核燃料后處理車間用起重機(jī)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)概述

李鈺

摘 要：下旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)是一種以旋轉(zhuǎn)電磁掛梁為吊具的起重機(jī)，通過(guò)固定在掛梁上的電磁鐵，吸取并搬運(yùn)重物。本文在分析下旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，給出了其特點(diǎn)以及組成方案，為進(jìn)一步的設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；特點(diǎn)；組成

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

0 引言

當(dāng)今世界面臨的最大問(wèn)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(diǎn)鈾礦就可以生產(chǎn)數(shù)千兆電力的能源，鈾礦是世界多數(shù)國(guó)家都擁有的一種礦物，資源比較豐富。人類對(duì)核知識(shí)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)有一個(gè)多世紀(jì)了，在此期間專家們?cè)诤祟I(lǐng)域不斷的研究，發(fā)現(xiàn)了許多有益于人類的核能源，對(duì)其他領(lǐng)域也產(chǎn)生了重要的影響。

核能的最大用途就是生產(chǎn)電力，發(fā)展核電已經(jīng)成為我國(guó)滿足電力需求、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措?，F(xiàn)在世界許多國(guó)家，特別是工業(yè)國(guó)家?guī)缀醵加煤四馨l(fā)電。世界16%的電也是通過(guò)核能保障，世界六分之一的電由核電站生產(chǎn)。此外，還可以勘探地下水源，發(fā)現(xiàn)水壩受損或水壩滲水，淡化水，掃雷等。

在核廢料搬運(yùn)過(guò)程中需要使用起重機(jī)，應(yīng)用于核燃料后處理車間封閉環(huán)境中的起重機(jī)，由于其使用環(huán)境比較惡劣，吊運(yùn)精度要求高，普通的起重機(jī)械不能滿足其工作要求，這就需要設(shè)計(jì)研究出用于該特定環(huán)境，具有特定工作性質(zhì)的起重設(shè)備。

1 核燃料后處理車間用起重機(jī)特點(diǎn)

該起重機(jī)用于吊運(yùn)熱室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。熱室是一個(gè)由混凝土澆注而成的封閉空間，熱室內(nèi)存放有強(qiáng)放射性物質(zhì)，同時(shí)熱室內(nèi)充滿了硝酸氣體。

由于該起重機(jī)在放射性和腐蝕性的使用環(huán)境中運(yùn)行，再加上客戶對(duì)該起重機(jī)的具體使用功能提出了特殊要求，所以該起重機(jī)具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：

（1）整車金屬結(jié)構(gòu)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(cuò)軸系大、小車運(yùn)行絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。由于熱室是封閉的，客戶要求大、小車運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須安裝在熱室外面，而起重機(jī)又在熱室內(nèi)部工作，所以只有通過(guò)一套特別的傳動(dòng)系統(tǒng)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和起重機(jī)聯(lián)系起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的大、小車運(yùn)行功能。該傳動(dòng)系統(tǒng)由貫穿件軸系、傳動(dòng)絲杠軸系、傳動(dòng)光杠軸系、換向器等組成，傳動(dòng)系統(tǒng)在熱室內(nèi)部構(gòu)成了空間交錯(cuò)的軸系系統(tǒng)。

（3）上下雙層的小車結(jié)構(gòu)?？蛻粢笮≤嚹軓臒崾翼敳恳粋€(gè)600mm×400mm的孔中被吊裝出來(lái)，所以小車必須采用上下雙層結(jié)構(gòu)。上層小車安裝起升機(jī)構(gòu)，下層小車是U型結(jié)構(gòu)，安裝車輪組等運(yùn)行機(jī)構(gòu)。

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

（5）伺服驅(qū)動(dòng)控制的電氣控制系統(tǒng)?？蛻粢笤撈鹬貦C(jī)的大、小車運(yùn)行精度控制到±1mm，所以電氣控制系統(tǒng)采用的是伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。通過(guò)控制伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和旋轉(zhuǎn)速度，結(jié)合大、小車運(yùn)行的絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，從而滿足了客戶提出的嚴(yán)格運(yùn)行精度要求。

（6）遙控操作方式。該起重機(jī)采用遙控操作方式，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)程序自動(dòng)定點(diǎn)定位運(yùn)行和隨機(jī)手動(dòng)運(yùn)行兩種工作模式。

2 起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）考慮到維護(hù)的需要，將運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與機(jī)構(gòu)分離，安裝在熱室的外部，電機(jī)的位置是固定的，通過(guò)大小車的傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。

（2）由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)在熱室的外部，所以必須通過(guò)貫穿軸才能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與大小車運(yùn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接。貫穿軸是穿過(guò)熱室墻體的傳動(dòng)軸，貫穿軸不僅起到傳遞扭矩的作用，而且還可以起到補(bǔ)償運(yùn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)制造誤差和安裝誤差的作用。

（3）小車運(yùn)行實(shí)現(xiàn)X方向的運(yùn)動(dòng)，大車運(yùn)行實(shí)現(xiàn)Y方向的運(yùn)動(dòng)，起升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)Z方向的運(yùn)動(dòng)。

（4）大、小車運(yùn)行傳動(dòng)方式采用滾珠絲杠副傳動(dòng)。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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為大、小車的直線運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠螺旋副傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、起動(dòng)力矩小、傳動(dòng)靈敏平穩(wěn)、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于大、小車運(yùn)行驅(qū)動(dòng)是單邊驅(qū)動(dòng)，為防止大、小車運(yùn)行出現(xiàn)水平偏移，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)均配備水平輪來(lái)平衡水平面上的偏移力矩。

（5）小車為上下雙小車結(jié)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)與上小車固定聯(lián)結(jié)，下小車實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)行功能，上小車與下小車聯(lián)結(jié)方式采用活動(dòng)式插銷聯(lián)結(jié)方式，可以將上小車與下小車相分離，從而將起升機(jī)構(gòu)從吊裝孔中吊出。

（6）起升機(jī)構(gòu)為非標(biāo)設(shè)計(jì)，采用立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（傳統(tǒng)為臥式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），以縮小其橫向尺寸，便于將起升機(jī)構(gòu)從吊裝孔中吊出。

3 結(jié)論

據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)核物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室專用起重設(shè)備和已建或在建的核電站專用起重設(shè)備以進(jìn)口為主，國(guó)產(chǎn)化水平十分低下，進(jìn)口起重產(chǎn)品花費(fèi)的資金占總起重設(shè)備資金的90%以上。由于核工業(yè)設(shè)備的特殊性，核級(jí)起重機(jī)走國(guó)產(chǎn)化道路勢(shì)在必行，設(shè)計(jì)研發(fā)核燃料后處理封閉環(huán)境用特種起重機(jī)，不僅可以替代同類型進(jìn)口產(chǎn)品，而且可以擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主設(shè)計(jì)開發(fā)創(chuàng)新能力，為核級(jí)起重機(jī)走國(guó)產(chǎn)化道路打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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