CN105772965B - 核燃料元件包壳管点焊一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机电一体化技术领域，具体涉及一种核燃料元件包壳管点焊一体化系统。包括支承垫点焊机、隔离块点焊机、上料储料装置、下料储料装置、包壳管转运机器人；支承垫点焊机与隔离块点焊机并排同侧摆放，上料储料装置放置在两者之间，三者在同一直线上；包壳管转运机器人与上料储料装置垂直摆放，与上料储料装置正对；下料储料装置在包壳管转运机器人后方摆放。本发明可以达到减员增效、提高生产率、节约成本、降低劳动强度的目的；同时可以促进岗位自动化程度的提高，减少中间人为环节因素的影响，进一步提高燃料元件的制造质量及生产效率。
Description
技术领域
本发明属于机电一体化技术领域，具体涉及一种核燃料元件包壳管点焊一体化系统。
背景技术
中核北方核燃料元件有限公司重水堆元件生产线共有五台点焊机，分别是两台手动支承垫点焊机，两台手动隔离块点焊机和一台全自动点焊机。支承垫隔离块点焊机用于支承垫及隔离块与锆管的点焊定位。使用手动点焊机进行次组件加工时需先进行支承垫点焊，然后进行隔离块点焊。手动点焊机自动化程度低，劳动强度大，生产效率低，亟需对其进行自动化改造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核燃料元件包壳管点焊一体化系统，实现支承垫点焊机和隔离块点焊机的一体化改造，实现包壳管的自动上料、自动支承垫焊接、自动转运、自动隔离块焊接及自动下料。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种核燃料元件包壳管点焊一体化系统，包括支承垫点焊机、隔离块点焊机、上料储料装置、下料储料装置、包壳管转运机器人；支承垫点焊机与隔离块点焊机并排同侧摆放，上料储料装置放置在两者之间，三者在同一直线上；包壳管转运机器人与上料储料装置垂直摆放，与上料储料装置正对；下料储料装置在包壳管转运机器人后方摆放。
该系统工作流程为：系统开始工作前，先将包壳管转运机器人、支承垫点焊机、隔离块点焊机都启动；如果是一体化自动焊接，将支承垫点焊机和隔离块点焊机切换至自动工作模式，由隔离块点焊机对包壳管转运机器人进行初始化，初始化后包壳管转运机器人控制上料储料装置进行出料供包壳管转运机器人取料，并由隔离块点焊机控制选择包壳管内环焊接和外环焊接，包壳管转运机器人执行相应的内环工作模式或外环工作模式；如果是内环焊接：隔离块点焊机准备完成；上料储料装置将包壳管送到指定位置；包壳管转运机器人到指定位置抓取包壳管并送到隔离块点焊机的焊接工位，上料动作完成；隔离块点焊机按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人从隔离块点焊机上将包壳管取下，放到下料储料装置上；焊接完成；如果是外环焊接：两台点焊机准备完成；上料储料装置将包壳管送到指定位置；包壳管转运机器人到指定位置抓取包壳管并送到隔离块点焊机的焊接工位；隔离块点焊机按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人从隔离块点焊机上将包壳管取下，放到支承垫点焊机上；支承垫点焊机按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人从支承垫点焊机上将包壳管取下，放到下料储料装置上，焊接完成；如此往复进行焊接循环；如果是手动焊接，只需启动两台点焊机，将其切换至手动工作模式，进行人工手动焊接即可。
所述的上料储料装置包括底座A、料斗、气缸A、出料机构；料斗由紧固螺栓固定在底座A的上方，气缸A固定在底座A上、料斗的下方，出料机构安装在气缸A上方，由气缸A推动出料机构做往复运动。
所述的出料机构包括两个尼龙条，两个尼龙条的一端通过连接板连接，两个尼龙条的另一端连接有U形槽，连接板与气缸A连接。
所述的料斗体积≥0.016立方米，宽度≥490mm。
所述的料斗内部为斜坡式，角度为38度。
所述的包壳管转运机器人包括托板、机器人接口、气缸B、动夹爪、定夹爪；机器人接口一端与托板连接，托板上固定气缸B，气缸B的主体和活塞上分别安装定夹爪与动夹爪。
所述的定夹爪与动夹爪为不锈钢材料或不含卤族元素的非金属材料。
所述的不锈钢材料为1Cr18Ni9Ti，硬度为HB150；所述的非金属材料为锆材，硬度为HB219。
所述的下料储料装置包括轨道、支架、底座B；支架由螺栓固定在底座B上，轨道安放在支架上方。
本发明所取得的有益效果为：
本发明可以达到减员增效、提高生产率、节约成本、降低劳动强度的目的；同时可以促进岗位自动化程度的提高，减少中间人为环节因素的影响，进一步提高燃料元件的制造质量及生产效率。
(1)手动化到自动化：将两台独立的手动点焊设备，研制成一套自动点焊设备；实现了点焊过程中的自动上料、自动转运、自动焊接、自动下料；
(2)机器人操作代替人操作：以ABB/IRB140/6轴机器人作为包壳管的转运载体，通过合理编写机器人的运行轨迹程序，可以灵巧、快速、精确、安全地实现包壳管的装卸及转运；
