CN103440883A - 用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，与现有技术相比解决了无法针对核聚变环境下部件转运装置进行多自由度调节的缺陷。本发明包括托架支撑系统和厢体，还包括安装在托架支撑系统和厢体之间的六自由度调节系统，所述的六自由度调节系统包括并联三自由度旋转平台和叠加三自由度移动平台，所述的厢体安装在并联三自由度旋转平台上，所述的叠加三自由度移动平台安装在托架支撑系统上。本发明可以更好的保证核聚变环境下部件在转运过程中各个方向自由度的对接调整，保证核聚变环境下部件辐射性高温燃料时的稳定性、灵活性与安全性。

Description

用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置

 

技术领域

本发明涉及核聚变环境的技术领域，具体来说是一种用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置。

 

背景技术

国际热核实验反应堆，即核聚变环境是目前核聚变领域内全球规模最大、影响最深远的大科学工程项目，主要目标是建造一个可持续燃烧的托卡马克核聚变实验堆，验证和平利用核聚变能的可行性。核聚变环境下使用的装置，其真空室内部的第一壁部件基本都是由铍制造或者有铍覆盖，在进行等离子体放电的时候，内部部件还可能被γ 射线活化和氚等污染。因此，在安装与维护装置的过程中，为防止上述污染辐射危害操作人员的健康，操作人员不准靠近现场，操作也受到相应的影响。基于上述原因，对真空室内部部件进行装配、维护等操作的时候，需要借助一种密封的转运车来协助完成。

核聚变环境下部件转运车的主要功能是在热室和真空室端口间运输内部部件，同时能够完成部件的拆除和安装，它主要包括三个子系统：运输器、车体和载荷部件处理设备，运输器包括气垫车(ATS)和托架，这两者是通用的、独立的和具有互换性的单元。车体由车厢和双密封门组成，它们组成一个密闭空间，能有效地防止辐射、粉尘等污染物的泄漏。载荷部件处理设备是用来将载荷部件从其工作位置上拆除或者将新部件安装到其工作位置上，同时将拆除的部件拉入或送出车厢中。

国内针对核聚变环境下部件转运车的研究也只是处在起步阶段，大多数的设计研究主要针对转运车中的单个模块的设计研究，而针对核聚变环境下转运装置的设计很少。王芬芬、姚达毛、李格等人在《机械设计与制造》杂志的2009年11月第11期上刊登的论文“核聚变环境下遥控运输车结构初步设计及分析”中提到的运输车结构框架，而没有给出具体的总体框架，使得转运车具体概念较模糊。李绍青、曹磊等人在《核聚变与等离子体物理》杂志的2011年3月第31卷第1期刊登的论文“核聚变环境下遥控运输车支撑腿的设计”只针对转运车中支撑机构-螺旋千斤顶支撑腿机构，该种支撑腿使得核聚变环境下转运车只有单个方向的自由度，而转运车在对接的过程较为复杂，单个自由度的支撑腿很难满足转运车的对接要求，支撑具有六个自由度才能更好满足转运车对接需求。同时该种腿部支撑机构对支撑大吨位载荷，缺乏稳定性，且对地面强度要求过高。覃世军、姚达毛等人在《机械设计与制造》杂志的2008年11月第11期上刊登的论文“核聚变环境下遥控运输车双密封系统FMEA分析”，只针对转运车车厢上的密封门系统进行了设计研究，而没有对整个核聚变环境下转运车系统进行分析。由于厢体对接是多自由度精准调节的过程，需要多自由度调节平台，而现有研究中所涉及的对接技术中均未考虑多自由度的调节，在实际使用中更无法完成任务。如何开发出一种可以用于核聚变环境下具有多自由度调节的部件转运装置已经成为急需解决的问题。

 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中无法针对核聚变环境下部件转运装置进行多自由度调节的缺陷，提供一种用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，包括托架支撑系统和厢体，还包括安装在托架支撑系统和厢体之间的六自由度调节系统，所述的六自由度调节系统包括并联三自由度旋转平台和叠加三自由度移动平台，所述的厢体安装在并联三自由度旋转平台上，所述的叠加三自由度移动平台安装在托架支撑系统上。

所述的并联三自由度旋转平台包括上托板，上托板上方通过采用四面棱台对称布置的液压缸A、液压缸B、液压缸C、液压缸D与厢体固定安装。

所述的叠加三自由度移动平台包括中托板和下托板，上托板下方中部通过转台轴承单元连接中托板，中托板上安装有液压缸E，液压缸E穿过上托板并固定安装在上托板上方，中托板下方通过纵向导轨和液压缸F安装在下托板上，下托板下方通过横向导轨和液压缸G安装在托架支撑系统上。

