磁性吊具自動(dòng)定位裝置研制

摘 要：磁性吊具是廢物包吊運(yùn)的核心設(shè)備，磁性吊具具有體積小、使用方便、所需空間小的特點(diǎn)，適用于放射性廢物包吊運(yùn)的遠(yuǎn)距離操作。定位裝置是根據(jù)磁性吊具的使用環(huán)境和技術(shù)要求，采用不附加動(dòng)力源，利用內(nèi)圓定位法、三點(diǎn)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(shè)置一套三腳定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)在磁性吊具外圓周面作相對(duì)的升降運(yùn)動(dòng)和360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，三只定位腳聯(lián)動(dòng)自動(dòng)修正廢物包中心相對(duì)于屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器中心的偏移，達(dá)到磁性吊具的自動(dòng)對(duì)中要求。磁性吊具自動(dòng)定位裝置的研制， 成功解決了廢物包在遠(yuǎn)距吊運(yùn)操作過(guò)程中的對(duì)中問(wèn)題，提高了廢物包的吊運(yùn)安全。

關(guān)鍵詞：磁性吊具 自動(dòng)定位裝置 屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器 廢物包

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yīng)堆產(chǎn)生的放射性廢液經(jīng)蒸發(fā)處理形成少量的放射性活度濃度較高的濃縮液，經(jīng)水泥固化設(shè)施處理，轉(zhuǎn)化為滿足廢物最終處置要求的標(biāo)準(zhǔn)廢物包。在水泥固化生產(chǎn)線上，經(jīng)攪拌、封蓋、劑量檢測(cè)合格的廢物包，由輥道送至吊運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)，轉(zhuǎn)運(yùn)至養(yǎng)護(hù)井上方，用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)的磁性吊具將廢物包吊入至5 m深的養(yǎng)護(hù)井中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期滿又再次用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)的磁性吊具將廢物包從養(yǎng)護(hù)井中提入屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)，將裝有廢物包的屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器送到暫存庫(kù)內(nèi)的暫存井上方，用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)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(yùn)處置時(shí)，再用磁性吊具將廢物包吊出暫存井。由此可見(jiàn)，磁性吊具是廢物包吊運(yùn)的核心設(shè)備，該設(shè)備能否準(zhǔn)確有效地對(duì)廢物包進(jìn)行定位對(duì)中，將直接影響廢物包的安全吊運(yùn)。

磁性吊具為帶有充、放電設(shè)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(yùn)，具有體積小、使用方便、所需空間小的優(yōu)勢(shì)，并且容易實(shí)現(xiàn)在屏蔽體外進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。但由于磁性吊具是通過(guò)鋼絲繩與屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器柔性連接，吊具在上升和下降過(guò)程中存在擺動(dòng)，而廢物包采用輥道輸送方式送至吊運(yùn)工位，廢物包的中心相對(duì)屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)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(duì)中功能，無(wú)法保證磁頭能夠準(zhǔn)確定位在廢物包的頂蓋中心位置，出現(xiàn)偏吸，造成廢物包起吊后發(fā)生傾斜，使廢物包在進(jìn)出屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器、養(yǎng)護(hù)井時(shí)容易發(fā)生擦掛，碰撞，甚至卡住等現(xiàn)象，導(dǎo)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(hù)井（暫存井）內(nèi)，造成廢物包破損，難以回取、固化生產(chǎn)線設(shè)備損壞、污染，養(yǎng)護(hù)（暫存）井報(bào)廢等事件，直接影響水泥固化生產(chǎn)線的安全生產(chǎn)，同時(shí)將制約水泥固化車間的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)過(guò)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(shè)備的維修、工作場(chǎng)所的去污等將投入大量的人力物力，并造成工作場(chǎng)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(yùn)，必須為磁性吊具配置自動(dòng)定位裝置，以防止在吸吊廢物包時(shí)，發(fā)生偏吸而帶來(lái)的不安全隱患。

1 功能要求和技術(shù)指標(biāo)

在磁性吊具上加裝自動(dòng)定位裝置，使磁性吊具在空間狹小、封閉環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)磁性吊具準(zhǔn)確地吸附在廢物包頂蓋中心，確保廢物包的安全吊運(yùn)。定位裝置應(yīng)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(qiáng)的耐輻射能力；

（2）不影響磁性吊具在屏蔽容器和暫存內(nèi)的升降動(dòng)作；

（3）修正廢物包中心相對(duì)于屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器中心的偏移距離。

（4）定位精度<5 mm。

2 總體設(shè)計(jì)

由于屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器、養(yǎng)護(hù)井和暫存井內(nèi)徑為φ660 mm，廢物包的最大外形尺寸為φ610 mm×900 mm，廢物包進(jìn)入屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器內(nèi)后，每邊只有25 mm左右的間隙，內(nèi)部空間狹小，無(wú)多余的安裝定位設(shè)備空間，定位裝置采用內(nèi)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(jù)三點(diǎn)定位的原理，在磁性吊具上設(shè)置一套定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用滑動(dòng)方式在磁性吊具外圓周面作相對(duì)的升降運(yùn)動(dòng)和360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用杠桿原理，實(shí)現(xiàn)三只定位腳的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)磁性吊具下降至定位腳碰到廢物包頂蓋時(shí)，利用裝置的自重和連桿機(jī)構(gòu)，使三只定位腳在頂蓋上作徑向滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定位時(shí)同時(shí)自動(dòng)展開(kāi)，直至定位腳被定位圈擋住，此時(shí)磁性吊具的中心與廢物包頂蓋上的定位圈中心自動(dòng)重合，磁性吊具經(jīng)導(dǎo)向套繼續(xù)下降，直至與廢物包頂蓋完全接觸，最終實(shí)現(xiàn)磁性吊具自動(dòng)定位。

