CN101853709B - 用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于反应堆技术领域，具体涉及一种用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化装置，由上到下依次为顶部部件、筒仓部件、驱动部件、闸阀及支撑部件，筒仓内置有自动抓具，该自动抓具包括芯部、中间壳体、外壳体。本发明提供的机电一体化装置具有方便、安全、密封性好等优点。

Description

用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化装置

技术领域

本发明属于反应堆技术领域，具体涉及一种用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化装置。

背景技术

快中子增殖反应堆简称快堆，是一种由快中子引发链式裂变反应的堆型，其优点在于能够将热中子反应堆中很难利用的、且丰度为99.2％以上的U-238转化为能够利用的核燃料Pu-239，可以极大地提高核燃料的利用率。辐照装置是一种置于反应堆内的用于测量和实验的装置，辐照装置经过辐照后有放射性，沾有一定量的钠，且对其操作需要在密封的氩气环境下进行。

发明内容

(一)发明目的

本发明目的在于实现对钠冷快堆辐照装置的安全、准确、方便地操作。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机电一体化自动抓具，包括芯部、中间壳体、外壳体，其关键在于：所述芯部由爪、抓具杆和支座组成，爪和支座通过铰轴连接，支座通过销和抓具杆连接。所述中间壳体由螺栓、弹簧垫圈、轴承盖、铅坠、滑块、挡圈和定位套组成。抓具杆通过圆柱销和滑块连接，在抓具杆上开有长槽孔，圆柱销可以在长槽孔内上下运动。滑块整体呈圆柱型，在圆柱的外表面上相对于轴心对称布置回环形状的凹槽。所述凹槽沿轴向的长度较大。

所述外壳体由轴承座、弹簧垫圈、连接套和滑销连接套等组成，轴承座通过内六角螺钉及弹簧垫圈和连接套连成一体，连接套和滑销连接套以螺纹连接的方式进行连接，滑销以过盈配合的方式固定在滑销连接套上。

轴、防尘盖、推力球轴承、滚针轴承、挡圈和销和轴承座连接在一起，轴可以在轴承座内转动。

一种用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化装置，包括权利要求所述的机电一体化自动抓具、顶部部件、筒仓部件、驱动部件、闸阀及支撑部件，其中：顶部部件由上筒体、称重传感器、限位开关、定滑轮机构和支架组成，称重传感器和定滑轮机构位于上筒体内，定滑轮机构位于称重传感器之上，限位开关装在上筒体底部、自动抓具上方。筒仓部件由筒仓、带管嘴的截止阀和管连接组成，筒仓固定在其下方的箱体上，自动抓具悬挂在筒仓内。驱动部件由卷筒、减速机、旋转编码器等组成，卷筒上卷有钢丝绳，旋转编码器通过联轴器连接到卷筒上。闸阀及支撑部件由闸阀、支座、密封垫组成，其中闸阀和支座连成一体，密封垫粘接在支座的下表面上。

所述减速机为自锁的双级涡轮蜗杆减速机。

所述管通过管夹固定在筒仓上。

所述自动抓具通过钢丝绳悬挂在筒仓内，其上端挂有导向管。

所述箱体的侧壁上开有观察窗。

挡板、辐照装置和壳体密封在房间B内，所述房间B内填充高纯度的氩气。

(三)有益效果

本发明提供的装置具有如下优点：

1.方便：能够自动实现抓具的开合，并且能够通过重力传感器直接判断是否抓住目标；

2.安全：驱动抓具上下运动的减速机是自锁的，电机断电后抓具不会打滑；

3.密封性好：闸阀和取放工具部件是独立的，取放工具部件取走后不影响闸阀对房间B的密封。

附图说明

图1为整体剖面图；图2为整体正视图；图3为图1的E-E视图；图4为图1的俯视图；图5为抓具正视剖面图；图6为抓具的侧视图；图7为图5的B-B视图；图8为图5的F-F视图；图9为图8的G-G视图；图10为滑块46的凹槽结构图；图11为抓具8状态一图；图12为抓具8状态二图；图13为抓具8状态三图；图14为抓具8状态四图；图15为抓具8状态一时，滑销48相对于滑块46的位置图；图16为抓具8状态二时，滑销48相对于滑块46的位置图；图17为抓具8状态三时，滑销48相对于滑块46的位置图；图18为抓具8状态四时，滑销48相对于滑块46的位置图，图19为图5上端的放大图，图20为图5中抓具杆顶端处的放大图，图21为图5中中间壳体顶端放大图。

