CN105414671A - 辐照靶件切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种辐照靶件切割装置，包括切割机构、夹持机构、锁紧机构、旋转机构、机箱、滑轨、控制器。所述的切割机构置于机箱顶面上设置的限位槽内，夹持机构、锁紧机构并排置于机箱中层台面上方，旋转机构设置于夹持机构的正下方，滑轨固定设置在锁紧机构下方的机箱上。所述的切割机构与机箱的顶面滑动连接，夹持机构与旋转机构固定连接，锁紧机构与滑轨滑动连接。所述的旋转机构与机箱内的底板固定连接，并与机箱的中层台面滚动连接。所述的切割机构、夹持机构、锁紧机构、旋转机构分别与控制器电连接。本发明能将辐照的TeO₂等靶件切开，无切削产生，适用于有效操作空间较小的屏蔽工作箱内对多种直径和长度的同位素靶件实施良好切割。

Description

辐照靶件切割装置

技术领域

本发明属于放射性同位素制备技术领域，具体涉及一种辐照靶件切割装置。

背景技术

所有通过反应堆辐照用于生产放射性同位素的靶料都必须装在金属容器中焊接密封，特别是需要在高反应堆运行功率和长时间辐照条件下的靶料。这种送入反应堆辐照的装有靶料的密封金属容器通常称为靶件或同位素靶件，靶件的外形通常是圆柱体形，靶件的外壳一般由高纯铝或锆合金材料制成。

从反应堆中取出的辐照后的同位素靶件具有很强的放射性，需要在热室或屏蔽箱内用专门的切割装置打开，取出其中的靶料，转入特定的工艺系统或装置制备放射性同位素或制成放射源。由于靶件壳体材料在反应堆辐照后被活化，在对靶件实施切割的过程中，为防止切屑飞溅对工作场所造成放射性污染，往往需要进行无屑切割。

我国从20世纪60年代开始至今开展了放射性同位素研制与生产，由于各单位使用靶件的材料和靶件形状、规格尺寸等的差异，所用的同位素靶件切割装置的结构和功能差别较大，这些差别在切割装置的核心部件-切割机的结构和功能上体现尤其明显。现有同位素研制与生产中使用的电动切割机存在切割靶件的位置高度不可调（即只适用于长度固定的靶件切割）、切割时靶件易向上下窜动、切割噪音和振动较大、切割后靶件的切口变形量大的不足，往往导致卡刀而不能顺利完成切割、切口变形而难于取出内包装的靶料、靶件窜动引起靶件内的靶料（特别是粉状靶料）外溅和产生较多切屑而导致较大的放射性污染，而且均未有在事故（如停电及电气故障）状态下退刀取出靶件的功能，不能够对不同长度的靶件进行安全有效的切割。目前，尚未见具备故障发生时退刀取靶功能和适应不同长度靶件切割的辐照靶件切割装置的公开报道。

发明内容

为了克服现有技术中的同位素靶件切割装置存在只能对固定长度靶件进行切割而不能对不同长度的靶件进行安全切割、切割时靶件易向上窜动、切割噪音和振动较大、切割后靶件切口变形量大、易产生放射性污染的不足，和不具备在事故（如停电或电气故障）状态下退刀取出靶件的功能，本发明提供一种辐照靶件切割装置。

实现本发明的技术方案如下：

本发明的辐照靶件切割装置，其特点是，所述的辐照靶件切割装置包括切割机构、夹持机构、锁紧机构、旋转机构、机箱、滑轨、控制器，其连接关系是，所述的切割机构置于机箱顶面上设置的限位槽内，夹持机构、锁紧机构并排置于机箱中层台面上方，旋转机构设置于夹持机构的正下方，滑轨固定设置在锁紧机构下方的机箱上。所述的切割机构与机箱的顶面滑动连接，夹持机构与旋转机构固定连接，锁紧机构与滑轨滑动连接。所述的旋转机构与机箱内的底板固定连接，并与机箱的中层台面滚动连接。所述的切割机构、夹持机构、锁紧机构、旋转机构分别与控制器电连接。

