放射性核廢物貯運容器柔性自動化生產線研發及應用

侯 斌，馬潤剛，徐達力，劉 強，李武斌

(1.西安生產力促進中心,陜西 西安 710048;2.西安派瑞功率半導體變流技術有限公司, 陜西 西安 710077)

放射性核廢物貯運容器柔性自動化生產線研發及應用

侯 斌1，馬潤剛1，徐達力1，劉 強2，李武斌1

(1.西安生產力促進中心,陜西 西安 710048;2.西安派瑞功率半導體變流技術有限公司, 陜西 西安 710077)

介紹了用于核廢物貯運容器柔性自動化生產線的組成、主要設備柔性化方案，詳細闡述了所采用先進的七層矩形卷邊、小彎曲半徑的折邊、內脹外箍脹筋整形、自動擦桶代替清洗磷化線和以銑代磨產業化生產工藝。生產運行表明：該生產線運行穩定，安全可靠，經濟效益顯著，完全可以替代進口產品，以供本行業技術人員參考與借鑒。

放射性核廢物貯運容器；柔性化方案；產業化生產工藝

0 前言

針對核電站中放射性核廢物處理的需求，研發了一種柔性的放射性核廢物貯運容器自動化生產線，改生產線采用了5種先進的產業化生產工藝，提高核廢物容器制造精度，使核廢物容器制造達到先進的行業水平，推動核廢物容器在核電站的應用，滿足了我國多規格核廢物容器產業化生產的要求。從而保護環境，有利于核能的發展和應用。

1 生產線的組成

該生產線由容器成型設備、傳送裝置和控制系統三大部分組成。其中，容器成型設備由卷圓焊接線、折邊機、脹筋整形機、自動擦桶機、卷邊機、自動卸桶機、噴漆線、固化線、印字機、250 t沖床、預卷噴膠機、滾箍機和13套底蓋模具等組成；傳送裝置由6條輸送機、翻桶機、以及上、卸料機械手等組成；它們依靠自動控制系統來完成確定的工作循環。

2 生產線主要設備柔性化設計方案

某放射性核廢物貯運容器有7中規格品種，要求在一條生產線上完成。為適應這些規格的材質、料厚、直徑、容器高度、開口形式等結構參數的變化，整條生產線和設備(機床)部件應具有充分的可調變性，實現生產線的快速(4小時內)可調整即柔性化，在生產線具備柔性化功能的同時，還要操作簡單、實用和方便。

具體是在柔性化生產線上的折邊機、脹筋機、整形機、擦桶機、卷邊機、預卷噴膠機、銑邊機等設備和生產線上的工件輸送機構(機械手)采用軸向和徑向可調或可換的總體和部件設計，凡涉及被加工工件結構和作用尺寸的零部件設置有螺紋副調整機構、T型槽位移調整機構、長槽位移調整機構、鉸鏈接機構、銷定位或止口定位互換裝置、半瓦連接互換裝置、分體式結構互換裝置、交換齒輪互換裝置等零部件調整和更換環節，在機械、液壓、氣動等動力系統的作用下，通過控制系統的集中控制，對各項參數進行迅速調變。

在生產線上包括個單機和輸送機構(機械手)中設置必要的調整環節，運用PLC及單片機等控制技術對動力部件的工作位置、作用尺寸、工作壓力、運動速度、循環程序等功能參數進行快變、快換或快調，實現核廢物貯運容器自動化設備柔性化。

3 采用的先進產業化生產工藝

3.1 七層矩形卷邊工藝

近幾年來，德國、法國等國家率先在一些較重要的領域，使用了七層矩形卷邊工藝鋼桶容器代替傳統的七層圓形卷邊結構。從力學強度方面考慮，七層矩形卷邊截面積更大，強度更好，耐沖擊能力更強。在實驗中，七層矩形卷邊與七層圓形卷邊相比，性能提升也非常大。為了實現七層矩形卷邊，進行了多次工藝試驗和對德國進口卷邊機的研究，摸索出了七層矩形卷邊工藝的基本流程，設計了四導柱式六頭卷邊機，采用第一道滾輪預卷，滾輪槽型較小；第二道滾輪卷邊，滾輪槽型較大；第三道滾輪整形，滾輪為矩形槽。三道滾輪實現了矩形卷邊的最后結構和形狀，取得了較好的效果。

圖1 六頭四導柱式卷邊機Fig.1 Six heads four guide pillar curling machine

3.2 小彎曲半徑的折邊工藝

如圖2所示，某320 L核廢料容器要求工件上沿及下沿折邊彎曲半徑尺寸均為R3.5 mm，而國內現在使用傳統的擠壓折邊工藝其擠壓折邊彎曲半徑尺寸均為≥R8 mm。該生產線容器折邊采用旋壓折邊成型技術，即為液壓傳動旋壓成型板邊，帶有獨立的電器驅動和液壓操作的對中裝置，成型和對中心定位機構分別可調，以適應柔性化生產的需要。工件(容器)連同主軸大盤、定尺隔圈、偏心盤一起旋轉，上滾輪下壓，上滾輪接觸到工件后，偏心盤在上滾輪壓力下旋轉，而偏心盤受到向下的壓力后導致軸心下移，同時使工件進入折邊成型，直至達到規定形狀和尺寸。上滾輪行程到位后，反向往上移動，偏心盤在彈簧作用下，帶動已完成的折邊成型工序的工件。滾壓折邊重復精度可達±0.1 mm。

