Resumen: En respuesta a la baja eficiencia, la mala calidad de corte y los riesgos de exposición a la radiación en el corte tradicional de soldadura de válvulas nucleares, se ha diseñado un novedoso dispositivo de corte automático. El dispositivo integra un mecanismo de elevación eléctrica, un sistema de transmisión de engranajes, una transmisión de biela y un módulo de corte automático para lograr una alta eficiencia y precisión de corte a través de un control coordinado. En sistemas de energía nuclear, Son esenciales para la seguridad operativa, y su mantenimiento a menudo implica cortar soldaduras de sellado. Las herramientas tradicionales, incluidas las cortadoras y sierras manuales, ofrecen baja eficiencia, calidad desigual y mala adaptabilidad a condiciones complejas. Para superar estos desafíos, se diseña un dispositivo de corte automático inteligente, con configuraciones optimizadas de engranajes, bielas y otros componentes clave. El sistema mejora la calidad y la eficiencia del corte, entregando una solución confiable que garantiza tanto la seguridad operativa como el beneficio económico en las instalaciones de energía nuclear.
La figura 1 ilustra la estructura general del dispositivo de corte automático para soldaduras de sellado de válvulas. El sistema consta de un mecanismo de elevación eléctrico, un accionamiento de engranajes eléctrico, una transmisión de biela y un módulo de corte automático. El módulo de elevación eléctrico garantiza un posicionamiento preciso para soldaduras de válvulas de corte a diferentes alturas y ubicaciones. El módulo de accionamiento eléctrico accionado por engranajes cónicos soporta cargas pesadas y una salida de alta potencia, lo que mejora la estabilidad y minimiza los errores de corte inducidos por vibraciones. La alimentación controlada de la herramienta se consigue a través de la biela y el módulo de corte, que giran una llave en un ángulo determinado utilizando un mecanismo de trinquete para cortar la soldadura de sellado. La precisión de corte se mantiene ajustando el grosor total y la alimentación por revolución.
Figura 1. Estructura general
El módulo de elevación eléctrica se coloca primero en el lugar de corte de la válvula. Luego, el motor acciona el eje principal y un par de engranajes helicoidales de malla cambia su sentido de movimiento. El posicionamiento vertical de la plataforma se realiza mediante transmisión por tornillo. Después del posicionamiento, el motor acciona el sistema de engranajes helicoidales montado en un rodamiento de bolas de ranura profunda para entregar potencia. El gran engranaje helicoidal engancha la varilla oscilante a través de una llave de conexión, y el extremo de la varilla oscilante se conecta a un deslizador en la ranura de guía por medio de un pasador de posicionamiento, creando un enlace con el mango de trinquete. El mango de trinquete ejecuta un movimiento de rotación continuo dentro de un ángulo específico, lo que hace que el disco de trinquete debajo de él gire de forma intermitente. En consecuencia, el cortador unido al disco de trinquete avanza y gira de forma incremental, lo que permite un corte preciso
El mecanismo de corte (consulte la figura 2) facilita el corte circular accionando el mango del trinquete a través de la ranura de transmisión en la varilla giratoria. Inicialmente, el cerrojo de seguridad se atornilla y sobresale más allá de los dientes del trinquete, impidiendo así la rotación de la placa superior del trinquete. Por lo tanto, antes de iniciar el proceso de corte, el cerrojo de seguridad debe retraerse para desengancharlo. Una vez desenganchado, la placa superior del trinquete puede girar libremente, activando la cuchilla de corte para llevar a cabo la operación de corte. El mecanismo de resorte de torsión alinea con los dientes del trinquete, permitiendo que la llave se enganche con precisión en la soldadura y gire en el sentido de las agujas del reloj para un corte de corta distancia.
Figura 2 Mecanismo de corte
Cuando la llave de trinquete avanza el dispositivo de corte en un paso de diente o alcanza su ángulo de rotación máximo, se prepara para volver a su posición inicial. Durante este retorno en sentido antihorario, el mecanismo de resorte de torsión se reinicia, lo que permite que la llave gire libremente y comience el siguiente ciclo alternativo. Girar el perno de alimentación hace que el bloque de ajuste de la herramienta se mueva hacia adelante o hacia atrás, lo que a su vez avanza o retrae toda la herramienta de corte, lo que permite un corte incremental. Del mismo modo, al girar el tornillo de posicionamiento, se mueve el bloque de ajuste de posicionamiento hacia adelante o hacia atrás, que ajusta simultáneamente las garras de sujeción en ambos lados. Este mecanismo asegura o libera el área de soldadura de sellado de la válvula moviendo las garras hacia adentro para sujetar o hacia afuera para aflojar.