所述的切割机构包括电机Ⅰ、支架Ⅰ、螺杆、刀架、刀片、圆锥销、辊杠、辊杠支架、插销、连接柱，切割机构的外形为水平放置的长方体形。所述的支架Ⅰ置于机箱的顶板上，支架Ⅰ由两块板架通过插销、连接柱拼接构成。支架Ⅰ一端的外侧固定设置有电机Ⅰ，内侧依次设置有螺杆、刀架，支架另一端内侧固定设置有辊杠支架。所述的螺杆的一端与电机Ⅰ的轴固定连接，另一端与刀架滑动连接，螺杆还通过轴承与支架Ⅰ滚动连接，刀架与支架Ⅰ滑动连接。在刀架上水平设置有圆片形的刀片，刀架与刀片通过圆锥销滚动连接。所述的刀架的内螺纹与螺杆的螺纹匹配设置。所述的辊杠支架上垂直设置有两个平行的辊杠，两条辊杠的轴心线分别与水平设置的刀片的垂直中心线之间的垂直距离相等。所述的电机Ⅰ与控制器电连接。

所述的夹持机构包括夹持块、丝杆、支架Ⅱ、限位器，支架Ⅱ为水平放置的“工”字形结构，所述的支架Ⅱ设置在机箱中层台面的上方，丝杆水平设置在支架Ⅱ上，丝杆的两端穿出支架Ⅱ，丝杆端面的中心均设置有内六角凹槽，在丝杆的中部对称设置有两个夹持块，丝杆的两端通过轴承分别与支架Ⅱ的侧壁滚动连接，夹持块与支架Ⅱ滑动连接。在夹持块下方的支架Ⅱ底板的中心位置固定设置有水平放置的U形结构的限位器，在限位器内设置有垫块，在垫块上设置有靶件，限位器的中心线与丝杆的轴心线垂直设置。

所述的锁紧机构包括电机Ⅱ、滑块、六角锥杆，其连接关系是，所述的电机Ⅱ固定设置在滑块上面，滑块与滑轨滑动连接，在电机Ⅱ的轴上固定设置有同轴心的六角锥杆。

所述的旋转机构包括电机Ⅲ、直角减速器、转盘，所述的电机Ⅲ、直角减速器固定设置于机箱内的底板上，电机Ⅲ与直角减速器固定连接。转盘置于支架Ⅱ与机箱中层台面之间，转盘与支架Ⅱ固定连接。转盘与正下方设置的直角减速器的直立转轴固定连接，直角减速器的直立转轴通过轴承与机箱中层台面滚动连接。所述的转盘、直角减速器的直立转轴、被夹持块夹持后的靶件的垂直中心线为同轴心设置。所述的电机Ⅱ、电机Ⅲ分别与控制器电连接。

所述的丝杆端面的内六角凹槽与电机Ⅱ轴上的六角锥杆匹配设置。所述的丝杆上设置的两个夹持块的外部结构为对称设置，两个夹持块的内螺纹互为反向设置，夹持块的内螺纹与丝杆的螺纹匹配设置。

所述的控制器置于热室外，切割机构、夹持机构、锁紧机构、旋转机构、机箱、滑轨置于热室内。

本发明的辐照靶件切割装置的简要工作原理是：利用热室或屏蔽箱的机械手将反应堆辐照后的靶件放在置于切割机的限位器内的垫块上，并推锁紧机构向夹持机构靠紧，控制器指令电机Ⅱ运行并通过联动的六角锥杆和丝杆驱动两个夹持块相对运动将靶件夹紧（电机Ⅱ运行反转则可解除夹持块对靶件的夹持）。在将锁紧机构推离夹持机构后，控制器指令电机Ⅲ和电机Ⅰ运行，被夹紧的靶件随旋转机构的转盘旋转，同时电机Ⅰ通过螺杆驱动刀架向靶件快速靠近，在靶件与刀片和两个辊杠三点接触后，电机Ⅰ降速继续驱动刀架向靶件缓慢水平移动，刀片随靶件反向旋转，在刀片旋转挤压靶件和两个辊杠顶力的合力下，逐步将旋转的靶件切割打开。当出现停电或机械故障等情况，可利用机械手拔出支架Ⅰ的插销和刀架上的圆锥销，将支架Ⅰ的一段沿连接柱推开一定角度和将刀片取下，再利用辅助解锁工具解除对靶件的夹持，即可将靶件安全取出。

