料舟输送与芯块倒料自动化系统设计方案 芯舟
时间：2019-05-28 03:23:18 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：本文对芯块生产中的钼舟输送与芯块倒料过程提出了改进方案，该方案通过实现自动化来减少工人工作强度和受辐射量，提高运行效率和产品质量，对实现自动化过程中存在的问题进行了分析，并提出解决方案。
关键词：AGV小车 ， 自动化
Abstract: in this paper, the XinKuai in production of the boat XinKuai transmission and molybdenum pour material process presents the improvement plan, this scheme through the automation to reduce the working strength and the radiation workers, increase efficiency and product quality, and to realize the automation of the existence of the problem are discussed, and some solutions.
Keywords: AGV car, automation
中图分类号： TP27文献标识码：A 文章编号：
1 引言
目前我国核电的发展进入了快速阶段，核燃料芯块的用量也快速加大，目前料舟输送与芯块倒料均采用人工作业，劳动强度大，且芯块易因碰撞产生缺陷，同时工人与芯块的近距离接触多。为提高效率与质量，减少辐射，有必要对钼舟输送与芯块倒料进行自动化改造。针对改造的特点，采用AGV小车作为改造主体是比较可行、可靠的办法。
2 系统组成
本系统分为前后两端，前端用于有效衔接生坯芯块自动装舟装置、生坯芯块钼舟暂存架、烧结炉进料装置，后端用于衔接烧结炉出料装置和芯块磨削自动线。后端建议采用电动辊道输送，倒料方式参考目前现有的机构，在此不再赘述。本方案主要完成前端与AGV及相关联的机构设计。
前端自动化系统采用AGV作为载体，衔接生坯芯块自动装舟装置、生坯芯块钼舟暂存架、烧结炉进料装置。AGV可作为自动搬运车辆或可移动工作台使用，此部分需保证AGV与各设备间能准确有序地组合衔接，各装置间没有物理隔断，能起动态调节作用，形成一个柔性的前端自动化生产线。为降低改造难度，应尽量减少AGV小车本身机构设置的复杂性，动作执行机构尽量设置在固定装置上。
3 生产流程
3.1 生产速率匹配
生坯芯块自动装舟装置成舟能力20分钟/舟；烧结炉典型工艺条件下烧结能力为40分钟/舟。芯块生产车间有三台生坯芯块自动装舟装置和三台烧结炉，烧结炉启动后不能停炉，因此三台24小时共需108舟，对应的生坯芯块自动装舟装置需工作12小时的产量。因装舟速度快于烧结速度，所以需设置钼舟暂存架，可只在一台烧结炉旁设置一个暂存架即可。设备布置及AGV小车行走路线如图1所示。
3.2 工作流程
小车初始位置在1号装舟装置处，AGV小车从1号装舟装置获得钼舟后，控制系统根据生产情况作出判断，命令小车将钼舟送至需要钼舟的烧结炉，其中送至1号烧结炉的钼舟需先送至接料台，由接料台送至烧结炉右端的进料装置；若各烧结装置暂不需要钼舟，则钼舟需暂存，需将钼舟送到接料台，接料台将钼舟送至其右侧暂存架上；小车完成送舟后继续前进，系统判断并命令小车到达需运送钼舟的装舟装置处。小车再次装上钼舟后，系统作出判断，若各烧结炉均需要钼舟，而此时暂存架有钼舟，那么小车将钼舟送至2、3号烧结炉，1号烧结装置所需要的钼舟由暂存架推出再由接料台送至进料装置，AGV小车电量不足时，如果小车上没有钼舟，则自动运行至充电区域等待充电。
图1 总体布置图 图2 生坯自动装舟装置
4 设备结构及其改造
4.1 生坯自动装舟装置
生坯自动装舟装置如图2，对其改造要将钼舟下料装置的滑动条改为电动辊道，并在托轮组件上增加自动推舟装置；当小车到达装舟装置前等待上舟时，推舟装置能感应并将一个钼舟送上小车，小车得到钼舟后给出信号，推舟装置停止动作，这里需要一个开关发射信号；小车与装舟装置对接时的停车重复定位精度为±2mm，AGV达不到此精度，需设置定位装置；装舟装置每装好一个钼舟气缸都会将舟向前送至托轮组件，此时推舟装置需要能及时将此舟推至托轮组件端部等待小车，因此推舟装置要同送舟气缸联动。
4.1.1托轮组件
据上所述，自动生坯装舟装置托轮组件改造如下：
图3 托轮组件改造图 图4标准气缸图5 下料装置
