shè)備耐腐蝕性能也會漸漸降低，使得熱負(fù)荷增強(qiáng)。(9)電磁干擾。在此影響下，電子元器件的性能會有所下降，同時產(chǎn)生失效現(xiàn)象，引起誤動，出現(xiàn)大量錯誤指令。(10)昆蟲與微生物。昆蟲可能會使設(shè)備結(jié)構(gòu)被損壞，而微生物則會使得非金屬被腐蝕或產(chǎn)生霉變問題，金屬材料亦出現(xiàn)腐蝕問題，導(dǎo)致設(shè)備機(jī)械性能大幅度降低。相關(guān)生物的代謝物可能還會損壞設(shè)備絕緣性能，使得機(jī)械與管道被堵塞，污染潤滑劑。(11)海洋。海洋因素中最關(guān)鍵的在于大氣和鹽霧，這些都會使得非金屬材料絕緣性能有所降低，產(chǎn)生導(dǎo)電層，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，漸漸被腐蝕。(12)沖擊、振動和加速。沖擊會使得構(gòu)件產(chǎn)生過載問題，進(jìn)而被損壞，失去效用及產(chǎn)生電氣短路。振動會導(dǎo)致元器件引線斷裂，構(gòu)件由此產(chǎn)生變形或斷開問題，結(jié)構(gòu)被損壞，連接效率降低。加速會導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力受到影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變化，或被破壞，造成液壓泄漏，出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕問題。

2.2 環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)

2.2.1 腐蝕保護(hù)設(shè)計(jì)

一是在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)保持其結(jié)構(gòu)外形及零部件表面的光潔性，以便后續(xù)進(jìn)行檢修和防腐作業(yè)。二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要將重點(diǎn)放在防滲漏上，由此降低殘液滯留、冷凝水、滲漏水等帶來的腐蝕問題，同時還要保證能夠及時將這些物質(zhì)順利完全排出去。三是在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)將環(huán)境條件作為基本依據(jù)，以此采取相應(yīng)的防腐措施。四是根據(jù)設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用環(huán)境對其密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)，從而在其內(nèi)部形成良好的防護(hù)。五是要避免結(jié)構(gòu)組合連接方式之間存在不正確的問題，尤其是要重點(diǎn)考慮金屬電極電位引發(fā)的腐蝕問題。六是要將設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境作為基本依據(jù)，選擇耐腐蝕和經(jīng)濟(jì)性能較高的材料。七是要依照結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用環(huán)境條件的基本需求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇最適合的工藝。八是要將應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力等全面縮減或消除，以此降低應(yīng)力腐蝕帶來的危害。九是要通過隔離保護(hù)膜及緩蝕劑對局部腐蝕情況進(jìn)行緩解和改善。十是要選擇適合的零件表面強(qiáng)化技術(shù)及熱處理技術(shù)，確保材料本身的腐蝕敏感度能夠被降到最低。十一則是要通過無余量裝配設(shè)計(jì)，避免在裝配的時候給結(jié)構(gòu)表面帶來損傷。

2.2.2 優(yōu)化材料選擇

實(shí)際在選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)材料的過程中必須全面衡量和考慮材料的綜合性能及性價比。在性能方面，需要重點(diǎn)對材料力學(xué)性能、物力性能、熱加工性能、冷加工加工性能等進(jìn)行考慮。為了滿足可涂鍍性和耐腐蝕性，材料的其它性能還應(yīng)當(dāng)在可允許范圍之內(nèi)進(jìn)行降低。對于容易腐蝕且難以修復(fù)的部分，必須要使用高耐腐蝕性材料，或者直接作出一些防腐處理。組件還需要使用壽命相同或相似且其耐腐蝕的材料；當(dāng)硬鋁和防銹鋁能夠同時使用的時候最好直接選擇防銹鋁。此外還應(yīng)該選擇那些雜質(zhì)含量比較低的材料，以滿足相關(guān)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，比如可以選擇低碳鋼等。在選擇鋁材的時候，需要優(yōu)先選擇雜質(zhì)含量降低的鋁合金，同時注重其可涂鍍性、工藝性及防護(hù)性。不論是非金屬材料還是金屬材料，都應(yīng)當(dāng)具有功能及環(huán)境適應(yīng)性。在實(shí)際設(shè)計(jì)制造當(dāng)中，還需要將各材料間的匹配關(guān)系和相容性進(jìn)行恰當(dāng)處理，同時還要將壽命周期綜合成本及檢修性作為載體，全面優(yōu)化選擇。

3 結(jié)語

總的來說，這類設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)其環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)非常重要，一般其設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在防腐設(shè)計(jì)和材料選擇上，對此必須給予充分重視。此外，還應(yīng)當(dāng)注重其它環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)，比如電磁防護(hù)設(shè)計(jì)、能量沖擊防護(hù)設(shè)計(jì)等等，以確保該類設(shè)備結(jié)構(gòu)性能能夠滿足基本的環(huán)境需求。