本发明中利用了跟随转盘旋转的夹持机构，将在一定尺度范围内的不同直径的靶件始终固定在同一旋转轴心上，防止了靶件在切割过程中可能出现的上下窜动或振动，并明显降低了切割噪音；采用在限位槽内浮动和两部分拼接结构的切割机构，保证当刀片或辊杠任一方首先接触靶件后，另一方将通过支架在限位槽内不同方向上的滑动迅速向靶件靠近，逐步将靶件包围在刀片与两个平行的辊杠之间的中间，保证在刀片与辊杠相对运动过程中刀片挤压切割靶件时的力不对旋转的靶件的重心造成偏移或偏移量很小，并利用垂直设置的两个平行的辊杠与水平设置的圆片形刀片形成与直立的圆柱体形靶件三点接触，使靶件中心点与三个接触点连线形成的夹角分别约为120度，使靶件在切割过程中受力均匀而减少切口的变形量，消除了水平切割力导致靶件切口变形的主要因素，并消除了在断电或切刀与靶件咬合不能顺利完成切割和不能通过电机Ⅰ驱动刀片退离靶件的现象，通过拔出圆锥销后取出刀片、拔出插销旋开支架Ⅰ和利用辅助解锁工具以解除对靶件的包围，能够方便用机械手取出被切割的靶件。采用选择不同规格尺寸的垫块调节靶件的切割高度，使本发明适用于一定高度和直径范围内的多种规格尺寸的靶件的安全切割。本发明较好解决了现有辐照靶件切割装置存在的靶件向上下窜动、切割噪音和振动大、靶件切口变形量大和不具备在事故（如停电及电气故障）状态下取出靶件功能的问题，消除了卡刀而不能顺利完成切割、切口变形大而难于取出内包装的靶料、靶件窜动引起靶件内的靶料（特别是粉状靶料）外溅和产生较多切屑而导致较大的放射性污染的现象，总体上能够实现在有限范围内不同长度和直径的圆柱体形的TeO₂等辐照靶件的良好与安全切割。而现实中迫切需要适应多种规格尺寸的靶件的安全切割和事故状态下能够安全取靶而且运行平稳可靠的辐照靶件切割装置。

本发明的辐照靶件切割装置能够实现反应堆辐照后的同位素生产靶件的安全切割打开，克服了现有辐照靶件切割装置运行中存在的靶件向上下窜动、切割噪音和振动较大、靶件切口变形量大和不具备在事故（如停电及电气故障）状态下取出靶件的功能的不足，较大提高了辐照靶件切割装置运行的安全性和可靠性及切割质量。本发明结构紧凑，不产生切削，适用于在有效操作空间较小的屏蔽工作箱内实施多种直径和长度的同位素生产靶件的良好与安全切割，操作的稳定性和安全性好。

附图说明

图1为本发明的辐照靶件切割装置的总体结构布局的侧视示意图；

图2为本发明的辐照靶件切割装置的剖视示意图；

图3为本发明的辐照靶件切割装置的俯视示意图；

图4为本发明中的夹持机构的俯视示意图。

图中1.切割机构2.夹持机构3.锁紧机构4.旋转机构5.机箱6.电机Ⅰ7.支架Ⅰ8.螺杆9.刀架10.刀片11.圆锥销12.辊杠13.辊杠支架14.电机Ⅱ15.滑块16.滑轨17.六角锥杆18.靶件19.夹持块20.丝杆21.支架Ⅱ22.垫块23.限位器24.电机Ⅲ25.直角减速器26.转盘27.插销28.连接柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

