C 2020 года на базе Института механики и машиноведения имени академика У.А.Джолдасбекова ведутся работы НИОКР по разработке экспериментального образца робототехнического комплекса для выполнения технологических операции по загрузке ХКПУ в транспортный упаковочный контейнер ТУК-118 на сумму 62 млн.тг. в рамках работ по Комплексной роботизации технологических процессов уранового производства на примере ТОО «Семизбай-U».

Заказчиком НИОКР является АО «Казатомпром», одна из ведущих уранодобывающих компаний в мире. Казахстанский недропользователь нацелен на активное внедрение инновационных технологий в своих бизнес-процессах.
Согласно данным мониторинга, проведённого научными сотрудниками Института более 80% предприятий Казахстана находится на уровне «Индустрии 2.0», около 16% приближается к «Индустрии 3.0». Внедрение современных цифровых технологий и средств робототехники позволяет качественно улучшить уровень роботизации производства.
Комплексная роботизация технологических операций создает возможность замены ручного труда и сокращения персонала, занятого на вредных и опасных производственных процессах.

Целью данной НИОКР является замена ручного труда при загрузке транспортно-упаковочного контейнера ТУК-118.

В данное время загрузку в ТУК-118 проводят трое человек из смены. Загрузка производится 5-6 порциями, поэтому при засыпке слоя необходимо каждый раз разравнивать и расталкивать по бокам контейнера. После заполнения ТУК-118 производится отбор проб специальным пробоотборником. Также имеется операция по снятию и закрытию крышки люка ТУК-118, который весит 45 кг не менее 8-ми раз.

Проектируемый робототехнический комплекс позволяет выполнить весь цикл описанных выше операций: снятие/закрытие крышки люка ТУК-118 с помощью разработанного для этой цели специального устройства; равномерное разравнивание характерного конусообразного «бугорка» внутри ТУК-118 и его уплотнение после каждой операции загрузки; отбор проб с помощью пробоотборника.

Для выполнения операций снятия/закрытия крышки инженерами Института разработан автооператор, который содержит четырехзвенный механизм с электромагнитами для схватывания и отпускания крышки.
Робот выполнен по ортогональной схеме, имеющий три степени подвижности в трех взаимно-перпендикулярных направлениях, два их которых обеспечивает движение в горизонтальной плоскости, а третья – в вертикальном направлении. Все степени подвижности конструктивно выполнены одинаково и состоят из основания, изготовленной из квадратных труб, на котором устанавливаются две направляющие. На этих направляющих установлена подвижная каретка, приводимая в движение шарико-винтовой передачей с диаметром вала 16 мм. Вращение вала шарико-винтовой передачи осуществляется шаговым двигателем Nema 34.

Робот размещен в металлическом каркасе, представляющий собой конструкцию портального типа и сваренный из квадратных труб 80х80х3. Размеры каркаса 2517х1660 мм и высота 2080 мм. На высоте 1326 мм приварены поперечные трубы с противоположных сторон каркаса, на каждом из которых установлены направляющие с каретками, которые связаны между собой двумя продольными квадратными трубами 80х80х3. Двигатели этих двух кареток работают синхронно и обеспечивает согласованное их движение. На продольных квадратных трубах установлены также направляющие с кареткой аналогичной конструкции. На этой каретке установлены также аналогичные направляющие с кареткой для обеспечения движения в вертикальном направлении. На каретке вертикального движения устанавливается рабочий орган, расталкиватель или пробоотборник. Таким образом, для выполнения двух операции в экспериментальном образце РТК используется два робота одинаковой конструкции с разными исполнительными органами. Кроме того, расталкиватель и пробоотборник также унифицированы, т.е. состоит из одинаковых основных конструктивных элементов. Рабочие органы прикрепляются к вертикальной каретке двумя фланцевыми подшипниками с диаметром вала 30 мм.

Расталкиватель состоит из конструкции, состоящей из труб диаметром 30 мм приваренных к друг другу под углом 900 и 2 лопаток. Вся конструкция вращается шаговым двигателем марки Nema 34. Шаговый двигатель Nema 34 характеризуется моментом силы до 130 кг•см.

Пробоотборник состоит из конструкции, состоящей из двух труб диаметром 30 мм и 26,9 мм, вложенных друг в друга. Обе трубы имеют цель по всей рабочей длине в виде сектора в 150о. На верхней части внешней трубы имеется паз в виде сектора в 165о, в котором размещен палец, жестко связанный с внутренней трубой. Верхний конец внутренней трубы через муфту соединен с шаговым двигателем Nema 34 и внутренняя труба свободно вращается внутри внешней в пределах 165о пока палец не упрется в боковые стенки паза внешней трубы. При этом при вращении внутренней трубы по часовой стрелке щель закрывается внешней трубой, далее палец внутренней трубы упирается в правую боковую стенку паза внешней трубы, и внешняя труба начинает вращаться вместе со внутренней. В таком взаимном положении труб пробоотборник погружается в ТУК, заполненный желтым кеком для отбора пробы. После полного погружения пробоотборника в желтый кек внутренняя труба под действием двигателя начинает вращается в другую сторону, а внешняя труба остается неподвижной пока палец внутренней трубы не упрется в левую боковую стенку паза внешней трубы. При этом щели внутренней и внешней труб совпадут и открывается доступ к полости внутренней трубы. При дальнейшем вращении внутренней трубы под действием пальца, которая уперлась в левую боковую стенку паза внешней трубы, внешняя труба тоже начинает вращаться в обратном направлении и происходит отбор пробы желтого кека. Затем внешняя труба опять начинает вращаться по часовой стрелке, щель внутренней трубы закрывается внешней трубой и в таком положении пробоотборник вынимается из желтого кека и пробоотборник переносится с помощью робота к специальной таре, расположенной снаружи ТУКа. Далее путем вращения внутренней трубы против часовой стрелки открывается щель внутренней трубы, и отобранная проба высыпается в специальную тару.

Пробоотборник крепится к каретке вертикального движения с помощью фланцевых подшипников. Ниже фланцевых подшипников на внешнюю трубу пробоотборника крепится минивибратор HV 0,1/2, который включается при полном погружении пробоотборника в желтый кек и открытии щели для облегчения отбора пробы, а также после взятия пробы для стряхивания отобранной пробы в специальную тару.

На рисунке показана 3D модели конструкции пробоотборника и расталкивателя.
Робототехнический комплекс в данное время изготавливается на заводе «НАЗ». После завершения первого этапа, будут проводиться работы по тестированию работы роботов, системы управления и отладке. Затем робототехнический комплекс будет передаваться заказчику, где будет проводиться тестирование работы комплекса и его доработка.

Сотрудничество ведущей научной организации Казахстана Института механики и машиноведения имени академика У.А.Джолдасбекова и кррупнейшего недропользователя компании АО «Казатомпром» даёт реальный результат.

Ссылка на видеоматериал: https://www.youtube.com/watch?v=YLxdbew48mI