胡雯婷

(中原運維海外工程有限公司,上海 200233)

裝卸料機是核電廠燃料操作與貯存的核心設(shè)備之一，用于反應(yīng)堆停堆換料期間裝卸、轉(zhuǎn)運新燃料和乏燃料。裝卸料機抓具失效是較為常見的故障，會對反應(yīng)堆大修造成不利的影響。本文通過歸納總結(jié)ACP1000堆型裝卸料機調(diào)試過程中頻繁出現(xiàn)的故障，并進行故障分析，提出相應(yīng)故障的排查方式及改進措施。

1 故障描述

當(dāng)操縱員按下“脫開”按鈕時，由于某種故障原因操作臺上界面顯示“脫開”狀態(tài)指示燈不亮。通過檢查壓縮空氣進氣壓力表示數(shù)為0.4 MPa工作壓力，使用肥皂水涂刷氣接頭及各連接位置，經(jīng)檢驗氣路系統(tǒng)均無漏氣情況，氣缸工作正常，限位圓盤能夠正常往復(fù)工作，但抓具仍然無法正常脫開。

2 工作原理

裝卸料機通過氣動方式驅(qū)動其抓具進行脫開嚙合動作，主要由雙電磁閥、氣管卷筒、雙桿圓管氣缸、燃料組件抓具等部件組成。當(dāng)控制臺給出“脫開”信號后，壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓后進入雙電磁閥，進氣電磁閥打開后通過軟管經(jīng)由氣管卷筒進入氣缸，驅(qū)動氣缸下導(dǎo)桿向上運動。氣缸下導(dǎo)桿經(jīng)伸縮套筒連接管與燃料組件抓具驅(qū)動叉桿相連接，而驅(qū)動叉桿又與控制套筒固定連接，所以通過氣缸驅(qū)動能夠使控制套筒上下往復(fù)運動，控制套筒的運動能夠帶動抓鉤脫開、嚙合動作。

圖1 裝卸料機抓具結(jié)構(gòu)示意Fig.1 The structure of the manipulator crane gripper

但是通過控制套筒驅(qū)動抓具運動過程中，首先需要打開抓具的機械性自鎖。裝卸料機抓具通過夾緊套筒、聯(lián)鎖板、聯(lián)鎖滾柱等部件協(xié)同作用使抓具機械式自鎖，如圖 1所示。夾緊套筒的上升以及下降，能夠使抓具處于鎖定以及非鎖定的狀態(tài)。當(dāng)夾緊套筒處于上升狀態(tài)時，聯(lián)鎖滾柱滾動到滑動套筒一側(cè)，抓具自鎖抓鉤無法活動。此時即使氣缸動作，但是對于抓具的操作依然是無效的；當(dāng)夾緊套筒處于下降狀態(tài)時，此時聯(lián)鎖滾柱滾動到夾緊套筒一側(cè)，則打開抓具自鎖，抓鉤可以自由活動。

3 故障樹模型

基于設(shè)備調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障對抓具失效原因進行分析，總結(jié)匯總出抓具失效故障樹模型，如圖 2所示。

圖2 裝卸料機抓具失效故障樹模型Fig.2 The fault tree model of the manipulator crane gripper

4 故障分析與確認(rèn)

4.1 抓具零件加工問題

4.1.1 零件表面毛刺、銳邊等

抓具零部件均為機加工件，加工完成后表面依然殘留加工毛刺、銳邊等問題，在零件活動過程中容易造成活動部件的卡澀，例如聯(lián)鎖滾柱、導(dǎo)向座等零件表面存在毛刺時會影響聯(lián)鎖滾柱在滾柱導(dǎo)向座間滾動，最終影響抓具脫開嚙合功能。另外抓具內(nèi)部有部分定位銷配孔加工，加工完成后需要重點關(guān)注配孔處邊緣毛刺問題，避免在活動過程中對于零部件的劃傷及干涉。

在抓具零部件制造過程中需重點關(guān)注尺寸檢驗，裝配過程中反復(fù)手動拔插檢查活動部件運動靈活。數(shù)次手動拔插后，臨時拆除部分活動部件，觀察套筒內(nèi)部表面、滑動套筒外表面、抓鉤肩部等部位是否有異常劃痕，如無異常劃痕則可排除該故障。

4.1.2 零件加工不到位

控制套筒沿著抓鉤導(dǎo)向部及中部往復(fù)運動，驅(qū)動抓鉤轉(zhuǎn)動。抓鉤導(dǎo)向部與抓鉤中部通過R20圓滑過渡(見圖3)，如果圓角過渡加工不到位，會影響控制套筒的滑動。抓鉤肩部轉(zhuǎn)動處有R90及R4圓滑過渡，如果加工不到位抓鉤在運動過程中會受到套筒的干涉，影響抓鉤轉(zhuǎn)動到位。

