本实用新型属于放射性固体废物处理技术领域，涉及一种放射性废物桶吊装设备。
背景技术：
在我国放射性废物处理与处置行业中，放射性废物采用钢桶贮存。放射性废物钢桶在进行起吊、定位与码放作业时，目前均采用单桶吊装设备进行。单桶电永磁吊具设备采用瞬发脉冲电流，对电永磁铁进行充、放电控制，电永磁铁与钢桶上表面作用，完成起吊动作；单桶机械吊具设备采用机械爪，抓、放爪过程无电动控制，在吊具下降到废物桶上沿的时候自动扣合抓牢，随后往上提起可自动抓取废物桶，码放时吊具下落到一定位置自动释放机械爪。起吊作业中，操作流程为吊车(载吊具)移动到放射性废物桶运输车或暂存区上方，通过人工视觉定位或视频识别定位下落吊具，给予瞬发脉冲电流吸附放射性废物桶，起吊后吊车移动到指定位置，再次通过人工或者自动定位下落吊具，并给予瞬发脉冲电流使吊具与钢桶脱离，完成定位码放。
目前放射性废物桶的吊具都是单桶吊具，均为非标设备，与我国的放射性废物处理与处置的需求相比，吊运效率较低，导致人员工作强度较大；大多数单桶吊具无法实现自动抓取与码放，操作人员辐照风险较高；且在定位码放时桶间距较大，处置容积率较低。放射性废物处理与处置过程，迫切需要提高放射性废物桶吊装效率、吊装自动化水平和码放容积率。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种放射性废物桶吊装设备，解决现有技术存在的前述缺陷。具体而言：结合处置场接口条件、运行工况、运行模式和吊运设备型式，开展放射性废物桶吊装设备研发，实现多桶同时吊运和码放的处置工艺，提高吊运堆码效率，降低吊车操作频次和人员劳动强度，减少人员受辐照风险，适当提高单层处置容积利用率，同时为现有放射性废物处理暂存设施改造、新建放射性废物处理暂存设施、新建处置场及现有处置场改、扩建工程提供设计参考和工程借鉴。本实用新型的目的通过以下技术方案实现。
放射性废物桶吊装设备，包括机械部分和控制部分，机械部分与控制部分通信连接，控制部分向机械部分发送控制信号，实现对机械部分的控制。机械部分包括设备机架、伸缩机构和电磁吊具，机械部分还包括旋转机构和平移传动机构。设备机架包括连接座和十字梁，连接座和十字梁分别固定在旋转机构上下表面，十字梁的设计使得本实用新型的吊装设备可以一次吊装多个放射性废物桶，大大提高了吊装效率。旋转机构包括回转支承与减速电机，旋转机构在设备工作时主要用于水平方向的角度调整。平移传动机构包括滚珠丝杠副、减速电机、滑块、电机支座及行程开关，滚珠丝杠副、电机支座和滑块分别与十字梁连接，平移传动机构在设备工作时主要用于水平方向的位置调整。旋转机构和平移传动机构的设计，使得本实用新型的吊装设备可以对放射性废物桶在水平方向上调整，提高单层处置容积利用率。伸缩机构包括伸缩缸、伸缩杆、连接盘及行程开关，伸缩机构通过伸缩缸与平移传动机构的滑块连接，伸缩机构在设备工作时主要用于废物桶竖直方向的高度调整。电磁吊具包括电缆接头、传感器座、传感器、弹簧、探杆及电永磁吸盘，电磁吊具与伸缩机构的连接盘连接，电磁吊具在设备工作时主要用于废物桶的定位及抓取。
进一步地，连接座包括调节螺栓和旋塞。连接座与吊车伸缩套筒之间采用硬连接方式，连接处采用销轴作为承重连接件。吊装装置自身的重心设计为设备中心位置，即连接座的连接销轴位置。但为了防止吊装装置在使用过程中单独调整吊装废物桶的位置，导致吊装装置的重心偏移，装置倾斜，连接座顶部设计有4个平衡调整螺栓。吊装装置连接安装时，当连接座与伸缩套筒采用销轴连接后，调整4个平衡调整螺栓，顶紧吊车伸缩套筒底部平面，使吊装装置在使用过程中始终保持平衡状态。