圖2 320 L核廢料容器Fig.2 320 L nuclear waste container

3.3 內撐外箍脹筋整形工藝

由于核電站用來轉運核廢物容器的機械手對容器的脹筋形狀和筋的精度要求較高，且工件的材質較硬和料厚較厚。該核廢物容器要求不但要脹制在容器內表面向外擠出突起的環形筋，還要脹制在容器內表面向內擠出突起的環形筋(2 mm厚不銹鋼W型筋)。而國內目前還沒有用脹制工藝加工W筋的報道，普遍采用滾制加工的方法。為了適應厚料(料厚3 mm)、不等距大筋(料厚1.5mm)、不銹鋼材質以及復雜大筋形狀(料厚2.0 mm W筋)的脹筋加工，經過計算和試驗，在國內首創性提出了內撐外箍脹筋整形脹壓新工藝，將脹筋工序和整形工序同時進行，一次性完成。不僅能脹制復雜W筋，而且使核廢料容器加工精度達到了±0.5 mm。

圖3為 XJY2012 型脹筋整形機。該機型脹筋部分采用脹壓工藝，立式結構、地坑式布置、全部動力由液壓裝置提供。床身由鋼板焊接結構的主機架構成，主機架中的主軸滑動導套采用了潤滑系統。工作油缸的活塞桿與成型工具的主軸相連接，工作油缸下移時，脹形機構驅動12瓣脹膜體完成徑向進給運動，實現桶身環筋的脹形。

主機設計采用可調式方案，以達到更換成型工具滿足不同規格鋼桶(直徑：385～710 mm；料厚：0.8～3mm)的要求。

圖3 XJY2012 型脹筋整形機Fig.3 XJY2012 type bilge reinforced plastic machine

3.4 自動擦桶代替清洗磷化線

全自動擦桶機包括毛刷、機架、氣缸、導向座、導向防轉桿、行程限定機構以及桶身支承輪等。通過氣缸帶動毛刷作直線往復運動，桶身支承輪帶動鋼桶桶身旋轉，從而自動完成桶身內、外表面的清潔工作，通過控制氣缸的行程可適用于不同桶高的鋼桶。全自動擦桶機生產效率高，投資小、較原先的清洗磷化線節省生產成本30%～40%。

3.5 以銑代磨工藝

采用銑邊工藝實現了與全自動生產線的聯線，屬國內首創。設計有防止刀具切入或切出時撕裂鋼板，出現打角現象的鋼板輸送自動變速機構；動力頭偏移角裝置及防止板材在銑削過程中抖動或上翹的壓料裝置；45°大前角，卻削負荷小的四面刃端面銑刀盤；設置有四路位移測量系統，可視性顯示銑頭的調節量，實現了銑頭的精確調整，適應不同厚度板材的生產。

4 運行情況

本生產線于2013年1月在中國核工業華興建設有限公司揚州加工廠進行了安裝調試，調試順利成功。2013年4月24日正式開始生產至今，經過了23個月的生產考核，實踐證明，研發是成功的。所有生產的5種規格的產品達到課題任務書的目標。生產線運行可靠、平穩，工藝流程設計合理、操作便捷、電氣系統及液壓系統工作可靠，實現了機、電、液、氣一體化設計，綜合評價用戶滿意。

自生產投產后，具有明顯的經濟效益和社會效益。并獲國家實用新型專利2項，專利號：ZL201320521130.0和ZL201520352319.0，已有中核集團某燃料元件有限公司定制了一條核元件容器生產線。

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Research and application of flexible automation production line for radioactive nuclear waste storage container

HOU Bin1，MA Run-gang1，XU Da-li1， LIU Qiang2，LI Wu-bin1

(1.Xi’an Productivity Promotion Center，Xi’an 710048，China；2. Xi’an Pai Rui Power Semiconductor Converting Technology Co., Ltd., Xi’an 710077，China)

This paper introduced the component, key equipment flexible program of radioactive nuclear waste storage container flexible automation production line. The content elaborated the advanced 7 levels rectangle crimping, small bending radius edgefold, assortments of outer hoop reinforcement in plastic, automatic brush barrels instead of rinsing parkerising line, and milling instead of grinding in technique. The operation shows that the production line is stability, safety and reliability, economic profits, and can completely replace imported products.

radioactive nuclear waste； storage container；flexible program

2015-07-28；

2015-10-12

侯斌(1962-)，男，高級工程師，主要從事鋼桶設備的研發工作。

TL941

A

1001-196X(2016)04-0017-04