摘要：文章對應(yīng)用于核燃料元件生產(chǎn)線芯塊壓制工序的關(guān)鍵裝置---芯塊生坯自動裝舟裝置所采用的芯塊生坯轉(zhuǎn)向及輸送機(jī)構(gòu)、定長及推料機(jī)構(gòu)、成盤機(jī)構(gòu)、真空吸盤裝置、機(jī)械手等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了該裝置研制過程中的創(chuàng)新之處。芯塊生坯自動裝舟裝置結(jié)構(gòu)新穎，功能可靠，良好地實(shí)現(xiàn)了研制預(yù)期目標(biāo)，經(jīng)在621工程現(xiàn)場使用證明，本裝置完全可滿足可靠、連續(xù)、完全自動化的生產(chǎn)要求。
　　關(guān)鍵詞：芯塊生坯自動裝舟裝置，成盤機(jī)構(gòu)，真空吸盤裝置
　　1引言
　　隨著核電事業(yè)的發(fā)展，我國對核燃料元件產(chǎn)能的需求也在不斷增加，但在核燃料元件生產(chǎn)中，物料輸送和轉(zhuǎn)運(yùn)方面的技術(shù)與裝備的相對落后，不僅限制了新建核燃料元件生產(chǎn)線運(yùn)行后的實(shí)際生產(chǎn)率，并且制約了其鈾資源利用率，不利于節(jié)能降耗。
　　目前我國核燃料元件生產(chǎn)線芯塊制備工序中，雖然壓水堆型號多樣，二氧化鈾粉末富集度不同，其相應(yīng)燃料元件的生產(chǎn)也不盡相同，但生產(chǎn)操作流程大致相同：經(jīng)旋轉(zhuǎn)壓機(jī)壓制成型后，芯塊生坯呈直立狀態(tài)連續(xù)出料，通過人工將芯塊生坯豎直或水平碼裝在鉬舟隔板上，待隔板上放置足夠行數(shù)的芯塊生坯后，再分層擱入鉬舟中，然后人工將芯塊生坯搬運(yùn)至高溫?zé)�結(jié)爐。上述操作方式不僅工人勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低下，輻射劑量亦較大，而且人工操作轉(zhuǎn)運(yùn)工序較多,易造成芯塊生坯缺角、掉渣等表面缺陷，同時開放式操作也不符合國家愈發(fā)嚴(yán)格的環(huán)保要求，因此，從生產(chǎn)效率匹配、減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益、利于輻射保護(hù)的等多個方面考慮，需要研究開發(fā)出芯塊生坯自動裝舟裝置，以滿足可靠、連續(xù)、自動化生產(chǎn)的要求。
　　2裝置主要技術(shù)參數(shù)
　　1)生產(chǎn)節(jié)拍：滿足前端旋轉(zhuǎn)成型壓機(jī)180塊/分鐘產(chǎn)量匹配要求；
　　2)裝盤舟對象結(jié)構(gòu)參數(shù)：
　　鉬舟內(nèi)腔有效尺寸：285×285×100mm
　　鉬舟底板V形槽數(shù)：18行
　　鉬舟底板V形槽間距：14mm
　　鉬舟底板放置生坯V形槽有效長度：260mm
　　3)芯塊生坯結(jié)構(gòu)參數(shù)：
　　生坯直徑：Φ10.2mm；生坯長度：16.2mm；重量：10克；
　　4）鉬舟每層放置芯塊生坯數(shù)量：288個生坯（18行，16個/行）；
　　5）芯塊生坯裝舟層數(shù)：14層（可調(diào)）；
　　6）芯塊生坯裝舟可靠性：≥98%（單層）；≥95%（一舟）；
　　3裝置結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
　　根據(jù)前文所述裝置技術(shù)參數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)工藝流程，芯塊生坯自動裝舟裝置初步考慮至少應(yīng)具有以下功能：芯塊生坯狀態(tài)轉(zhuǎn)換、輸送、定長后，推入到成盤機(jī)構(gòu)中上料盤V型槽中；滿足鉬舟一層所裝列數(shù)后，將指定列數(shù)的芯塊生坯轉(zhuǎn)運(yùn)、裝入到鉬舟指定層面上，直至裝入符合層數(shù)要求的芯塊生坯。充分論證后，所制定的主要研制方案如下：
　　旋轉(zhuǎn)壓機(jī)壓制成型的、呈直立狀態(tài)出料的芯塊生坯，實(shí)現(xiàn)向水平狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；
　　以滿足水平連續(xù)輸送的要求，其水平輸送速度應(yīng)大于折合后的芯塊生坯水平線速度，防止芯塊生坯首、尾堆積；
　　為滿足鉬舟內(nèi)腔的尺寸要求，芯塊生坯需嚴(yán)格定長；
　　為滿足鉬舟每層裝入列數(shù)的要求，上料盤設(shè)置V型槽數(shù)應(yīng)大于鉬舟底部V型槽數(shù)，上料盤的動作頻率必須滿足連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)拍要求，不可有快進(jìn)、快退動作；
