核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统的制作方法

1.本发明属于自动翻转系统，具体涉及核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统。


背景技术：

2.现有的用于核岛燃料厂房的乏燃料贮存格架为标准的固定式结构格架，在运送乏燃料过程中，基于核岛燃料厂房乏燃料贮存格架自身结构特点及燃料厂房环境的局限性，需要空中翻转，其不利因素如下所述：
3.1、由于格架的翻转是通过吊车与倒链配合，在空中实现的，因此格架的重心位置较高且无支撑点，因此容易出现重心不稳造成格架倾斜与倾倒，导致设备受损，人员受伤；在翻转过程中存在极大的质量安全风险；
4.2、由于格架与l型翻转托架总重量接近于吊车的额定荷载，因此在空中翻转过程中由于存在晃动，经常会超过吊车的额定荷载，造成吊车报警和和停车，格架悬置在空中，待吊车由专业人员恢复后再进行落位和重新翻转，反反复复，操作难度大，浪费大量的人力物力财力、工作效率低、质量安全风险高。


技术实现要素：

5.本发明的内容是针对现有技术的缺陷，提供一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统。
6.本发明是这样实现的：一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，包括电动行走平台、翻转机构和动力系统。
7.如上所述的一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，其中，所述的翻转机构包括翻转机构结构架、驱动部分、支承结构。
8.如上所述的一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，其中，所述的翻转机构结构架包含翻转结构体和齿圈，驱动部分包含电机减速机，小齿轮，通过驱动部分将扭矩传递到小齿轮上，小齿轮与大齿圈通过齿轮啮合传递扭矩，将扭矩传递给翻转结构架上，从而带动翻转结构架进行90度翻转。
9.如上所述的一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，其中，翻转机构采用双侧齿轮传动形式，由三相异步电机作为动力源经过一定速比的减速机减速后带动两侧小齿轮转动，两侧小齿轮带动两侧120
°
大齿圈进行传动，两侧大齿圈和翻转主体框架通过螺栓固定在一起，进而带动翻转主体进行翻转90
°
。
10.如上所述的一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，其中，电动行走平台包括平台支架，还包括下述部件，
11.控制系统：以西门子plc s7-200 smart可编程控制器st60为核心cpu，扩展了2块16路数字量输入模块、1块8路模拟量输入模块，1块4路模拟量输出模块；驱动小车舵轮前进后退用的2台牵引伺服控制器；驱动小车转向用的4台转向伺服控制器；驱动平台翻转电机
用的1台变频器；配有12路4个舵轮到位位置传感器；4路模拟量旋转角度传感器；2路翻转用的到位传感器；工业级手持无线1台；有线遥控器1台；1台10寸人机界面触摸液晶屏显示信息；8路障碍物超声波雷达检测传感器；48块铅酸动力电池及2台逆变器作为电源供给；
12.plc控制器：用于接收操作员通过有线或无线遥控器进行所有的指令操作，驱动触摸屏监控运行状态；实时监测安全系统中的保护命令，输出命令驱动电动传动装置运行或停机。监测电池放电情况，提示充电声光报警；驱动输出翻转机构运行，实现电动行走平台与翻转机构之间的闭锁。
13.如上所述的一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，其中，核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统还包括安全系统，具体为，