图1为本发明的辐照靶件切割装置的总体结构布局的侧视示意图，图2为本发明的辐照靶件切割装置的剖视示意图，图3为本发明的辐照靶件切割装置的俯视示意图，图4为本发明中的夹持机构的俯视示意图。在图1~图4中，本发明的辐照靶件切割装置，包括切割机构1、夹持机构2、锁紧机构3、旋转机构4、机箱5、滑轨16、控制器，其连接关系是，所述的切割机构1置于机箱5顶面上设置的限位槽内，夹持机构2、锁紧机构3并排置于机箱5中层台面上方，旋转机构4设置于夹持机构2的正下方，滑轨16固定设置在锁紧机构3下方的机箱5上。所述的切割机构1与机箱5的顶面滑动连接，夹持机构2与旋转机构4固定连接，锁紧机构3与滑轨16滑动连接。所述的旋转机构4与机箱5内的底板固定连接，并与机箱5的中层台面滚动连接。所述的切割机构1、夹持机构2、锁紧机构3、旋转机构4分别与控制器电连接。如图1、图2、图3所示。

所述的切割机构1包括电机Ⅰ6、支架Ⅰ7、螺杆8、刀架9、刀片10、圆锥销11、辊杠12、辊杠支架13、插销27、连接柱28，切割机构1的外形为水平放置的长方体形。所述的支架Ⅰ7置于机箱5的顶板上，支架Ⅰ7由两块板架通过插销27、连接柱28拼接构成。支架Ⅰ7一端的外侧固定设置有电机Ⅰ6，内侧依次设置有螺杆8、刀架9，支架7另一端内侧固定设置有辊杠支架13。所述的螺杆8的一端与电机Ⅰ6的轴固定连接，另一端与刀架9滑动连接，螺杆8还通过轴承与支架Ⅰ7滚动连接，刀架9与支架Ⅰ7滑动连接。在刀架9上水平设置有圆片形的刀片10，刀架9与刀片10通过圆锥销11滚动连接。所述的刀架9的内螺纹与螺杆8的螺纹匹配设置。所述的辊杠支架13上垂直设置有两个平行的辊杠12，两条辊轴12的轴心线分别与水平设置的刀片10的垂直中心线之间的垂直距离相等。所述的电机Ⅰ6与控制器电连接。如图2、图3所示。

所述的夹持机构2包括夹持块19、丝杆20、支架Ⅱ21、限位器23，支架Ⅱ21为水平放置的“工”字形结构，所述的支架Ⅱ21设置在机箱5中层台面的上方，丝杆20水平设置在支架Ⅱ21上，丝杆20的两端穿出支架Ⅱ21，丝杆20端面的中心均设置有内六角凹槽，在丝杆20的中部对称设置有两个夹持块19，丝杆20的两端通过轴承分别与支架Ⅱ21的侧壁滚动连接，夹持块19与支架Ⅱ21滑动连接。在夹持块19下方的支架Ⅱ21底板的中心位置固定设置有水平放置的U形结构的限位器23，在限位器23内设置有垫块22，在垫块22上设置有靶件18，限位器23的中心线与丝杆20的轴心线垂直设置。

所述的锁紧机构3包括电机Ⅱ14、滑块15、六角锥杆17，其连接关系是，所述的电机Ⅱ14固定设置在滑块15上面，滑块15与滑轨16滑动连接，在电机Ⅱ14的轴上固定设置有同轴心的六角锥杆17。

所述的旋转机构4包括电机Ⅲ24、直角减速器25、转盘26，所述的电机Ⅲ24、直角减速器25固定设置于机箱5内的底板上，电机Ⅲ24与直角减速器25固定连接。转盘26置于支架Ⅱ21与机箱5中层台面之间，转盘26与支架Ⅱ21固定连接。转盘26与正下方设置的直角减速器25的直立转轴固定连接，直角减速器25的直立转轴通过轴承与机箱5中层台面滚动连接。所述的转盘26、直角减速器25的直立转轴、被夹持块19夹持后的靶件18的垂直中心线为同轴心设置。所述的电机Ⅱ14、电机Ⅲ24分别与控制器电连接。如图2、图3、图4所示。

所述的丝杆20端面的内六角凹槽与电机Ⅱ14轴上的六角锥杆17匹配设置。所述的丝杆20上设置的两个夹持块19的外部结构为对称设置，即两个夹持块19的外形结构相同，在丝杆20上成相对设置，两个夹持块19的内螺纹互为反向设置，夹持块19的内螺纹与丝杆20的螺纹匹配设置。如图2、图3、图4所示。

