控制棒驱动杆范文

控制棒驱动杆范文（精选3篇）

控制棒驱动杆 第1篇

控制棒驱动杆解锁工具是实现控制棒驱动杆组件与控制棒组件之间解锁和连接功能的专用工具[1]。核电厂M310压水堆在使用1#、2#两种控制棒驱动杆解锁工具进行作业的过程中发现, 使用1#工具对控制棒驱动杆组件卡环损伤的潜在风险较大。如果卡环损坏, 则整根控制棒驱动杆组件报废, 需要在水下切割转运并更换新组件, 这将延长大修工期, 给电厂造成巨大的经济损失, 而相同工况下, 使用2#工具能够降低卡环损伤风险, 延长控制棒驱动杆组件使用寿命。

1 1#解锁工具

1.1 结构及工作原理

1#控制棒驱动杆解锁工具主要由插入件、控制棒驱动杆壳体卡爪、控制棒驱动杆芯轴抓爪、控制棒驱动杆芯轴行程指示杆、下部对中喇叭口、气缸 (1个主气缸, 2个副气缸) 、气缸控制气路以及控制箱等组成[2]。解锁工具头部结构见图1。控制棒驱动杆解锁工具根据气动原理, 两组气缸驱动两组钩爪动作完成驱动杆与控制棒组件解锁 (脱开) 或连接 (锁紧) [1]。副气缸动作驱动卡爪锁紧或张开, 主气缸动作驱动抓爪锁紧或张开并驱动指示杆提升或下降。插入件通过销钉固定于抓爪套筒之上, 呈圆柱状, 上有4个方孔, 插入件结构见图2。

1.2 使用功能

控制棒驱动杆解锁工具在现场安装、反应堆停堆换料以及在役检查期间, 借助装卸料机2 t辅助吊钩实现下列功能[1]。

(1) 拆除反应堆压力容器顶盖后, 用控制棒驱动杆解锁工具逐组断开控制棒驱动杆和控制棒组件之间的连接, 为拆卸堆内上部构件做准备。

(2) 回装堆内上部构件后, 用控制棒驱动杆解锁工具将控制棒驱动杆和控制棒组件连接在一起, 为装封反应堆做准备。

(3) 维修更换时, 将控制棒驱动杆组件吊运到控制棒驱动杆存放架上;将新控制棒驱动杆组件安装在堆内上部构件上。

2 驱动杆组件

2.1 结构及功能

控制棒驱动杆组件主要由驱动杆、保护套、拆卸杆抓头、拆卸杆、可拆接头、卡环、弹簧、胀头、锁紧螺母等组成[4]。头部结构见图3。拆卸杆抓头与拆卸杆通过销钉连成一体, 卡环嵌在驱动杆的环槽内并锁紧拆卸杆抓头。卡环为壁厚0.8 mm的C形薄壁金属件, 4个接触点的圆周直径25.4 mm。卡环结构见图4。

控制棒驱动杆组件是反应堆控制棒驱动机构重要传动部件, 也是控制棒驱动杆解锁工具的操作对象。通过解、锁动作带动控制棒组件在堆芯内上下抽插, 实现反应堆的启动、功率调节、停堆和发生事故时的安全控制[3]。

3 解锁过程分析

3.1 操作过程

操作控制箱, 主气缸和副气缸动作使抓爪和卡爪完全张开, 控制棒驱动杆解锁工具借助喇叭口的导向, 定位于控制棒驱动杆组件头部, 工具下插到位后, 插入件张开控制棒驱动杆组件的卡环, 副气缸驱动卡爪锁紧驱动杆, 主气缸驱动指示杆提升, 抓爪锁紧拆卸杆抓头并将其提升。同时, 控制棒驱动杆组件的可拆接头收缩, 即与控制棒组件抓头脱开。其中, 拆卸杆抓头提升过程中, 插入件随其同步提升, 与控制棒驱动杆组件的卡环有相对运动。

3.2 受力分析

解锁的过程中, 当插入件快速插入并张开卡环的瞬间, 卡环受到强烈的冲击 (受力最大) 。由于控制棒驱动杆组件自身设计的原因, 这种冲击不可避免。本文不对这种情况进行分析讨论。

