放射性核廢物貯運(yùn)容器柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線研發(fā)及應(yīng)用

侯 斌，馬潤剛，徐達(dá)力，劉 強(qiáng)，李武斌

(1.西安生產(chǎn)力促進(jìn)中心,陜西 西安 710048;2.西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)有限公司, 陜西 西安 710077)

放射性核廢物貯運(yùn)容器柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線研發(fā)及應(yīng)用

侯 斌1，馬潤剛1，徐達(dá)力1，劉 強(qiáng)2，李武斌1

(1.西安生產(chǎn)力促進(jìn)中心,陜西 西安 710048;2.西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)有限公司, 陜西 西安 710077)

介紹了用于核廢物貯運(yùn)容器柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的組成、主要設(shè)備柔性化方案，詳細(xì)闡述了所采用先進(jìn)的七層矩形卷邊、小彎曲半徑的折邊、內(nèi)脹外箍脹筋整形、自動(dòng)擦桶代替清洗磷化線和以銑代磨產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)運(yùn)行表明：該生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，以供本行業(yè)技術(shù)人員參考與借鑒。

放射性核廢物貯運(yùn)容器；柔性化方案；產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝

0 前言

針對核電站中放射性核廢物處理的需求，研發(fā)了一種柔性的放射性核廢物貯運(yùn)容器自動(dòng)化生產(chǎn)線，改生產(chǎn)線采用了5種先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝，提高核廢物容器制造精度，使核廢物容器制造達(dá)到先進(jìn)的行業(yè)水平，推動(dòng)核廢物容器在核電站的應(yīng)用，滿足了我國多規(guī)格核廢物容器產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求。從而保護(hù)環(huán)境，有利于核能的發(fā)展和應(yīng)用。

1 生產(chǎn)線的組成

該生產(chǎn)線由容器成型設(shè)備、傳送裝置和控制系統(tǒng)三大部分組成。其中，容器成型設(shè)備由卷圓焊接線、折邊機(jī)、脹筋整形機(jī)、自動(dòng)擦桶機(jī)、卷邊機(jī)、自動(dòng)卸桶機(jī)、噴漆線、固化線、印字機(jī)、250 t沖床、預(yù)卷噴膠機(jī)、滾箍機(jī)和13套底蓋模具等組成；傳送裝置由6條輸送機(jī)、翻桶機(jī)、以及上、卸料機(jī)械手等組成；它們依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)來完成確定的工作循環(huán)。

2 生產(chǎn)線主要設(shè)備柔性化設(shè)計(jì)方案

某放射性核廢物貯運(yùn)容器有7中規(guī)格品種，要求在一條生產(chǎn)線上完成。為適應(yīng)這些規(guī)格的材質(zhì)、料厚、直徑、容器高度、開口形式等結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，整條生產(chǎn)線和設(shè)備(機(jī)床)部件應(yīng)具有充分的可調(diào)變性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的快速(4小時(shí)內(nèi))可調(diào)整即柔性化，在生產(chǎn)線具備柔性化功能的同時(shí)，還要操作簡單、實(shí)用和方便。

具體是在柔性化生產(chǎn)線上的折邊機(jī)、脹筋機(jī)、整形機(jī)、擦桶機(jī)、卷邊機(jī)、預(yù)卷噴膠機(jī)、銑邊機(jī)等設(shè)備和生產(chǎn)線上的工件輸送機(jī)構(gòu)(機(jī)械手)采用軸向和徑向可調(diào)或可換的總體和部件設(shè)計(jì)，凡涉及被加工工件結(jié)構(gòu)和作用尺寸的零部件設(shè)置有螺紋副調(diào)整機(jī)構(gòu)、T型槽位移調(diào)整機(jī)構(gòu)、長槽位移調(diào)整機(jī)構(gòu)、鉸鏈接機(jī)構(gòu)、銷定位或止口定位互換裝置、半瓦連接互換裝置、分體式結(jié)構(gòu)互換裝置、交換齒輪互換裝置等零部件調(diào)整和更換環(huán)節(jié)，在機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等動(dòng)力系統(tǒng)的作用下，通過控制系統(tǒng)的集中控制，對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行迅速調(diào)變。