本发明中，所述的控制器置于热室外，割机构1、夹持机构2、锁紧机构3、旋转机构4、机箱5、滑轨16置于热室内。

本发明的工作流程如下，利用热室或屏蔽箱的机械手将反应堆辐照后的同位素生产靶件18放在辐照靶件切割装置的限位器23内的垫块22上，并推锁紧机构2的滑块15沿滑轨16向夹持机构2靠紧，使六角锥杆17插入丝杆20端面上的内六角凹槽内，打开控制器并指令电机Ⅱ14运行并通过联动的六角锥杆17和丝杆20驱动两个夹持块19相对运动将靶件18夹紧，然后停止电机Ⅱ14运转，再用机械手将滑块15推回到原位使六角锥杆17与丝杆20脱离。控制器再指令电机Ⅰ6和电机Ⅲ24同时运转，电机Ⅲ24通过直角减速器25的直立转轴驱动转盘26旋转，并使转盘26上的支架Ⅱ21中被夹紧的靶件18随转盘旋转，同时电机Ⅰ6通过螺杆8驱动刀架9向靶件18快速靠近，在靶件18与刀片10和两个辊杠12三点接触时，电机Ⅰ6降速继续驱动刀架9低速前行，刀片10随靶件18反向旋转，在刀片10旋转挤压靶件18与两个辊杠12顶力的合力下，逐步将旋转的靶件18切割打开。而在切割过程中，切割机构1在机箱5顶部的限位槽内水平滑动，消除外力对旋转的靶件18的重心造成偏移。当靶件18被切开后，控制器在夹持机构2回到初始位置时指令电机Ⅲ24停止运行，并指令电机Ⅰ6反向旋转驱动刀架9反向移动使刀片10退离靶件18，然后用机械手将滑块15沿滑轨16向夹持机构2靠紧，使六角锥杆17插入丝杆20端面上的内六角凹槽内，控制器指令电机Ⅱ14反向转动，通过丝杆20旋转驱动夹持块19背向移动以解除对靶件18的夹持，再用机械手将切开的靶件18从垫块22上取下放置在指定位置。至此，完成靶件18切割。

本发明的辐照靶件切割装置在切割过程中出现停电或电器故障，不能通过电机Ⅰ6驱动刀架9使刀片10退离靶件或需要将辐照靶件切割装置中的靶件18取出时，在关闭控制器电源后，利用机械手拔出支架Ⅰ7的插销27和刀架9上的圆锥销11，将辊杠12所在支架Ⅰ7的一段以连接柱28为轴线推开一定角度和将刀片10取下，再利用辅助解锁工具解除对靶件18的夹持，再用机械手取出靶件18。

本发明的辐照靶件切割装置的运行参数如进刀速度、进刀距离、靶件18旋转速度等可根据被切靶件18的规格尺寸和生产实际的需要设置，由PLC控制器精确控制电机实现。

本发明的辐照靶件切割装置通过选择与不同高度和直径靶件18相匹配的垫块22，能够实现对在一定尺寸范围内的多种规格尺寸的同位素生产靶件的安全切割。

本实施例中，在辊杠支架13上垂直设置有两个平行的辊杠，辊杠12是其中一个；在丝杆20的中间位置设置有两个对称结构的夹持块，夹持块19是其中一个。

Claims (6)

1.一种辐照靶件切割装置，其特征是：所述的辐照靶件切割装置包括切割机构(1)、夹持机构(2)、锁紧机构(3)、旋转机构(4)、机箱(5)、滑轨(16)、控制器，其连接关系是，所述的切割机构(1)置于机箱(5)顶面上设置的限位槽内，夹持机构(2)、锁紧机构(3)并排置于机箱(5)中层台面上方，旋转机构(4)设置于夹持机构(2)的正下方，滑轨(16)固定设置在锁紧机构(3)下方的机箱(5)上；所述的切割机构(1)与机箱(5)的顶面滑动连接，夹持机构(2)与旋转机构(4)固定连接，锁紧机构(3)与滑轨(16)滑动连接；所述的旋转机构(4)与机箱(5)内的底板固定连接，并与机箱(5)的中层台面滚动连接；所述的切割机构(1)、夹持机构(2)、锁紧机构(3)、旋转机构(4)分别与控制器电连接；