　　裝舟執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須可柔性地適應(yīng)芯塊生坯一定的長度、直徑差，定位精度高，轉(zhuǎn)運(yùn)時不得損壞芯塊生坯表面質(zhì)量，以滿足核燃料元件的嚴(yán)格質(zhì)量要求；
　　鉬舟應(yīng)設(shè)置空舟、裝舟、下舟三個工位，以滿足連續(xù)生產(chǎn)需要。
　　研制的芯塊生坯自動裝舟裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　圖1芯塊生坯自動裝舟裝置結(jié)構(gòu)圖
　　主要機(jī)構(gòu)構(gòu)成：1.主支架；2.芯塊生坯轉(zhuǎn)向及輸送機(jī)構(gòu)；3.芯塊生坯定長及推料機(jī)構(gòu)；4.成盤機(jī)構(gòu)；5.真空吸盤裝置；6.二維機(jī)械手；7鉬舟轉(zhuǎn)運(yùn)及定位機(jī)構(gòu)。
　　3.1芯塊生坯轉(zhuǎn)向及輸送機(jī)構(gòu)
　　
　　圖2芯塊生坯轉(zhuǎn)向及輸送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
　　主要構(gòu)成：1.進(jìn)料接頭；2.被動帶輪；3.擋塊；4.PU光面圓帶（PB004）；
　　5.側(cè)擋板；6.驅(qū)動帶輪座；7.驅(qū)動帶輪；8.交流伺服電機(jī)；
　　9.精密行星減速機(jī)；10.鋁合金型材。
　　采用鋁合金型材作為支撐結(jié)構(gòu)，芯塊生坯自旋轉(zhuǎn)成型壓機(jī)出來后，進(jìn)入進(jìn)料接頭。為實(shí)現(xiàn)芯塊生坯由直立狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗�平狀態(tài)，進(jìn)料接頭采用坡倒方式，同時在靠近進(jìn)料接頭的地方設(shè)置擋塊，以防止個別芯塊進(jìn)入傳送帶后仍呈直立狀態(tài)，然后生坯芯塊進(jìn)入由兩條平行布置的圓帶組成的輸送帶并沿輸送帶向芯塊生坯定長及推料機(jī)構(gòu)運(yùn)行，該輸送帶速度可調(diào)范圍為3～15m/min，以滿足不同生產(chǎn)工況要求。
　　3.2芯塊生坯定長及推料機(jī)構(gòu)
　　
　　圖3芯塊生坯定長及推料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
　　主要構(gòu)成：1.推料平行氣缸；2.氣缸安裝座；3.平行氣爪安連接板A；4.平行氣爪；5.平行氣爪連接板B；6.水平V型槽。
　　該機(jī)構(gòu)上的光電傳感器可檢測輸送帶上水平運(yùn)動的芯塊生坯，當(dāng)檢測到第16個工件長度上，即總長度260mm左右的生坯芯塊，平行氣爪合攏，夾持該芯塊生坯，平行氣缸前推到位，并同時打開平行氣爪，然后快速退回，準(zhǔn)備推送下一批芯塊生坯。
　　3.3成盤機(jī)構(gòu)
　　
　　圖4成盤機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
　　主要構(gòu)成：1.上料盤；2.直線滑軌；3.絲杠支撐座1；4.滾珠絲杠；5.連接板；6.螺母座；7.絲杠支撐座2；8.膜片連軸器；9.交流伺服電機(jī)。
　　該機(jī)構(gòu)是依次將定長的生坯芯塊推裝進(jìn)入18行、16個/行、行間距14mm的V型槽中，滿足真空吸盤裝置吸取芯塊生坯的要求，同時在預(yù)裝盤機(jī)構(gòu)下部設(shè)置收集盒，將未吸取的生坯芯塊集中在收集盒中。
　　本設(shè)計(jì)中采用的成盤機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于生坯芯塊自動裝舟裝置，其主要技術(shù)優(yōu)勢在于：每次步進(jìn)動作頻率、步進(jìn)距離一致（驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用日本YASKAWA交流伺服電機(jī)加滾珠絲杠驅(qū)動，位置重復(fù)定位精度為±0.1mm），取消了常規(guī)機(jī)構(gòu)中的快進(jìn)、快退動作，避免了加速度產(chǎn)生的芯塊位移、不成列現(xiàn)象發(fā)生，充分滿足了時間節(jié)拍匹配要求。采用本機(jī)構(gòu)后，需要設(shè)置二個真空吸盤吸取芯塊位，故在芯塊生坯自動裝舟裝置中設(shè)置了兩個吸取位。

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