垂直输送

垂直输送（精选三篇）

垂直输送 篇1

关键词：水下维修,精确输送,核电,丝杠传动

0 引言

根据国内外核电厂的运行经验, 核电设备尤其是核反应堆设备由于受各种因素的影响, 如高温高压、高速水流冲击、大剂量辐照、高频振动等恶劣的工作环境, 设备制造缺陷, 结构设计问题以及长期运行的老化, 不可避免地会出现故障甚至失效。为了减少因设备故障失效而造成的非正常停堆及其它设备损伤, 减少因此带来的经济损失, 提高核电厂的利用率, 核电厂的在役维修设备必不可少。

本文所涉及的维修设备是反应堆堆内构件在役维修专用设备。由于堆内构件长期工作在高放射性环境中, 其本身带有高放射性, 所以整个维修工作需要在具有足够屏蔽水层的水下完成, 工作人员不能近距离接触, 需要从水面以上输送相关维修工具至水下, 并精确定位于检修工位。整个过程需要有足够的自动化, 以减少人为差错和提高设备效率缩短维修时间。

该类设备曾经在西屋电气为秦山核电一期辐照监督管改造和秦山核电公司为巴基斯坦恰希玛一期辐照监督管改造中所使用[1]。西屋电气和秦山核电公司的输送系统采用水下伺服电机 (水下电机和旋转编码器) -减速机-齿轮齿条的传动链, 其齿轮齿条固定安装, 伺服电机带动升降平台做垂直往复运动[2]。但水下 (伺服) 电机在10 m多深水中的可靠性很难保证, 减速机和齿轮齿条在水下几乎没有润滑, 磨损会很严重, 甚至在工作中失效。

本文基于对该维修设备的要求和同类设备的分析对比, 设计出一套基于滚珠丝杠传动的水下远距离精确垂直输送系统。通过对设备的传动系统、驱动控制系统、人机界面的设计, 达到维修设备所需的水下远距离高精度定位的功能。

1 堆内构件吊篮筒体的维修

此维修设备主要用于反应堆堆内构件吊篮筒体 (如图1) 的维修, 其技术可应用于整个堆内构件的维修。反应堆堆内构件吊篮筒体一般直径大于3 m。高度大于6 m, 维修时加上辐射屏蔽水层, 操作高度将超过9 m。如图1中堆内构件吊篮筒体及其两个典型维修对象———幅板螺钉的改装和辐照监督管的改造。

无论是幅板螺钉改装还是辐照监督管改造, 都需要从吊篮筒体径向方向 (侧面) 对筒壁上的物件进行操作。所以维修设备将提供一个移动维修平台, 承载不同的维修工具, 如螺钉安装工具、攻丝工具、水下电火花加工工具等, 这些工具的重量在50~200 kg之间, 平台设计承载为300 kg。此维修平台要求二次定位精度需达到±0.10 mm, 以确保一次定位后, 每次到达该维修工位的位置不变。维修平台的最小移动量为0.01~0.02 mm, 以适合位置微调。

2 设备设计

2.1 总体设计

维修设备由可支承在吊篮顶部的工作平台和带有移动维修平台的垂直输送系统组成 (如图2) 。工作人员可在工作平台上进行一些操作, 同时依靠移动维修平台将维修工具定位到需要的维修工位处。整个维修设备将有2/3浸没在水中。

由于水下运行的特殊性, 系统中许多零部件需要应对腐蚀、润滑和防水等多种问题。设计中尽量避免关键部件浸入水中, 如驱动电机和支承轴承。所以垂直输送系统传动采用上置伺服电机和减速机, 下接丝杠进行传动, 最终由丝杠螺母带动移动维修平台做上下直线运动。

丝杠采用滚珠丝杠, 虽然比梯形丝杠失去了自锁的能力, 但其动摩擦极小, 这样即避免水下润滑摩擦问题又提高运行精度。丝杠表面镀以黑铬配合不锈钢滚珠, 将极大增强丝杠的水下耐腐蚀性能 (由于设备仅仅用于维修, 实际工作时间很短, 大约仅为1~2个月) 。