进一步地，十字梁整体结构为短梁臂和长梁臂形成十字形，十字梁包括筋板、连接板、加固板和螺栓组件。
进一步地，十字梁每个梁臂上设计有一个吊装滑块，每个吊装滑块装有直线运动滚动支承，滑块能在梁上顺畅的往复运动，调整废物桶的位置。
进一步地，十字梁上加装有机械限位装置，避免滑块因意外超行程滑脱。
进一步地，电永磁吸盘为圆环状，采用多个对称分布的导磁模块，以保证吊具与桶固定贴合。
进一步地，机械部分和控制部分的通信连接具有远程连接和近程无线连接两种方式。控制部分主要控制机械部分对放射性废物桶的吊装定位与定位码放，通过远程连接方式实现远距离操控，可以减少人员受辐照风险；通过近程无线连接方式，可以在某些情况下采用无线遥控器进行相对近距离人工操作，提高操控准确性。两种操作方式独立实施，可相互转换。
进一步地，控制部分包括图像获取装置、图像识别装置和坐标计算装置。吊装定位采用图像定位方式，在处置场内建立坐标系，由处置场内多组摄像装置对废物桶位置进行拍照，分析出具体坐标，吊车与吊具进行位置移动与适当调整以捕获废物桶，同时吊具配备贴合开关，系统识别贴合开关状态，满足起吊条件后开始提升动作。
进一步地，控制部分还包括坐标记忆装置。定位码放方式与吊装定位方式基本一致，增加使用了坐标记忆功能，根据吊装源项参数与吊具操作记录，实现吊具不可能在同一位置下落两次，通过摄像头拍照与坐标计算，保证吊具、吊车数控系统自动化识别待码放区域及是否有障碍物。
本实用新型的吊装设备的具体工作过程如下。放射性废物桶吊装设备在工作时，首先将设备通过连接座与伸缩杆连接，然后提升伸缩杆，到达一定高度后，调整设备的旋转机构及平移传动机构，将设备调整到井字形状态。开始吊装时，将设备移动到屏蔽容器上方，通过调整旋转机构与平移传动结构保证电磁吊具与废物桶基本对中(中心距误差不超过±10mm)，下放伸缩杆，通过电磁吊具导向面自动与废物桶对中，继续下放，下放过程中通过摄像头观察对中情况，可通过分别调节各平移传动机构来保证每个电磁吊具与废物桶的对中，下放到直至伸缩机构收缩，伸缩机构部分的行程开关检测到信号，伸缩杆自动停止下放。观察贴合信号是否正常显示，如果控制设备上显示允许吊装，则可对各电永磁吸盘进行充磁，充磁完成后，提升伸缩杆，完成对废物桶的起吊。提升伸缩杆，当废物桶上升到一定高度时，通过调整旋转机构与平移传动机构调整废物桶的排列方式，之后将废物桶运输至储置场所的设定坐标。下放伸缩杆，直至废物桶与地面接近或者与其他废物桶表面接近，通过摄像头观察，确定是否需要调整废物桶位置，以保证废物桶整齐码放。废物桶对齐后继续下放，直至伸缩机构收缩，伸缩机构部分的行程开关检测到信号，伸缩杆自动停止下放。对各电永磁吸盘进行消磁，消磁完成后，提升伸缩杆，完成此次废物桶的吊装。
本实用新型的吊装设备可同时起吊多个废物钢桶，吊具本身具有旋转工作，且多个电磁吊具可进行形态转换，起吊后可将废物桶桶间距缩小，提高处置场处置容积率；同时吊具控制主要采用数控技术，通过处置场单元内摄像头对废物桶运输车或暂存区进行精确定位，而后相关专用程序控制吊车与吊具进行移动与旋转以适应待处废物桶位置(亦可使用无线遥控器进行近距离操作)，吊具抓取废物桶后，在定位码放过程中实现变形功能，最终精确定位到指定区域码放。
本实用新型的吊装设备可实现精确定位，满足处置场放射性废物桶定位码放精度要求；吊具本身可旋转，多个电磁吊具已实现变形功能，使废物桶间距尽可能紧凑，处置容积率提高；新型吊具较单桶吊具吊运效率有所提高；数控系统可实现人工远距离、自动化操作。
附图说明
