核廢料處理裝置功能設計及結構性穩定性研究

袁徽涌，楊磊，趙曉龍

（北京軒宇智能科技有限公司，北京 100086）

隨著我國基礎設施的大力建設，核能工業作為惠及民生的重要產業也得以大力發展。核能產業中，由于核能原料的危險性，所以對于生產過程的后處理一直都是設計研發的重點。

1 設備功能介紹

隨著智能化技術以及先進制造業水平的提高，大型智能機械設備的開發越來越普及化，高度的集成設備能夠根據實際的功能需求實現個性化的設計，進而有效地保證生產活動的安全性能。本文在核廢料處理的危險性背景下，開發了一種針對核廢料處理的轉運傳輸應用設備。這種特殊設備將作為核工業廢料的轉運裝置，從功能上完整地實現了廢物轉運傳輸的全流程。在安全性能上，突出了人與廢料之間間接接觸環節中的手套箱的優化設計。在穩定性上，通過強有力的定位組件、框架結構以及底板架構等功能模塊設計保證了設備運行的結構安全，從而保證了整個轉運傳輸裝置的安全、平穩運行。

2 轉入艙輸送裝置

升降裝置作為空間變化的重要組成裝置，是在縱向實現廢料的準運傳輸以及位置的變化。在設計的過程中，特意強調了與結構柱之間的關聯關系，保證了傳輸的穩定性。快換電機的安裝總成主要是通過水平升降調節裝置滑動固定在平移機構的上方。貨叉機構主要是將工業廢料貨物有效地進行叉拾，保證核廢料的運輸穩定性，并且在預定軌道內實現水平路徑的轉移。定位組件為水平方向上的位置參考點，能夠有效地在水平傳輸過程中，進行位置定位。并且在水平路徑的轉移過程中，進行結構性的位置固定。

根據機械設計裝置的參數列表，輸入參數類型主要有設計負載、升降行程、貨叉伸縮行程、貨叉升降速度以及貨叉伸縮速度等參數，參數列表見表1所示。

表1 轉入艙輸送裝置初始輸入參數表

機械裝置的升降傳動過程中會有很多的機械設備聯動過程，涵蓋電機、渦輪蝸桿減速器，其性能參數表如表2所示。

表2 升降傳動系參數表

扭矩計算：

升降所需扭矩為：

考慮到啟動加速度，升降扭矩需按照1.1倍計算。

所需驅動電機扭矩：

選擇AM8542-wFyz電機，電機轉速1800rpm時，電機額定輸出扭矩3.9Nm。

貨叉伸縮計算過程：

在貨叉的伸縮過程中，涵蓋電機、減速器和換向器等內容參數，升降傳動系參數表如表3所示。

表3 升降傳動系參數表

所需驅動電機扭矩M1：

結合扭矩及應用空間，通過選型手冊，依據電機的實際性能情況進行電機的性能參數選取。

選擇AM8542-wFyz電機，電機轉速800rpm，電機額定輸出扭矩M電=4.0Nm

電機扭矩裕度：

結論扭矩可滿足使用需求。

速度計算：

設備在電機轉速160rpm最大工作伸縮速度v=10.0mm/s；

設備在電機轉速800rpm最大伸縮速度v=50.2mm/s。

3 過渡艙定位裝置

過渡艙定位裝置由葫蘆固定座、手輪葫蘆、底板、平臺框架、起吊立柱、定位塊、地腳板組成。這部分的功能裝置能夠實現對托盤上料的導向定位進行承載，方便組件被叉取，同時也可以對托盤進行起吊。該裝置成為轉入艙以及操作箱輸送裝置的樞紐。通道定位裝置由定位塊、底板、地腳板組成。

其中，平臺框架是維持整個結構穩定性的重要載體，確保整個裝置的運行穩定。平臺框架采用“門”式結構，最大程度地保證裝置在提升過程中的結構運行穩定工況。下方通過地腳板實現受力的均勻分布，將受力構件均勻地通過地腳板分布到地面中。手輪葫蘆以及固定底座共同組成了貨物轉運傳輸的提升裝置。

4 手套箱裝置設計

在核廢料裝置運行的過程中，為了有效地杜絕原子輻射，在設備的設計功能上全部進行密封設計。以防止核輻射的泄漏以及人員操作。設置了手套箱，最大程度地降低由于核輻射所產生的影響，方便人員操作。

手套箱外側設置轉入口，轉入口是手套箱裝置內部與外界之間的屏蔽門。這部分區域同樣也是托盤區的裝入口。當托盤裝入后即關閉艙門。艙內此時就是轉運裝置，當裝置整體進入托盤區內部后，內部的運行通過滾輪導向將托盤滑動到指定的定位結構處，并且觸碰限位開關，最終由貨叉實現貨物的運轉。并且將托盤托起轉移到緩存工位。同時，為了安全性能起見。手套箱兩側的圓孔上同時設有密封的手套，手套應用的隔板為透明玻璃板，能夠對手套箱手套孔對設備進行操作和維修，并且極大地保證了運行的安全性能。

5 結語

核能工業已經成為我國巨大的應用產業，并且是惠及民生的重要支柱性產業。作為高級危險品，對生產過程的后處理是重要的組成部分。隨著我國現代化機械產業建設的提升。機械設計的功能性實現越來越重要，本文根據核廢料處理的功能需求作為切入點，開展各個功能模塊的裝置設計。尤其是對于裝置的結構穩定性運行提出了許多關鍵的功能模塊節點，最大程度地保證了設備安全、穩定地運行，為行業的發展提供了橫向參考。