还包括液压驱杆，所述的液压驱杆下部固定安装在上托板上方中部，液压驱杆上部采用十字铰链安装在厢体下。

还包括重载万向轮，所述的重载万向轮的数量为8 个，重载万向轮安装在上托板与下托板的压接处。

所述的纵向导轨和横向导轨的数量均为4个。

所述的厢体包括车厢主体、密封顶盖、密封门和冷却器，所述的密封顶盖配合密封边条固定在车厢主体顶部，所述的密封门通过对接窗口安装在车厢主体两端，所述的冷却器安装在车厢主体的侧面，所述的冷却器为蓄冷板。

所述的托架支撑系统包括托架钢板、槽钢、加强筋和起吊环，槽钢通过焊接方式安装在托架钢板的两侧，加强筋安装在槽钢内，起吊环固定安装在托架钢板侧部。

 

有益效果

本发明的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，与现有技术相比可以更好的保证核聚变环境下部件在转运过程中各个方向自由度的对接调整，保证核聚变环境下部件辐射性高温燃料时的稳定性、灵活性与安全性。六自由度调节系统实现了核聚变环境下部件转运装置系统所需的六个对接自由度，完全保证了核聚变环境下部件转运装置在实际使用中的各个方向的调整需求。转运装置厢体主体框架的设计，为辐射物的运载提供了保证，确保了周围环境的安全性。

 

附图说明                      

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明所述六自由度调节系统的结构示意图

图3为本发明所述六自由度调节系统的爆炸图

图4为本发明所述厢体的结构示意图

图5为本发明所述托架支撑系统的结构示意图

其中，1-托架支撑系统、2-六自由度调节系统、3-厢体、21-叠加三自由度移动平台、22-并联三自由度旋转平台、101-架钢板、102-槽钢、103-加强筋、106-起吊环、120-下托板、201-横向导轨、202-纵向导轨、203-液压缸E、204-液压缸F、205-转台轴承单元、206-重载万向轮、207-液压缸G、208-液压缸A、209-液压缸B、210-液压缸C、211-液压缸D、212-液压驱杆、213-中托板、301-车厢主体、302-密封顶盖、303-密封门、305-蓄冷板、307-上托板。

 

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，包括托架支撑系统1和厢体3，还包括安装在托架支撑系统1和厢体3之间的六自由度调节系统2，六自由度调节系统2包括并联三自由度旋转平台22和叠加三自由度移动平台21，叠加三自由度移动平台21实现沿横轴移动、沿纵轴移动和绕立轴转动功能，并联三自由度旋转平台22实现绕横轴转动、绕纵轴转动和沿立轴移动功能，在一起组合成六自由度调节系统2。厢体3安装在并联三自由度旋转平台22上，叠加三自由度移动平台21安装在托架支撑系统1上，组成完整的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置。

如图2和图3所示，本发明所述的并联三自由度旋转平台22包括上托板307，上托板307上方通过采用四面棱台对称布置的液压缸A208、液压缸B209、液压缸C210、液压缸D211与厢体3固定安装。液压缸A208、液压缸B209、液压缸C210、液压缸D211采用四面棱台对称布置，分别可以上下进行液压调节，可以实现小范围的绕横轴转动、绕纵轴转动和沿立轴移动功能。并联三自由度旋转平台22三方向度的转动实现是小范围的，作为微小调整的时候来调整使用，从而保证转运装置与对接物之间的平行无缝对接。液压缸A208、液压缸B209、液压缸C210、液压缸D211与上托板307之间采用球胶链接，与厢体3底面之间采用十字铰链。为了起到支撑加固作用，更好的利于装置的长期使用，可以包括液压驱杆212，液压驱杆212下部固定安装在上托板307上方中部，安装在液压缸A208、液压缸B209、液压缸C210、液压缸D211构成的四面棱台的中心部位，采用固定链接，液压驱杆212上部采用十字铰链安装在厢体3下。叠加三自由度移动平台21包括中托板213和下托板120，上托板307下方中部通过转台轴承单元205连接中托板213中，托板213上安装有液压缸E207，液压缸E207穿过上托板307并固定安装在上托板307上方。转台轴承单元205实现绕立轴的转动，转台轴承单元205安装在中托板213与上托板307之间。液压缸E207穿过上托板307中间的通孔安装在中托板213上表面与上托板307上表面之间。为了更好的保证液压缸E207可以推动上托板307，也为了可以起到平衡支撑作用，可以包括重载万向轮206，重载万向轮206的数量为8 个，重载万向轮206安装在上托板307与下托板120的压接处，即8个重载万向轮分成两小组装在上托板307下表面的两端。中托板213下方通过纵向导轨202和液压缸F204安装在下托板120上，下托板120下方通过横向导轨201和液压缸G203安装在托架支撑系统1上。纵向导轨202和液压缸F204实现纵向的移动功能，横向导轨201和液压缸G203实现横向的移动功能，沿纵向导轨202的移动通过液压缸F204直接驱动，导轨202和液压缸F204均安装在下托板120与中托板213之间，沿横向导轨201的移动通过液压缸G203直接驱动。由于本发明的转运装置系统长宽比例为4：1，而调节的量程相对较短，所以沿横轴移动的导轨和沿纵轴移动的导轨采用分段布置，纵向导轨202和横向导轨201的数量均为4个这样可以节省导轨材料，节约成本。导轨201和液压缸G203均安装在托架钢板101与下托板120之间，考虑总体结构的紧凑性，中托板213采用“凹”形结构。