上置的伺服电机、减速器和支承轴承位于水面上方, 相对于水下电机、减速器和齿轮齿条驱动, 极大地简化了设计, 降低了器件要求, 提高了驱动设备的可靠性。同时伺服电机和丝杠组成的传动链的传动精度将更高, 即使是后续在半开环控制的情况下, 也能满足定位要求。

2.2 滚珠丝杠传动系统

传动系统主要由高精度 (精度为C7) 的滚珠丝杠、上端的角接触轴承和下端的深沟球轴承及轴承座组成。高精度的滚珠丝杠可以保证设备一次和二次的定位精度, 同时在水下润滑不充分的情况下也能保持传动链较低的摩擦因数。此设备中的丝杠长约8 m, 由于丝杠加工限制, 丝杠的长径比一般不能大于100:1, 为了结构上的紧凑, 此处选择准80 mm的滚珠丝杠。计算得, 此丝杠轴的压曲载荷P1=η2 (d14/lb2) ×104=44 k N, η2是与安装有关的系数, 容许拉伸压缩负荷P2=111d12=605 k N, 可见丝杠极限承载远大于在最大负载下加速上升时丝杠上的最大轴向载荷5.3 k N[3]。丝杠的直径与承载能力成正比, 所选滚珠丝杠的承载能力远大于其实际的负载, 可进一步提高滚珠丝杠的耐用性。

丝杠两端的轴承中, 下端的轴承将浸没在水中———润滑条件差并需要防腐, 上端的轴承则在水面上方可按照常规情况考虑, 所以设计中丝杠及其负载都由上端的一套面对面角接触轴承承担, 下端的不锈钢深沟球轴承仅限制丝杠的径向移动, 没有轴向负载。这是一种“固定-支承”丝杠轴竖直使用的轴端安装方式 (λ2可取15.1) [3]。

对于长丝杠, 其转速会因共振而受到很大限制, 需综合考虑丝杠直径、导程和轴端安装方式, 以得到所需要的直线运动速度。此处, 得到丝杠轴危险速度所决定的容许转速[3]N1=λ2 (d1/lb2) ×107=176.3 r/min, 其中:d1为丝杠轴底径;lb为轴承安装间距;λ2为安装相关的系数。DN值所决定的容许转速N2=70 000/D=853.7 r/min, 其中:D为滚珠间距圆直径。如此, 丝杠轴最高转速为176 r/min, 考虑到丝杠轴的导程为40 mm, 那么移动维修平台的最大速度为117.6 mm/s, 满足设计要求。

2.3 驱动控制系统

驱动控制系统的减速伺服电机位于丝杠轴顶部, 扭力臂型式安装, 扭力臂一端搭在轴承座支架上。由于整个垂直输送系统有2/3浸没在水中, 难以布置长距离高精度的位置传感器--检测移动维修平台的实时位置, 只能通过伺服电机编码器来反馈平台位置。此伺服电机高速轴端带有一个多圈绝对值编码器, 圈数为4096圈, 分辨率为1024。根据平台行程 (7.4 m) 、丝杠导程和电机减速比, 绝对值编码器可以覆盖平台移动的整个距离。工况所需的编码器圈数nb=Ls/Ph×i=3541<4096, 其中:Ls为平台行程;Ph为丝杠导程;i为电机减速比19.143。工况所需的编码器分辨率B=Ph×A/Smin=209<1024, 其中:A为i-1;Smin为平台最小移动量。计算验证了所选伺服电机编码器圈数和分辨率符合要求。采用绝对值编码器可以省去每次开启设备后的对零问题并保证设备定位的重复精度。

