CN101826372A - 一种用于操作堆芯组件的抓具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于操作堆芯组件的抓具，主要由机架、抓手机构、驱动机构和导向管组成，驱动机构包括抓手上下驱动机构、抓手转动驱动机构和导向管驱动机构；抓手机构由抓手部件、内管、外管、弹簧、滚珠螺母和滚珠丝杠组成，抓手部件由爪、圆筒、叉形件和销轴组成；抓手上下驱动机构由丝杠驱动机构和安全离合器构成；外管和叉形件连接；内管和圆筒连接，弹簧套在内管上，并顶在外管的顶部；圆筒的结构为圆管形，在圆筒的侧臂上设置容纳叉形件和爪的异形槽，圆筒下端内表面为喇叭口状的内锥面；导向管呈圆管形结构，套在外管上并上下滑动，侧面有齿条，齿条与导向管驱动机构的齿轮相啮合。该装置安全可靠、操作简便，适用于我国快堆堆芯组件。

Description

一种用于操作堆芯组件的抓具

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，特别涉及一种用于操作堆芯组件的抓具。

背景技术

在液态金属冷却的快堆中，堆芯组件在反应堆容器内，并浸没在液态金属中，一般在液态金属的上部覆盖有惰性气体，如氩气等，反应堆容器内有强放射性。将堆芯组件或其它需要放置到堆芯的机械装置放置到反应堆容器内，或者将其从反应堆容器中取出要在高放射性、高温、空间密闭的氩气和液态金属环境下作业，液态金属具有高的化学活性，在和氧气接触时极易着火。抓取装置在保证安全、可靠地抓起或放下堆芯组件或其它需要放置到堆芯的机械装置时，要保证反应堆容器的密封性，隔离反应堆内外的气氛，屏蔽放射性。目前，法国在其快堆中采用的装置是钩爪式的，由于我国快中子增值反应堆中堆芯组件形状的特殊性，钩爪式抓具无法在我国快堆系统中使用。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种安全可靠、操作简便的适用于我国快堆堆芯组件的抓具。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于操作堆芯组件的抓具，主要由机架、抓手机构、驱动机构和导向管组成，其中驱动机构包括抓手上下驱动机构、抓手转动驱动机构和导向管驱动机构；关键在于，

抓手机构由抓手部件、内管、外管、弹簧、滚珠螺母和滚珠丝杠组成，其中抓手部件由爪、圆筒、叉形件和销轴组成；

抓手上下驱动机构由丝杠驱动机构和安全离合器构成，丝杠驱动机构安装在机架的顶部，与滚珠丝杠通过安全离合器连接在一起，滚珠丝杠和焊接在内管顶端的滚珠螺母相连接，构成了滚珠丝杠螺母运动副；滚珠螺母的侧面有凸台，凸台在限位导轨的长槽中上下滑动，限位导轨通过轴承固定在机架上，并与抓手转动驱动机构连接；

外管下部和叉形件连接，叉形件的每个臂的末端开有槽并打销孔，在槽的根部设置有限位面；爪活动连接在叉形件臂上，爪的顶部也设置相应的限位面，侧面设有凸起；

内管的下端和圆筒连接，弹簧套在内管上，并顶在外管的顶部；

圆筒的结构为圆管形，在圆筒的侧壁上设置容纳叉形件和爪的异形槽，圆筒下端内表面为喇叭口状的内锥面；

导向管呈圆管形结构，套在外管上并可以上下滑动，其中导向管的下端有凸台，侧面有齿条，该齿条与导向管驱动机构的齿轮相啮合。

所述的导向管的凸台下部有导向外锥面，导向管的端部有外锥面和内锥面。所述的叉形件上均匀布置三个臂，每个臂上连接有爪，三个爪合拢抱紧时，其下部的外表面在同一个外锥面上，三个爪的内表面在同一个内锥面上。外管的下部和叉形件通过螺纹方式连接，内管的下端和圆筒通过螺纹方式连接。