14.安全限位：在翻转机构主体圆形轨道板外侧设有4个导向限位装置，确保轨道沿着轨迹方向不会出现偏离，以及在格架翻转过程中保持稳定，此外在前后4个限位支座上分别设有1个限位开关，当翻转机构到达垂直位置或水平位置后通过装在翻转机构两侧的限位开关，到位传感器，反馈的位置信息，系统自动停止翻转，保证设备运转过程中的安全性；
15.声光报警：电动行走平台四角装有声光报警装置，在行驶过程中电动行走平台会发出警灯闪烁和警示音，以防止工作人员误入运行区发生碰撞事故；
16.紧急制动：电动行走平台四角及长方向中间位置设有紧急制动按钮，在特殊情况下按下这个按钮使行走平台无条件停车；
17.安全触边：电动行走平台设有防撞安全触边，当安全触边与外物发生碰撞时，行走平台立刻停车，并发出障碍报警；
18.雷达探测器：电动行走平台搬运车车头与车尾各装设1套进口障碍物超声波雷达检测传感器；
19.运转闭锁：驱动输出与翻转机构程序互锁，实现电动行走平台与翻转机构之间的闭锁。
20.如上所述的一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统，其中，所述的动力系统为可重复充电的蓄电池组，以及手动充电站。
21.本发明的显著效果是：本系统通过舵轮结构的电动行走平台搭载一台大型齿圈结构的翻转机，配以由安全感应器等构成的安全控制系统，通过操纵无线工业遥控器或线控手柄，实现格架的自动翻转。
附图说明
22.图1为核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统整体结构示意图；
23.图2为翻转前示意图；
24.图3为翻转中示意图；
25.图4为翻转后示意图；
26.图5为系统组成逻辑图；
27.图6为系统总图；
28.图7为翻转机构结构示意图；
29.图8为翻转机构结构示意图；
30.图9为图8的背向结构示意图；
31.图10为移动平台结构示意图
32.图11为图10的背向结构示意图；
33.图12为中间托辊装置示意图；
34.图13为端部托辊装置示意图；
35.图14为翻转机构驱动部分结构示意图
36.图15为图14的背向结构示意图；
37.图16为翻转机构驱动局部放大图；
38.图17为翻转机构驱动俯视结构示意图；
39.图18为移动平台结构示意图；
40.图19为限位装置结构示意图；
41.图20为图19的背向结构示意图；
42.图21为限位开关组件示意图；
43.图22为导向限位装置示意图。
44.其中：1移动平台，2翻转机构、3需翻转的燃料格架、4翻转机构驱动部分、5翻转机构托辊装置、6翻转结构架、7格架防护板、8限位装置、9动力大齿轮、10翻转主体圆形轨道板、11翻转主体导向板、12翻转机构托辊装置、13端部托辊、14中间托辊、15、驱动部分、16动力齿圈、17主传动轴、18传动小齿轮、19减速电机、20辅助支撑、21整体框架、22吊装装置、23安全雷达、24安全触边、25急停按钮、26观察孔、27充电插座、28机柜、29人机交互界面、30前限位支座、31后限位支座、32导向限位装置、33限位开关、34限位支座。
具体实施方式
45.一种核岛燃料厂房用乏燃料贮存格架自动翻转系统包括电动行走平台、翻转机构。
46.1.翻转机构
47.翻转机构主要由翻转机构结构架、驱动部分、支承结构组成。其中翻转机构结构架包含翻转结构体和齿圈，翻转机构驱动部分包含电机减速机，小齿轮等。通过驱动部分将扭矩传递到小齿轮上，小齿轮与大齿圈通过齿轮啮合传递扭矩，将扭矩传递给翻转结构架上，从而带动翻转结构架进行90度翻转
48.乏燃料贮存格架自动翻转系统上的翻转机构采用双侧齿轮传动形式，由三相异步电机作为动力源经过一定速比的减速机减速后带动两侧小齿轮转动，两侧小齿轮带动两侧120
°
大齿圈进行传动，两侧大齿圈和翻转主体框架通过螺栓固定在一起，进而带动翻转主体进行翻转90
°
。
49.通过操纵无线或有线工业遥控器或人机界面3种方式控制车体上加载的翻转机构运动。使其翻转机构可以旋转90度，从水平位置翻转到垂直位置。同时通过程序完成安全闭锁功能，当翻转机构到达垂直位置后通过装在翻转机构两侧的到位传感器反馈的位置信息，系统自动停止翻转以保护贮存格架的平稳吊装。翻转机只有在车体上的翻转机构水平停稳到位后才可以通过手持遥控器来发送行驶指令。所有翻转动作全是由手持遥控器来完成的，可以完全实现单人操作完成运输的整个过程。