3 裝置結(jié)構(gòu)

定位裝置由定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)和定位圈兩部分組成。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

3.1 定位圈

磁性吊具是通過(guò)鋼絲繩與屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器柔性連接，故磁頭在下降過(guò)程中存在擺動(dòng)，通過(guò)反復(fù)觀察、測(cè)量，核定磁頭在下降過(guò)程中的最大擺幅為30 mm；廢物包在運(yùn)輸軌道上和養(yǎng)護(hù)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(jù)水泥固化桶的結(jié)構(gòu)，定位圈的高度最大不能超過(guò)17 mm。定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(guò)低，定為腳跳槽。考慮定位圈的加工成本，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(jī)構(gòu)

磁性吊具的外形尺寸為φ219×130 mm

，在其頂部有充電設(shè)施，為不影響頂部充電設(shè)施的正常工作，保證定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)在定位后的總高度不大于磁頭高度，要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)小巧，結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，部件運(yùn)動(dòng)靈活，安裝、操作、拆卸方便。

定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)由固定環(huán)、導(dǎo)向套、活動(dòng)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(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

3.2.1 導(dǎo)向套

導(dǎo)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(duì)磁頭的升降和活動(dòng)套運(yùn)動(dòng)方向起導(dǎo)向作用。

3.2.2 活動(dòng)套

活動(dòng)套安裝在導(dǎo)向套外圓周面上，用于連桿的定位，實(shí)現(xiàn)三只定位腳的同時(shí)聯(lián)動(dòng)作用。

3.2.3 定位腳

由于裝置自身重量有限，定位腳展開(kāi)角度太小或太大都將不利于定位裝置對(duì)位移偏差的自動(dòng)修正，而定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(guò)試驗(yàn)，確定定位腳的長(zhǎng)度為100 mm，展開(kāi)角度最佳為45°。

為減小定位腳在展開(kāi)時(shí)與桶蓋的摩擦阻力，在定位腳前端采取軸承滾動(dòng)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(dòng)套行程過(guò)大，造成活動(dòng)套超出導(dǎo)向套，影響磁性吊具在屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器中的升降和磁性吊具充電設(shè)施的正常工作，在導(dǎo)向套上端的外圓面設(shè)置一限位環(huán)。

限位環(huán)采取箍式結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓連接形式固定在導(dǎo)向套的頂端、活動(dòng)套的上方，用于限制定位腳的最大展開(kāi)角度。

3.2.5 各部件連接形式

固定環(huán)采取箍式結(jié)構(gòu)，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(jī)構(gòu)除固定環(huán)外，其余各部件均為運(yùn)動(dòng)部件，定位腳的滾輪、定位腳與導(dǎo)向套、連桿與定位腳和活動(dòng)套的連接均采用活動(dòng)軸連接方式。

為減小部件之間的摩擦力，在各活動(dòng)部件的連接軸處設(shè)置了軸承，用以增加運(yùn)動(dòng)部件的靈活性，同時(shí)也提高裝置的裝配精度。

3.2.6 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)三只定位腳的聯(lián)動(dòng)工作，利用杠桿原理，設(shè)置了連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向套、活動(dòng)套、連桿和定位腳構(gòu)成，當(dāng)任一只定位腳與桶蓋接觸后執(zhí)行展開(kāi)動(dòng)作時(shí)，該定位腳通過(guò)連桿推動(dòng)活動(dòng)套向上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)活動(dòng)套及連桿帶動(dòng)另外兩條定位腿，實(shí)現(xiàn)三腿聯(lián)動(dòng)。反之，由設(shè)置在導(dǎo)向套和活動(dòng)套之間的三根拉簧將活動(dòng)套向下拉，實(shí)現(xiàn)定位腳的收攏動(dòng)作。

3.2.7 三腳行程與活動(dòng)套的限位

定位裝置采用內(nèi)圓定位，故三只定位腳的滑動(dòng)范圍在定位圈內(nèi)。由于定位圈的內(nèi)圓直徑為φ400 mm，三只腳在執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(dòng)套套在導(dǎo)向套外圓周上，活動(dòng)套的滑動(dòng)行程取決于限位環(huán)的位置。由于定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(zhǎng)度為100 mm，定位腳最大展開(kāi)角度為45°，所以用限位環(huán)將活動(dòng)套的滑動(dòng)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(jī)構(gòu)的材料為奧氏體不銹鋼，以避免定位裝置在磁場(chǎng)的作用下無(wú)法正常工作，也便于去污清洗。

5 結(jié)論

磁性吊具自動(dòng)定位裝置的研制， 成功解決了廢物包在遠(yuǎn)距離吊運(yùn)操作過(guò)程中的對(duì)中問(wèn)題，提高了廢物包的吊運(yùn)安全。該裝置具有如下特點(diǎn)。

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性和維修性好，具有自動(dòng)修正位置偏移量的功能，實(shí)現(xiàn)了磁性吊具與廢物包的準(zhǔn)確定位，提高了廢物包吊運(yùn)過(guò)程的安全性。

（2）該裝置不附加動(dòng)力源，利用機(jī)構(gòu)自重克服摩擦力，使連桿機(jī)構(gòu)的三個(gè)定位腳同時(shí)展開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了盲區(qū)、遠(yuǎn)距離的自動(dòng)對(duì)中；

（3）裝置體積小，不占用貯存井內(nèi)的貯存空間，提高了廢物暫存設(shè)施的利用率。

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