CN106508067B - 芯块生坯自动装舟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物料的连续、有序、分层向指定空间码装的领域，具体涉及可应用于核燃料元件生产线芯块制备部分中旋转成型压机压制的芯块生坯的一种芯块生坯自动装舟装置。它包括主支架、芯块生坯转向及输送装置、芯块生坯定长及推料装置、成盘装置、真空吸盘装置、二维机械手、钼舟转运及定位装置。实现连续、可靠、自动化的芯块生坯自动装舟功能；有效衔接核燃料元件生产线芯块压制和芯块烧结两台关键设备，有利于生产效率匹配，提高了产品的合格性及生产效率。

Description

芯块生坯自动装舟装置

技术领域

本发明涉及一种物料的连续、有序、分层向指定空间码装的领域，具体涉及可应用于核燃料元件生产线芯块制备部分中旋转成型压机压制的芯块生坯的一种芯块生坯自动装舟装置。

背景技术

在核燃料元件生产线中，除了铀化工转化装置、芯块烧结装置等大型设备外，生产线的物料输送和转运技术也都对生产效率以及生产线实际运行后的污染物排放、能耗和物料损失有重要影响；在核燃料元件生产线物料输送和转运方面的技术和装备的相对落后，不但限制了新建核燃料元件生产线运行后的实际生产效率，并且制约了新建生产线进一步提高铀资源利用率、降低能源消耗。

目前我国核燃料元件生产线芯块制备工序中，虽然压水堆型号多种，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。上述操作方式工人劳动强度大、生产效率低下，辐射剂量亦较大；同时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。

典型压水堆核燃料元件生产线芯块制备工序中，采用的旋转成型压机按150块/min·台的产量计算，芯块生坯按5.8g(UO₂)/块(其外形尺寸为Ф8.43×10mm)计算，该旋转成型压机的产量为150×5.8×60×0.88/1000＝46kg(U)/h。一台旋转压机按每天生产22h计算，其日产量将达到1000kg(U)/d。推舟烧结炉按每天运行24h计算，产量可以达到约720kg(U)/d·台。上述旋转成型压机和高温烧结炉按工艺布置，数量均配置2台。考虑控制现场辐射剂量和微量粉尘的溢出，旋转成型压机和高温烧结炉均作局部相对密闭处理，按目前的操作方式，人工进、出料均存在操作空间小、动作受限等不利影响。为与上述两台设备生产能力匹配，需人工装、转运的芯块生坯重量达到约1700kg/d，转运钼舟加上芯块生坯重量将达到60kg/钼舟左右(舟重20kg)，按设计操作人员配备2班/天，6人/班，其中芯块生坯装舟人员2人，搬运人员1人，则需装舟重量将达到705kg/班，搬运重量将达到850kg/班，强度相当大。芯块生坯转、装过程中，芯块生坯与放射性粉尘直接与操作人员接触，经理论计算表明，人员辐射时长将达到6人·日。

芯块生坯装、转运环节两端直接连接芯块压制和芯块烧结两台关键设备，其技术能力直接影响到产品的合格性及生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供可在核燃料元件生产线芯块制备部分应用的一种芯块生坯自动装舟装置。

实现本发明目的的技术方案：一种芯块生坯自动装舟装置，它包括主支架、芯块生坯转向及输送装置、芯块生坯定长及推料装置、成盘装置、真空吸盘装置、二维机械手、钼舟转运及定位装置；所述的主支架由水平支架、竖直支架、和与竖直支架一端相垂直的垂直支架组成，所述的主支架的水平支架上架设有芯块生坯转向及输送装置，在主支架的水平支架上还架设有芯块生坯定长及推料装置，所述的芯块生坯转向及输送装置的末端和芯块生坯定长及推料装置相连接；所述的主支架的竖直支架上架设有成盘装置，所述的芯块生坯定长及推料装置的末端与成盘装置相连接；在所述的主支架的垂直支架上架设有钼舟转运及定位装置，所述的二维机械手跨越架设在成盘装置和钼舟转运及定位装置上；所述的二维机械手的竖直臂上安装有真空吸盘装置。