(1) 当插入件插入并张开卡环后, 卡环4个接触点的圆周直径由25.7 mm (同拆卸杆抓头直径, 见图3) 增大至29.4 mm (同插入件外径, 见图2) , 产生较大的弹性变形, 四个接触点依靠弹性变形产生的正压力锁紧插入件。根据牛顿第三定律, 卡环同时受到反力 (张力) 的作用。

(2) 当拆卸杆抓头提升时, 插入件同步提升, 插入件与卡环之间发生滑动摩擦, 产生滑动摩擦力。

滑动摩擦距离计算 (尺寸见图3) :插入件完全进入驱动杆内部长度为27.3 mm;插入件张开卡环后进入驱动杆内部长度为5.3mm;由于抓爪锁紧拆卸杆抓头后将提升48 mm;所以插入件先与卡环摩擦滑动5.3 mm, 拆卸杆抓头再与卡环摩擦滑动42.7 mm。

根据计算可知, 卡环与插入件发生滑动摩擦后, 还与拆卸杆抓头发生滑动摩擦。因此, 在拆卸杆抓头提升过程中, 卡环不仅受到张力的作用, 还受到滑动摩擦力的作用。

3.3 风险分析

金属在强辐射下会产生辐照损伤, 表现为材料强度升高, 塑性下降和脆性增加[5]。卡环属于薄壁金属件, 壁厚0.8 mm, 在反应堆压力容器内, 长时间受到高温、高压、强辐射的作用, 呈现出塑性下降和脆性增加的趋势, 在拆卸杆抓头提升过程中受到张力与滑动摩擦力的共同作用, 易发生断裂失效而导致整根控制棒驱动杆组件报废。若其报废, 则无法实现控制棒组件在反应堆启动、功率调节、停堆和事故情况下的安全控制, 必须做相关报废处理并更换新的控制棒驱动杆组件, 这将延长大修主线工期, 影响电厂经济效益。

3.4 对比分析

3.4.1 2#控制棒驱动杆解锁工具结构及工作原理

2#控制棒驱动杆解锁工具也是根据气动原理进行解锁或连接操作, 由插入件、小连杆、控制棒驱动杆壳体卡爪、控制棒驱动杆芯轴抓爪、控制棒驱动杆芯轴行程指示杆、下部对中喇叭口、气缸 (1个大气缸, 1个小气缸) 、气缸控制气路以及控制箱等组成[6]。头部结构见图5 (对中喇叭口略) 。大气缸动作驱动卡爪及抓爪锁紧或张开, 小气缸动作驱动小连杆提升或下降。插入件呈阶梯圆柱状通过销钉固定于工具本体, 粗段均布3个滑槽 (图6) 。

3.4.2 2#工具解锁过程

工具定位于控制棒驱动杆组件头部, 工具下插到位后, 插入件张开控制棒驱动杆组件的卡环。大气缸动作, 卡爪锁紧驱动杆, 抓爪锁紧拆卸杆抓头。小气缸动作, 小连杆驱动抓爪, 沿插入件的滑槽提升拆卸杆抓头。同时, 控制棒驱动杆组件的可拆接头收缩, 即与控制棒组件抓头脱开。在拆卸杆抓头提升过程中, 插入件保持静止, 与控制棒驱动杆组件的卡环无相对运动。

拆卸杆抓头是从插入件内孔中穿过, 随抓爪一同提升而未与卡环接触, 即插入件和拆卸杆抓头与卡环间无滑动摩擦。在拆卸杆抓头提升过程中卡环仅受张力作用, 不产生滑动摩擦。在相同工况下受到的作用力减少, 损伤断裂的风险降低。

4 结语

由于控制棒驱动杆组件的自身设计, 两种解锁工具实施解锁或连接操作时, 对卡环都有损伤风险, 但在相同条件下, 2#控制棒驱动杆解锁工具对卡环的作用力较少, 使其损伤风险及断裂几率降低, 可以有效延长控制棒驱动杆组件的使用寿命, 为电厂减少或避免经济损失, 具有良好的应用效果。

参考文献

[1]中国核电工程有限公司.控制棒驱动杆解锁工具设计说明书[R].2009.