4.2 抓具裝配問題

4.2.1 聯(lián)鎖滾柱及滾柱導(dǎo)向座裝配問題

聯(lián)鎖滾柱在滾柱導(dǎo)向座之間靈活滾動進出，以保證抓具能夠靈活打開、閉合自鎖。在裝配滾柱導(dǎo)向座過程中，導(dǎo)向座之間間隙過小會導(dǎo)致聯(lián)鎖滾柱的動作受阻，抓具自鎖無法脫開。裝配過程中需手動撥動聯(lián)鎖滾柱，要求能夠在滾柱導(dǎo)向座之間靈活滾動。

4.2.2 滑動套筒行程未到位

采用單一故障設(shè)計保護原則，裝卸料機除了通過氣動驅(qū)動，還可以使用手動應(yīng)急工具旋轉(zhuǎn)螺桿，最終驅(qū)動控制套筒往復(fù)運動。手動應(yīng)急機構(gòu)復(fù)位后，如果螺桿旋轉(zhuǎn)不到位會使控制套筒的滑動距離小于75 mm(理論滑動距離為75 mm)，抓具端部無法完全脫開燃料組件。

由于滑動套筒裝配在缸體內(nèi)部不便于觀察，可以間接觀察控制套筒到缸體底部的距離或者氣缸支撐內(nèi)圓盤的行程距離是否大于75 mm，如能夠滿足該滑動距離，則可以排除該故障。

4.3 抓具不銹鋼材料易卡澀咬合

滑動套筒在缸體內(nèi)上下運動過程中會與缸體內(nèi)側(cè)長期接觸，零部件表面會產(chǎn)生磨損，最終加劇抓具卡澀。抓具內(nèi)部滑動套筒、控制套筒、缸體、導(dǎo)向輪、滾柱等部件均使用不銹鋼05Cr17Ni4Cu4Nb。不銹鋼磨損機制包括磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損等。磨損率隨著環(huán)境溫度的升高而加劇，在設(shè)備調(diào)試過程中無水進行潤滑，會加速不銹鋼表面的粘著磨損，最終造成抓具運行不到位[1]。

4.4 運動過程中有干涉

裝卸料機內(nèi)部較多運動部件，設(shè)備裝配過程中如有小顆粒進入抓具內(nèi)部，會造成零件損壞或運動失效。所以在設(shè)備裝配過程中，需要尤其重視廠房清潔度的檢驗，并在裝配過程中需反復(fù)對異物進行檢查以及清理。

裝卸料機氣動驅(qū)動(其結(jié)構(gòu)見圖4)抓具脫開嚙合動作，使用雙桿圓管氣缸，氣缸下導(dǎo)桿向下運動驅(qū)動抓爪嚙合，此時氣缸上導(dǎo)桿處彈簧處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)觸發(fā)抓具“脫開”信號后，氣缸下導(dǎo)桿向上運動，同時氣缸上導(dǎo)桿處彈簧釋放拉力，同時驅(qū)動滑動套筒向上運動。

圖4 裝卸料機氣動驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意Fig.4 The structure of the pneumatic driving mechanism for the manipulator crane

在廠內(nèi)設(shè)備調(diào)試過程中，頻繁出現(xiàn)氣缸正常工作驅(qū)動滑動套筒向上運動，但是無法觸發(fā)到上限位信號，抓具脫開不到位。經(jīng)過排查分析，可能是由于氣缸上導(dǎo)桿處彈簧壓緊力過大造成。

在氣缸推力以及彈簧拉力的共同作用下驅(qū)動抓具脫開。但是當(dāng)彈簧恢復(fù)到原狀后，上導(dǎo)桿再向上運動壓縮彈簧，彈簧壓緊力會反向抵消部分氣缸的推力，氣缸的拉力不足以驅(qū)動滑動套筒運動。裝卸料機氣缸的工作壓力為0.4 MPa，逐步調(diào)整工作壓力至0.6 MPa，測試在相同工況條件下，無法觸發(fā)上部限位信號的次數(shù)明顯降低。將彈簧總長度縮短50 mm，在0.4 MPa工作壓力環(huán)境下測試抓具均能夠按要求動作，該故障可以排除。

4.5 到位信號丟失

設(shè)備在調(diào)試過程中，頻繁出現(xiàn)抓具在活動過程中兩個到位信號始終丟失，此時程序邏輯保護無法進行起升運動。在故障排查過程中發(fā)現(xiàn)，氣缸在實際運動過程中導(dǎo)桿會隨著進行旋轉(zhuǎn)，帶動圓盤相應(yīng)進行旋轉(zhuǎn)，原水滴形圓盤突出部分無法觸發(fā)到接近開關(guān)限位信號。

針對接近開關(guān)信號丟失問題，將下支板與橫板的螺栓安裝方式改為焊接連接，而上支板由于受到氣缸圓筒安裝位置的限制，保留原安裝孔位的前提下，將接近開關(guān)安裝孔位加工長槽，以增加接近信號的感應(yīng)區(qū)域。通過改動后，頻繁測試限位信號均能夠按要求觸發(fā)，該故障可以進行排除。

5 故障點及排除方案

故障點及排除方案見表1。

6 結(jié)論

本文針對裝卸料機抓具調(diào)試過程中遇到的故障進行匯總以及原因分析，提出相應(yīng)的故障排除方案，對于后期同類型設(shè)備調(diào)試過程中故障排查具有一定的借鑒意義。