(3)自主研发、独立完成：点焊一体化系统的研制是国内重水堆燃料元件制造生产线上的重大突破，系统从设计到投入生产完全由公司技术人员独立完成。
附图说明
图1为本发明所述核燃料元件包壳管点焊一体化系统结构示意图；
图2为本发明所述核燃料元件包壳管点焊一体化系统工作流程图；
图3为上料储料装置结构示意图；
图4为机器人结构示意图；
图5为下料储料装置结构示意图；
图中：1、支承垫点焊机；2、上料储料装置；3、隔离块点焊机；4、包壳管转运机器人；5、下料储料装置；201、底座A；202、料斗；203、包壳管；204、气缸A；205、出料机构；401、托板；402、机器人接口；403、气缸B；404、动夹爪；405、定夹爪；501、轨道；502、支架；503、底座B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述核燃料元件包壳管点焊一体化系统包括支承垫点焊机1、隔离块点焊机3、上料储料装置2、下料储料装置5、包壳管转运机器人4；支承垫点焊机1与隔离块点焊机3并排同侧摆放，上料储料装置2放置在两者之间，三部分在同一直线上；包壳管转运机器人4与上料储料装置2垂直摆放，与上料储料装置2正对；下料储料装置5在包壳管转运机器人4后方摆放。
如图2所示，该系统工作流程为：系统开始工作前，先将包壳管转运机器人4、支承垫点焊机1、隔离块点焊机3都启动。如果是一体化自动焊接，将支承垫点焊机1和隔离块点焊机3切换至自动工作模式，由隔离块点焊机3对包壳管转运机器人4进行初始化，初始化后包壳管转运机器人4控制上料储料装置2进行出料供包壳管转运机器人4取料，并由隔离块点焊机3控制选择包壳管203内环焊接和外环焊接，包壳管转运机器人4执行相应的内环工作模式或外环工作模式。如果是内环焊接：隔离块点焊机3准备完成；上料储料装置2将包壳管203送到指定位置；包壳管转运机器人4到指定位置抓取包壳管203并送到隔离块点焊机3的焊接工位，上料动作完成；隔离块点焊机3按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人4从隔离块点焊机3上将包壳管203取下，放到下料储料装置5上；焊接完成。如果是外环焊接：两台点焊机准备完成；上料储料装置2将包壳管203送到指定位置；包壳管转运机器人4到指定位置抓取包壳管203并送到隔离块点焊机3的焊接工位；隔离块点焊机3按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人4从隔离块点焊机3上将包壳管203取下，放到支承垫点焊机1上；支承垫点焊机1按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人4从支承垫点焊机1上将包壳管203取下，放到下料储料装置5上；焊接完成。如此往复进行焊接循环。如果是手动焊接，只需启动两点焊机，将其切换至手动工作模式，进行人工手动焊接即可。
如图3所示，上料储料装置2包括底座A 201、料斗202、气缸A204、出料机构205；料斗202由紧固螺栓固定在底座A 201的上方，气缸A204固定在底座A 201上、料斗202的下方，出料机构205安装在气缸A204上方，由气缸A204推动出料机构205做往复运动。出料机构205包括两个尼龙条，两个尼龙条的一端通过连接板连接，两个尼龙条的另一端连接有U形槽，可以容纳包壳管203，连接板与气缸A204连接。
料斗202负责存放包壳管203，而包壳管203需要在料斗202中靠自身重力，逐一下落。所以料斗202体积应有一定保证。
a.包壳管体积＝240×(13.31/2mm)2×π×490mm≈0.016m3
b.料斗202体积应≥0.016立方米；
c.料斗202长度要能放入一根包壳管203，所以宽度应≥490mm，为了方便存取，宽度设定为520mm；
d.为了保证包壳管203能靠自身重力下落，料斗202内部需要设计为斜坡式，我们经过不同角度包壳管下落速度的试验，考虑到包壳管203有可能受到损伤的情况，并结合进口设备的相似结构，最后将料斗202的角度选择为38度。
如图4所示，包壳管转运机器人4包括托板401、机器人接口402、气缸B403、动夹爪404、定夹爪405；机器人接口402一端与机器人第6轴最前端螺栓连接，另一端与托板401连接；托板401上固定气缸B403，气缸B403的主体和活塞上分别安装定夹爪405与动夹爪404，两夹爪配合用于抓取包壳管203。
夹爪的设计要小巧美观，避免与邻近部件干涉。夹爪夹取工件的稳定性要好，夹取后定位要准确。夹爪的制作要选用质地较软的材料，如不锈钢材料或非金属材料(不含卤族元素)。不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的硬度为HB150，锆材的硬度为HB219，这样可以避免划伤包壳管203。
如图5所示，下料储料装置5包括轨道501、支架502、底座B503；支架502直接由螺栓固定在底座B503上，轨道501安放在支架502上方。