[2]中国核电工程有限公司.控制棒驱动杆解锁工具图册[M].2009.

控制棒驱动杆 第2篇

目前，全国各地的“天网工程”正在紧锣密鼓的建设和施工，“天网工程”建设是构建信息化防控体系的迫切需要，是备受党委、政府重视的“党政工程”、“平安工程”、“综治工程”。天网工程覆盖了城区和部分乡镇的主要道路和路口、党政机关、金融系统、大中院校、人口密集复杂场所、商贸繁华地段、大型娱乐场所、大型商业服务场所、进出城治安卡口等部位，基本形成了对辖区城镇街面的全方位监控。

监控立杆作为承载各式摄像头、报警器、补光灯等部件的主体，主要由立杆、连接法兰、造型支臂、安装法兰及预埋钢结构构成。常用视频监控立杆的形式有两种：锥管立杆和两级直管立杆。锥管立杆相对于两级柱管立杆有如下优点：

制作工艺简单。锥管立杆常采用钢板卷曲然后直逢焊接工艺生产，焊接精度几乎无要求，焊接美观可靠即可，同时焊缝不直接受力，耐久性可靠性均较高。而两级柱管立杆需要在粗细不同的两级直管之间焊接一个转接件，对焊接工艺要求较高，焊接精度不高的话容易产生上下直管轴线方向不一致和不重合的问题，另外焊缝直接承受上级直管的重力作用，焊接质量不高容易酿成隐患。

强度较高。由于锥管立杆采用一体化的工艺，轴向和横向受力较均匀，而两级柱管立杆至少需要三个零件组焊，整体强度在很大程度上取决于焊接的质量，并且受力不均匀所以强度不如前者。

相对比较美观。上细下粗的造型更符合大部分人的审美观，直管立得过高容易让人觉得头重脚轻重心不稳，从而产生不安全的错觉。

基于以上优点，平安合肥项目中使用的立杆全部采用锥管立杆形式。

视频监控立杆的安装构成

视频监控立杆的主要施工安装步骤为：首先挖一个基坑，然后预埋地笼，接着浇筑混凝土，最后把立杆固定在地笼的安装面上。

基础的钢筋地笼在浇筑混凝土前应当采取固定措施，同时确保钢筋宠的基础顶板平面水平，即用水平尺在基础顶板垂直两个方向测量，观察其气泡必须居中；监控立杆预埋件基础混凝土浇捣必须密实，禁止混凝土有空鼓。

将立杆固定在地笼上的螺栓一般不能小于M20，螺纹部分伸出地笼基础面的高度大于70mm，所有使用的螺母、垫片等结构件强度等级均不低于8.8级并且具备五年以上防锈蚀的能力。

视频监控立杆因为杆体高度大致在4米到6米之间，所以整体垂直度要求并不太高，以不影响使用和美观为宜，在制定垂直度偏差标准的时候可能更多的考虑美观因素。

立杆垂直度偏差1%左右视觉上基本无法察觉，而偏差达到2%的时候人眼就很容易察觉立杆有倾斜。因此在制定垂直度偏差标准的时候定为1%比较合适，要求过高会大大提高工程施工要求从而影响工程进度。

锥管立杆的生产加工过程中法兰和杆体的垂直度控制方法

要保证立杆直立之后与水平面保证垂直，最重要的一点是保证立杆出厂之前立杆安装法兰与杆件主体垂直。如果这个垂直度不能有效保证，那么，杆件安装之后的垂直度就会呈现完全失控的结果。立杆安装法兰与杆件主体垂直度很大程度上取决于两者之间的焊接工艺。

目前大部分立杆生产企业对于安装法兰与杆件主体的焊接没有引起足够的重视，具体体现在缺乏测试工装和没有方法标准两方面。本方法阐述了在法兰和立杆主体焊接之前，对它们之间的垂直度进行确认的具体操作规程，方法简单实施难度小。