50.翻转机构方案结构特点
51.翻转机构采用机械齿轮传动，电机采用三相异步电机，减速机。大齿轮采用铸钢铸造而成，齿轮选用优质合金钢锻打件，传动轴采用优质的锻造件加工而成。保证翻转平稳可靠。旋转缓启动，电机自带抱闸可保证在突然断电的情况下进行位置锁定大大增强安全可靠性。
52.翻转机构结构特点如下：
53.a.八托辊机构，保证设备平稳运行。
54.b.机械齿轮式翻转系统，不会出现倒转现象。
55.c.托辊及翻转底座均有安全外罩，保证人员操作安全。
56.d.托辊内轴承采用成对使用的圆锥滚子轴承能够适应各种复杂的径向和横向受力不均的受力情况。
57.e.采用工业减速机，噪音小，力矩大,运行更加平稳。
58.f.电机带停车刹车自锁功能，可任意位置停机，翻转体原位锁定，安全可靠。
59.g.电气系统装配有变频器，含过流、过载、短路、缺相保护功能。
60.h.电器部分采用保护断路器，过载断路开关，及过电流保护接触器，有效防止过载产生的安全隐患。
61.i.带指示报警装置，有效提醒员工操作安全。
62.j.采用多重限位开关及机械保护装置，确定操作安全。
63.k.设备电机启动采用缓启动，缓停止，运行平稳、快捷。不会出现突然倒塌现象。
64.l.有过电流保护装置，翻转机超过翻转最大重量，会自动断电停机保护，不会损坏电机。
65.翻转装置主要由翻转主体，翻转机构托辊装置，翻转机构驱动部分组成。其中翻转机构结构架包含翻转结构体和大齿圈，翻转机构驱动部分包含电机减速机、传动小齿轮、主传动轴等。通过驱动部分将扭矩传递到小齿轮上，小齿轮与大齿圈通过齿轮啮合传递扭矩，将扭矩传递给翻转结构架上，从而带动翻转结构架进行90度翻转。在翻转机构直立和平卧位置的限位支座上分别设置两颗限位开关，以便当翻转机构接近极限位置时能够减速，平稳到达极限位置，安全可靠。
66.控制系统
67.乏燃料贮存格架自动翻系统电气控制部分组成主要是以西门子plc s7-200 smart可编程控制器st60为核心cpu，扩展了2块16路数字量输入模块、1块8路模拟量输入模块，1块4路模拟量输出模块；驱动小车舵轮前进后退用的2台牵引伺服控制器；驱动小车转向用的4台转向伺服控制器；驱动平台翻转电机用的1台变频器；配有12路4个舵轮到位位置传感器；4路模拟量旋转角度传感器；2路翻转用的到位传感器；工业级手持无线1台；有线遥控器1台；1台10寸人机界面触摸液晶屏显示信息；8路障碍物超声波雷达检测传感器；48块铅酸动力电池及2台逆变器作为电源供给。
68.plc控制器
69.采用西门子s7系列plc，扩展能力强，有强大的模块系统，支持无线串口，无线以太网的通讯功能。
70.功能强大，结构紧凑并且经济。西门子simatic s7通用控制器可以节省安装空间并且具有模块化设计的特点。大量的模块可根据手头的任务被用于扩展集中系统或创建分
散结构的系统，并促进备件成本效益的经济性。
71.plc完成的任务:在正常操作过程中，接收操作员通过有线或无线遥控器进行所有的指令操作，驱动触摸屏监控运行状态。实时监测安全系统中的保护命令，输出命令驱动电动传动装置运行或停机。监测电池放电情况，提示充电声光报警。驱动输出翻转机构运行，实现电动行走平台与翻转机构之间的闭锁。
72.人机对话
73.人机对话采用三种方式实现，操作员可分别通过手持有线或无线遥控器按键、操作台按键、触摸屏运行截面中的按键输入指令信息，通过触摸屏设置自动翻转系统运行参数，包括运行速度、运行方向、电池保护值等内容，监控显示电动行走平台运行速度、运行方向、翻转机到位、电池电压状态、监控电机运行电流、伺服电机运行状态、故障报警、显示故障代码等内容。
74.控制方式
75.电动行走平台与翻转机构具备手动控制(有线/无线遥控器)，设有手动启动机制，当转入手动启动状态时，电动行走平台与翻转机构不会自动启动，也不会自动执行运行命令，需要根据现场操作员的遥控指令执行相关动作。
76.2.安全系统
77.安全限位
78.在翻转机构主体圆形轨道板外侧设有4个导向限位装置，确保轨道沿着轨迹方向不会出现偏离，以及在格架翻转过程中保持稳定，此外在前后4个限位支座上分别设有1个限位开关，当翻转机构到达垂直位置或水平位置后通过装在翻转机构两侧的限位开关(到位传感器)反馈的位置信息，系统自动停止翻转，保证设备运转过程中的安全性。