由于设备运行环境特殊, 系统只能通过伺服电机编码器的反馈信号对移动平台的位置进行控制, 伺服电机转矩输出后, 减速器和丝杠螺母的传动形成开环部分, 这样构成了一个半开环的反馈系统, 开环部分的运行精度只能依靠机械传动自身精度保证。在后续试验中, 通过三维激光跟踪仪的多点空间位置采集和伺服电机编码器位置反馈数据, 得出输送系统移动维修平台的二次定位精度能够达到±0.10 mm, 最小移动距离为0.01~0.02 mm的结果, 符合设备需求[4]。

2.4 平台运动控制的人机界面

电气控制系统安装在立式机柜内, 放置在维修池边。机柜上部嵌有触摸显示屏, 显示移动维修平台位置信息、各传感器信息和控制状态。通过直接输入“目标位置”或“微调”移动量, 即可到达所需位置, 十分便捷 (如图4) 。

3 结语

通过对垂直输送系统的传动、驱动控制和人机界面的设计, 给出了一整套水下远距离精确垂直输送的方案, 各项指标满足需求。此输送系统同时能够提供移动维修平台上维修工具两个水平方向上的移动定位、电气液的长距离供应和远程水下视频监控。该系统的设计为核电厂堆内构件乃至核电厂水下维修提供了一个定位精确、运行可靠、适用性广的综合水下移动维修平台。

参考文献

[1]王成林, 陈梁, 袁智超, 等.基于COSMOSWorks的HDS桁架整体变形分析[J].机械工程师, 2012 (12) :112-115.

[2]王成林, 核电站水下修复项目HDS关键技术研究[D].杭州:浙江工业大学, 2008.

[3]THK No.501C[Z].HK Co., Ltd, 2011.

[4]翁志敏.三维激光跟踪仪在核电维修设备制造检验中的应用[J].机械研究与应用, 2014 (6) :73-75.

垂直输送 篇2

关键字：波状挡边带式输送机；波状挡边 横隔板；驱动装置；集中润滑

国内某项目拟采用德国MME转炉配套的波状挡边带式输送机系统，原系统德国设计要求高可靠性，免维护等特点。经多次交流，综合分析提出按：国内高水平专业工程师设计图纸，需取得德国设计专家认可。主体皮带德国进口，其余均有国内配套的方式。本文就该方案的一些设计要点做一初探，算是抛砖引玉，恳请各行业人员批评指正。

1.整体设计符合德国手册

世界上最早发明波状挡边皮带的是位于德国莫尔斯市的，原舒尔茨公司，现在是德国大陆集团康迪泰克FLEXOWELL输送带事业部。他们是波状挡边皮带的鼻祖，拥用FLEXOWELL多项专有技术。因此波状挡边带式输送机系统的设计、整机设计和主要零部件均满足德国康迪泰克FLEXOWELL的各项要求，并充分考虑了物料特性和设备所处的具体环境工艺状况、各功能单元和零部件的选择以及附属设备与物料特性、使用工艺环境条件相适应，结构紧凑、操作维护方便、防腐性能好、高效环保、零部件及功能单元配型合理、互换性好。这是总体设备达标的首要条件和设计基础。

2.皮带

原考虑用国产带方便，经分析：最终还是采用的国进口FLEXOWELL胶带。

现有中国波状挡边皮带与国外类似产品有部分的差异，现将问题列举如下：

2.1.基带强力规格混乱，布层数过多

目前我们国内皮带生产厂家多以“平方米数”报价，布层越多，平方数也就越多，利润越大，但从技术性能角度来说，波状挡边皮带的强力一般选不小于10倍的安全系数即可，比如皮带要求800N/MM力即可，皮带生产厂家会提供 EP100/NN100 * 8层布，在国外会被认为这是极为不合理的浪费，因为EP200/NN200*4层布是完全可以满足带体强力要求的。