具体的焊接前垂直度确认步骤如下：

a)将立杆主体放置在托架(或其他形式的支撑面/台)上。b)把法兰安装在法兰夹具上，并调节法兰至预焊接位置固定好。

c)用1米直角靠尺支架抵住法兰，靠尺根部抵住立柱主体，操作时直角靠尺主体尽量保持在立杆的轴向位置。

d)用游标卡尺测量靠尺顶部与立杆主体之间的间隙，如图中蓝色椭圆圈所示尺寸。e)重复c、d两部，测量除底部方向的另外两个方向(上、左、右)上的间隙值。f)比较测量出来的三个方向的间隙值，如果三个值中的最大值和最小值之差大于7mm，按实际情况调整法兰面，然后重复以上步骤，直到最大值和最小值之差控制在7mm以内；如果这三个值中的最大值和最小值之差不超过7mm，则按照焊接操作规范将法兰和立杆主体焊接牢固。

按照以上方法在焊接前确认立杆主体与法兰之间的垂直度，可以把它们之间的垂直度精度控制在0.2度以内。

立杆的垂直度是基础，因此控制精度要求较高，否者安装之后整个系统误差得不到控制。在立杆出厂之前，要求生产厂家按照上述方法对每一根立杆的垂直度进行检验，保证出厂产品全部合格。

立杆安装平面的水平度补偿方法

立杆的安装平面实际上就是地笼的基础顶板平面，这个平面要求水平度比较高。一般施工工艺要求地笼的基础顶板平面水平度要达到5‰，即距离1m的两个点位置高度差不能超过5mm。但是在实际施工过程中达到这么高的要求难度不小，水平度偏差比较大的地笼往往比较多。

对于地笼的基础顶板平面水平度偏差比较大的情况，返工的话人力物力成本高、工期延误风险大，若强行安装立杆直接导致立杆垂直度偏差过大，后果更加难以预料。

本方法是用一个水平度测试工装和合适的平垫组合，能够对立杆安装平面的水平度进行有效的补偿，从而得到理想的水平面来安装立杆。

用水平靠尺测量地笼基础模板的上端面是否水平，如果该平面水平度比较理想，立杆就可以直接安装在地笼基础模板的上端面上；如果该平面不水平，则按照下面的方法寻求一个水平的立杆安装平面。

一种双向驱动刀杆失效原因分析 第3篇

在铣削加工中, 刀杆是使用最多且重要的零件之一, 主要作用是联接刀盘和主轴, 将机床动力传递给刀具, 完成切削加工。铣削属间断切削, 受力呈周期性变化, 因此, 刀杆必须具备足够的刚性和强度, 来保证刀具切削过程中产生的各种交变转矩和断续切削的冲击力。

在神龙汽车有限公司铸铁缸体生产线上, 采用了一种双轴驱动多刀盘组合铣刀来加工五个主轴承座侧面, 如图1所示。2013年采购一批新刀杆, 一根使用40天。约加工1.6万个缸体时发生打刀, 维修人员对机床进行检修, 换装新刀杆后使用到60天约加工2.5万个缸体时又发生打刀, 之后1个月又发生一起打刀, 故障刀杆都是小头端一个键槽底部剥裂, 如图2所示。

该刀杆设计寿命为4 0万件 (2.4×107次) , 而几次出现故障时只加工了大约2万个缸体, 仅为设计寿命的1/20。出现故障的刀杆是同一批次生产的, 且现象比较统一, 都是小头端一个键槽底部剥裂。因此主要对小头端键槽裂口进行观察, 从刀杆受力、化学成分、金相组织、热处理等方面进行分析, 确定故障性质和原因, 提出预防改进措施, 验证改进效果。

1.刀杆2.支承轴承3.隔套4、5.刀盘6.锁紧螺母7.平键8.右法兰

刀杆结构受力分析及强度核算

1. 刀杆材质分析

刀杆材料要求为20Cr2Ni4A, 表面渗碳淬火硬度 (60±2) HRC, 心部硬度 (40±2) HRC, 渗碳层深0.8~1.2mm。下面是各项指标检查分析。