如图4所示，厢体3包括车厢主体301、密封顶盖302、密封门303和冷却器。考虑到厢体3整体散热性以及厢体3顶部的承载能力，厢体3主体框架结构采用型钢焊接方式，型钢的焊接形状主要由“#”和“”这两种结构，车厢内部采用轻质铝板加密封条实现车厢内部的主要密封，车厢外部除需安装一些零部件，其余直接裸露在空气中。密封顶盖302通过螺钉加上密封边条固定在车厢框架的顶部；密封门303通过密封门对接窗口304安装在密封车厢的两端。冷却器为蓄冷板305，可以分成两组，分别安装在车厢主体301的侧面，安装4块或8块。

 如图5所示，托架支撑系统1包括托架钢板101、槽钢102、加强筋103和起吊环106，槽钢102通过焊接方式安装在托架钢板101的两侧起主要支撑作用。加强筋103安装在槽钢102内，加强筋103可以根据需要有数根，起加强支撑作用。起吊环106固定安装在托架钢板101侧部，用于吊装时使用。

 实际使用时，核聚变环境下的部件转运装置运至对接物附近，液压缸E203工作，带动下托板120进行横向移动，从而带动整个转动装置横向移动。待横向调整到位后，液压缸F204工作，带动中托板213进行纵向移动，从而带动整个转动装置纵向移动。待纵向调整到位后，液压缸G207工作，带动上托板307进行立轴转动，从而带动整个转动装置立轴转动，此时完成了核聚变环境下部件转运装置与对接物之间的大范围调整。但由于核聚变环境下部件为核辐射部件，对接要求相当高，不允许有一丝的空隙，否则将引起核泄露，引发安全事故。因此此时再针对对接物进行微动调整，通过液压缸A208、液压缸B209、液压缸C210、液压缸D211四个液压缸同时工作，通过液压缸A208、液压缸B209、液压缸C210、液压缸D211四个液压缸之间的动作配合，完成对厢体3的上下左右前后的多方位调整，保证了厢体3与对接物的平行对接，防止了对接物内的辐射泄露。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，包括托架支撑系统（1）和厢体（3），其特征在于：还包括安装在托架支撑系统（1）和厢体（3）之间的六自由度调节系统（2），所述的六自由度调节系统（2）包括并联三自由度旋转平台（22）和叠加三自由度移动平台（21），所述的厢体（3）安装在并联三自由度旋转平台（22）上，所述的叠加三自由度移动平台（21）安装在托架支撑系统（1）上。

2.根据权利要求1所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：所述的并联三自由度旋转平台（22）包括上托板（307），上托板（307）上方通过采用四面棱台对称布置的液压缸A（208）、液压缸B（209）、液压缸C（210）、液压缸D（211）与厢体（3）固定安装。

3.根据权利要求2所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：所述的叠加三自由度移动平台（21）包括中托板（213）和下托板（120），上托板（307）下方中部通过转台轴承单元（205）连接中托板（213），中托板（213）上安装有液压缸E（207），液压缸E（207）穿过上托板（307）并固定安装在上托板（307）上方，中托板（213）下方通过纵向导轨（202）和液压缸F（204）安装在下托板（120）上，下托板（120）下方通过横向导轨（201）和液压缸G（203）安装在托架支撑系统（1）上。

4.根据权利要求3所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：还包括液压驱杆（212），所述的液压驱杆（212）下部固定安装在上托板（307）上方中部，液压驱杆（212）上部采用十字铰链安装在厢体（3）下。

5.根据权利要求3所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：还包括重载万向轮（206），所述的重载万向轮（206）的数量为8 个，重载万向轮（206）安装在上托板（307）与下托板（120）的压接处。

6.根据权利要求3所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：所述的纵向导轨（202）和横向导轨（201）的数量均为4个。

7.根据权利要求1所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：所述的厢体（3）包括车厢主体（301）、密封顶盖（302）、密封门（303）和冷却器，所述的密封顶盖（302）配合密封边条固定在车厢主体（301）顶部，所述的密封门（303）通过对接窗口（304）安装在车厢主体（301）两端，所述的冷却器安装在车厢主体（301）的侧面，所述的冷却器为蓄冷板（305）。

8.根据权利要求1所述的用于核聚变环境下具有六自由度调节功能的部件转运装置，其特征在于：所述的托架支撑系统（1）包括托架钢板（101）、槽钢（102）、加强筋（103）和起吊环（106），槽钢（102）通过焊接方式安装在托架钢板（101）的两侧，加强筋（103）安装在槽钢（102）内，起吊环（106）固定安装在托架钢板（101）侧部。

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