CN104511673A - 一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核燃料元件加工机电一体化技术领域，具体涉及一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置。包括钎焊系统、点焊系统、上料机构、下料机构、装料机器人和卸料机器人；其中，点焊系统在包壳管上点焊支承垫和隔离块，两台机器人相对于钎焊系统中心面对称安装，在钎焊系统上料侧设置上料机构和装料机器人，在钎焊系统下料侧设置下料机构和卸料机器人；工作时点焊系统先开始工作，为钎焊系统备料。通过采用两台ABB机器人作为中间环节，将点焊与钎焊集成为一体，实现了包壳管点焊后的自动转序、钎焊后的自动下料，丰富了核燃料元件制造方面的研究，为燃料元件制造加工向集成化及全自动化方向发展，尽量减少中间人为环节因素的干扰打下了基础。

Description

一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置
技术领域
本发明属于核燃料元件加工机电一体化技术领域，具体涉及一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置。
背景技术
在重水堆核燃料元件的生产中，传统的技术方案中需要支承垫隔离块自动点焊机和单管钎焊机分别进行操作。其中，支承垫隔离块自动点焊机用于支承垫及隔离块与锆管的点焊定位，单管钎焊机用于点焊后半成品的钎焊，使支承垫隔离块与锆管形成牢固连接。现有的技术方案中，国际上先进的重水堆燃料组件钎焊设备多采用单管钎焊机，具有焊后次组件质量好、热影响区小、对锆管的适应性强等特点，是燃料元件制造的发展趋势。
但传统技术方案中单管钎焊机及支承垫隔离块点焊机均为单体设备，并且自动单管钎焊机采用手工上下料，从整个生产线上来说自动化程度低。所以，亟需研制一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，通过改造将点焊机和钎焊机连为一体，来提高整条生产线的自动化程度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，从而将两台单体设备组合起来，形成一套完整的自动点钎焊接系统，即实现支承垫、隔离块点焊机生产出的半成品自动转移至单管钎焊机上，钎焊后成品自动从单管钎焊机转移至次组件转运箱内。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，包括钎焊系统、点焊系统、上料机构、下料机构、装料机器人和卸料机器人；其中，点焊系统在包壳管上点焊支承垫和隔离块，两台机器人相对于钎焊系统中心面对称安装，在钎焊系统上料侧设置上料机构和装料机器人，在钎焊系统下料侧设置下料机构和卸料机器人；工作时点焊系统先开始工作，为钎焊系统备料。
上料机构是一个中间过渡机构，用来连接点焊系统和钎焊系统，包括前挡片、后挡片、V形定位块、储料架、扰流板和传感器；点焊系统加工完成的包壳管被自动送到上料机构上，在重力的作用下包壳管沿储料架自动向下滚动，通过前挡片和后挡片将包壳管逐个送到V形定位块上，初始时，前挡片处于升起位置，后挡片处于下降位置；当V形定位块上无料时，前挡片下降，后挡片升起，将最靠近V形定位块处的包壳管滚动到V形定位块上，供装料机器人取料；扰料板是用聚酰胺材料制作的板状结构，在扰流板上左右两侧设置连续的圆弧槽，相邻的圆弧槽之间的中心距为14.5mm；通过扰料板的上下振动来防止已经点焊上支承垫和隔离块的包壳管在下滚过程中相互卡死，实现无障碍自动送料；通过传感器感应到包壳管排满整个上料机构时停止点焊系统工作。
当钎焊系统启动，上料机构有料时，装料机器人开始工作，装料机器人从上料机构取料后，在行进的过程中将包壳管垂直地移动到焊室，然后回到装料点，等待下一次取料；当钎焊完成并冷却后，卸料机器人将包壳管从焊室内取出，送到下料机构中，之后回到卸料点，等待下一次卸料。