(1) 硬度及渗碳层深。刀杆失效部位表面硬度52~56HRC, 偏低;刀杆失效部位心部硬度:49HRC、51HRC和51HRC, 偏高, 超出上限要求;渗碳层深E c550/HV0.5 (见图3) 位置1处0.9mm, 位置2处1.0mm, 层深合格。

(2) 金相组织。表面渗碳层M+A残, 心部:M, 四级 (见图4) 。

(3) 磁粉探伤未发现裂纹。

(4) 化学成分测定结果, C和Cr超标。

2. 刀杆结构及受力分析

该组合铣刀刀杆左端带法兰结构与主轴联接, 右端通过两个平键、法兰再与主轴联接, 机床两端主轴各由1个15k W交流电动机驱动, 共同带动刀具旋转。刀杆右端直径d=32mm, 键槽结构尺寸如图5所示。从图1中可以看出, 此处轴径最小, 键槽受力最大, 强度最弱, 最容易发生失效。实际失效部位也是键槽, 所以下面只对键和键槽做强度校核。

假设刀杆两端电动机输出动力相等, 则刀杆两端的法兰各承担1/2切削转矩, 又因 (2) 处两个平键对称分布, 所以两个平键各承受总切削转矩的1/4, 通过计算, 刀具总切削功率28k W, 刀杆承受的切削转矩为1336N·m, 所以每个平键传递的转矩=1 336 N·m×1/4=334 N·m。

由此可算出键槽侧面受到的压力F为:

式中, F是侧面受到的压力, 单位为N;T是平键传递的转矩, 单位为N·m;d是轴径, 单位为mm。

抗拉强度σb≥1 483MPa, 屈服强度σs≥1 292 MPa。

3. 键槽侧面挤压强度计算

各刀盘刀片错位排列不同时参与切削, 减缓了冲击, 因此按中等冲击载荷工况取安全系数n=6.67, 键槽许用挤压应力为:

键槽的挤压应力为:

所以键槽的挤压强度是足够的。

式中, h是键槽工作高度, 单位为mm;l是键槽工作长度, 单位为mm。

4. 键剪切强度计算

仍取安全系数n=6.67, 对于45钢普通平键σb=600MPa。

键的许用剪切应力为:

键的剪切应力为:

所以键的剪切强度也是足够的。

5. 体式镜和扫描镜宏观和微观分析

图6为刀杆宏观断件和断口, 断口为典型的疲劳断口, 宏观形貌有贝纹线。裂纹起源于键槽直角处, 源区局部已氧化锈蚀, 有几条清晰可见的台阶, 说明为多源, 源区应力集中现象严重。断口形貌为准解理 (见图7和图8) , 裂纹扩展区新鲜, 为准解理断口形貌, 如图9所示。

要求键槽底部为R0.3mm圆角过渡, 实际为45º倒角过渡, 加重了应力集中现象。

解决措施

综合以上计算、检测、分析, 可以确定刀杆材料20Cr2Ni4A本身具有很好的力学性能, 强度能够满足设计使用要求。造成刀杆键槽破裂的主要原因有3个:第一, 源LBP-014-B CN 200x150mm.pdf 1 3/9/2015 8:32:36 AM区应力集中严重加剧了疲劳源的产生。第二, 刀杆的心部硬度过高, 没有缓冲余地, 使得疲劳性能大大降低;上述因素使裂纹从刀杆应力集中处萌生、扩展直至断裂的进程加速, 造成刀杆寿命大幅降低。第三, 刀杆破裂区的表面硬度低于标准要求, 化学成分C和Cr超标, 也是次要影响因素。

解决措施如下:

(1) 加强进货检查, 保证刀杆材料化学成分符合要求。

(2) 规范热处理操作, 保证硬度、渗碳层深、金相等各项指标合格。

(3) 对键槽底部R 0.3m m过渡, 采用专用铣刀加工出过渡圆角, 减小此处应力集中。

(4) 对刀杆进行人工时效处理, 减小因表面渗碳热处理后硬度提高产生的裂纹风险。