在生產(chǎn)線上包括個(gè)單機(jī)和輸送機(jī)構(gòu)(機(jī)械手)中設(shè)置必要的調(diào)整環(huán)節(jié)，運(yùn)用PLC及單片機(jī)等控制技術(shù)對動(dòng)力部件的工作位置、作用尺寸、工作壓力、運(yùn)動(dòng)速度、循環(huán)程序等功能參數(shù)進(jìn)行快變、快換或快調(diào)，實(shí)現(xiàn)核廢物貯運(yùn)容器自動(dòng)化設(shè)備柔性化。

3 采用的先進(jìn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝

3.1 七層矩形卷邊工藝

近幾年來，德國、法國等國家率先在一些較重要的領(lǐng)域，使用了七層矩形卷邊工藝鋼桶容器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的七層圓形卷邊結(jié)構(gòu)。從力學(xué)強(qiáng)度方面考慮，七層矩形卷邊截面積更大，強(qiáng)度更好，耐沖擊能力更強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)中，七層矩形卷邊與七層圓形卷邊相比，性能提升也非常大。為了實(shí)現(xiàn)七層矩形卷邊，進(jìn)行了多次工藝試驗(yàn)和對德國進(jìn)口卷邊機(jī)的研究，摸索出了七層矩形卷邊工藝的基本流程，設(shè)計(jì)了四導(dǎo)柱式六頭卷邊機(jī)，采用第一道滾輪預(yù)卷，滾輪槽型較?。坏诙罎L輪卷邊，滾輪槽型較大；第三道滾輪整形，滾輪為矩形槽。三道滾輪實(shí)現(xiàn)了矩形卷邊的最后結(jié)構(gòu)和形狀，取得了較好的效果。

圖1 六頭四導(dǎo)柱式卷邊機(jī)Fig.1 Six heads four guide pillar curling machine

3.2 小彎曲半徑的折邊工藝

如圖2所示，某320 L核廢料容器要求工件上沿及下沿折邊彎曲半徑尺寸均為R3.5 mm，而國內(nèi)現(xiàn)在使用傳統(tǒng)的擠壓折邊工藝其擠壓折邊彎曲半徑尺寸均為≥R8 mm。該生產(chǎn)線容器折邊采用旋壓折邊成型技術(shù)，即為液壓傳動(dòng)旋壓成型板邊，帶有獨(dú)立的電器驅(qū)動(dòng)和液壓操作的對中裝置，成型和對中心定位機(jī)構(gòu)分別可調(diào)，以適應(yīng)柔性化生產(chǎn)的需要。工件(容器)連同主軸大盤、定尺隔圈、偏心盤一起旋轉(zhuǎn)，上滾輪下壓，上滾輪接觸到工件后，偏心盤在上滾輪壓力下旋轉(zhuǎn)，而偏心盤受到向下的壓力后導(dǎo)致軸心下移，同時(shí)使工件進(jìn)入折邊成型，直至達(dá)到規(guī)定形狀和尺寸。上滾輪行程到位后，反向往上移動(dòng)，偏心盤在彈簧作用下，帶動(dòng)已完成的折邊成型工序的工件。滾壓折邊重復(fù)精度可達(dá)±0.1 mm。

圖2 320 L核廢料容器Fig.2 320 L nuclear waste container

3.3 內(nèi)撐外箍脹筋整形工藝

由于核電站用來轉(zhuǎn)運(yùn)核廢物容器的機(jī)械手對容器的脹筋形狀和筋的精度要求較高，且工件的材質(zhì)較硬和料厚較厚。該核廢物容器要求不但要脹制在容器內(nèi)表面向外擠出突起的環(huán)形筋，還要脹制在容器內(nèi)表面向內(nèi)擠出突起的環(huán)形筋(2 mm厚不銹鋼W型筋)。而國內(nèi)目前還沒有用脹制工藝加工W筋的報(bào)道，普遍采用滾制加工的方法。為了適應(yīng)厚料(料厚3 mm)、不等距大筋(料厚1.5mm)、不銹鋼材質(zhì)以及復(fù)雜大筋形狀(料厚2.0 mm W筋)的脹筋加工，經(jīng)過計(jì)算和試驗(yàn)，在國內(nèi)首創(chuàng)性提出了內(nèi)撐外箍脹筋整形脹壓新工藝，將脹筋工序和整形工序同時(shí)進(jìn)行，一次性完成。不僅能脹制復(fù)雜W筋，而且使核廢料容器加工精度達(dá)到了±0.5 mm。

