磁性吊具自動定位裝置研制

摘 要：磁性吊具是廢物包吊運的核心設備，磁性吊具具有體積小、使用方便、所需空間小的特點，適用于放射性廢物包吊運的遠距離操作。定位裝置是根據磁性吊具的使用環(huán)境和技術要求，采用不附加動力源，利用內圓定位法、三點定位和杠桿原理，在廢物包桶蓋上表面附加定位圈，在磁性吊具外圓周面上設置一套三腳定位執(zhí)行機構，實現定位機構在磁性吊具外圓周面作相對的升降運動和360°旋轉運動，三只定位腳聯動自動修正廢物包中心相對于屏蔽轉運容器中心的偏移，達到磁性吊具的自動對中要求。磁性吊具自動定位裝置的研制， 成功解決了廢物包在遠距吊運操作過程中的對中問題，提高了廢物包的吊運安全。

關鍵詞：磁性吊具 自動定位裝置 屏蔽轉運容器 廢物包

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0119-02

Abstract：The magnetic lifting device is the key part of the waste packaging equipment. The magnetic lifting device is small and convenient. It is applied to radioactive waste lifting over a long distance. Positioning part is designed according to the requirements of the magnetic lifting working environment and technology. It is with no additional power source. The round positioning method， three-point positioning and lever principle are used. With the additional positioning part on the surface of waste package barrel and a three foot positioning actuator， the device can move from rising and falling with 360° angle. The difference can be fixed automatically. The development of the magnetic lifting device successfully solved the waste package positioning problem in the process of long-distance lifting operation. With this device， the lifting safety of waste package is improved.

KeyWords：Magnetic lifting device；Automatic positioning device；Shielding containers；Waste package

反應堆產生的放射性廢液經蒸發(fā)處理形成少量的放射性活度濃度較高的濃縮液，經水泥固化設施處理，轉化為滿足廢物最終處置要求的標準廢物包。在水泥固化生產線上，經攪拌、封蓋、劑量檢測合格的廢物包，由輥道送至吊運工位，用磁性吊具將廢物包從輥道上提升至位于4.25 m高的屏蔽轉運容器內，轉運至養(yǎng)護井上方，用屏蔽轉運容器內的磁性吊具將廢物包吊入至5 m深的養(yǎng)護井中養(yǎng)護，養(yǎng)護期滿又再次用屏蔽轉運容器內的磁性吊具將廢物包從養(yǎng)護井中提入屏蔽轉運容器內，將裝有廢物包的屏蔽轉運容器送到暫存庫內的暫存井上方，用屏蔽轉運容器內的磁性吊具將廢物包吊入15 m深暫存井中暫存。廢物包需要外運處置時，再用磁性吊具將廢物包吊出暫存井。由此可見，磁性吊具是廢物包吊運的核心設備，該設備能否準確有效地對廢物包進行定位對中，將直接影響廢物包的安全吊運。

磁性吊具為帶有充、放電設施的磁頭，具有充電沖磁斷電保磁、反充電消磁的功能，適合放射性廢物包的吊運，具有體積小、使用方便、所需空間小的優(yōu)勢，并且容易實現在屏蔽體外進行遠距離操作。但由于磁性吊具是通過鋼絲繩與屏蔽轉運容器柔性連接，吊具在上升和下降過程中存在擺動，而廢物包采用輥道輸送方式送至吊運工位，廢物包的中心相對屏蔽轉運容器中心存在位移偏差，再加上磁性吊具本身不具有定位對中功能，無法保證磁頭能夠準確定位在廢物包的頂蓋中心位置，出現偏吸，造成廢物包起吊后發(fā)生傾斜，使廢物包在進出屏蔽轉運容器、養(yǎng)護井時容易發(fā)生擦掛，碰撞，甚至卡住等現象，導致廢物包上升阻力加大，乃至與磁性吊具分離而墜落在輥道上或養(yǎng)護井（暫存井）內，造成廢物包破損，難以回取、固化生產線設備損壞、污染，養(yǎng)護（暫存）井報廢等事件，直接影響水泥固化生產線的安全生產，同時將制約水泥固化車間的生產能力。生產過程中若發(fā)生擦掛、墜桶事件，其后期處理工作如：破損廢物包的取出和再包裝、設備的維修、工作場所的去污等將投入大量的人力物力，并造成工作場所輻射水平提高，工作人員受照劑量增大。為確保工作人員的輻射安全和廢物包的安全吊運，必須為磁性吊具配置自動定位裝置，以防止在吸吊廢物包時，發(fā)生偏吸而帶來的不安全隱患。

