Platforma autonomního převážecího vozu pro transport ukládacích obalových souborů

Koncepce umístění ukládacích obalových souborů (UOS) s vyhořelým jaderným palivem (VJP) do dlouhých horizontálních vrtů, prezentovaná v prvním čísle  CzechIndustry v letošním roce, vyžaduje specifickou sestavu robotických technologií, tvořících soupravu robotických vozů, jejímž základem je unifikovaný převážecí vůz.

V rámci procesu ukládání UOS s VJP do dlouhých horizontálních ukládacích vrtů je potřeba zajistit jejich transport včetně sady lisovaných prefabrikátů z meziskladu do technologické chodby hlubinného úložiště (HÚ), před příslušný ukládací vrt. Za tímto účelem bylo navrženo koncepční řešení soupravy robotických vozů, které slouží k zajištění transportu uvedených objektů na ukládacím horizontu HÚ. V současné době probíhá dlouhodobé testování prototypu platformy autonomního převážecího vozu pro transport obalových souborů, na jehož vývoji v minulých letech spolupracovaly firmy FITE, a. s., a ROBOTSYSTEM, s.r.o, společně s VŠB-TUO. Výzkumný projekt byl realizován v programu TRIO s podporou Ministerstva průmyslu a obchodu.

Bezpečnost, energetická náročnost a ekologičnost autonomního provozu

Klíčovým faktorem ovlivňujícím aplikovaná řešení, bylo zajištění bezpečnosti plně autonomního provozu převážecího vozu pro transport UOS, respektive celé soupravy robotických vozů. Z tohoto důvodu byla transportní technologie vybavena certifikovanými bezpečnostními senzorickými prvky, jejichž základem je 2D laserový skener, kombinovaný s kamerou, umístěný na obou čelech robotického vozu. Plošný model prostředí před a za vozem je tak doplněn o obraz kamery, který lze dále zpracovávat na úrovni řídicího systému převážecího vozu, nebo jej poskytnout operátorovi velínu, provádějícímu kontrolní činnost.

Celková přípustná provozní hmotnost převážecího vozu UOS je 55 t, proto bylo důležité dobře dimenzovat brzdový systém i přes to, že není provozní rychlost vysoká. Pohon platformy převážecího vozu je tvořen asynchronním elektromotorem se speciální vícelamelovou brzdou, díky níž je, v případě nouzového brždění, brzdná dráha plně naloženého vozu, jedoucího provozní rychlostí, méně než 0,5 m. Bezpečnost provozu v neposlední řadě ovlivňuje také skutečnost, že všechny vozy soupravy jsou koncipovány jako kolejové. Směr jízdy je jednoznačně určen a řízení všech situací autonomního provozu, včetně těch krizových, je výrazně jednodušší, s nižšími nároky na instalované technické prostředky. I když se jedná o autonomní kolejové vozidlo, určené pro provoz v areálu HÚ, kde by měl být výskyt osob spíše výjimkou, byl prototyp platformy převážecího vozu vybaven E-STOP tlačítky, umístěnými v rozích konstrukce nosného rámu a osvětlením, jehož úkolem je signalizovat aktuální provozní režim a stav robotického vozu.

Koncept kolejové dopravy přináší, kromě faktoru pasivní bezpečnosti, také nezanedbatelné pozitivum v oblasti energetické náročnosti provozu. Valivý odpor kolejového kola po koleji je výrazně nižší v porovnání s kolem osazeným plným pryžovým profilem nebo pneumatikou, odvalujícím se po betonovém či asfaltovém podkladu. Skutečnost, že reálné transportní koridory na ukládacím horizontu HÚ nebudou striktně horizontální, ale naopak budou muset, z důvodu vypořádání se s podzemní vodou, být opatřeny mírným sklonem, tento rozdíl ještě umocňuje.

Existující transportní systémy pro transport UOS jsou v řadě případů vybaveny spalovacím motorem. Toto řešení má své výhody, ale při komplexním pohledu na věc jej řešitelský tým vnímá, pro danou aplikaci, jako nevhodné. Jako ideální, zejména z důvodu vysoké reálné účinnosti a provozu bez produkce lokálních emisí v místě instalace pohonu, se jeví elektrické pohony. I přes to, že byly energetické nároky na provoz převážecího vozu minimalizovány, není, vzhledem k transportovaným hmotnostem a k předpokládaným, poměrně dlouhým, dojezdovým vzdálenostem, vhodné řešit napájení vozu pouze akumulátorem. Každý vůz soupravy bude nezávisle na ostatních napájen z napájecí troleje, situované v profilu kolejiště. Konstrukční řešení platformy převážecího vozu UOS umožňuje instalaci akumulátoru, k jeho aplikaci však dojde pouze v případě, že nebude možné všechny transportní koridory HÚ vybavit napájecí trolejí. V takovém případě bude instalovaný akumulátor sloužit výhradně pro překlenutí úseku bez napájecí troleje.

