核廢料處理裝置功能設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定性研究

袁徽涌，楊磊，趙曉龍

（北京軒宇智能科技有限公司，北京 100086）

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，核能工業(yè)作為惠及民生的重要產(chǎn)業(yè)也得以大力發(fā)展。核能產(chǎn)業(yè)中，由于核能原料的危險(xiǎn)性，所以對(duì)于生產(chǎn)過程的后處理一直都是設(shè)計(jì)研發(fā)的重點(diǎn)。

1 設(shè)備功能介紹

隨著智能化技術(shù)以及先進(jìn)制造業(yè)水平的提高，大型智能機(jī)械設(shè)備的開發(fā)越來越普及化，高度的集成設(shè)備能夠根據(jù)實(shí)際的功能需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)計(jì)，進(jìn)而有效地保證生產(chǎn)活動(dòng)的安全性能。本文在核廢料處理的危險(xiǎn)性背景下，開發(fā)了一種針對(duì)核廢料處理的轉(zhuǎn)運(yùn)傳輸應(yīng)用設(shè)備。這種特殊設(shè)備將作為核工業(yè)廢料的轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，從功能上完整地實(shí)現(xiàn)了廢物轉(zhuǎn)運(yùn)傳輸?shù)娜鞒?。在安全性能上，突出了人與廢料之間間接接觸環(huán)節(jié)中的手套箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在穩(wěn)定性上，通過強(qiáng)有力的定位組件、框架結(jié)構(gòu)以及底板架構(gòu)等功能模塊設(shè)計(jì)保證了設(shè)備運(yùn)行的結(jié)構(gòu)安全，從而保證了整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)傳輸裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

2 轉(zhuǎn)入艙輸送裝置

升降裝置作為空間變化的重要組成裝置，是在縱向?qū)崿F(xiàn)廢料的準(zhǔn)運(yùn)傳輸以及位置的變化。在設(shè)計(jì)的過程中，特意強(qiáng)調(diào)了與結(jié)構(gòu)柱之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性?？鞊Q電機(jī)的安裝總成主要是通過水平升降調(diào)節(jié)裝置滑動(dòng)固定在平移機(jī)構(gòu)的上方。貨叉機(jī)構(gòu)主要是將工業(yè)廢料貨物有效地進(jìn)行叉拾，保證核廢料的運(yùn)輸穩(wěn)定性，并且在預(yù)定軌道內(nèi)實(shí)現(xiàn)水平路徑的轉(zhuǎn)移。定位組件為水平方向上的位置參考點(diǎn)，能夠有效地在水平傳輸過程中，進(jìn)行位置定位。并且在水平路徑的轉(zhuǎn)移過程中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的位置固定。

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)裝置的參數(shù)列表，輸入?yún)?shù)類型主要有設(shè)計(jì)負(fù)載、升降行程、貨叉伸縮行程、貨叉升降速度以及貨叉伸縮速度等參數(shù)，參數(shù)列表見表1所示。

表1 轉(zhuǎn)入艙輸送裝置初始輸入?yún)?shù)表

機(jī)械裝置的升降傳動(dòng)過程中會(huì)有很多的機(jī)械設(shè)備聯(lián)動(dòng)過程，涵蓋電機(jī)、渦輪蝸桿減速器，其性能參數(shù)表如表2所示。

表2 升降傳動(dòng)系參數(shù)表

扭矩計(jì)算：

升降所需扭矩為：

考慮到啟動(dòng)加速度，升降扭矩需按照1.1倍計(jì)算。

所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩：

選擇AM8542-wFyz電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速1800rpm時(shí)，電機(jī)額定輸出扭矩3.9Nm。

貨叉伸縮計(jì)算過程：

在貨叉的伸縮過程中，涵蓋電機(jī)、減速器和換向器等內(nèi)容參數(shù)，升降傳動(dòng)系參數(shù)表如表3所示。

表3 升降傳動(dòng)系參數(shù)表

所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩M1：

結(jié)合扭矩及應(yīng)用空間，通過選型手冊(cè)，依據(jù)電機(jī)的實(shí)際性能情況進(jìn)行電機(jī)的性能參數(shù)選取。

