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ITER计划是未来热核聚变从实验走向应用的里程碑,给人类提供一个深入研究核聚变反应的重要平台。ITER装置面对等离子体的部件的材料中含有金属铍,这种剧毒材料在等离子体的作用下,形成尘埃附在内部部件上,且容易飘散进入空气中。同时等离子体放电时,有大量中子和γ射线产生,会造成内部部件材料的活化,且燃料氚也会渗透到材料中或吸附在材料表面。因此在安装和维护内部部件时,运用遥操作车在热室和真空窗口之间输运内部部件,并完成相应操作顺序,达到安装、拆卸、维护内部部件的目的。遥操作车要在真空窗口前成功完成预期目标,必须要先与真空窗口精确对接,保证车厢与窗口之间密封,同时支撑腿要能承受重载和位置调节,且双密封门要能顺利打开和关闭。
本文先对遥操作车系统进行全面的把握,定义各功能部件的接口。对遥操作车设计准则和工艺学要求进行分析,这些准则和要求成为以后遥操作系统设计与分析的依据。然后对遥操作车两大关键部件支撑腿系统和双密封门系统进行优化设计分析和可靠性研究。
在介绍双密封门总体和各部分设计的基础上,对对接和锁紧系统进行优化设计。对双密封门进行运动学分析,并结合理论受力分析,优化出导轨拐点位置。初步分析遥控密封检漏方案并计算出检漏相关参数。对双密封门进行FMEA初步分析。对剪状支撑腿结构进行优化,根据载荷工况情况,建立起支撑腿虚拟样机,对其进行运动学分析和有限元静力学分析,为样机加工做好准备。
对支撑腿系统和双密封门中的电机驱动系统、液压系统进行可靠性分析。先进行故障树分析,建立起失效串并联模型,然后充分利用元器件应力分析法、机械概率设计法等对上述系统进行可靠性研究,得到一些关键件和系统的失效数学模型、可靠度、平均无故障时间等参数,再对系统可靠性进行模拟。为系统可靠性考核、优化现有设计、对潜在的故障做出快速而准确的判断提供参考。
对非标准件的机械零部件,提出用尺寸变量有限元的灵敏度分析代替只有通过大量实验才能得到的可靠性应力分布。该方法拓展了可靠性分析的研究领域,将为我国大型科学工程如核聚变装置、卫星、火箭等复杂系统可靠性问题的研究提供了崭新思路和技术。