摘要：文章對應用于核燃料元件生產線芯塊壓制工序的關鍵裝置---芯塊生坯自動裝舟裝置所采用的芯塊生坯轉向及輸送機構、定長及推料機構、成盤機構、真空吸盤裝置、機械手等關鍵部件的結構和工作原理進行了詳細分析，指出了該裝置研制過程中的創新之處。芯塊生坯自動裝舟裝置結構新穎，功能可靠，良好地實現了研制預期目標，經在621工程現場使用證明，本裝置完全可滿足可靠、連續、完全自動化的生產要求。
　　關鍵詞：芯塊生坯自動裝舟裝置，成盤機構，真空吸盤裝置
　　1引言
　　隨著核電事業的發展，我國對核燃料元件產能的需求也在不斷增加，但在核燃料元件生產中，物料輸送和轉運方面的技術與裝備的相對落后，不僅限制了新建核燃料元件生產線運行后的實際生產率，并且制約了其鈾資源利用率，不利于節能降耗。
　　目前我國核燃料元件生產線芯塊制備工序中，雖然壓水堆型號多樣，二氧化鈾粉末富集度不同，其相應燃料元件的生產也不盡相同，但生產操作流程大致相同：經旋轉壓機壓制成型后，芯塊生坯呈直立狀態連續出料，通過人工將芯塊生坯豎直或水平碼裝在鉬舟隔板上，待隔板上放置足夠行數的芯塊生坯后，再分層擱入鉬舟中，然后人工將芯塊生坯搬運至高溫燒結爐。上述操作方式不僅工人勞動強度大、生產效率低下，輻射劑量亦較大，而且人工操作轉運工序較多,易造成芯塊生坯缺角、掉渣等表面缺陷，同時開放式操作也不符合國家愈發嚴格的環保要求，因此，從生產效率匹配、減輕勞動強度、提高生產經濟效益、利于輻射保護的等多個方面考慮，需要研究開發出芯塊生坯自動裝舟裝置，以滿足可靠、連續、自動化生產的要求。
　　2裝置主要技術參數
　　1)生產節拍：滿足前端旋轉成型壓機180塊/分鐘產量匹配要求；
　　2)裝盤舟對象結構參數：
　　鉬舟內腔有效尺寸：285×285×100mm
　　鉬舟底板V形槽數：18行
　　鉬舟底板V形槽間距：14mm
　　鉬舟底板放置生坯V形槽有效長度：260mm
　　3)芯塊生坯結構參數：
　　生坯直徑：Φ10.2mm；生坯長度：16.2mm；重量：10克；
　　4）鉬舟每層放置芯塊生坯數量：288個生坯（18行，16個/行）；
　　5）芯塊生坯裝舟層數：14層（可調）；
　　6）芯塊生坯裝舟可靠性：≥98%（單層）；≥95%（一舟）；
　　3裝置結構及特點
　　根據前文所述裝置技術參數，結合生產工藝流程，芯塊生坯自動裝舟裝置初步考慮至少應具有以下功能：芯塊生坯狀態轉換、輸送、定長后，推入到成盤機構中上料盤V型槽中；滿足鉬舟一層所裝列數后，將指定列數的芯塊生坯轉運、裝入到鉬舟指定層面上，直至裝入符合層數要求的芯塊生坯。充分論證后，所制定的主要研制方案如下：
　　旋轉壓機壓制成型的、呈直立狀態出料的芯塊生坯，實現向水平狀態的轉換；
　　以滿足水平連續輸送的要求，其水平輸送速度應大于折合后的芯塊生坯水平線速度，防止芯塊生坯首、尾堆積；
　　為滿足鉬舟內腔的尺寸要求，芯塊生坯需嚴格定長；
　　為滿足鉬舟每層裝入列數的要求，上料盤設置V型槽數應大于鉬舟底部V型槽數，上料盤的動作頻率必須滿足連續生產的節拍要求，不可有快進、快退動作；
　　裝舟執行機構必須可柔性地適應芯塊生坯一定的長度、直徑差，定位精度高，轉運時不得損壞芯塊生坯表面質量，以滿足核燃料元件的嚴格質量要求；
　　鉬舟應設置空舟、裝舟、下舟三個工位，以滿足連續生產需要。
　　研制的芯塊生坯自動裝舟裝置結構如圖1所示。
　　
　　圖1芯塊生坯自動裝舟裝置結構圖
　　主要機構構成：1.主支架；2.芯塊生坯轉向及輸送機構；3.芯塊生坯定長及推料機構；4.成盤機構；5.真空吸盤裝置；6.二維機械手；7鉬舟轉運及定位機構。
　　3.1芯塊生坯轉向及輸送機構
　　
　　圖2芯塊生坯轉向及輸送機構結構簡圖
　　主要構成：1.進料接頭；2.被動帶輪；3.擋塊；4.PU光面圓帶（PB004）；
　　5.側擋板；6.驅動帶輪座；7.驅動帶輪；8.交流伺服電機；
　　9.精密行星減速機；10.鋁合金型材。
　　采用鋁合金型材作為支撐結構，芯塊生坯自旋轉成型壓機出來后，進入進料接頭。為實現芯塊生坯由直立狀態轉變為水平狀態，進料接頭采用坡倒方式，同時在靠近進料接頭的地方設置擋塊，以防止個別芯塊進入傳送帶后仍呈直立狀態，然后生坯芯塊進入由兩條平行布置的圓帶組成的輸送帶并沿輸送帶向芯塊生坯定長及推料機構運行，該輸送帶速度可調范圍為3～15m/min，以滿足不同生產工況要求。
　　3.2芯塊生坯定長及推料機構
　　
　　圖3芯塊生坯定長及推料機構結構簡圖
　　主要構成：1.推料平行氣缸；2.氣缸安裝座；3.平行氣爪安連接板A；4.平行氣爪；5.平行氣爪連接板B；6.水平V型槽。
　　該機構上的光電傳感器可檢測輸送帶上水平運動的芯塊生坯，當檢測到第16個工件長度上，即總長度260mm左右的生坯芯塊，平行氣爪合攏，夾持該芯塊生坯，平行氣缸前推到位，并同時打開平行氣爪，然后快速退回，準備推送下一批芯塊生坯。
　　3.3成盤機構
　　
　　圖4成盤機構結構簡圖
　　主要構成：1.上料盤；2.直線滑軌；3.絲杠支撐座1；4.滾珠絲杠；5.連接板；6.螺母座；7.絲杠支撐座2；8.膜片連軸器；9.交流伺服電機。
　　該機構是依次將定長的生坯芯塊推裝進入18行、16個/行、行間距14mm的V型槽中，滿足真空吸盤裝置吸取芯塊生坯的要求，同時在預裝盤機構下部設置收集盒，將未吸取的生坯芯塊集中在收集盒中。
　　本設計中采用的成盤機構，應用于生坯芯塊自動裝舟裝置，其主要技術優勢在于：每次步進動作頻率、步進距離一致（驅動機構采用日本YASKAWA交流伺服電機加滾珠絲杠驅動，位置重復定位精度為±0.1mm），取消了常規機構中的快進、快退動作，避免了加速度產生的芯塊位移、不成列現象發生，充分滿足了時間節拍匹配要求。采用本機構后，需要設置二個真空吸盤吸取芯塊位，故在芯塊生坯自動裝舟裝置中設置了兩個吸取位。

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