其中，1为上筒体，2为称重传感器，3为钢丝绳，4为限位开关，5为定滑轮机构，6为支架，7为导向管，8为抓具，9为筒仓，10为箱体，11为观察窗，12为卷筒，13为闸阀，14为支座，15为密封垫，16为挡板，17为辐照装置，18为壳体，19为管，20为管卡，21为带管嘴的截止阀，22为自锁的双级涡轮蜗杆减速机，23为带管嘴的截止阀，24为螺钉，25为联轴器，26为旋转编码器，27为轴，28为防尘盖，29为推力轴承，30为轴承座，31为弹簧垫圈，32为内六角螺钉，33为滚针轴承，34为挡圈，35为销，36为连接套，37为抓具杆，38为直线轴承，39为滑销连接套，40为螺钉，41为轴承盖，42为螺栓，43为弹簧垫圈，44为轴承盖，45为铅坠，46为滑块，47为挡圈，48为滑销，49为定位套，50为支座，51为爪，52为销，53为铰轴，54为滚针轴承，55为圆柱销，56为塞子；A为孔道，B为房间，C为腔体，D为凹槽，E为长槽孔，F为斜面。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。

一，结构描述

1.整体结构

本实施例提供一种用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化自动抓具，包括顶部部件、筒仓部件、驱动部件、闸阀及支撑部件、其总体结构如图1～图4所示。

上筒体1、称重传感器2、限位开关4、定滑轮机构5和支架6组成顶部部件，如图1和图3所示。称重传感器2和定滑轮机构5位于上筒体1内，定滑轮机构5位于称重传感器2之上，称重传感器2检测抓具8的重量变化，以判断抓具8抓住辐照装置17与否。限位开关4装在上筒体1底部、自动抓具8上方，用于限制抓具在筒仓9内的上部位置，防止碰撞。

筒仓9位于上筒体下方。管19通过管夹20固定在筒仓9上，带管嘴的截止阀21和管19连接成一体组成筒仓部件，如图2所示。筒仓9内的自动抓具8悬挂在钢丝绳3上，导向管7挂在自动抓具8的上端。

卷筒12、自锁的双级涡轮蜗杆减速机22安装在箱体10上，观察窗11在箱体10的侧壁上，用于观察箱体10内部情况，带管嘴的截止阀23固定在箱体10上，旋转编码器26通过联轴器25连接到卷筒12上组成驱动部件，如图1所示。驱动抓具8上下运动的减速机22是自锁的，电机断电后抓具8不会打滑。

上述零部件组合在一起组成取放工具部件。

闸阀13和支座14连成一体，密封垫15粘接在支座14的下表面上，组成闸阀及支撑部件。闸阀13和取放工具部件是各自独立的，取放工具部件取走后不影响闸阀13对房间B的密封。

挡板16、辐照装置17和壳体18在密封的房间B内，房间B内填充高纯度的氩气。在不取放辐照装置17时，孔道A处用塞子56塞住，保证内部的氩气不泄露到外部。

2.抓具结构

抓具的结构如图5～图10所示。抓具包括芯部、中间壳体、外壳体，主要由轴27、轴承座30、连接套36、滑销连接套39、铅坠45、滑块46、支座50和爪51等组成。抓具靠自身的重力实现爪的打开和关闭。

爪51和支座50通过铰轴53连接，支座50通过销52和抓具杆37连接，这样便构成了抓具的芯部。抓具8的支座50中间的孔具有导向和支撑抓具8的作用，保证抓具8抓取辐照装置17时保持竖直的状态。抓具8的爪51是三个均布的爪，在爪51的下部有导向的斜面F，如图5所示。