El mecanismo de accionamiento eléctrico (ver Figura 3) emplea un sistema de transmisión de engranajes cónicos, que proporciona una relación de transmisión precisa, alta eficiencia, diseño compacto, operación confiable y vida útil prolongada. El mecanismo comprende un servomotor, engranaje cónico, eje óptico, brida, rodamiento de bolas de ranura profunda, perno de cabeza hexagonal y tuerca delgada hexagonal. El engranaje cónico se especifica como 20 × 1,5, mientras que el rodamiento rígido de bolas cumple con el estándar GB/T 276-1994 (modelo 62800-2Z). El engranaje cónico transmite el movimiento a través del reborde y del rodamiento de bolita profundo del surco-ambos fijados a la vivienda-y conduce la barra de oscilación en la rotación continua vía un agujero de perno en el engranaje.
La figura 4 ilustra el mecanismo de elevación eléctrico, que comprende un motor 42HS48-0100, bastidor de base, placa superior, eje principal, engranajes helicoidales, tornillos de avance y componentes adicionales. El motor gira el eje principal, cuyos dos engranajes helicoidales se acoplan a los engranajes correspondientes debajo de la placa superior, impulsando posteriormente los tornillos de avance. A medida que los engranajes en el eje principal giran, impulsan los engranajes debajo de la placa superior, que a su vez giran los tornillos, lo que hace que la plataforma se levante. Cuando el motor gira hacia adelante, impulsa el eje principal para girar en el sentido de las agujas del reloj a través del acoplamiento, lo que hace que la plataforma de corte se eleve. Por el contrario, cuando el motor se invierte, el eje principal gira en sentido contrario a las agujas del reloj, bajando la plataforma.
Figura 3 Mecanismo de accionamiento eléctrico
Figura 4 Mecanismo de elevación eléctrico
Además de los sistemas centrales, el mecanismo de corte, el mecanismo de accionamiento eléctrico y el mecanismo de elevación eléctrico, se han incorporado varios componentes auxiliares para mejorar la seguridad y el rendimiento. Un sensor de distancia montado en el bloque de ajuste de la herramienta supervisa la distancia de seguridad entre la herramienta de corte y la soldadura. Además, detecta si la herramienta se ha retraído completamente del área de corte, protegiendo así la herramienta de posibles daños. Además, se instala un pequeño ventilador en la placa superior del trinquete para proporcionar un enfriamiento oportuno de la herramienta y los chips de soldadura en condiciones de alta temperatura. Este enfriamiento no solo evita los problemas de corte inducidos por calor, sino que también ayuda a eliminar los residuos de soldadura de la superficie de corte, mejorando así la calidad general del corte.
El sistema de control emplea el PLC de la serie de S7-300 de Siemens como su controlador central. La pantalla táctil funciona como la interfaz hombre-máquina (HMI), permitiendo la comunicación bidireccional con el PLC para la supervisión y el control en tiempo real. Los servomotores para el mecanismo de elevación automático, el mecanismo de accionamiento eléctrico y el tornillo de alimentación del dispositivo de corte se controlan a través del panel de control PLC. Los operadores utilizan la pantalla táctil para introducir parámetros de procesamiento y gestionar con precisión el funcionamiento de cada componente. El PLC y el sistema servo trabajan en coordinación para controlar el movimiento del actuador, con codificadores montados en cada eje del servomotor asegurando un posicionamiento preciso. Esta configuración mejora la eficiencia operativa y reduce los costos generales del sistema.
La interfaz hombre-máquina (HMI) del dispositivo de corte comprende principalmente dos componentes: el panel de control y la pantalla táctil. El panel de control contiene elementos esenciales como el interruptor de alimentación principal, el selector de modo automático/manual y el botón de parada de emergencia. Además, integra varios sensores, actuadores y algoritmos de control para facilitar el control preciso y automatizado del proceso de corte. La pantalla táctil permite a los operadores introducir parámetros de procesamiento adaptados a los requisitos de corte específicos. Estos parámetros incluyen la altura de elevación de la plataforma, la potencia de salida y la velocidad del husillo del servomotor en el mecanismo de accionamiento, y la potencia de salida y la velocidad del husillo del servomotor que controla el tornillo de alimentación. El estado operativo de cada subsistema se muestra en tiempo real en la pantalla táctil, con notificaciones de alarma automáticas que indican una respuesta rápida del operador en caso de errores.
Para abordar los desafíos existentes de baja eficiencia, calidad de corte inconsistente y seguridad operativa limitada en el procesamiento de soldaduras de sellado de válvulas de energía nuclear, este documento presenta el diseño de un nuevo dispositivo de corte automático. Este documento detalla los principios de funcionamiento de las estructuras mecánicas clave del dispositivo y el sistema de control. La solución propuesta proporciona un método eficiente, preciso y seguro para cortar soldaduras de sellado en válvulas de energía nuclear, mejorando así las prácticas de mantenimiento y la confiabilidad operativa dentro de la industria nuclear.