附图说明

图1.1抓具的结构剖视图

图1.2图1.1所示的I局部放大图

图2叉形件的立体图

图3爪和叉形件连接示意图

图4圆筒的立体图

图5抓具的初始状态图

图6外管到达导向管的顶部、抓手部件到达最下部状态图

图7爪通过堆芯组件头部状态图

图8爪到达最下部状态图

图9导向管压在堆芯组件头部状态图

图10抓手部件上移抓牢堆芯组件图

图11抓手抓起堆芯组件到导向管内状态图

图12导向管向上离开组件头部状态图

1丝杠驱动机构、2安全离合器、3滚珠丝杠、4机架、5轴承、6限位导轨、7内管、8大齿轮、9小齿轮、10外管、11弹簧、12导向管、13齿轮、14叉形件、15销轴、16爪、17圆筒、18a堆芯组件、18b堆芯组件、18c堆芯组件、19抓手上下驱动机构、20抓手转动驱动机构、21导向管驱动机构、22凸台、23外管的下表面、24导向管的上表面、25导向管上的齿条、26爪的限位面、27叉形件上的限位面、28凸起、29圆筒的内锥面、30堆芯组件的外锥面、31长槽、32爪的外锥面、33爪的内锥面、34圆筒的锥面、35导向管上的导向外锥面、36导向管下端面处的外锥面、37导向管下端面处的内锥面、38导向管下部的凸台、39滚珠螺母、40臂、41槽、42销孔、43内圆柱面、44异形槽、45堆芯组件上的下锥面、46安装座、47支座、48抓手部件、49堆芯组件顶部的锥面、50导向管下部凸台的下表面、51导向管安全离合器、52液态金属液面

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

该装置的总体结构如图1.1、图1.2所示，该装置通过安装座46安装在液态金属，比如液态钠，冷却的快中子增值反应堆的支座47上。该装置在安装座46和支座47的连接处是密封的，该装置内部和反应堆堆腔相连，机架4是反应堆的密封边界，它不但是该装置的支撑结构，还具有密封堆内气体和屏蔽放射性的作用。堆芯组件18a、18b、18c浸没在热的液态金属中，液态金属液面52位置如图1.1所示。

本装置主要由机架4、抓手机构、驱动机构和导向管12组成，其中驱动机构包括抓手上下驱动机构19、抓手转动驱动机构20、导向管驱动结构21。

丝杠驱动机构1在机架4的顶部，它和滚珠丝杠3通过安全离合器2连接在一起，丝杠驱动机构1用于带动滚珠丝杠3转动。丝杠驱动机构1和安全离合器2构成了抓手上下驱动机构19。

内管7的顶端的结构是滚珠螺母39，内管7和滚珠螺母39焊接成一体。滚珠丝杠3和内管7顶端的滚珠螺母39相连接，构成滚珠丝杠螺母运动副。滚珠螺母39的侧面有凸台22，凸台22在限位导轨6的长槽31中上下滑动，该长槽31约束了内管7的转动自由度，使内管7只能上下运动不能相对于限位导轨6转动。大齿轮8和限位导轨6连成一体，大齿轮8和小齿轮9是抓手转动驱动机构20的一部分，抓手转动机构20驱动小齿轮9，小齿轮9带动大齿轮8转动，大齿轮8转动的同时限位导轨6在机架4的轴承5的支撑下随之转动，最终带动内管7转动。

外管10的下部通过螺纹和叉形件14连接成一体。叉形件14的结构如图2所示，叉形件14有三个臂40，在每个臂40的末端开槽41并打销孔42。在槽41的根部有叉形件14上的限位面27。

内管7的下端通过螺纹和圆筒17连接成一体。弹簧11套在内管7上，并顶在外管10的顶部，弹簧11具有缓冲和稳定内管7和外管10的作用，保证在抓取堆芯组件和释放堆芯组件时机构的稳定性。

爪16的顶部有一个限位面26，在抓住堆芯组件时，限位面26和叉形件14上的限位面27贴合在一起。爪16的侧面有一个凸起28，在爪16进入导向管12后，导向管12的内圆柱面43限制住爪16，如果爪16欲向外张开，则导向管12的内圆柱面43就挡住爪16上的凸起28，使爪16不能向外张开。

爪16通过销轴15和叉形件14连接在一起，如图3所示。三个爪16合拢抱紧时其下部的外表面在同一个外锥面32上，同样，三个爪16下部的内表面也在同一个内锥面33上，如图6所示。

圆筒17的结构如图4所示，圆筒17中间为圆管形，在圆筒17的侧臂上有三个对称布置的异形槽44，以使叉形件14和爪16容纳于该异形槽44中。圆筒17下端内表面为喇叭口状的内锥面29，该内锥面29和堆芯组件18a上的锥面30的锥度一致。如图6所示，在圆筒17的内部有锥面34，该锥面34和堆芯组件18a上的下锥面45的锥度是一致的。