所述的芯块生坯转向及输送装置的前端设置有进料接头，成斜坡状，后面连接有水平输送带。

所述的芯块生坯定长及推料装置采用平行气缸连接平行气爪，下部连接有V型槽。

所述的成盘装置上设置有上料盘，所述的上料盘上设置有若干条成盘V型槽。

所述的钼舟转运及定位装置上设置有2个抬升气缸、水平运动气缸、钼舟、水平辊道、侧部辊道、钼舟托盘、连接滑板和气缸连接板；所述的钼舟转运及定位装置的与成盘装置相靠部分的底部设置有水平运动气缸，在水平运动气缸的前端连接有气缸连接板，在气缸连接板的上部连接有连接滑板，在连接滑板的上部设置有2个并排的抬升气缸，抬升气缸的上部设置有2个钼舟托盘，2个钼舟托盘上放置有钼舟；在所述的钼舟转运及定位装置的底部设置有水平辊道，侧面设置有侧部辊道；所述的钼舟转运及定位装置为二维运行方式，所述的抬升气缸的型号为ADVUL-63-50-P-A，所述的水平运动气缸的型号为DNC-40-340-PPV-A。

所述的真空吸盘装置采用呈矩阵排列形式的柔性真空吸盘，其软质材料不含有卤族元素。

所述的二维机械手由水平臂、竖直臂、臂支架、水平驱动装置和竖直驱动装置构成；所述的水平驱动装置和竖直驱动装置是由两组交流伺服电机和精密行星减速机组成，所述的臂支架上架设有水平臂，在水平臂上架设有竖直臂，所述的水平臂上设置有水平驱动装置和竖直驱动装置，分别控制二维机械手的竖直臂的水平运动和竖直运动。

本发明的效果是：(1)实现连续、可靠、自动化的芯块生坯自动装舟功能；(2)有效衔接核燃料元件生产线芯块压制和芯块烧结两台关键设备，有利于生产效率匹配，提高了产品的合格性及生产效率；(3)能可靠适应芯块生坯一定的长度差、直径差及不同形式、尺寸钼舟的装舟要求，可满足不同堆型、不同富集度要求的核燃料元件生产线芯块制备部分的自动装舟要求。

附图说明

图1为本发明一种芯块生坯自动装舟装置的示意图；

图2为芯块生坯转向及输送装置的示意图；

图3为芯块生坯定长及推料装置的示意图；

图4为成盘装置的示意图；

图5为真空吸盘装置的示意图；

图6为二维机械手的示意图；

图7为钼舟转运及定位装置的侧面示意图；

图8为钼舟转运及定位装置的正面示意图。

图中：1、主支架；2、芯块生坯转向及输送装置；3、芯块生坯定长及推料装置；4、成盘装置；5、真空吸盘装置；6、二维机械手；7、钼舟转运及定位装置；8、进料接头；9、平行气缸；10、平行气爪；11、V型槽；12、上料盘；13、真空吸盘；14、交流伺服电机；15、精密行星减速机；16、抬升气缸；17、水平运动气缸；18芯块生坯；19水平输送带；20、钼舟；21、成盘伺服电机；22、丝杠；23、成盘V型槽；24、水平臂；25、竖直臂；26、臂支架；27、水平驱动装置；28、竖直驱动装置；29、水平辊道；30、侧部辊道；31、钼舟托盘；32、连接滑板；33、气缸连接板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种芯块生坯自动装舟装置作进一步详细说明。

如图1所示：一种芯块生坯自动装舟装置，它包括主支架1、芯块生坯转向及输送装置2、芯块生坯定长及推料装置3、成盘装置4、真空吸盘装置5、二维机械手6、钼舟转运及定位装置7；所述的主支架1由水平支架、竖直支架、和与竖直支架一端相垂直的垂直支架组成，所述的主支架1的水平支架上架设有芯块生坯转向及输送装置2，在主支架1的水平支架上还架设有芯块生坯定长及推料装置3，所述的芯块生坯转向及输送装置2的末端和芯块生坯定长及推料装置3相连接；所述的主支架1的竖直支架上架设有成盘装置4，所述的芯块生坯定长及推料装置3的末端与成盘装置4相连接；在所述的主支架1的垂直支架上架设有钼舟转运及定位装置7，所述的二维机械手6跨越架设在成盘装置4和钼舟转运及定位装置7上；所述的二维机械手6的竖直臂25上安装有真空吸盘装置5，