螺栓42、弹簧垫圈43、轴承盖44、铅坠45、滑块46、挡圈47和定位套49组成中间壳体。

抓具杆37通过圆柱销55和滑块46连接起来，如图8所示。在抓具杆上开有长槽孔，圆柱销55可以在长槽孔限定的范围内上下运动，即滑块46可以相对于抓具杆37在长槽孔限定的范围内上下运动，亦即中间壳体相对于芯部可以在长槽孔限定的范围内上下运动。这个长槽孔限定的行程是抓具的爪51打开和关闭的行程。

滑块46的结构类似于一个凸轮，如图10所示，整体呈圆柱型，在圆柱的外表面上相对于轴心对称布置凹槽D，凹槽是回环形状的，凹槽沿轴向的长度较大，此长度是为了保证抓具抓住辐照装置17后不会因为颠簸而误动作导致辐照装置17跌落下来。

轴承座30上部设计成锥形，以消除抓具被卡住的可能性。轴承座30通过内六角螺钉32及弹簧垫圈31和连接套36连成一体，连接套36和滑销连接套39以螺纹连接的方式进行连接，滑销48以过盈配合的方式固定滑销连接套39上，如此便形成了抓具的外壳体。抓具在完成其抓取或释放动作时，抓具的芯部和中间壳体相对与外壳体运动。

轴27、防尘盖28、推力球轴承29、滚针轴承33、挡圈34和销35和轴承座30连接在一起，轴27可以在轴承座30内转动。

二，动作原理

1.抓具动作原理

如图11～图18所示，初始状态为抓具8抓住辐照装置17，抓具8释放辐照装置17到壳体18内的过程中抓具8状态变化的过程如下：

状态一：如图11所示，此状态表示抓具8将辐照装置17通过孔道A向下放置，辐照装置17刚好放置到壳体18上的状态，同时此状态也表示了抓具8抓住辐照装置的状态。在此时刻支座50顶在壳体18上，由于抓具的芯部和支座50通过销52连成一体，于是抓具的芯部相对于辐照装置17处于静止状态。

在此状态下，滑销连接套39居顶部位置，滑销48在滑块46凹槽D的上部位置，如图15所示，圆柱销55在滑块46的长槽孔E下部位置，滑块46顶住爪51而使其处于关闭的状态。

状态二：如图12所示，此状态表示抓具8的滑销48在滑块46凹槽D的下部位置的状态。由“状态一”到“状态二”的变化过程中抓具的芯部不动，中间壳体在重力的作用下通过圆柱销55挂在芯部的抓具杆37上，即挂在芯部上，芯部相对于辐照装置17不运动，于是中间壳体也不动。由于重力的作用外壳体相对于中间壳体向下运动到滑销48顶住滑块46上的凹槽D的下部凹陷处为止，此时滑销48的位置如图16所示。此时刻抓具的爪51由于滑块46的作用仍处于闭合的状态。

状态三：如图13所示，此状态表示提起抓具8时，滑销48顶到滑块46上居于下部的凹槽D的上部凹陷处的状态，此时滑销48的位置如图17所示。在此时刻外壳体相对于“状态二”时的位置向上平移了一小段距离，抓具8的爪51由于滑块46的作用仍处于闭合的状态。

如果继续向上拉抓具8，中间壳体将被外壳体上的滑销48带动而向上运动。

状态四：此状态表示抓具8的爪51处于松开状态的情况。

从“状态三”到“状态四”的过程中，中间壳体刚好被被提升到圆柱销55到达抓具杆37上的长槽孔E的上部位置，滑块46相对于抓具杆37向上运动了一段距离，滑销48的位置如图18所示。此时抓具杆37的下部已经不再顶住爪51的上端部，爪51处于松弛状态。

如果继续向上拉抓具8，抓具8的芯部将被中间壳体带动向上运动，爪51将从辐照装置上脱开，空的抓具8被向上提起。

抓具8抓取辐照装置17的状态变化过程是上述释放辐照装置17的逆过程。

2.整体动作原理

设备抓取辐照装置17的动作原理如下：

1)抓具8处于“状态四”所属之状态。

2)将塞住孔道A的塞子56取走，将闸阀及支撑部件安装到孔道A的正上方，关闭闸阀13。

3)将取放工具部件通过螺钉24固定到闸阀及支撑部件上。

4)将房间B用专门的氩气系统进行氩气置换，以使氩气达到规定的纯度和压力。

5)通过带管嘴的截止阀21、23，将腔体C内的空气置换成氩气，并达到规定的纯度和压力。

6)打开闸阀13。

7)驱动抓具8向下运动去抓取辐照装置17。抓具8在向下运动的过程中，带动导向管7向下运动，直至导向管7被挡板16挡住，导向管7不再向下运动，抓具8继续向下运动，直到抓具运动到壳体18的上部。此时提升抓具8，辐照装置17就被抓起，抓具8提升到上部，辐照装置8就被抓取到取放工具部件内。