爪16、圆筒17、叉形件14和销轴15构成该装置的抓手部件。抓手部件、内管7、外管10、弹簧11、滚珠螺母39和滚珠丝杠3构成该装置的抓手机构。

如图1.1所示，导向管12整体上是一个圆管形结构，在其下端有导向管下部的凸台38，在该凸台38的下部有导向管上的导向外锥面35，在导向管12的端部有导向管下端面处的外锥面36和导向管下端面处的内锥面37。凸台38用于压在堆芯组件18b、18c的头部上，导向管上的导向外锥面35用于增强导向管12端部的强度和避开堆芯组件18b、18c，导向管下端面处的外锥面36使得导向管12向下运动过程中更易于插入堆芯组件18b、18c之间，并把可能发生变形的周围的堆芯组件向外推开，导向管下端面处的内锥面37使堆芯组件头部进入导向管12的空间增大，使堆芯组件更易于进入导向管。这样确保在从当前位置拔出堆芯组件18a时周围堆芯组件不被带出。

在导向管12的侧面有一段齿条25，导向管驱动机构21的齿轮13和齿条25相啮合。导向管驱动机构21通过导向管安全离合器51带动齿轮13转动，齿轮13通过与其相啮合的齿条25带动导向管12上下运动。

该装置的工作原理：

图5～图12表示了该装置拔出芯组件18a的过程。

1)状态一

如图5表示该装置的初始状态。在该状态下，导向管12在堆芯组件18a、18b、18c的上方，抓手部件48在导向管12内并居于导向管12的上部。爪16的外锥面32和圆筒17的锥面34贴合在一起。爪16的限位面26和叉形件14上的限位面27贴合在一起。爪16及与其连接的叉形件14、销轴15、外管10的重力通过爪16的外锥面32作用在圆筒17上，由于圆筒17和内管7通过螺纹连接成一体，内管7和滚珠螺母39焊接成一体，抓手机构的所有重力载荷都作用在滚珠丝杆3上。此时，相当于与外管10相连的零件通过爪16挂在与内管7相连的圆筒17上。在此状态下，外管10的下表面23和导向管12的上表面24之间有一段距离。

2)状态二

图6表示了该装置的外管到达导向管的顶部、抓手部件到达最下部状态图。

从“状态一”到“状态二”的过程中，导向管12保持不动，抓手部件48在抓手上下驱动机构19的驱动下，从上部位置向下运动，直至圆筒17下部喇叭口状的内锥面29紧压在堆芯组件上的外锥面30上为止。如果向下的压紧力超过规定的限制，安全离合器2会因过载而触发保护动作。

在抓手部件48向下运动的过程中，外管10的下表面23和导向管12的上表面24首先接触，于是外管10被导向管12挡住，不能再向下运动。

由于爪16通过销轴15和叉形件14相连，叉形件14和外管10通过螺纹联接成一体，于是爪16不再向下运动。随着圆筒17的不断向下运动，圆筒17相对于爪16向下运动了一段距离。

在外管10被导向管12挡住后，滚珠螺母39会继续向下运动，于是弹簧11被压缩，被压缩的弹簧11的作用力使滚珠螺母39和外管10保持彼此离开的趋势。

在此状态下，爪16上的凸起28已经从导向管12中离开，爪16上的凸起28不再受到导向管12的内圆柱面43的约束。

3)状态三

图7表示了该装置的爪通过堆芯组件头部状态图。

在“状态二”完成后，圆筒17被堆芯组件18a挡住，同时抓手上下驱动机构19不再驱动抓手部件48向下运动，于是圆筒17不再向下运动。

从“状态二”到“状态三”的过程中，导向管12从“状态二”的位置开始向下运动，随着导向管12的向下运动，爪16亦随之向下运动，于是堆芯组件18a头部顶部的锥面49向外推爪16，爪16沿着销轴15向偏离中心的方向转过一个角度，于是爪16的限位面26和叉形件14上的限位面27不再紧贴在一起，堆芯组件18a进入三个爪16当中。

4)状态四

图8表示了该装置的爪到达最下部状态图。

从“状态三”到“状态四”的过程中，导向管12继续向下运动，爪16也随之向下运动，直至爪16的外锥面32顶住圆筒17的锥面34，此时爪16的限位面26和叉形件14上的限位面27又紧贴在一起，爪16不再向下运动。