下料机构用来接收下料机器人传递过来的包壳管，最多存储两箱包壳管，包括气爪、垂直气缸、转运箱和旋转气缸；钎焊完成的包壳管被卸料机器人送到下料机构后被气爪夹紧，在垂直气缸的作用下送到转运箱的底部，当气爪下降到距离下方障碍物10cm处时松开包壳管，松开包壳管的同时气爪上升返回到初始位置，等待下一次接料；当装满一箱后，两转运箱在旋转气缸的作用下，绕着中心轴线旋转180°，完成空满箱切换。
进一步的，如上所述的一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，装卸料机器人采用的是ABB IRB1410型机器人，机器人机械手是由六个转轴组成的空间六杆开链机构，每个转轴均带有一个齿轮箱，机械手的重复定位精度为0.025mm，六个转轴均有AC伺服电机驱动，工作承重能力为5kg，最大工作半径为1.44m。最大运动速度为7m/s。
进一步的，如上所述的一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，上料机构的基体采用不锈钢制作，硬度为HRB80。
通过本发明技术方案的使用，可以达到如下有益技术效果：
第一、通过采用两台ABB机器人作为中间环节，将点焊与钎焊集成为一体，实现了包壳管点焊后的自动转序（工序）、钎焊后的自动下料，丰富了核燃料元件制造方面的研究，为燃料元件制造加工向集成化及全自动化方向发展，尽量减少中间人为环节因素的干扰打下了基础。
第二、以ABB/IRB1410/6轴机器人作为包壳管的转运载体，可以灵巧、快速、精确、安全地实现包壳管的装卸及转运。
第三、采用柔性控制系统，调试、维护方便而且便于今后扩展，各分系统都有自已独立的运行程序，彼此间互不干涉，各系统间只是信号的交流。
附图说明
图1是本发明一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置的结构示意图。
图2是本发明一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置中上料结构的结构示意图。
图3是本发明一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置中下料结构的结构示意图。
图中：1-钎焊系统，2-上料机构，3-电焊系统，4-装料机器人，5-卸料机器人，6-下料机构，7-前挡片、8-后挡片、9-V形定位块、10-储料架、11-扰流板、12-传感器、13-气爪、14垂直气缸、15-转运箱、16-旋转气缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，包括钎焊系统、点焊系统、上料机构、下料机构、装料机器人和卸料机器人；其中，点焊系统在包壳管上点焊支承垫和隔离块，两台机器人相对于钎焊系统中心面对称安装，在钎焊系统上料侧设置上料机构和装料机器人，在钎焊系统下料侧设置下料机构和卸料机器人；工作时点焊系统先开始工作，为钎焊系统备料。
如图2所示，上料机构是一个中间过渡机构，用来连接点焊系统和钎焊系统，包括前挡片、后挡片、V形定位块、储料架、扰流板和传感器；点焊系统加工完成的包壳管被自动送到上料机构上，在重力的作用下包壳管沿储料架自动向下滚动，通过前挡片和后挡片将包壳管逐个送到V形定位块上，初始时，前挡片处于升起位置，后挡片处于下降位置；当V形定位块上无料时，前挡片下降，后挡片升起，将最靠近V形定位块处的包壳管滚动到V形定位块上，供装料机器人取料；扰料板是用聚酰胺材料制作的板状结构，在扰流板上左右两侧设置连续的圆弧槽，相邻的圆弧槽之间的中心距为14.5mm；中心距略大于包壳管点焊了支承垫和隔离块后的平均轮廓外径，这样便会在其振动时更加高效地破坏“卡死”现象，使得送料更加顺畅。通过扰料板的上下振动来防止已经点焊上支承垫和隔离块的包壳管在下滚过程中相互卡死，实现无障碍自动送料；通过传感器感应到包壳管排满整个上料机构时停止点焊系统工作。上料机构的基体采用不锈钢制作，硬度为HRB80与锆管的硬度HRB96相近，避免相互之间的磕碰损伤。
