核燃料后處理車間用起重機特點及設計概述

李鈺

摘 要：下旋轉電磁掛梁起重機是一種以旋轉電磁掛梁為吊具的起重機，通過固定在掛梁上的電磁鐵，吸取并搬運重物。本文在分析下旋轉電磁掛梁起重機現狀的基礎上，給出了其特點以及組成方案，為進一步的設計奠定理論基礎。

關鍵詞：起重機；特點；組成

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.028

0 引言

當今世界面臨的最大問題之一就是能源短缺，像石油、天然氣和煤炭，這些化石燃料不但是污染源，而且終將耗盡。但是，核能源就不一樣，它是一種用一點鈾礦就可以生產數千兆電力的能源，鈾礦是世界多數國家都擁有的一種礦物，資源比較豐富。人類對核知識的認識已經有一個多世紀了，在此期間專家們在核領域不斷的研究，發現了許多有益于人類的核能源，對其他領域也產生了重要的影響。

核能的最大用途就是生產電力，發展核電已經成為我國滿足電力需求、優化能源結構、保障能源安全，促進經濟持續發展的重大戰略舉措。現在世界許多國家，特別是工業國家幾乎都用核能發電。世界16%的電也是通過核能保障，世界六分之一的電由核電站生產。此外，還可以勘探地下水源，發現水壩受損或水壩滲水，淡化水，掃雷等。

在核廢料搬運過程中需要使用起重機，應用于核燃料后處理車間封閉環境中的起重機，由于其使用環境比較惡劣，吊運精度要求高，普通的起重機械不能滿足其工作要求，這就需要設計研究出用于該特定環境，具有特定工作性質的起重設備。

1 核燃料后處理車間用起重機特點

該起重機用于吊運熱室內的實驗設備。熱室是一個由混凝土澆注而成的封閉空間，熱室內存放有強放射性物質，同時熱室內充滿了硝酸氣體。

由于該起重機在放射性和腐蝕性的使用環境中運行，再加上客戶對該起重機的具體使用功能提出了特殊要求，所以該起重機具有以下幾個顯著特點：

（1）整車金屬結構材料采用不銹耐酸鋼，非金屬材料采用耐腐蝕、耐輻射材料。

（2）空間交錯軸系大、小車運行絲杠傳動系統。由于熱室是封閉的，客戶要求大、小車運行的驅動電機必須安裝在熱室外面，而起重機又在熱室內部工作，所以只有通過一套特別的傳動系統，將驅動電機和起重機聯系起來，才能實現起重機的大、小車運行功能。該傳動系統由貫穿件軸系、傳動絲杠軸系、傳動光杠軸系、換向器等組成，傳動系統在熱室內部構成了空間交錯的軸系系統。

（3）上下雙層的小車結構。客戶要求小車能從熱室頂部一個600mm×400mm的孔中被吊裝出來，所以小車必須采用上下雙層結構。上層小車安裝起升機構，下層小車是U型結構，安裝車輪組等運行機構。

（4）高定位精度。該起重機的大、小車運行定位精度達到了±1mm，起升定位精度達到了±2mm。

（5）伺服驅動控制的電氣控制系統。客戶要求該起重機的大、小車運行精度控制到±1mm，所以電氣控制系統采用的是伺服驅動控制技術。通過控制伺服驅動電機的旋轉圈數和旋轉速度，結合大、小車運行的絲杠傳動系統，從而滿足了客戶提出的嚴格運行精度要求。

（6）遙控操作方式。該起重機采用遙控操作方式，可以實現預設程序自動定點定位運行和隨機手動運行兩種工作模式。

2 起重機總體結構設計

（1）考慮到維護的需要，將運行機構的驅動電機與機構分離，安裝在熱室的外部，電機的位置是固定的，通過大小車的傳動裝置實現機構的運行。

（2）由于驅動電機在熱室的外部，所以必須通過貫穿軸才能實現驅動電機與大小車運行傳動機構的連接。貫穿軸是穿過熱室墻體的傳動軸，貫穿軸不僅起到傳遞扭矩的作用，而且還可以起到補償運行傳動機構制造誤差和安裝誤差的作用。

（3）小車運行實現X方向的運動，大車運行實現Y方向的運動，起升機構實現Z方向的運動。

（4）大、小車運行傳動方式采用滾珠絲杠副傳動。將滾珠絲杠副的螺母副分別與大、小車固定為一體，這樣就將絲杠副的旋轉運動轉換為大、小車的直線運動。滾珠絲杠螺旋副傳動具有傳動效率高、起動力矩小、傳動靈敏平穩、工作壽命長等優點。由于大、小車運行驅動是單邊驅動，為防止大、小車運行出現水平偏移，大、小車運行機構均配備水平輪來平衡水平面上的偏移力矩。

（5）小車為上下雙小車結構，起升機構與上小車固定聯結，下小車實現小車運行功能，上小車與下小車聯結方式采用活動式插銷聯結方式，可以將上小車與下小車相分離，從而將起升機構從吊裝孔中吊出。

（6）起升機構為非標設計，采用立式結構設計（傳統為臥式結構設計），以縮小其橫向尺寸，便于將起升機構從吊裝孔中吊出。

3 結論

據調研，目前國內核物質實驗室專用起重設備和已建或在建的核電站專用起重設備以進口為主，國產化水平十分低下，進口起重產品花費的資金占總起重設備資金的90%以上。由于核工業設備的特殊性，核級起重機走國產化道路勢在必行，設計研發核燃料后處理封閉環境用特種起重機，不僅可以替代同類型進口產品，而且可以擁有自主知識產權和自主設計開發創新能力，為核級起重機走國產化道路打下堅實的基礎。

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