图1为本实用新型的放射性废物桶吊装设备整体结构示意图。
图2为连接座结构示意图。
图3a为十字梁结构示意图。
图3b为十字梁另一结构示意图。
图4a为废物桶井字形排列示意图。
图4b为废物桶品字形排列示意图。
图5a为伸缩机构倾斜前示意图。
图5b为伸缩机构倾斜5°后示意图。
图6a为电磁吊具结构示意图及局部放大示意图。
图6b为电磁吊具另一结构示意图。
图6c为电磁吊具磁极分布示意图。
附图标记：1-设备机架，2-旋转机构，3-平移传动机构，4-伸缩机构，5-电磁吊具，6-调节螺栓，7-旋塞，8-筋板，9-连接板，10-加固板，11-螺栓组件，12-短梁，13-长梁，14-滚珠丝杠副，15-滑块，16-减速电机，17-废物桶，18-伸缩缸，19-行程开关，20-伸缩杆，21-连接盘，22-电缆接头，23-传感器座，24-传感器，25-弹簧，26-探杆，27-电永磁吸盘。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。
放射性废物桶吊装设备，包括机械部分和控制部分，机械部分与控制部分通信连接，控制部分向机械部分发送控制信号，实现对机械部分的控制。
如图1所示，机械部分包括设备机架1、旋转机构2、平移传动机构3、伸缩机构和电磁吊具5。设备机架包括连接座和十字梁，连接座和十字梁分别固定在旋转机构上下表面。连接座用于吊装装置与吊车伸缩套筒之间的连接；十字梁为多个废物桶吊装的承重梁。
如图2所示，连接座包括调节螺栓6和旋塞7。连接座与吊车伸缩套筒之间采用硬连接方式，连接处采用销轴作为承重连接件。吊装装置自身的重心设计为设备中心位置，即连接座的连接销轴位置。但为了防止吊装装置在使用过程中单独调整吊装废物桶的位置，导致吊装装置的重心偏移，装置倾斜，连接座顶部设计有4个平衡调整螺栓。吊装装置连接安装时，当连接座与伸缩套筒采用销轴连接后，调整4个平衡调整螺栓，顶紧吊车伸缩套筒底部平面，使吊装装置在使用过程中始终保持平衡状态。
十字梁的设计使得本实用新型的吊装设备可以一次吊装多个放射性废物桶，大大提高了吊装效率。如图3a和图3b所示，十字梁包括筋板8、连接板9、加固板10和螺栓组件11，十字梁整体结构为短梁12和长梁13形成十字形。十字梁每个梁臂上设计有一个吊装滑块，每个吊装滑块装有直线运动滚动支承，滑块能在梁上顺畅的往复运动，调整废物桶的位置。十字梁上加装有机械限位装置，避免滑块因意外超行程滑脱。
旋转机构包括回转支承与减速电机，旋转机构在设备工作时主要用于水平方向的角度调整。平移传动机构包括滚珠丝杠副14、减速电机16、滑块15、电机支座及行程开关，滚珠丝杠副、电机支座和滑块分别与十字梁连接，平移传动机构在设备工作时主要用于水平方向的位置调整。每个滑块配置有独立的减速电机和滚珠丝杠副，结合控制系统可实现多个(图中示例为4个)废物桶的独立平移位置调整和联动阵列变换。在初始位置处，4个废物桶位置为井字形排列，当电磁吊具将4个废物桶起吊后，通过减速电机驱动滚珠丝杠副，从而调整滑块位置，带动废物桶变换队列，其中长梁上的两个滑块往长梁两端分别移动，短梁上的两个滑块往短梁中心分别移动，梁臂上设置有限位开关，用于限制阵列变换的极限位置。并可通过调整限位开关的安装位置调整吊装废物桶的桶边缘间距，吊装废物桶最小边缘间距设计为10mm～40mm范围内可调。
旋转机构和平移传动机构的设计，使得本实用新型的吊装设备可以对放射性废物桶在水平方向上调整从而调整废物桶的排列方式，提高单层处置容积利用率。调整废物桶的排列方式如图4a和图4b所示，图4a是调整前的井字形排列方式，图4b是调整后的品字形排列方式，调整以后提高了容积利用率。
