袁 巍 李 均 葉陽春 周 洋

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

裝卸料機是反應堆廠房停堆換料過程中的關(guān)鍵設(shè)備，用于在堆芯和轉(zhuǎn)運裝置承載器處操作和轉(zhuǎn)運燃料組件。 在裝卸料機的各項設(shè)計技術(shù)指標中，定位精度和回轉(zhuǎn)精度是最為重要的兩項與定位相關(guān)的技術(shù)參數(shù)， 直接影響設(shè)備操作燃料組件的精度和可靠性。而影響這兩項技術(shù)指標的設(shè)備結(jié)構(gòu)即為裝卸料機起升導向系統(tǒng)，包括固定套筒、伸縮套筒、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、塔架等部件。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在小車臺架上，固定套筒上法蘭與回轉(zhuǎn)機構(gòu)相連，塔架下法蘭與固定套筒上法蘭連接，塔架上部起升機構(gòu)通過鋼絲繩連接伸縮套筒上部動滑輪， 而伸縮套筒在固定套筒內(nèi)部進行起升運動；固定套筒壁上的導向輪結(jié)構(gòu)可為伸縮套筒提供起升運動的導向[1，2]。

上述的幾大部件構(gòu)成了裝卸料機的起升導向系統(tǒng)，而該系統(tǒng)的制造、安裝、調(diào)試各環(huán)節(jié)均可能影響裝卸料機的回轉(zhuǎn)精度及伸縮套筒起升平穩(wěn)性。本文將結(jié)合實際工程的安裝調(diào)試案例，分析裝卸料機調(diào)試中的典型問題并提出相應的解決措施。

1 裝卸料機調(diào)試中的典型問題

1.1 回轉(zhuǎn)精度調(diào)試問題

在裝卸料機的設(shè)計技術(shù)參數(shù)中，回轉(zhuǎn)精度的要求為2 mm，具體含義為把抓具降到反應堆上部位置，把裝有針的實驗裝置固定在抓具的控制套筒上，使針尖與抓具圓柱體同心， 把抓具提升到下部慢速區(qū)位置，將一張紙放置在抓具下方 （約為燃料組件上部標高處）。 處于0°位置，抓具下降并在紙上刺孔，在90°、180°、270°上重復這種操作，在紙上得到4 個小孔，這4 個小孔須在邊長為2 mm×2 mm 正方形內(nèi)。 圖1 為廠內(nèi)回轉(zhuǎn)精度扎針試驗。

在實際工程調(diào)試過程中，回轉(zhuǎn)精度試驗存在調(diào)試數(shù)值偏差較大、調(diào)試周期長等問題。 在海南昌江一期工程、華龍一號首堆等工程的裝卸料機現(xiàn)場安裝調(diào)試階段，回轉(zhuǎn)精度的調(diào)試歷經(jīng)數(shù)周，影響整機調(diào)試工作進度。 因此在每次現(xiàn)場調(diào)試工作中，回轉(zhuǎn)精度試驗幾乎成了制約裝卸料機調(diào)試試驗的瓶頸，是裝卸料機調(diào)試中的最典型問題。

圖1 廠內(nèi)回轉(zhuǎn)精度試驗

1.2 伸縮套筒起升過程的碰撞問題

伸縮套筒依靠固定套筒完成起升運動的導向，如圖2 所示。 以海南項目裝卸料機為例，伸縮套筒在升降過程中需要依靠6 組導向輪導向，當伸縮套筒處于不同標高位置時，所接觸的導向輪組數(shù)也不相同。 當伸縮套筒處于最下部標高時，上部導軌只接觸底部的2 組導向輪； 而當伸縮套筒處于帶載上部極限位置時， 其下部導軌與固定套筒內(nèi)的上部3 組導向輪接觸。 在操作燃料組件升降的過程中，導軌端部需要多次進出導向輪。

圖3 固定套筒導向輪截面

從圖3 可見，固定套筒的每組導向輪為相對方向成對安裝，在導軌兩個側(cè)面及徑向端面均設(shè)計有導向輪。 在設(shè)計文件中，要求固定套筒上的伸縮套筒導向輪在預裝時應檢查6 組導向輪形成的在垂直方向（0～180°之間相對位置）有效間隙不小于41 mm。 然而在實際工程調(diào)試過程中，該間隙值經(jīng)常要調(diào)至2～3 mm，原因是固定套筒、塔架、伸縮套筒這一系列起升導向相關(guān)部件的制造、裝配均存在累計誤差，若將間隙值調(diào)整過小，則會發(fā)生伸縮套筒與固定套筒導向輪的碰撞，該碰撞主要發(fā)生在伸縮套筒導軌在運動過程中進入某組導向輪時。