2.2.波状挡边皮带的基带部分无横向刚性结构

传统的平带需要成槽性，但波状挡边皮带却需要足够的横向刚性。波状挡边皮带的受力主要来自压带轮与皮带空边接触部分，如果没有充足的横向刚性，整条皮带即会变形，从而与托辊、压带轮进行磨擦，过早的损坏波状挡边与隔板。另外，当波状挡边皮带无充足的刚性时，皮带中间部分会塌陷，从而造成短托辊与皮带空边极度的磨损，从而会导致波状挡边皮带空边开裂的现象。

2.3.大部分皮带的胶料配方性能较低，带体寿命较短

国内市场价格战的因果，低端产品竞争白热化。

3.驱动单元驱动装置

波状挡边带式输送机系统的输送能力、驱动功率及输送带张力按照德国标准计算并参考中国标准，确定的规范与方法设计计算。以“整体优化、主参数合理”的原则确定，驱动功率按带式输送机不利条件确定，输送带张力由六种工况的计算结果决定，即：满载起动、运行、制动和空载起动、运行、制动。

主动动力：变频电机 +减速机+联轴器

主动动力：采用变频德国品牌电机+西门子FLENDER（或SEW减速器）+联轴器。

变频器可使运输机按照设定的速度曲线平稳起动，实现软起动。 （1）优点：①软起动、软制动性能良好②没有漏油的麻烦 ；③可以实现多台电机的功率平衡；④可以变速运行，调速范围大。

4.滚筒

采用合金钢轴+热处理+探伤等工艺。保证强度及疲劳寿命。轴承为进口NSK；或SKF轴承，保证寿命；采用陶瓷包胶滚筒技术。滚筒带PT100温度检测元件，滚筒采用焊接筒体或铸焊结构。满足扭矩和合张力的要求。传动滚筒输出轴端部加螺栓固定挡板，同时补做减速机侧轴端固定挡板，以防止联轴器在轴向滑动。筒体焊接后，要对其焊缝进行超声波和X光探伤检查，以确保焊接质量。装配后，要进行静平衡实验。 静平衡精度G40。滚筒的工作小时数为50000小时以上。滚筒表面胶层的形成方式为陶瓷铸胶覆面，胶层厚度不小于14mm，表面胶层硬度不得低于邵氏65度。滚筒的轴为锻件，采用通轴结构。在最大载荷条件下，轴在轴承座之间的挠度小于1/2500（滚筒筒皮的刚度不包括在内）。轴的保证与滚筒轴承的性能相适应，且许用扭矩和合力保证满足设计要求。

5.托辊

托辊采用大游隙轴承，迷宫方式密封，冲压式轴承座，轴承座内充锂基润滑脂；保证两轴承有良好的同心度。冲压轴承座，使用冲压板材，要求冲压轴承座与托辊辊体间采用二氧化碳气体保护焊焊接。保证使用要求：使用JRC，洛美嘉，三岛，大马等国际品牌。承诺托辊的有效寿命不低于4万小时，其损坏率不超过8%。托辊提供在实验室条件下的托辊旋转摩擦阻力系数，并且同时提供与测试条件和计算方法有关的说明资料。托辊的其它部分（如：润滑脂、密封、钢管等）的设计应该满足轴承转动寿命。托辊在装配后，要进行抽检，性能检测项目有：防尘、防水、旋转阻力、轴向窜动、径向跳动等。托辊的主要技术性能参数： 运行阻力系数 ≤0.019，外圆径向跳动 ≤0.5mm，轴向位移量≤0.25mm。 使用寿命：4万小时

6.结束语

众所周知，波状挡边挡边带是输送行业中的特种带，全球市场已经涌现出几家知名企业引导着市场的发展，如德国的FLEXOWELL、英国的SBS、美国的胶带服务公司、日本的BANDO等优秀企业。中国几家特种胶带商也在不断进步。但是，该机在我国仍然很年青，起步才近30年左右，刚打好基础，今后还有许多工作要做，有许多后续产品要开发，还要大力进行宣传。