所述的切割机构(1)包括电机Ⅰ(6)、支架Ⅰ(7)、螺杆(8)、刀架(9)、刀片(10)、圆锥销(11)、辊杠(12)、辊杠支架(13)、插销(27)、连接柱(28)，切割机构(1)的外形为水平放置的长方体形，所述的支架Ⅰ(7)置于机箱(5)的顶板上，支架Ⅰ(7)由两块板架通过插销(27)、连接柱(28)拼接构成；支架Ⅰ(7)一端的外侧固定设置有电机Ⅰ(6)，内侧依次设置有螺杆(8)、刀架(9)，支架(7)另一端内侧固定设置有辊杠支架(13)；所述的螺杆(8)的一端与电机Ⅰ(6)的轴固定连接，另一端与刀架(9)滑动连接，螺杆(8)还通过轴承与支架Ⅰ(7)滚动连接，刀架(9)与支架Ⅰ(7)滑动连接；在刀架(9)上水平设置有圆片形的刀片(10)，刀架(9)与刀片(10)通过圆锥销(11)滚动连接；所述的辊杠支架(13)上垂直设置有两个平行的辊杠(12)；所述的电机Ⅰ(6)与控制器电连接；

所述的夹持机构(2)包括夹持块(19)、丝杆(20)、支架Ⅱ(21)、限位器(23)，支架Ⅱ(21)为水平放置的“工”字形结构，所述的支架Ⅱ(21)设置在机箱(5)中层台面的上方，丝杆(20)水平设置在支架Ⅱ(21)上，丝杆(20)的两端穿出支架Ⅱ(21)，丝杆(20)端面的中心均设置有内六角凹槽，在丝杆(20)的中部对称设置有两个夹持块(19)，丝杆(20)的两端通过轴承分别与支架Ⅱ(21)的侧壁滚动连接，夹持块(19)与支架Ⅱ(21)滑动连接；在夹持块(19)下方的支架Ⅱ(21)底板的中心位置固定设置有水平放置的U形结构的限位器(23)，在限位器(23)内设置有垫块(22)，在垫块(22)上设置有靶件(18)，限位器(23)的中心线与丝杆(20)的轴心线垂直设置；

所述的锁紧机构(3)包括电机Ⅱ(14)、滑块(15)、六角锥杆(17)，所述的电机Ⅱ(14)固定设置在滑块(15)上面，滑块(15)与滑轨(16)滑动连接，在电机Ⅱ(14)的轴上固定设置有同轴心的六角锥杆(17)；

所述的旋转机构(4)包括电机Ⅲ(24)、直角减速器(25)、转盘(26)，所述的电机Ⅲ(24)、直角减速器(25)固定设置于机箱(5)内的底板上，电机Ⅲ(24)与直角减速器(25)固定连接；转盘(26)置于支架Ⅱ(21)与机箱(5)中层台面之间，转盘(26)与支架Ⅱ(21)固定连接；转盘(26)与正下方设置的直角减速器(25)的直立转轴固定连接，直角减速器(25)的直立转轴通过轴承与机箱(5)中层台面滚动连接；所述的电机Ⅱ(14)、电机Ⅲ(24)分别与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的辐照靶件切割装置，其特征是：所述的丝杆(20)端面的内六角凹槽与电机Ⅱ(14)轴上的六角锥杆(17)匹配设置。

3.根据权利要求1所述的辐照靶件切割装置，其特征是：所述的丝杆(20)上设置的两个夹持块(19)的外部结构为对称设置，两个夹持块(19)的内螺纹互为反向设置，夹持块(19)的内螺纹与丝杆(20)的螺纹匹配设置。

4.根据权利要求1所述的辐照靶件切割装置，其特征是：所述的刀架(9)的内螺纹与螺杆(8)的螺纹匹配设置。

5.根据权利要求1所述的辐照靶件切割装置，其特征是：所述的两个平行的辊杠(12)的轴心线分别与水平设置的刀片(10)的垂直中心线之间的垂直距离相等。

6.根据权利要求1所述的辐照靶件切割装置，其特征是：所述的转盘(26)、直角减速器(25)的直立转轴、被夹持块(19)夹持后的靶件(18)的垂直中心线为同轴心设置。