核燃料后处理车间用起重机特点及设计概述
摘 要：下旋转电磁挂梁起重机是一种以旋转电磁挂梁为吊具的起重机，通过固定在挂梁上的电磁铁，吸取并搬运重物。本文在分析下旋转电磁挂梁起重机现状的基础上，给出了其特点以及组成方案，为进一步的设计奠定理论基础。
关键词：起重机；特点；组成
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.028
0 引言
当今世界面临的最大问题之一就是能源短缺，像石油、天然气和煤炭，这些化石燃料不但是污染源，而且终将耗尽。但是，核能源就不一样，它是一种用一点铀矿就可以生产数千兆电力的能源，铀矿是世界多数国家都拥有的一种矿物，资源比较丰富。人类对核知识的认识已经有一个多世纪了，在此期间专家们在核领域不断的研究，发现了许多有益于人类的核能源，对其他领域也产生了重要的影响。
核能的最大用途就是生产电力，发展核电已经成为我国满足电力需求、优化能源结构、保障能源安全，促进经济持续发展的重大战略举措。现在世界许多国家，特别是工业国家几乎都用核能发电。世界16%的电也是通过核能保障，世界六分之一的电由核电站生产。此外，还可以勘探地下水源，发现水坝受损或水坝渗水，淡化水，扫雷等。
在核废料搬运过程中需要使用起重机，应用于核燃料后处理车间封闭环境中的起重机，由于其使用环境比较恶劣，吊运精度要求高，普通的起重机械不能满足其工作要求，这就需要设计研究出用于该特定环境，具有特定工作性质的起重设备。
1 核燃料后处理车间用起重机特点
该起重机用于吊运热室内的实验设备。热室是一个由混凝土浇注而成的封闭空间，热室内存放有强放射性物质，同时热室内充满了硝酸气体。
由于该起重机在放射性和腐蚀性的使用环境中运行，再加上客户对该起重机的具体使用功能提出了特殊要求，所以该起重机具有以下几个显著特点：
（1）整车金属结构材料采用不锈耐酸钢，非金属材料采用耐腐蚀、耐辐射材料。
（2）空间交错轴系大、小车运行丝杠传动系统。由于热室是封闭的，客户要求大、小车运行的驱动电机必须安装在热室外面，而起重机又在热室内部工作，所以只有通过一套特别的传动系统，将驱动电机和起重机联系起来，才能实现起重机的大、小车运行功能。该传动系统由贯穿件轴系、传动丝杠轴系、传动光杠轴系、换向器等组成，传动系统在热室内部构成了空间交错的轴系系统。
（3）上下双层的小车结构。客户要求小车能从热室顶部一个600mm×400mm的孔中被吊装出来，所以小车必须采用上下双层结构。上层小车安装起升机构，下层小车是U型结构，安装车轮组等运行机构。
（4）高定位精度。该起重机的大、小车运行定位精度达到了±1mm，起升定位精度达到了±2mm。
（5）伺服驱动控制的电气控制系统。客户要求该起重机的大、小车运行精度控制到±1mm，所以电气控制系统采用的是伺服驱动控制技术。通过控制伺服驱动电机的旋转圈数和旋转速度，结合大、小车运行的丝杠传动系统，从而满足了客户提出的严格运行精度要求。
（6）遥控操作方式。该起重机采用遥控操作方式，可以实现预设程序自动定点定位运行和随机手动运行两种工作模式。
2 起重机总体结构设计
（1）考虑到维护的需要，将运行机构的驱动电机与机构分离，安装在热室的外部，电机的位置是固定的，通过大小车的传动装置实现机构的运行。
（2）由于驱动电机在热室的外部，所以必须通过贯穿轴才能实现驱动电机与大小车运行传动机构的连接。贯穿轴是穿过热室墙体的传动轴，贯穿轴不仅起到传递扭矩的作用，而且还可以起到补偿运行传动机构制造误差和安装误差的作用。
（3）小车运行实现X方向的運动，大车运行实现Y方向的运动，起升机构实现Z方向的运动。
（4）大、小车运行传动方式采用滚珠丝杠副传动。将滚珠丝杠副的螺母副分别与大、小车固定为一体，这样就将丝杠副的旋转运动转换为大、小车的直线运动。滚珠丝杠螺旋副传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点。由于大、小车运行驱动是单边驱动，为防止大、小车运行出现水平偏移，大、小车运行机构均配备水平轮来平衡水平面上的偏移力矩。
（5）小车为上下双小车结构，起升机构与上小车固定联结，下小车实现小车运行功能，上小车与下小车联结方式采用活动式插销联结方式，可以将上小车与下小车相分离，从而将起升机构从吊装孔中吊出。
（6）起升机构为非标设计，采用立式结构设计（传统为卧式结构设计），以缩小其横向尺寸，便于将起升机构从吊装孔中吊出。
3 结论
据调研，目前国内核物质实验室专用起重设备和已建或在建的核电站专用起重设备以进口为主，国产化水平十分低下，进口起重产品花费的资金占总起重设备资金的90%以上。由于核工业设备的特殊性，核级起重机走国产化道路势在必行，设计研发核燃料后处理封闭环境用特种起重机，不仅可以替代同类型进口产品，而且可以拥有自主知识产权和自主设计开发创新能力，为核级起重机走国产化道路打下坚实的基础。
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