8)关闭闸阀。将取放工具部件内的氩气置换为洁净的空气，松脱螺钉24就可以将取放工具连同辐照装置17取走，到规定的位置后，抓具8将辐照装置17下放到规定的位置。

同样，设备也可以将置辐照装置放置到壳体18上。

以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机电一体化自动抓具，包括芯部、中间壳体、外壳体，其特征在于：

所述芯部由爪（51）、抓具杆（37）和支座（50）组成，爪（51）和支座（50）通过铰轴（53）连接，支座（50）通过销（52）和抓具杆（37）连接；

所述中间壳体由螺栓（42）、弹簧垫圈（43）、轴承盖（44）、铅坠（45）、滑块（46）、挡圈（47）和定位套（49）组成；

抓具杆（37）通过圆柱销（55）和滑块（46）连接，在抓具杆（37）上开有长槽孔，圆柱销（55）能够在长槽孔内上下运动；

滑块（46）整体呈圆柱型，在圆柱的外表面上相对于轴心对称布置回环形状的凹槽(D)；

所述外壳体由轴承座（30）、弹簧垫圈（31）、连接套（36）和滑销连接套组成，轴承座（30）通过内六角螺钉（32）及弹簧垫圈（31）和连接套（36）连成一体，连接套（36）和滑销连接套（39）以螺纹连接的方式进行连接，滑销（48）以过盈配合的方式固定在滑销连接套（39）上。

2.根据权利要求1所述的自动抓具，其特征在于：轴（27）、防尘盖（28）、推力球轴承（29）、滚针轴承（33）、挡圈（34）销（35）和轴承座（30）连接在一起，轴（27）能够在轴承座（30）内转动。

3.根据权利要求1所述的自动抓具，其特征在于：所述凹槽(D)沿轴向的长度较大。

4.一种用于钠冷快堆辐照装置操作的机电一体化装置，包括权利要求1所述的机电一体化自动抓具、顶部部件、筒仓部件、驱动部件、闸阀及支撑部件，其中：

顶部部件由上筒体（1）、称重传感器（2）、限位开关（4）、定滑轮机构（5）和支架(6)组成，称重传感器（2）和定滑轮机构（5）位于上筒体（1）内，定滑轮机构（5）位于称重传感器（2）之上，限位开关（4）装在上筒体（1）底部、自动抓具（8）上方；

筒仓部件由筒仓、带管嘴的截止阀（21）和管（19）连接组成，筒仓（9）固定在其下方的箱体（10）上，自动抓具（8）悬挂在筒仓内；

驱动部件由卷筒（12）、减速机（22）、旋转编码器（26）组成，卷筒（12）上卷有钢丝绳（3），旋转编码器（26）通过联轴器（25）连接到卷筒（12）上，所述减速机（22）为自锁的双级涡轮蜗杆减速机；

闸阀及支撑部件由闸阀（13）、支座（14）、密封垫（15）组成，其中闸阀（13）和支座（14）连成一体，密封垫（15）粘接在支座（14）的下表面上。

5.根据权利要求4所述的机电一体化装置：所述管（19）通过管夹（20）固定在筒仓（9）上。

6.根据权利要求4所述的机电一体化装置：所述自动抓具（8）通过钢丝绳（3）悬挂在筒仓内，其上端挂有导向管（7）。

7.根据权利要求4所述的机电一体化装置：所述箱体（10）的侧壁上开有观察窗（11）。

8.根据权利要求4所述的机电一体化装置：挡板（16）、辐照装置（17）和壳体（18）密封在房间（B）内，所述房间（B）内填充高纯度的氩气。

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