上述的導軌與導向輪的碰撞發(fā)生往往與伸縮套筒的運動姿態(tài)傾斜相關(guān)，且與回轉(zhuǎn)精度的調(diào)整關(guān)系密切，因此需要將回轉(zhuǎn)精度調(diào)整與伸縮套筒運動姿態(tài)問題聯(lián)系起來進行分析，找出影響以上兩個問題的關(guān)鍵因素。

2 典型問題影響因素分析

本節(jié)將結(jié)合海南昌江一期工程裝卸料機在廠內(nèi)調(diào)試階段出現(xiàn)的上述典型問題，分析影響伸縮套筒運行平穩(wěn)性及回轉(zhuǎn)精度調(diào)試的主要因素。

2.1 問題描述

當調(diào)整完回轉(zhuǎn)精度后， 發(fā)現(xiàn)裝卸料機伸縮套筒與導向輪發(fā)生存在碰撞的現(xiàn)象， 當時的導向輪間隙已調(diào)節(jié)至最大，但碰撞現(xiàn)象仍然存在。 在檢測伸縮套筒、固定套筒鉛垂度后，又對固定套筒法蘭上、下表面平面度進行修整后尺寸復測數(shù)據(jù)，結(jié)合復測數(shù)據(jù)，分析伸縮套筒導軌、導向輪部件及固定套筒對問題的影響。

2.2 伸縮套筒導軌的影響因素

依據(jù)伸縮套筒導軌的測量數(shù)據(jù)及伸縮套筒自由懸掛狀態(tài)的鉛垂度測量數(shù)據(jù)來分析。

2.2.1 軌道直線度

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，可見直線度滿足要求，可排除軌道直線度的影響。

表1 伸縮套筒導軌直線度

2.2.2 軌道對稱度

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)， 可見測量數(shù)值滿足設(shè)計要求，可排除軌道對稱度的影響。

2.2.3 軌道懸掛自由懸掛狀態(tài)的垂直度

0°側(cè)軌道面與180°側(cè)軌道面垂直度只有在8500 mm 標高位置（接近下限位）才具備測量條件，在該位置通過現(xiàn)場調(diào)整和測量，垂直度滿足要求。

綜合以上數(shù)據(jù)分析，基本可以排除伸縮套筒導軌的影響因素。 那么發(fā)生碰撞的原因在于伸縮套筒的6組導向輪從上至下形成的導向通道間隙不滿足要求，導向輪通道存在問題。 共涉及兩個部件：導向輪組部件和固定套筒部件。

表2 伸縮套筒導軌對稱度

2.3 導向輪的影響因素

在廠內(nèi)調(diào)試期間， 曾對每組導向輪的0°和180°兩個輪子之間的間距測量。 測量示意圖如圖4 所示。

其中最小間隙的那組導向輪其間隙值為43.12 mm，最大間隙的那組導向輪其間隙值為43.43 mm， 還是大于伸縮套筒導軌的厚度40 mm。

綜上，基本可排除某一單個導向輪組部件的影響因素， 所以可認為對于固定套筒上的兩側(cè)共12 個導向輪組部件形成通道的間隙成為影響伸縮套筒導軌能否上下順暢運行的關(guān)鍵因素。導向輪間隙測量示意圖如圖5 所示。 兩側(cè)共12 個導向輪組部件形成通道的間隙不是由A+B 的值決定， 也不是由C+D 的值決定， 而是由A+D 的值與B+C 的值之間最小的那個值決定的。

圖4 測量示意圖

圖5 導向輪間隙測量示意圖

2.4 固定套筒的影響因素

由于單個的導向輪組部件均安裝在固定套筒卡箍加工面上的螺紋孔上，因此，固定套筒各層卡箍上安裝導向輪組的螺紋孔的相對位置直接決定了導向輪組形成通道的間隙。

經(jīng)過對各組導向輪的間隙測量后， 發(fā)現(xiàn)對于0°～180°方向從上至下4 列單排導向輪架安裝螺紋孔均基本在同一直線上，因此對于單獨任意一排導向輪而言，在固定套筒調(diào)整鉛垂后，從上之下的鉛垂通道是可以保證的，這點曾通過從上往下吊每排導向輪的鉛垂線測試，也基本證明了單排導向輪在固定套筒調(diào)整鉛垂的情況下，其上下共6 個導輪均調(diào)整偏心至最大狀態(tài)時，導輪邊緣是能保證同一鉛垂線向下的。 可見對于單排導向輪從上至下的鉛垂線是沒有問題的，但通過分析對稱度，發(fā)現(xiàn)問題在于4 列導向輪形成的有效空間是存在問題的。 表3、表4 即為兩個位置上的對稱度測量數(shù)據(jù)。