選擇AM8542-wFyz電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速800rpm，電機(jī)額定輸出扭矩M電=4.0Nm

電機(jī)扭矩裕度：

結(jié)論扭矩可滿足使用需求。

速度計(jì)算：

設(shè)備在電機(jī)轉(zhuǎn)速160rpm最大工作伸縮速度v=10.0mm/s；

設(shè)備在電機(jī)轉(zhuǎn)速800rpm最大伸縮速度v=50.2mm/s。

3 過渡艙定位裝置

過渡艙定位裝置由葫蘆固定座、手輪葫蘆、底板、平臺(tái)框架、起吊立柱、定位塊、地腳板組成。這部分的功能裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)托盤上料的導(dǎo)向定位進(jìn)行承載，方便組件被叉取，同時(shí)也可以對(duì)托盤進(jìn)行起吊。該裝置成為轉(zhuǎn)入艙以及操作箱輸送裝置的樞紐。通道定位裝置由定位塊、底板、地腳板組成。

其中，平臺(tái)框架是維持整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要載體，確保整個(gè)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定。平臺(tái)框架采用“門”式結(jié)構(gòu)，最大程度地保證裝置在提升過程中的結(jié)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定工況。下方通過地腳板實(shí)現(xiàn)受力的均勻分布，將受力構(gòu)件均勻地通過地腳板分布到地面中。手輪葫蘆以及固定底座共同組成了貨物轉(zhuǎn)運(yùn)傳輸?shù)奶嵘b置。

4 手套箱裝置設(shè)計(jì)

在核廢料裝置運(yùn)行的過程中，為了有效地杜絕原子輻射，在設(shè)備的設(shè)計(jì)功能上全部進(jìn)行密封設(shè)計(jì)。以防止核輻射的泄漏以及人員操作。設(shè)置了手套箱，最大程度地降低由于核輻射所產(chǎn)生的影響，方便人員操作。

手套箱外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)入口，轉(zhuǎn)入口是手套箱裝置內(nèi)部與外界之間的屏蔽門。這部分區(qū)域同樣也是托盤區(qū)的裝入口。當(dāng)托盤裝入后即關(guān)閉艙門。艙內(nèi)此時(shí)就是轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，當(dāng)裝置整體進(jìn)入托盤區(qū)內(nèi)部后，內(nèi)部的運(yùn)行通過滾輪導(dǎo)向?qū)⑼斜P滑動(dòng)到指定的定位結(jié)構(gòu)處，并且觸碰限位開關(guān)，最終由貨叉實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)轉(zhuǎn)。并且將托盤托起轉(zhuǎn)移到緩存工位。同時(shí)，為了安全性能起見。手套箱兩側(cè)的圓孔上同時(shí)設(shè)有密封的手套，手套應(yīng)用的隔板為透明玻璃板，能夠?qū)κ痔紫涫痔卓讓?duì)設(shè)備進(jìn)行操作和維修，并且極大地保證了運(yùn)行的安全性能。

5 結(jié)語

核能工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)巨大的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，并且是惠及民生的重要支柱性產(chǎn)業(yè)。作為高級(jí)危險(xiǎn)品，對(duì)生產(chǎn)過程的后處理是重要的組成部分。隨著我國(guó)現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)業(yè)建設(shè)的提升。機(jī)械設(shè)計(jì)的功能性實(shí)現(xiàn)越來越重要，本文根據(jù)核廢料處理的功能需求作為切入點(diǎn)，開展各個(gè)功能模塊的裝置設(shè)計(jì)。尤其是對(duì)于裝置的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性運(yùn)行提出了許多關(guān)鍵的功能模塊節(jié)點(diǎn)，最大程度地保證了設(shè)備安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，為行業(yè)的發(fā)展提供了橫向參考。