如图2所示：所述的芯块生坯转向及输送装置2的前端设置有进料接头8，成斜坡状，后面连接有水平输送带19。

如图3所示：所述的芯块生坯定长及推料装置3采用平行气缸9连接平行气爪10，下部连接有V型槽11。

如图4所示：所述的成盘装置4上设置有上料盘12，所述的上料盘12上设置有若干条成盘V型槽23。见同期国家申请专利：真空吸盘装置。

如图5所示：所述的真空吸盘装置5采用呈矩阵排列形式的柔性真空吸盘13，其软质材料不含有卤族元素。见同期国家申请专利：成盘装置。

如图6所示：所述的二维机械手6由水平臂24、竖直臂25、臂支架26、水平驱动装置27和竖直驱动装置28构成；所述的水平驱动装置27和竖直驱动装置28是由两组交流伺服电机14和精密行星减速机15组成，所述的臂支架26上架设有水平臂24，在水平臂24上架设有竖直臂25，所述的水平臂24上设置有水平驱动装置27和竖直驱动装置28，分别控制二维机械手6的竖直臂25的水平运动和竖直运动。

如图7和图8所示：所述的钼舟转运及定位装置7上设置有2个抬升气缸16、水平运动气缸17、钼舟20、水平辊道29、侧部辊道30、钼舟托盘31、连接滑板32和气缸连接板33；所述的钼舟转运及定位装置7的与成盘装置4相靠部分的底部设置有水平运动气缸17，在水平运动气缸17的前端连接有气缸连接板33，在气缸连接板33的上部连接有连接滑板32，在连接滑板32的上部设置有2个并排的抬升气缸16，抬升气缸16的上部设置有2个钼舟托盘31，2个钼舟托盘31上放置有钼舟20；在所述的钼舟转运及定位装置7的底部设置有水平辊道29，侧面设置有侧部辊道30；所述的钼舟转运及定位装置7为二维运行方式，所述的抬升气缸16的型号为ADVUL-63-50-P-A，所述的水平运动气缸17的型号为DNC-40-340-PPV-A。见同期国防申请专利：钼舟转运及定位装置。

芯块生坯自动装舟装置主要构成部分功能及动作过程如下：

1、主支架1采用铝合金型材组装。

2、芯块生坯转向及输送装置2：其与旋转成型压机接口，采用坡倒的方式可实现芯块生坯状态转换，由直立到水平。

3、芯块生坯定长及推料装置3：其采用定长推料方式，执行装置采用平行气缸9连接平行气爪10，当光电传感器检测到定长的芯块生坯18时，平行气抓10合拢，夹持最后一块芯块生坯18，平行气缸9前推到位，并同时打开平行气抓10，然后快速回退。

4、成盘装置4：实现芯块生坯18依次装入指定列数、每列指定芯块生坯18个数(定长)的成盘V形槽23中，满足真空吸盘装置5吸取芯块生坯18的要求。

基本动作循环：原位(上料盘12上的第一个成盘V形槽23对正芯块生坯18来料方向V形槽11位置)→(将定长芯块生坯18推入上料盘12第一个成盘V形槽23)→上料盘12正向步进一个成盘V形槽23间距→将定长芯块生坯18推入上料盘12第二个成盘V形槽23……共完成规定次数1的推料与步进(该次数为钼舟20可盛装的芯块生坯列数加一，与上料盘12的成盘V形槽23数量同)，推入规定列数芯块生坯18(首次)→(将钼舟20可盛装的列数的芯块生坯18及时转运，上料盘12余最后一列芯块生坯)→上料盘12反向步进一个成盘V形槽23间距→将定长生坯18推入成盘V形槽23→……共完成规定次数2的推料与步进(该次数为钼舟20可盛装的芯块生坯18的列数)→(将钼舟20可盛装的列数的芯块生坯18及时转运，含上料盘最后一列芯块生坯18)→原位，如此往复；

成盘装置4的驱动装置采用成盘伺服电机21和丝杠22进行驱动。

5、真空吸盘装置5：采用呈矩阵排列形式的柔性真空吸盘13，其软质材料不含有卤族元素。真空吸盘系统合理分配气流，保证全面积区域内气流分配均匀，不得出现个别区域吸取作用力不够的问题。

6、二维机械手6：驱动真空吸盘装置5吸取芯块生坯18后，由正向、反向预装盘区域转运至钼舟20中有效放置区域，并可适应由于钼舟20放置芯块生坯18层数不同而产生的高差；