7.参考文献

[1] 张静波、夏炎，起重运输机械，1989，第9期，9。

垂直输送 篇3

在设计快速拆装工具时,本文利用了发明问题解决理论TRIZ(The Theory of Innovation Problems Solving)中的冲突解决理论,确定出拆装工具欲改善的参数及其随之恶化的参数,然后查找阿奇舒勒矛盾矩阵,得到推荐的发明原理,最终得到最理想的解决方案。

一、现有问题分析

如图2所示,螺旋垂直输送机更换损坏的链板,需要把受损链板运到末端或前端,让其自然下垂从而使链板与防磨导条脱离,另一端采用锤头和销冲把固定的两块链板的销轴取出,确定好新链板的位置后,再把销轴冲进去。这种更换方法有两大缺点:一是空间有限但至少需要两人进行配合,一人扶住链板,一人进行拆装,不但不方便,而且锤击时销冲易碰到手,造成人身伤害;二是螺旋垂直输送机输出端高度达9.65米,两个人在高处更换损坏链板极其不方便,销轴容易落到地面上进而增加故障修复时间,维修人员也存在高处坠落的危险。显然,拆装工具的“体积”作为系统需要改善的特性,与拆装工具的“长度”、“强度”、“可靠性”存在技术冲突。为此,迫切需要一种操作方便、平稳、快速、安全的链板拆装工具。

二、解决方案的产生

1. 冲突矩阵的建立与一般解的产生

选择阿奇舒勒矛盾矩阵“运动物体的体积”作为系统需改善的特性,把“运动物体长度”、“强度”、“可靠性”三个参数作为对应恶化的特性。改善的特性与恶化的特性在阿奇舒勒矛盾矩阵的交汇处即为所需要的发明原理,如表1所示。表1所得到的发明原理序号,即为阿奇舒勒矛盾矩阵所推荐的发明原理,也就找出了问题的一般解,如表2

2. 拆装工具特定解的产生

表2得到的是一般解,通过对一般解的分析,发现可以利用的原理为1分割原理,4不对称原理,7嵌套原理,11预置防范原理,14曲面化原理。

根据1分割原理,可考虑将拆装工具分成手持部分、传动部分、定位部分,各部分能组装成一个整体

根据4不对称原理,传动部分采用棘条结构原理,当摇杆顺时针摆动时,铰接在杆上的棘爪插入棘条的齿内,使棘条向前移动当摇杆无动作时,棘条静止不动,摇杆作连续的往复摆动时,棘条便得到单向的间隙移动。棘条上下两面设计为不对称结构,一面有棘齿,一面光滑,当棘爪与有棘齿一面配合时,棘条向前运动,完成销轴的拆装;棘爪与光滑一面配合时,方便棘条的复位。

根据7嵌套原理,把棘爪放入手持部分钣金件的空腔中。

根据11预置防范原理,拆装工具的定位部分焊接加强筋,增加拆装工具的强度。

根据14曲面化原理,棘条整体结构为圆柱形,方便棘爪复位。

三、最优设计方案

通过对特定解所示发明原理的应用,最终得到最优设计方案,如图3、图4。

棘爪1、棘爪2都嵌套在钣金把手里,棘爪2负责推动棘条向前运动,完成销轴的拆装,棘爪1发挥锁止功能,保证棘条准确工作,棘条旋转180度,当光滑面与棘爪接触时,棘爪不起作用,方便复位

根据设计图纸,得到具体的拆装工具实物,如图5所示。

四、结论

本文利用TRIZ原理,结合实际情况,分析目前螺旋垂直输送机链板拆装系统存在的技术矛盾,并根据冲突矩阵得出了拆装工具的最优解该方案设计出的螺旋垂直输送机链板拆装工具使用方便,单人就可操作,大大减少了更换新链板时间,实际应用效果好,具有很强的推广价值。

摘要：本文以TRIZ中的技术冲突解决原理和阿奇舒勒矛盾矩阵为基础,对现有螺旋垂直输送机链板的拆装工具进行系统分析,运用矛盾矩阵表得到相应的发明原理,设计出了螺旋输送机链板的快速拆装工具。