Robustnost, jednoduchost a modularita řešení

Základem zvoleného konstrukčního řešení platformy převážecího vozu UOS je nosný rám, dimenzovaný na zatížení až 45 t. Prostorově členitý a tuhý svařenec rámu umožňuje instalaci prvků senzorického, řídicího, zdrojového a lokomočního subsystému. Lokomoční subsystém je, v případě platformy převážecího vozu, tvořen kompaktními moduly kolejových kolových jednotek, které jsou, prostřednictvím přírub, připojeny k nosnému rámu. Symetrická konstrukce nosného rámu vozu dále umožňuje instalaci dvojice trakčních pohonů. Vůz může mít jednu nebo dvě hnací nápravy, přičemž k zajištění požadované trakce a uvedené brzdné dráhy při nouzovém brždění je potřeba pouze jedna z nich. Konstrukční řešení trakčního systému umožňuje provoz vozu na přímých i zakřivených kolejových tratích.

Spojování a rozpojování vozů v automatickém módu

Transportní proces vyžaduje určitou součinnost a synchronizaci jednotlivých vozů soupravy. Každý vůz soupravy bude vybaven mechanizmem, který umožní automatické spojení a rozpojení libovolných dvou vozů. V průběhu transportu není nutné, aby vozy soupravy jely společně navzájem fyzicky propojeny. Před zahájením zavážení UOS a lisovaných prefabrikátů do ukládacího vrtu, však musí být všechny vozy, v definovaném pořadí, v technologické chodbě, těsně seřazeny, čemuž odpovídá propojení vozů pomocí mechanizmu spřáhla. Díky senzorickému systému a akčním členům spřáhla probíhá proces spojování a rozpojování zcela automaticky. Automatické spřáhlo má svůj význam zejména při řešení krizových scénářů. V případě poruchy kteréhokoliv vozu soupravy je možné, s využitím automatického spřáhla, daný vůz libovolným jiným vozem soupravy odtáhnout do servisního zázemí. U prototypu platformy převážecího vozu byla funkce automatického spřáhla testována s využitím zkušebního stendu, pevně umístěného na testovací kolejové dráze, simulujícího druhý vůz soupravy.

Navazující výzkum a potenciál využití v průmyslu

Prototyp platformy, který v minulých měsících úspěšně prošel náročným testováním, je dobrým základem budoucího unifikovaného autonomního převážecího vozu. Výzkumný tým v současné době pracuje na vývoji unifikované nástavby vozu včetně mechanizmu výškového polohování, který umožní kalibraci výšky nástavby vozu s reálnou výškou ústí horizontálního ukládacího vrtu v technologické chodbě. Nejvýznamnějším bodem současných výzkumných aktivit je však fixační monoblok, kterým bude vybaven jeden z unifikovaných převážecích vozů soupravy, určený pro transport UOS s VJP.

Vyvinutý prototyp platformy autonomního převážecího vozu je primárně určen pro využití v rámci transportních robotických technologií HÚ. Zvolené konstrukční řešení, robustní senzorický a řídicí systém a určitá míra konfigurovatelnosti, umožňující měnit některé technické parametry, však tvoří potenciál pro její nasazení také v průmyslových aplikacích.

Daniel Polák, Pavel Bartoš, Pavel Halada, ROBOTSYSTEM

Obr. Koncepční model naložené soupravy robotických vozů. Legenda: 1. Unifikovaný převážecí vůz, 2. Fixační monoblok pro zajištění UOS při transportu, 3. Karuselový vůz s ukládacím robotem, 4. Ukládací robot, 5. Ukládací obalový soubor (UOS), 6. Podkladové lože, 7. Kruhová výseč, 8. Kruhová výplň

Obr. na úvod. Prototyp platformy autonomního převážecího vozu UOS na testovací kolejové dráze

Zdroj: CzechIndustry č. 3. 2019