79.声光报警
80.电动行走平台四角装有声光报警装置，在行驶过程中电动行走平台会发出警灯闪烁和警示音，以防止工作人员误入运行区发生碰撞事故。
81.紧急制动
82.电动行走平台四角及长方向中间位置设有紧急制动按钮，可以在特殊情况下按下这个按钮使行走平台无条件停车。按钮的位置设于车体四角和长方向车体中间。
83.安全触边
84.电动行走平台设有防撞安全触边，当安全触边与外物发生碰撞时，行走平台立刻停车，并发出障碍报警,待外物从到航线上移开后,为了安全性需要人工按下确认按钮,行走平台才会继续运行。
85.雷达探测器
86.电动行走平台搬运车车头与车尾各装设1套进口障碍物超声波雷达检测传感器作为避障保护机制，当行驶方向内有障碍物持续存在时，行走平台减速运行，如果障碍物在1秒钟内不解除,电动行走平台立即停车并发出障碍警报,等待障碍物消失后，自动启动，继续执行停车前的工作。
87.运转闭锁
88.驱动输出与翻转机构程序互锁，实现电动行走平台与翻转机构之间的闭锁。在90
°
翻转后的限位保护功能，确保格架翻转位置准确，格架翻转过程中可在任意位置停机，并停
车自锁。突然断电、停车自锁保护功能，格架保持平稳不移动，安全可靠。
89.3.动力系统
90.电池及充电
91.乏燃料格架自动翻转系统采用蓄电池组为其提供动力来源。电池组配备为一用，充放电寿命长，电压特性平稳，可快速充电，单次充电使用时间长。此外，随车还应配备手动充电站，充电线输入端长度至少5m，输出端长度至少5m，配备标准工业插头与电池对接。
92.本发明创造改进创新点在于：
93.乏燃料贮存格架自动翻转系统通过舵轮结构的电动行走平台搭载一台大型齿圈结构的翻转机，配以由安全感应器等构成的安全控制系统，通过操纵无线工业遥控器或线控手柄，实现格架的自动翻转，在减少人力物力投入的同时，提高工作效率，降低质量安全风险，实现机械安装自动化。
94.本技术装置的工作流程大致如下：
95.该设备是将燃料格架由卧式翻转90
°
形成立式状态的部件，具体工作流程为：
96.将燃料格架通过自行式起重机放置在翻转机构a面，由电动行走平台车搭载翻转机构通过土建扩展区后将其运输至kx厂房0米吊装孔正下方，通过传动系统(电机、减速器)带动小齿轮转动，小齿轮与大齿圈啮合，带动翻转机构旋转，当翻转机构旋转90
°
时，燃料格架由卧式翻转形成立式，从而使燃料格架由a平面的卧式放置翻转成为b平面的立式放置，然后通过核岛kx厂房 28.710m的辅助吊车将其吊离翻转机构，就位于kx厂房的乏燃料水池中。
97.设备额定载重量为15t，翻转行程90
°
，运行时间60-80s。传动系统中电动机自带自锁功能，能够实现任意位置停车自锁。
98.具体操作如下：
99.格架由大件堆场通过平板车运输至k区0米扩展区外；
100.通过汽车吊将乏燃料贮存格架吊装至自动引入系统电动行走平台的承载台面a面上，并用格架固定绑带固定；
101.操作人员将电动行走平台的所有急停按钮复位，当控制屏上显示电动行走平台可以移动后，操作人员方可操作遥控器进行平台车的移动工作(此时翻转机构形成闭锁，无法实现动作)；
102.操作人员通过平台车的前进、后退、180
°
平移等操作，将乏燃料贮存格架移动到指定的待翻转位置；
103.操作人员通过操作翻转机构进行格架翻转，翻转机构进行格架翻转时电动行走平台自动锁定，无法进行前进、后退、180
°
左右平移等曹操作，以保证格架翻转过程中的安全性；
104.当格架翻转90
°
时，翻转机构自动停机并保持稳定，此时格架垂直坐立于承载台面b面上，操作人员将k区燃料厂房的辅助吊车10t钩通过专用吊索具与格架相连，并拆除格架固定绑带；
105.起升辅助吊车10t钩，将格架引入之k区 20米燃料厂房，并最终通过辅助吊车将格架就位在乏燃料水池内进行位置和标高调整；
106.操作人员操作翻转机构逆时针旋转回到初始位置；
107.操作人员操作遥控器通过平台车的前进、后退、180
°
左右平移等功能将电动行走平台移动至k区0米扩展区外最初接收格架的位置进行下一循环操作。