当钎焊系统启动，上料机构有料时，装料机器人开始工作，装料机器人从上料机构取料后，在行进的过程中将包壳管垂直地移动到焊室，然后回到装料点，等待下一次取料；当钎焊完成并冷却后，卸料机器人将包壳管从焊室内取出，送到下料机构中，之后回到卸料点，等待下一次卸料。装料机器人和卸料机器人采用的是ABB IRB1410型机器人，机器人机械手是由六个转轴组成的空间六杆开链机构，每个转轴均带有一个齿轮箱，机械手的重复定位精度为0.025mm，六个转轴均有AC伺服电机驱动，工作承重能力为5kg，最大工作半径为1.44m。最大运动速度为7m/s。
如图3所示，下料机构用来接收下料机器人传递过来的包壳管，最多存储两箱包壳管，包括气爪、垂直气缸、转运箱和旋转气缸；钎焊完成的包壳管被卸料机器人送到下料机构后被气爪夹紧，在垂直气缸的作用下送到转运箱的底部，当气爪下降到距离下方障碍物10cm处时松开包壳管，松开包壳管的同时气爪上升返回到初始位置，等待下一次接料；当装满一箱后，两转运箱在旋转气缸的作用下，绕着中心轴线旋转180°，完成空满箱切换。

Claims (3)

1.一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，其特征在于：包括钎焊系统、点焊系统、上料机构、下料机构、装料机器人和卸料机器人；
其中，点焊系统在包壳管上点焊支承垫和隔离块，两台机器人相对于钎焊系统中心面对称安装，在钎焊系统上料侧设置上料机构和装料机器人，在钎焊系统下料侧设置下料机构和卸料机器人；工作时点焊系统先开始工作，为钎焊系统备料；
上料机构是一个中间过渡机构，用来连接点焊系统和钎焊系统，包括前挡片、后挡片、V形定位块、储料架、扰流板和传感器；点焊系统加工完成的包壳管被自动送到上料机构上，在重力的作用下包壳管沿储料架自动向下滚动，通过前挡片和后挡片将包壳管逐个送到V形定位块上，初始时，前挡片处于升起位置，后挡片处于下降位置；当V形定位块上无料时，前挡片下降，后挡片升起，将最靠近V形定位块处的包壳管滚动到V形定位块上，供装料机器人取料；扰料板是用聚酰胺材料制作的板状结构，在扰流板上左右两侧设置连续的圆弧槽，相邻的圆弧槽之间的中心距为14.5mm；通过扰料板的上下振动来防止已经点焊上支承垫和隔离块的包壳管在下滚过程中相互卡死，实现无障碍自动送料；通过传感器感应到包壳管排满整个上料机构时停止点焊系统工作；
当钎焊系统启动，上料机构有料时，装料机器人开始工作，装料机器人从上料机构取料后，在行进的过程中将包壳管垂直地移动到焊室，然后回到装料点，等待下一次取料；
当钎焊完成并冷却后，卸料机器人将包壳管从焊室内取出，送到下料机构中，之后回到卸料点，等待下一次卸料；
下料机构用来接收下料机器人传递过来的包壳管，最多存储两箱包壳管，包括气爪、垂直气缸、转运箱和旋转气缸；钎焊完成的包壳管被卸料机器人送到下料机构后被气爪夹紧，在垂直气缸的作用下送到转运箱的底部，当气爪下降到距离下方障碍物10cm处时松开包壳管，松开包壳管的同时气爪上升返回到初始位置，等待下一次接料；当装满一箱后，两转运箱在旋转气缸的作用下，绕着中心轴线旋转180°，完成空满箱切换。
2.如权利要求1所述的一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，其特征在于：装料机器人和卸料机器人采用的是ABB IRB1410型机器人，机器人机械手是由六个转轴组成的空间六杆开链机构，每个转轴均带有一个齿轮箱，机械手的重复定位精度为0.025mm，六个转轴均有AC伺服电机驱动，工作承重能力为5kg，最大工作半径为1.44m。最大运动速度为7m/s。
3.如权利要求1所述的一种核燃料元件包壳管点钎焊一体化装置，其特征在于：上料机构的基体采用不锈钢制作，硬度为HRB80。
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