【摘要】：國際熱核聚變實驗堆(ITER)的受控核聚變會對托卡馬克真空腔室第一壁包塊造成損傷,于是提出了內(nèi)窺機械臂自動檢測的任務(wù)要求。面對真空腔室內(nèi)120℃的高溫環(huán)境,論文研究提出內(nèi)窺機械臂閉環(huán)主動水冷冷卻系統(tǒng)的解決方案。論文首先總結(jié)了針對托卡馬克第一壁內(nèi)窺任務(wù)需求,要求機械臂腔內(nèi)周向360°可達,并且能夠?qū)τ贒型任意截面進行垂直掃描。于是提出了移動底座、大臂、小臂和末端視覺單元四部分組合的機械臂方案。在此基礎(chǔ)上提出了不同關(guān)節(jié)的高溫環(huán)境冷卻防護結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整體冷卻系統(tǒng)整合方案。冷卻防護系統(tǒng)設(shè)計方案最終確定為各關(guān)節(jié)獨立銅管緊密纏繞防護部件吸收熱量,低溫水流水冷冷卻回路靠軟管串聯(lián)連接,在確保機械臂機動性的前提下保護了相機、電機和驅(qū)動器幾大關(guān)節(jié)電氣元件。經(jīng)過查閱多方資料探討和理論公式推導(dǎo)分析,閉環(huán)水冷循環(huán)系統(tǒng)外部回路以隔膜水泵為水流動力源,并由恒溫冷卻水槽作為冷源吸收水流冷媒從真空室內(nèi)機械臂前端帶出的熱量散發(fā)到外界。針對本課題機械臂機械機構(gòu)的緊湊特性,冷卻控制系統(tǒng)經(jīng)過重新設(shè)計,改進了原有布置復(fù)雜的溫度測量系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)軟件架構(gòu)構(gòu)建人際交互界面時,集成了實時數(shù)據(jù)監(jiān)控,歷史趨勢回顧,電源控制管理和警報處理等功能,并在軟件層面信息通訊上充分考慮了與內(nèi)窺機械臂上位機總控制系統(tǒng)的交互優(yōu)先級,設(shè)計成為運作正常時界面隱藏、遇到危險警報時彈出的對話框結(jié)構(gòu)。最終系統(tǒng)實驗論證在完成冷卻系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件架構(gòu)搭建之后,對系統(tǒng)進行三小時以上的長時間實驗,共分三個階段。-第一階段,單關(guān)節(jié)雙目相機冷卻回路實驗驗證銅管回路結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性和可行性。-第二階段,小臂關(guān)節(jié)制造組裝完畢之后,在恒溫烘烤箱中模擬真空室內(nèi)高溫環(huán)境,對所有冷卻回路串聯(lián)進行壓力流量模擬溫度實驗,詳細考察細長管路管道特性和各個節(jié)點溫度的冷卻效果。-第三階段,綜合考慮機械小臂內(nèi)部電子元器件正常運作的發(fā)熱情況,對比室溫環(huán)境的工作溫度,檢測高溫環(huán)境中各部件冷卻防護后實際運作的最終溫度。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL631.24
【圖文】：

criteria 勞遜判據(jù)），該條件是溫度 T 和密度 n 跟約束時間τ乘積的函數(shù)。目前約束高溫粒子的方式有磁場控制和慣性束縛兩種。而本課題設(shè)計的托卡馬克腔就是.實現(xiàn)磁場控制的裝置，裝置能夠產(chǎn)生強打的環(huán)形復(fù)雜磁場。國際熱核聚變實驗堆，也稱“（ITER）計劃”[3]，（ITER：International ThermonuclearExperimental Reactor），于 1985 年提出倡議，實驗堆的研究設(shè)計工作于 1988 年開始。ITER 項目可以算是世界各方聚變科研研究主要成果的集成，整個工程耗時十三年，耗資十五億美元，其設(shè)計工作完成于 2001 年。爾后，中美歐印韓日俄七方通過五年協(xié)商后一起草擬了 ITER 計劃協(xié)議，之后 2006 年正式簽下聯(lián)合啟動協(xié)議。整個計劃的時間跨度長達 35 年，其中前十年為籌劃建造階段，而后的二十年為反應(yīng)堆的實際運行和開發(fā)利用，最后五年為材料去活化清理階段。托卡馬克名字為俄語中 Tokamak 的諧音反語，意為圓環(huán)形(Toroidal)的真空(Kamera)腔內(nèi)產(chǎn)生磁場 (Magnet)的線圈(kotushka) 約束等離子體發(fā)生聚變。[4]托卡馬克裝置內(nèi)線圈、磁場和電流的關(guān)系如圖 1-1 所示：線圈（藍色）和由它產(chǎn)生的環(huán)形場，極向場和產(chǎn)生它的等離子體電流（紅色），以及兩者疊加所得的扭曲場。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文室內(nèi)部會都會受到有毒物質(zhì)污染和放射性活化，附著的殘余輻射都受的。這使得維護人員無法直接操作，需要在防護裝置以外借助遙機器手臂代替他們，完成所需物料的清點檢查、運輸?shù)街付ǖ攸c、焊接、損壞部件的拆卸修復(fù)、去污之后的熱室儲存等一系列操作。遙操作維護技術(shù)被一致看作是聚變堆商用化之前不得不突破的技術(shù)發(fā)研究并不斷突破該項技術(shù)難題是成功推進核聚變實驗堆的必經(jīng)之R 工程項目由 10 個主要系統(tǒng)組成，見圖 1-2，包括四個主要部分：主體、超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、真空室及其內(nèi)部部件、外真空杜瓦及冷屏。設(shè)施有低溫回路及低溫設(shè)備、水冷系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、等離子體診斷電流驅(qū)動系統(tǒng)及其電源系統(tǒng)、加料及排灰系統(tǒng)（包括排灰處理系統(tǒng)系統(tǒng)/實驗室及其附屬系統(tǒng)等。[7]

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文馬克子系統(tǒng)之中最不可缺少就是遙操作維護模塊。放的高能粒子強穿透性極強，能使許多物體內(nèi)部的粒性化之后會產(chǎn)生感生輻射，同時降低材料原本的機械法繼續(xù)履行原有職能。因而，在聚變堆運行的同時，蔽層第一壁的部件進行清理保護并更換失效零件。而活化材料的輻射劑量依舊能對人類造成傷害，來完成用機器人遠程操作的方式，如圖 1-3。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 侯保林,樵軍謀,韓宏潮;一重載高速機械臂的結(jié)構(gòu)與控制同時設(shè)計[J];機械設(shè)計;2004年01期

2 賈宏亮;姚瓊;黃強;;基于質(zhì)量分配的空間機械臂剛度優(yōu)化[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2008年03期

3 ;美大學(xué)研發(fā)腦波控制機械臂[J];機械研究與應(yīng)用;2009年01期

4 賀棚梓;;升級版加拿大機械臂[J];太空探索;2014年02期

5 滕鵬,馬履中,董學(xué)哲;具有冗余自由度的新型護理機械臂研究[J];機械設(shè)計與研究;2004年01期

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本文編號：2801282