由于爪16被圆筒17挡住而不能再向下运动，外管10也不能再向下运动。

此时，堆芯组件18a已经完全在三个爪16包围的空间内。

5)状态五

图9表示了该装置的导向管压在堆芯组件头部状态图。

从“状态四”到“状态五”的过程中，导向管12继续向下运动，抓手部件48保持不动，外管10保持不动，外管10的的下表面23和导向管12上表面24开始互相离开，直至导向管12的凸台38的下表面紧压在堆芯组件18b、18c头部的上端面上，此时爪16上的凸起28在导向管12的内孔中，爪16向导向管12中心线以外运动的自由度被导向管12的内圆柱面43挡住，即爪不能松开。如果导向管12向下的压紧力超过规定的限制，导向管安全离合器51会因过载而触发保护动作。至此导向管不再向下运动，如果堆芯组件18b、18c发生变形而向导向管12的中心方向偏斜，则此时导向管12将把偏斜的堆芯组件18b、18c向外推出，以保证堆芯组件18a能顺利地从当前位置被拔出。

6)状态六

图10表示了该装置的抓手部件上移抓牢堆芯组件图。

从“状态五”到“状态六”的过程中，导向管12保持不动，滚珠丝杆3带动抓手部件48向上运动，直至爪6的内锥面33和堆芯组件18a上的下锥面45贴合。

7)状态七

图11表示了该装置的抓手抓起堆芯组件到导向管内状态图

从“状态六”到“状态七”的过程中，导向管12继续保持不动，滚珠丝杆3带动抓手部件48继续向上运动，直至抓手部件48到其工作的上部位置，此时堆芯组件18a全部进入导向管12的内孔中。

8)状态八

图12表示了该装置的导向管向上离开组件头部状态图。

从“状态七”到“状态八”的过程中，抓手部件48保持不动，导向管12继续向上运动，直至导向管12的下端离开堆芯组件18b、18c的上端面一段距离。此时导向管12到达其上部工作位置，不再向上运动。

插入堆芯组件18a的过程与拔出堆芯组件18a的过程相反。

Claims (4)

1.一种用于操作堆芯组件的抓具，主要由机架(4)、抓手机构、驱动机构和导向管(12)组成，其中驱动机构包括抓手上下驱动机构(19)、抓手转动驱动机构(20)和导向管驱动机构(21)；其特征在于，

抓手机构由抓手部件(48)、内管(7)、外管(10)、弹簧(11)、滚珠螺母(39)和滚珠丝杠(3)组成，其中抓手部件(48)由爪(16)、圆筒(17)、叉形件(14)和销轴(15)组成；

抓手上下驱动机构(19)由丝杠驱动机构(1)和安全离合器(2)构成，丝杠驱动机构(1)安装在机架(4)的顶部，与滚珠丝杠(3)通过安全离合器(2)连接在一起，滚珠丝杠(3)和焊接在内管(7)顶端的滚珠螺母(39)相连接，构成了滚珠丝杠螺母运动副；滚珠螺母(39)的侧面有凸台(22)，凸台(22)在限位导轨(6)的长槽(31)中上下滑动，限位导轨(6)通过轴承(5)固定在机架(4)上，并与抓手转动驱动机构(20)连接；

外管(10)下部和叉形件(14)连接，叉形件(14)的每个臂(40)的末端开有槽(41)并打销孔(42)，在槽(41)的根部设置有限位面(27)；爪(16)通过销轴(15)活动连接在叉形件(14)臂(40)上，爪(16)的顶部也设置相应的限位面(26)，侧面设有凸起(28)；

内管(7)的下端和圆筒(17)连接，弹簧(11)套在内管(7)上，并顶在外管(10)的顶部；

圆筒(17)的结构为圆管形，在圆筒(17)的侧臂上设置容纳叉形件(14)和爪(16)的异形槽(44)，圆筒(17)下端内表面为喇叭口状的内锥面(29)；

导向管(12)呈圆管形结构，套在外管(10)上并可以上下滑动，其中导向管(12)的下端有凸台(38)，侧面有齿条(25)，该齿条(25)与导向管驱动机构(21)的齿轮(13)相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种用于操作堆芯组件的抓具，其特征在于，所述的导向管(12)的凸台(38)下部有导向外锥面(35)，导向管(12)的端部有外锥面(36)和内锥面(37)。

3.根据权利要求1所述的一种用于操作堆芯组件的抓具，其特征在于，所述的叉形件(14)均匀布置三个臂(40)，每个臂(40)上连接有爪(16)，三个爪(16)合拢抱紧时，其下部的外表面在同一个外锥面(32)上，三个爪(16)的内表面在同一个内锥面(33)上。

4.根据权利要求1所述的一种用于操作堆芯组件的抓具，其特征在于，外管(10)的下部和叉形件(14)通过螺纹方式连接，内管(7)的下端和圆筒(17)通过螺纹方式连接。

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