圖3為 XJY2012 型脹筋整形機(jī)。該機(jī)型脹筋部分采用脹壓工藝，立式結(jié)構(gòu)、地坑式布置、全部動(dòng)力由液壓裝置提供。床身由鋼板焊接結(jié)構(gòu)的主機(jī)架構(gòu)成，主機(jī)架中的主軸滑動(dòng)導(dǎo)套采用了潤滑系統(tǒng)。工作油缸的活塞桿與成型工具的主軸相連接，工作油缸下移時(shí)，脹形機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)12瓣脹膜體完成徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)桶身環(huán)筋的脹形。

主機(jī)設(shè)計(jì)采用可調(diào)式方案，以達(dá)到更換成型工具滿足不同規(guī)格鋼桶(直徑：385～710 mm；料厚：0.8～3mm)的要求。

圖3 XJY2012 型脹筋整形機(jī)Fig.3 XJY2012 type bilge reinforced plastic machine

3.4 自動(dòng)擦桶代替清洗磷化線

全自動(dòng)擦桶機(jī)包括毛刷、機(jī)架、氣缸、導(dǎo)向座、導(dǎo)向防轉(zhuǎn)桿、行程限定機(jī)構(gòu)以及桶身支承輪等。通過氣缸帶動(dòng)毛刷作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，桶身支承輪帶動(dòng)鋼桶桶身旋轉(zhuǎn)，從而自動(dòng)完成桶身內(nèi)、外表面的清潔工作，通過控制氣缸的行程可適用于不同桶高的鋼桶。全自動(dòng)擦桶機(jī)生產(chǎn)效率高，投資小、較原先的清洗磷化線節(jié)省生產(chǎn)成本30%～40%。

3.5 以銑代磨工藝

采用銑邊工藝實(shí)現(xiàn)了與全自動(dòng)生產(chǎn)線的聯(lián)線，屬國內(nèi)首創(chuàng)。設(shè)計(jì)有防止刀具切入或切出時(shí)撕裂鋼板，出現(xiàn)打角現(xiàn)象的鋼板輸送自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)；動(dòng)力頭偏移角裝置及防止板材在銑削過程中抖動(dòng)或上翹的壓料裝置；45°大前角，卻削負(fù)荷小的四面刃端面銑刀盤；設(shè)置有四路位移測量系統(tǒng)，可視性顯示銑頭的調(diào)節(jié)量，實(shí)現(xiàn)了銑頭的精確調(diào)整，適應(yīng)不同厚度板材的生產(chǎn)。

4 運(yùn)行情況

本生產(chǎn)線于2013年1月在中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司揚(yáng)州加工廠進(jìn)行了安裝調(diào)試，調(diào)試順利成功。2013年4月24日正式開始生產(chǎn)至今，經(jīng)過了23個(gè)月的生產(chǎn)考核，實(shí)踐證明，研發(fā)是成功的。所有生產(chǎn)的5種規(guī)格的產(chǎn)品達(dá)到課題任務(wù)書的目標(biāo)。生產(chǎn)線運(yùn)行可靠、平穩(wěn)，工藝流程設(shè)計(jì)合理、操作便捷、電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)工作可靠，實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電、液、氣一體化設(shè)計(jì)，綜合評價(jià)用戶滿意。

自生產(chǎn)投產(chǎn)后，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。并獲國家實(shí)用新型專利2項(xiàng)，專利號：ZL201320521130.0和ZL201520352319.0，已有中核集團(tuán)某燃料元件有限公司定制了一條核元件容器生產(chǎn)線。

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Research and application of flexible automation production line for radioactive nuclear waste storage container

HOU Bin1，MA Run-gang1，XU Da-li1， LIU Qiang2，LI Wu-bin1

(1.Xi’an Productivity Promotion Center，Xi’an 710048，China；2. Xi’an Pai Rui Power Semiconductor Converting Technology Co., Ltd., Xi’an 710077，China)

This paper introduced the component, key equipment flexible program of radioactive nuclear waste storage container flexible automation production line. The content elaborated the advanced 7 levels rectangle crimping, small bending radius edgefold, assortments of outer hoop reinforcement in plastic, automatic brush barrels instead of rinsing parkerising line, and milling instead of grinding in technique. The operation shows that the production line is stability, safety and reliability, economic profits, and can completely replace imported products.

radioactive nuclear waste； storage container；flexible program

2015-07-28；

2015-10-12

侯斌(1962-)，男，高級工程師，主要從事鋼桶設(shè)備的研發(fā)工作。

TL941

A

1001-196X(2016)04-0017-04