1 功能要求和技術指標

在磁性吊具上加裝自動定位裝置，使磁性吊具在空間狹小、封閉環(huán)境中，實現磁性吊具準確地吸附在廢物包頂蓋中心，確保廢物包的安全吊運。定位裝置應滿足如下要求。

（1）不改變磁性吊具的電、磁性能及其工作原理，且具有較強的耐輻射能力；

（2）不影響磁性吊具在屏蔽容器和暫存內的升降動作；

（3）修正廢物包中心相對于屏蔽轉運容器中心的偏移距離。

（4）定位精度<5 mm。

2 總體設計

由于屏蔽轉運容器、養(yǎng)護井和暫存井內徑為φ660 mm，廢物包的最大外形尺寸為φ610 mm×900 mm，廢物包進入屏蔽轉運容器內后，每邊只有25 mm左右的間隙，內部空間狹小，無多余的安裝定位設備空間，定位裝置采用內圓定位法，即在廢物包的包裝容器——水泥固化桶的桶蓋上表面附加定位圈，再根據三點定位的原理，在磁性吊具上設置一套定位執(zhí)行機構，該機構采用滑動方式在磁性吊具外圓周面作相對的升降運動和360°旋轉運動；利用杠桿原理，實現三只定位腳的聯動。當磁性吊具下降至定位腳碰到廢物包頂蓋時，利用裝置的自重和連桿機構，使三只定位腳在頂蓋上作徑向滑動，實現定位時同時自動展開，直至定位腳被定位圈擋住，此時磁性吊具的中心與廢物包頂蓋上的定位圈中心自動重合，磁性吊具經導向套繼續(xù)下降，直至與廢物包頂蓋完全接觸，最終實現磁性吊具自動定位。

3 裝置結構

定位裝置由定位執(zhí)行機構和定位圈兩部分組成。其結構見圖1。

3.1 定位圈

磁性吊具是通過鋼絲繩與屏蔽轉運容器柔性連接，故磁頭在下降過程中存在擺動，通過反復觀察、測量，核定磁頭在下降過程中的最大擺幅為30 mm；廢物包在運輸軌道上和養(yǎng)護井中的位移偏差在10～20 mm，在綜合考慮多方面因素后，最終確定定位圈的直徑為400 mm。

根據水泥固化桶的結構，定位圈的高度最大不能超過17 mm。定位執(zhí)行機構的定位腳滾輪采用GB276-821000088（8×16×4）的向心深溝球軸承，因此定位圈高度不能低于定位腳滾輪的半徑（8 mm），以防止定位圈高度過低，定為腳跳槽?？紤]定位圈的加工成本，最終確定定位圈采用直徑為8 mm的鋼筋焊接固定在水泥固化桶的桶蓋的上表面，并保證定位圈與固化桶頂蓋的同心度小于5 mm。

3.2 定位執(zhí)行機構

磁性吊具的外形尺寸為φ219×130 mm

，在其頂部有充電設施，為不影響頂部充電設施的正常工作，保證定位執(zhí)行機構在定位后的總高度不大于磁頭高度，要求執(zhí)行機構應小巧，結構盡可能簡單，部件運動靈活，安裝、操作、拆卸方便。