改造后的装舟装置上部两侧型材上装有无杆气缸，托轮组件下方前后装有光电传感器，托轮组件前端装有双作用气缸防止钼舟掉落。无杆气缸的滑块上装有双作用气缸，其活塞杆上连接一弯杆用于推舟（如图4），钼舟送上托轮组件后，下方的光电传感器发出信号，安装有弯杆的气缸动作伸出弯杆，同时防掉落的气缸动作，无杆气缸将钼舟向前推至防掉落气缸处后返回。待下料装置准备接舟时，另一光电传感器判断是否有钼舟等待上车，若有则防掉落的气缸缩回，电动辊动作，将钼舟推上小车，完成动作后返回。
4.1.2钼舟下料装置改造如下：
如图5，下料装置的滑动条改为电动辊道，增加气缸防止钼舟掉落，在两辊间增加光电传感器。改造后的下料装置在托轮组件上的安装位置也要调整至距地面1050mm的高度，同时调整气动直线单元的行程。将下料装置的气动直线单元由控制系统统一控制。
4.2接料台及钼舟暂存架
钼舟接料台及暂存架外部框架采用40x80铝型材搭建，轻便且美观。如图6所示，暂存架为上下两层结构，接料台从小车处接过钼舟后可将钼舟存入暂存架，控制系统将根据具体情况命令接料台进行动作。
图6接料台与暂存架图7接料台
4.2.1接料台
接料台由四部分组成，升降部分采用丝杠升降机，梯形齿丝杠可自锁，旋转部分采用旋转电机，可360°转动，接料台沿导轨的移动采用链条传动的方式。如图7所示，为减少钼舟行程，接料台与暂存架连接的很紧凑，因此平台的初始位置需在暂存架下层平台以下，接料台初始位置为1050mm，接料台在上升之前就进行旋转，这样可避免旋转时相互干涉。接料台平台主要由电动辊、导向柱和光电传感器组成，光电传感器设置在出口处两电动辊之间，上舟时，光电传感器感应到钼舟后电动辊延迟一定时间停止转动同时自锁。平台只能朝一个方向旋转，每完成一个动作后都回复到初始位置，电动辊采用单向传动的形式，这样可以方便控制同时减少错误防止因辊转错方向而使钼舟掉落。
图8 平台初始位置图9 接料台平台图10 AGV小车
4.2.2暂存架
暂存架平台与接料台平台结构相似，不同的是电动辊可双向转动，在两辊之间也设置一个光电传感器。
4.3AGV小车
AGV小车采用普通型号即可，结构简单，易于改造。
4.3.1驱动型式
小车采用单驱动轮的形式，可以前进、后退、左右转弯（转角小于90°）。因为三轮结构对地表面要求一般，适用的环境和场合多，技术层次较低，同时可降低改造成本。
4.3.2装载方式
如图10所示，小车平台采用电动辊道式，通过小车上部设置的平台辊道与生坯芯块自动装舟装置、钼舟暂存架接料台辊道对接。平台辊道侧向布置。在钼舟出料方向的长度尺寸结合AGV考虑，AGV车体外伸轮廓不得阻碍辊道的对接。为使钼舟在平台上不偏斜，平台内部宽度与钼舟宽度尽量接近，在平台进出口处开出一定角度导向，同时两侧采用轴承导向，平台进出口处分别设置一个电磁铁，钼舟进入平台后电磁铁轴升起，防止AGV运行过程中钼舟晃动掉下。两电动辊间也设一个光电传感器，用于控制。
4.3.3 充电方式
小车采用手动充电。当AGV小车电力不足时，由地面控制中心指挥，驶向充电区充电，完成后人工脱离连接电路恢复工作状态。手动充电AGV安全可靠、简单易行，但自动化程度降低。本系统自动化程度要求不是很高，可采用两台小车轮流工作、充电。
4.3.4通讯方式
采用有线通讯。利用导引线实现载波通讯，布线隐蔽，不易污损。因为芯块车间环境清洁，小车运行路径简单、行程较短，因此可采用有线通讯的方式。
4.3.5导引方式
AGV小车路径由无数个线段组成，AGV小车按内置线路行走，通过编码器和各个点的序号进行跟踪，在段与段之间的点上进行校正，从而实现有效导引。
4.3.6停车定位装置
AGV小车与托轮组件和接料台之间的连接需要有定位装置，考虑到若采用硬件碰撞的方式定位会对小车的行驶方向产生影响，因此采用接近传感器的方式来定位，小车即将到达目的地时减速行驶，由控制系统根据传感器信号对小车位置进行调整。
5控制系统
以计算机作为控制中心，通过采集各传感器信息来判断各个设备状态，控制系统应保证各个动作不能干涉，为保证生产安全，同时设置故障报警装置，一般性故障应以声光警示方式提醒操作人员及时人工处理，严重故障应发出联动信号停止相应的动作。系统因故停止工作在排除故障后能继续未完成的动作。
6结语
料舟输送与芯块倒料自动化系统采用AGV小车作为运载工具，能自动、高效的转运钼舟；采用光电传感器准确及时的判断钼舟状态；用气缸来推舟、定位，可有效减少对小车的电磁干扰；电动辊具有传舟平稳，占用空间小的特点。通过以上改造实现了料舟输送的自动化、无人化，符合技术的发展趋势。
参考文献
[1] 成大先，机械设计手册，化学工业出版社，2000
[2] 成大先，机械设计图册，化学工业出版社，2000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
