芯块生坯自动装舟装置研制

　　摘要：文章对应用于核燃料元件生产线芯块压制工序的关键装置---芯块生坯自动装舟装置所采用的芯块生坯转向及输送机构、定长及推料机构、成盘机构、真空吸盘装置、机械手等关键部件的结构和工作原理进行了详细分析，指出了该装置研制过程中的创新之处。芯块生坯自动装舟装置结构新颖，功能可靠，良好地实现了研制预期目标，经在621工程现场使用证明，本装置完全可满足可靠、连续、完全自动化的生产要求。
　　关键词：芯块生坯自动装舟装置，成盘机构，真空吸盘装置
　　1引言
　　随着核电事业的发展，我国对核燃料元件产能的需求也在不断增加，但在核燃料元件生产中，物料输送和转运方面的技术与装备的相对落后，不仅限制了新建核燃料元件生产线运行后的实际生产率，并且制约了其铀资源利用率，不利于节能降耗。
　　目前我国核燃料元件生产线芯块制备工序中，虽然压水堆型号多样，二氧化铀粉末富集度不同，其相应燃料元件的生产也不尽相同，但生产操作流程大致相同：经旋转压机压制成型后，芯块生坯呈直立状态连续出料，通过人工将芯块生坯竖直或水平码装在钼舟隔板上，待隔板上放置足够行数的芯块生坯后，再分层搁入钼舟中，然后人工将芯块生坯搬运至高温烧结炉。上述操作方式不仅工人劳动强度大、生产效率低下，辐射剂量亦较大，而且人工操作转运工序较多,易造成芯块生坯缺角、掉渣等表面缺陷，同时开放式操作也不符合国家愈发严格的环保要求，因此，从生产效率匹配、减轻劳动强度、提高生产经济效益、利于辐射保护的等多个方面考虑，需要研究开发出芯块生坯自动装舟装置，以满足可靠、连续、自动化生产的要求。
　　2装置主要技术参数
　　1)生产节拍：满足前端旋转成型压机180块/分钟产量匹配要求；
　　2)装盘舟对象结构参数：
　　钼舟内腔有效尺寸：285×285×100mm
　　钼舟底板V形槽数：18行
　　钼舟底板V形槽间距：14mm
　　钼舟底板放置生坯V形槽有效长度：260mm
　　3)芯块生坯结构参数：
　　生坯直径：Φ10.2mm；生坯长度：16.2mm；重量：10克；
　　4）钼舟每层放置芯块生坯数量：288个生坯（18行，16个/行）；
　　5）芯块生坯装舟层数：14层（可调）；
　　6）芯块生坯装舟可靠性：≥98%（单层）；≥95%（一舟）；
　　3装置结构及特点
　　根据前文所述装置技术参数，结合生产工艺流程，芯块生坯自动装舟装置初步考虑至少应具有以下功能：芯块生坯状态转换、输送、定长后，推入到成盘机构中上料盘V型槽中；满足钼舟一层所装列数后，将指定列数的芯块生坯转运、装入到钼舟指定层面上，直至装入符合层数要求的芯块生坯。充分论证后，所制定的主要研制方案如下：
　　旋转压机压制成型的、呈直立状态出料的芯块生坯，实现向水平状态的转换；
　　以满足水平连续输送的要求，其水平输送速度应大于折合后的芯块生坯水平线速度，防止芯块生坯首、尾堆积；
　　为满足钼舟内腔的尺寸要求，芯块生坯需严格定长；
　　为满足钼舟每层装入列数的要求，上料盘设置V型槽数应大于钼舟底部V型槽数，上料盘的动作频率必须满足连续生产的节拍要求，不可有快进、快退动作；
　　装舟执行机构必须可柔性地适应芯块生坯一定的长度、直径差，定位精度高，转运时不得损坏芯块生坯表面质量，以满足核燃料元件的严格质量要求；
　　钼舟应设置空舟、装舟、下舟三个工位，以满足连续生产需要。
　　研制的芯块生坯自动装舟装置结构如图1所示。
　　
　　图1芯块生坯自动装舟装置结构图
　　主要机构构成：1.主支架；2.芯块生坯转向及输送机构；3.芯块生坯定长及推料机构；4.成盘机构；5.真空吸盘装置；6.二维机械手；7钼舟转运及定位机构。
　　3.1芯块生坯转向及输送机构
　　
　　图2芯块生坯转向及输送机构结构简图
　　主要构成：1.进料接头；2.被动带轮；3.挡块；4.PU光面圆带（PB004）；
　　5.侧挡板；6.驱动带轮座；7.驱动带轮；8.交流伺服电机；
　　9.精密行星减速机；10.铝合金型材。
　　采用铝合金型材作为支撑结构，芯块生坯自旋转成型压机出来后，进入进料接头。为实现芯块生坯由直立状态转变为水平状态，进料接头采用坡倒方式，同时在靠近进料接头的地方设置挡块，以防止个别芯块进入传送带后仍呈直立状态，然后生坯芯块进入由两条平行布置的圆带组成的输送带并沿输送带向芯块生坯定长及推料机构运行，该输送带速度可调范围为3～15m/min，以满足不同生产工况要求。
　　3.2芯块生坯定长及推料机构
　　
　　图3芯块生坯定长及推料机构结构简图
　　主要构成：1.推料平行气缸；2.气缸安装座；3.平行气爪安连接板A；4.平行气爪；5.平行气爪连接板B；6.水平V型槽。
　　该机构上的光电传感器可检测输送带上水平运动的芯块生坯，当检测到第16个工件长度上，即总长度260mm左右的生坯芯块，平行气爪合拢，夹持该芯块生坯，平行气缸前推到位，并同时打开平行气爪，然后快速退回，准备推送下一批芯块生坯。
　　3.3成盘机构
　　
　　图4成盘机构结构简图
　　主要构成：1.上料盘；2.直线滑轨；3.丝杠支撑座1；4.滚珠丝杠；5.连接板；6.螺母座；7.丝杠支撑座2；8.膜片连轴器；9.交流伺服电机。
　　该机构是依次将定长的生坯芯块推装进入18行、16个/行、行间距14mm的V型槽中，满足真空吸盘装置吸取芯块生坯的要求，同时在预装盘机构下部设置收集盒，将未吸取的生坯芯块集中在收集盒中。
　　本设计中采用的成盘机构，应用于生坯芯块自动装舟装置，其主要技术优势在于：每次步进动作频率、步进距离一致（驱动机构采用日本YASKAWA交流伺服电机加滚珠丝杠驱动，位置重复定位精度为±0.1mm），取消了常规机构中的快进、快退动作，避免了加速度产生的芯块位移、不成列现象发生，充分满足了时间节拍匹配要求。采用本机构后，需要设置二个真空吸盘吸取芯块位，故在芯块生坯自动装舟装置中设置了两个吸取位。

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