基本动作循环：第一原位(与正向或反向预装盘区域对应)→驱动真空吸盘装置5下降→真空吸盘装置5吸取芯块生坯18→驱动真空吸盘装置5抬升→驱动真空吸盘装置5平移到位→驱动真空吸盘装置5下降进入钼舟20(随层数增加而递减)→真空吸盘装置5释放芯块生坯18→驱动真空吸盘装置5上升离开钼舟20(随层数增加而递减)→驱动真空吸盘装置5反向平移→驱动真空吸盘装置5下降到原位(与反向或正向预装盘区域对应)。

7、钼舟转运及定位装置7：实现人工上空钼舟20、空钼舟20转运及正确定位、装料后的钼舟20转运。

Claims (3)

1.一种芯块生坯自动装舟装置，其特征在于：它包括主支架(1)、芯块生坯转向及输送装置(2)、芯块生坯定长及推料装置(3)、成盘装置(4)、真空吸盘装置(5)、二维机械手(6)、钼舟转运及定位装置(7)；所述的主支架(1)由水平支架、竖直支架、和与竖直支架一端相垂直的垂直支架组成，所述的主支架(1)的水平支架上架设有芯块生坯转向及输送装置(2)，在主支架(1)的水平支架上还架设有芯块生坯定长及推料装置(3)，所述的芯块生坯转向及输送装置(2)的末端和芯块生坯定长及推料装置(3)相连接；所述的主支架(1)的竖直支架上架设有成盘装置(4)，所述的芯块生坯定长及推料装置(3)的末端与成盘装置(4)相连接；在所述的主支架(1)的垂直支架上架设有钼舟转运及定位装置(7)，所述的二维机械手(6)跨越架设在成盘装置(4)和钼舟转运及定位装置(7)上；所述的二维机械手(6)的竖直臂(25)上安装有真空吸盘装置(5)

所述的芯块生坯转向及输送装置(2)的前端设置有进料接头(8)，成斜坡状，后面连接有水平输送带(19)；

所述的芯块生坯定长及推料装置(3)采用平行气缸(9)连接平行气爪(10)，下部连接有V型槽(11)；

所述的成盘装置(4)上设置有上料盘(12)，所述的上料盘(12)上设置有若干条成盘V型槽(23)；

所述的钼舟转运及定位装置(7)上设置有2个抬升气缸(16)、水平运动气缸(17)、钼舟(20)、水平辊道(29)、侧部辊道(30)、钼舟托盘(31)、连接滑板(32)和气缸连接板(33)；所述的钼舟转运及定位装置(7)的与成盘装置(4)相靠部分的底部设置有水平运动气缸(17)，在水平运动气缸(17)的前端连接有气缸连接板(33)，在气缸连接板(33)的上部连接有连接滑板(32)，在连接滑板(32)的上部设置有2个并排的抬升气缸(16)，抬升气缸(16)的上部设置有2个钼舟托盘(31)，2个钼舟托盘(31)上放置有钼舟(20)；在所述的钼舟转运及定位装置(7)的底部设置有水平辊道(29)，侧面设置有侧部辊道(30)；所述的钼舟转运及定位装置(7)为二维运行方式，所述的抬升气缸(16)的型号为ADVUL-63-50-P-A，所述的水平运动气缸(17)的型号为DNC-40-340-PPV-A。

2.根据权利要求1所述的一种芯块生坯自动装舟装置，其特征在于：所述的真空吸盘装置(5)采用呈矩阵排列形式的柔性真空吸盘(13)，其软质材料不含有卤族元素。

3.根据权利要求1所述的一种芯块生坯自动装舟装置，其特征在于：所述的二维机械手(6)由水平臂(24)、竖直臂(25)、臂支架(26)、水平驱动装置(27)和竖直驱动装置(28)构成；所述的水平驱动装置(27)和竖直驱动装置(28)是由两组交流伺服电机(14)和精密行星减速机(15)组成，所述的臂支架(26)上架设有水平臂(24)，在水平臂(24)上架设有竖直臂(25)，所述的水平臂(24)上设置有水平驱动装置(27)和竖直驱动装置(28)，分别控制二维机械手(6)的竖直臂(25)的水平运动和竖直运动。