定位執(zhí)行機構由固定環(huán)、導向套、活動套、限位環(huán)、連桿、定位腳等組成。安裝在磁性吊具的外圓周面，其結構見圖2。

3.2.1 導向套

導向套安裝在固定環(huán)上方，套在磁頭上，用于連接定位腳，并對磁頭的升降和活動套運動方向起導向作用。

3.2.2 活動套

活動套安裝在導向套外圓周面上，用于連桿的定位，實現三只定位腳的同時聯動作用。

3.2.3 定位腳

由于裝置自身重量有限，定位腳展開角度太小或太大都將不利于定位裝置對位移偏差的自動修正，而定位執(zhí)行機構在定位后的總高度又不能大于磁頭高度，定位圈的直徑為400 mm，通過試驗，確定定位腳的長度為100 mm，展開角度最佳為45°。

為減小定位腳在展開時與桶蓋的摩擦阻力，在定位腳前端采取軸承滾動方式，軸承采用GB/T 276-2013 1000088（8×16×4）的向心深溝球軸承。

3.2.4 限位環(huán)

為防止活動套行程過大，造成活動套超出導向套，影響磁性吊具在屏蔽轉運容器中的升降和磁性吊具充電設施的正常工作，在導向套上端的外圓面設置一限位環(huán)。

限位環(huán)采取箍式結構，通過螺栓連接形式固定在導向套的頂端、活動套的上方，用于限制定位腳的最大展開角度。

3.2.5 各部件連接形式

固定環(huán)采取箍式結構，用螺栓連接方式固定在磁頭上，與磁頭的下底面平。

定位執(zhí)行機構除固定環(huán)外，其余各部件均為運動部件，定位腳的滾輪、定位腳與導向套、連桿與定位腳和活動套的連接均采用活動軸連接方式。

為減小部件之間的摩擦力，在各活動部件的連接軸處設置了軸承，用以增加運動部件的靈活性，同時也提高裝置的裝配精度。

3.2.6 聯動機構

為實現三只定位腳的聯動工作，利用杠桿原理，設置了連桿驅動機構，該機構由導向套、活動套、連桿和定位腳構成，當任一只定位腳與桶蓋接觸后執(zhí)行展開動作時，該定位腳通過連桿推動活動套向上運動，通過活動套及連桿帶動另外兩條定位腿，實現三腿聯動。反之，由設置在導向套和活動套之間的三根拉簧將活動套向下拉，實現定位腳的收攏動作。

3.2.7 三腳行程與活動套的限位

定位裝置采用內圓定位，故三只定位腳的滑動范圍在定位圈內。由于定位圈的內圓直徑為φ400 mm，三只腳在執(zhí)行機構收攏狀態(tài)下的外圓直徑為280 mm，因此，定位腳的行程為60 mm。

活動套套在導向套外圓周上，活動套的滑動行程取決于限位環(huán)的位置。由于定位執(zhí)行機構在定位后的高度不能大于磁頭高度，定位圈的直徑為400 mm，定位腳的長度為100 mm，定位腳最大展開角度為45°，所以用限位環(huán)將活動套的滑動行程限定為6 mm。

4 材料選擇

由于水泥固化桶為碳鋼，定位圈的材料為碳鋼；定位執(zhí)行機構的材料為奧氏體不銹鋼，以避免定位裝置在磁場的作用下無法正常工作，也便于去污清洗。

5 結論

磁性吊具自動定位裝置的研制， 成功解決了廢物包在遠距離吊運操作過程中的對中問題，提高了廢物包的吊運安全。該裝置具有如下特點。

（1）結構簡單，可靠性和維修性好，具有自動修正位置偏移量的功能，實現了磁性吊具與廢物包的準確定位，提高了廢物包吊運過程的安全性。

（2）該裝置不附加動力源，利用機構自重克服摩擦力，使連桿機構的三個定位腳同時展開，實現了盲區(qū)、遠距離的自動對中；

（3）裝置體積小，不占用貯存井內的貯存空間，提高了廢物暫存設施的利用率。

參考文獻

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