下料储料装置5为一套滚动缓冲装置，包壳管转运机器人4在每次放管过程，将管平躺着放在同一个位置，管就可以自动的滚到暂存位置，供检验人员校验，这样平缓、稳定的收集包壳管203，可以对焊接后的产品起到一定的保护作用，稳定产品质量。
Claims (9)
1.一种核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：包括支承垫点焊机(1)、隔离块点焊机(3)、上料储料装置(2)、下料储料装置(5)、包壳管转运机器人(4)；支承垫点焊机(1)与隔离块点焊机(3)并排同侧摆放，上料储料装置(2)放置在两者之间，三者在同一直线上；包壳管转运机器人(4)与上料储料装置(2)垂直摆放，与上料储料装置(2)正对；下料储料装置(5)在包壳管转运机器人(4)后方摆放；
该系统工作流程为：系统开始工作前，先将包壳管转运机器人(4)、支承垫点焊机(1)、隔离块点焊机(3)都启动；如果是一体化自动焊接，将支承垫点焊机(1)和隔离块点焊机(3)切换至自动工作模式，由隔离块点焊机(3)对包壳管转运机器人(4)进行初始化，初始化后包壳管转运机器人(4)控制上料储料装置(2)进行出料供包壳管转运机器人(4)取料，并由隔离块点焊机(3)控制选择包壳管(203)内环焊接和外环焊接，包壳管转运机器人(4)执行相应的内环工作模式或外环工作模式；如果是内环焊接：隔离块点焊机(3)准备完成；上料储料装置(2)将包壳管(203)送到指定位置；包壳管转运机器人(4)到指定位置抓取包壳管(203)并送到隔离块点焊机(3)的焊接工位，上料动作完成；隔离块点焊机(3)按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人(4)从隔离块点焊机(3)上将包壳管(203)取下，放到下料储料装置(5)上；焊接完成；如果是外环焊接：两台点焊机准备完成；上料储料装置(2)将包壳管(203)送到指定位置；包壳管转运机器人(4)到指定位置抓取包壳管(203)并送到隔离块点焊机(3)的焊接工位；隔离块点焊机(3)按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人(4)从隔离块点焊机(3)上将包壳管(203)取下，放到支承垫点焊机(1)上；支承垫点焊机(1)按照程序完成焊接工作；包壳管转运机器人(4)从支承垫点焊机(1)上将包壳管(203)取下，放到下料储料装置(5)上，焊接完成；如此往复进行焊接循环；如果是手动焊接，只需启动两台点焊机，将其切换至手动工作模式，进行人工手动焊接即可。
2.根据权利要求1所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的上料储料装置(2)包括底座A(201)、料斗(202)、气缸A(204)、出料机构(205)；料斗(202)由紧固螺栓固定在底座A(201)的上方，气缸A(204)固定在底座A(201)上、料斗(202)的下方，出料机构(205)安装在气缸A(204)上方，由气缸A(204)推动出料机构(205)做往复运动。
3.根据权利要求2所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的出料机构(205)包括两个尼龙条，两个尼龙条的一端通过连接板连接，两个尼龙条的另一端连接有U形槽，连接板与气缸A(204)连接。
4.根据权利要求2所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的料斗(202)体积≥0.016立方米，宽度≥490mm。
5.根据权利要求2所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的料斗(202)内部为斜坡式，角度为38度。
6.根据权利要求1所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的包壳管转运机器人(4)包括托板(401)、机器人接口(402)、气缸B(403)、动夹爪(404)、定夹爪(405)；机器人接口(402)一端与托板(401)连接，托板(401)上固定气缸B(403)，气缸B(403)的主体和活塞上分别安装定夹爪(405)与动夹爪(404)。
7.根据权利要求6所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的定夹爪(405)与动夹爪(404)为不锈钢材料或不含卤族元素的非金属材料。
8.根据权利要求7所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的不锈钢材料为1Cr18Ni9Ti，硬度为HB150。
9.根据权利要求1所述的核燃料元件包壳管点焊一体化系统，其特征在于：所述的下料储料装置(5)包括轨道(501)、支架(502)、底座B(503)；支架(502)由螺栓固定在底座B(503)上，轨道(501)安放在支架(502)上方。
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