表3 固定套筒270°方向卡箍上安裝導向輪架的螺紋孔關(guān)于中心軸線的對稱度

表4 固定套筒90 度方向卡箍上安裝導向輪架的螺紋孔關(guān)于中心軸線的對稱度

數(shù)據(jù)分析如圖6 所示。

（1）經(jīng)調(diào)整固定套筒鉛垂度1 mm 內(nèi)；

（2）從圖6 得到：

270°側(cè)最小間隙為0°側(cè)導向輪：1.12 mm；（第6 組）；

90°側(cè)最小間隙為180°側(cè)導向輪：0.43 mm；（第5 組）；

（3）疊加考慮伸縮套筒直線度：

90°方向0°側(cè)軌道面直線度-0.31 mm；

270°方向0°側(cè)軌道面直線度為-0.32 mm；

90°方向180°側(cè)軌道面直線度為0.28 mm；

270°方向0°側(cè)軌道面直線度為0.30 mm；

圖6 四列導向輪形成的有效通道數(shù)據(jù)

（4）伸縮套筒對稱度偏差較小，暫不計影響；

（5）疊加考慮每個導向輪組部件自身公差：

在測量每組導向輪中0°和180°兩個輪子之間的間距時發(fā)現(xiàn)，該間隙均出現(xiàn)負偏差，小于理論值的44 mm，其中間隙最小的那組導向輪其間隙值為43.12 mm， 間隙最大的那組導向輪其間隙值為43.43 mm。

綜合以上疊加公差， 導向輪有效通道很緊張，導致導向輪間隙幾乎是不可調(diào)，所以采取諸多調(diào)試手段效果均不理想， 可見固定套筒90°側(cè)卡箍加工面與270°側(cè)卡箍加工面的方位與法蘭定位孔的正90°～270°方位存在扭轉(zhuǎn)，導致的導向輪通道有效間隙過小是伸縮套筒導軌與導向輪碰撞的根本原因。施工圖設(shè)計中在0°～180°方向上導向輪與伸縮套筒導軌之間可調(diào)的最大間隙為4 mm， 扭轉(zhuǎn)已導致導向輪形成的通道變窄，可調(diào)的間隙基本沒有了，因此無論采取何種調(diào)整措施， 碰撞現(xiàn)象無法靠調(diào)整導向輪間隙來解決。在實際工程中， 最終依靠改變導向輪架的安裝孔形式，并根據(jù)實際情況增大間隙解決問題。

3 回轉(zhuǎn)精度及伸縮套筒垂直方向運動調(diào)試

根據(jù)上文的因素分析并結(jié)合實際調(diào)試經(jīng)驗，裝卸料機回轉(zhuǎn)精度及伸縮套筒垂直方向運動的主要調(diào)試思路為如圖7 所示。

從目前已建工程裝卸料機的調(diào)試情況來看，若固定套筒、伸縮套筒、起升塔架的制造裝配精度得到保證，后期的調(diào)試情況會較為樂觀，按照圖7 所示的調(diào)試方法就能夠順利完成回轉(zhuǎn)及起升運行調(diào)試，否則就需要逐步按如下步驟去檢查調(diào)整：

圖7 起升運動及回轉(zhuǎn)精度的主要調(diào)試思路

圖8 進一步調(diào)試檢查步驟

4 結(jié)語

裝卸料機在安裝調(diào)試階段出現(xiàn)的典型問題包括：

（1）回轉(zhuǎn)精度調(diào)試困難，偏差較大；

（2）伸縮套筒升降過程與導向輪發(fā)生碰撞干涉。

結(jié)合工程實例，分析了影響伸縮套筒運行平穩(wěn)性及回轉(zhuǎn)精度調(diào)試的主要因素包括：

（1）伸縮套筒導軌直線度、對稱度等加工精度；

（2）導向輪加工精度；

（3）固定套筒導向輪安裝面與軸線的位置精度。

根據(jù)以上因素并結(jié)合實際調(diào)試經(jīng)驗，指出裝卸料機伸縮套筒運行及回轉(zhuǎn)精度調(diào)試的主要方法包括：

（1）測量并調(diào)整固定套筒的鉛垂度；

（2）測量并調(diào)整伸縮套筒自由懸掛姿態(tài)下的鉛垂度；

（3）調(diào)整伸縮套筒與固定套筒同軸度；

（4）調(diào)整導向輪間隙，調(diào)回轉(zhuǎn)精度；

（5）按照檢查鉛垂度、平衡系統(tǒng)、塔架及回轉(zhuǎn)機構(gòu)水平度的方法排查問題出處。