伸缩机构包括伸缩缸18、伸缩杆20、连接盘21及行程开关19，伸缩机构通过伸缩缸18与平移传动机构的滑块15连接，伸缩机构在设备工作时主要用于废物桶竖直方向的高度调整吊装滑块与电磁吊具间通过伸缩机构连接，伸缩机构通过电磁吊具及吊装物的重力自然下垂拉伸，当电磁吊具或吊装物放置到位后数控吊车继续下降时伸缩机构缩回。4个伸缩机构可以独立伸缩，在废物桶吊装或码放时，可以适应4个废物桶放置的高低差(最大高度差为85mm)。每个伸缩机构设置有限位开关，当电磁吊具或吊装物放置到位后数控吊车继续下降时伸缩机构回缩，当4个伸缩机构都回缩接触到限位开关后，给出提示信号，限制数控吊具继续下降，允许电磁吊具充、消磁对废物桶进行抓取放置操作。伸缩机构与电磁吊具连接处设计为活动连接，允许电磁吊具最大活动倾斜度为5°，可适应吊装装置抓取、放置废物桶时，废物桶的水平面倾斜，如图5a和图5b所示。
电磁吊具包括电缆接头22、传感器座23、传感器24、弹簧25、探杆26及电永磁吸盘27，电磁吊具与伸缩机构的连接盘连接，电磁吊具在设备工作时主要用于废物桶的定位及抓取。根据吊装源项特性，电永磁吸盘为圆环状，并配有传感器，以保证吊具与桶定贴合，并使用多个对称分布的导磁模块，且采用高性能稀土永磁材料作为磁芯，结构整体固化密封，充磁后磁性永久存在。结构示意图如图6a、图6b所示，磁极分布如图6c所示。
控制部分与机械部分进行整合兼容，处置场进行废物桶吊装作业时，通过处置单元墙壁上配备控制中间器，实现远距离无线操作，控制部分主要控制吊装定位与定位码放，同时亦可采用无线遥控器进行相对近距离人工操作，两种操作方式独立实施，可相互转换。
吊装定位采用图像定位方式，在处置场内建立坐标系，由处置场内多组摄像装置对废物桶位置进行拍照，分析出具体坐标，吊车与吊具进行位置移动与适当调整以捕获废物桶，同时吊具配备贴合开关，系统识别贴合开关状态，满足起吊条件后开始提升动作。
定位码放方式与吊装定位方式基本一致，增加使用了坐标记忆功能，根据吊装源项参数与吊具操作记录，实现吊具不可能在同一位置下落两次，通过摄像头拍照与坐标计算，保证吊具、吊车数控系统自动化识别待码放区域及是否有障碍物。
本实用新型的吊装设备的具体工作过程如下。放射性废物桶吊装设备在工作时，首先将设备通过连接座与伸缩杆连接，然后提升伸缩杆，到达一定高度后，调整设备的旋转机构及平移传动机构，将设备调整到井字形状态。开始吊装时，将设备移动到屏蔽容器上方，通过调整旋转机构与平移传动结构保证电磁吊具与废物桶基本对中(中心距误差不超过±10mm)，下放伸缩杆，通过电磁吊具导向面自动与废物桶对中，继续下放，下放过程中通过摄像头观察对中情况，可通过分别调节各平移传动机构来保证每个电磁吊具与废物桶的对中，下放到直至伸缩机构收缩，伸缩机构部分的行程开关检测到信号，伸缩杆自动停止下放。观察贴合信号是否正常显示，如果控制设备上显示允许吊装，则可对各电永磁吸盘进行充磁，充磁完成后，提升伸缩杆，完成对废物桶的起吊。提升伸缩杆，当废物桶上升到一定高度时，通过调整旋转机构与平移传动机构调整废物桶的排列方式，之后将废物桶运输至储置场所的设定坐标。下放伸缩杆，直至废物桶与地面接近或者与其他废物桶表面接近，通过摄像头观察，确定是否需要调整废物桶位置，以保证废物桶整齐码放。废物桶对齐后继续下放，直至伸缩机构收缩，伸缩机构部分的行程开关检测到信号，伸缩杆自动停止下放。对各电永磁吸盘进行消磁，消磁完成后，提升伸缩杆，完成此次废物桶的吊装。