CN107559479A - 阀门操作机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站运行技术领域，具体涉及一种阀门操作机械手，目的是减少核电站运行过程中手动阀门操作体力消耗，提高阀门操作速度。其特征在于，它包括阀门操作适配部件、传动部件、驱动部件、电源及控制部件和辅助部件；驱动部件安装在辅助部件内部；传动部件安装在辅助部件上；电源及控制部件安装在辅助部件和驱动部件上；操作适配部件安装在传动部件上。本发明的阀门操作机械手可缩短运行人员阀门操作时间50％以上，节省大量体力消耗。

Description

阀门操作机械手

技术领域

本发明属于核电站运行技术领域，具体涉及一种阀门操作机械手。

背景技术

在核电厂运行岗位中，启闭、调整手动阀门等操作是一项重要的工作。对于一些大力矩长行程手动阀门的操作时常会用到手提F扳手，纯手工操作，劳动强度很大而且耗时乏味。扳阀门这类操作花费了运行人员大量时间和精力。

市场调研发现，市面上销售的用于手动阀门的驱动装置有英国史密斯流体控制有限公司的EasiDrive便携式阀门驱动器，此产品需要通过机械机构固定在阀门本体上，安装复杂，成本高，不能操作多类型阀门。此外还有WACHS公司生产的开阀器，体积巨大，效率不高，价格昂贵。市场现有产品皆不符合运行人员对阀门操作简单、普适、便携的使用要求。

发明内容

本发明的目的是减少核电站运行过程中手动阀门操作体力消耗，提高阀门操作速度，提供了一种阀门操作机械手。

本发明是这样实现的：

一种阀门操作机械手，包括阀门操作适配部件、传动部件、驱动部件、电源及控制部件和辅助部件；驱动部件安装在辅助部件内部；传动部件安装在辅助部件上；电源及控制部件安装在辅助部件和驱动部件上；操作适配部件安装在传动部件上；阀门操作适配部件用于实现本工具与被操作阀门对象的适配；传动部件的功能是实现动力传递，提供符合设计的扭矩和转速；驱动部件的功能是为本工具提供动力；电源及控制部件用于提供直流电源，实现启停、转速、转向控制；辅助部件的功能是提供结构支撑，保持传动稳定和实现模式切换。

如上所述的辅助部件包括穿心齿轮箱、锁定杆、锁定杆卡箍和手柄；手柄整体为中空的圆柱体形，右端与传动部件固定连接；锁定杆卡箍设置在手柄右部的下端，其上端与手柄固定连接；锁定杆的左部从锁定杆卡箍中穿过；锁定杆卡箍用于将锁定杆固定在手柄上；穿心齿轮箱整体为中空结构，左部的上端面开有圆孔，右部的上、下端面均开有圆孔，形成穿心孔；穿心齿轮箱的左端与锁定杆的右端固定连接。

如上所述的传动部件包括大齿轮、小齿轮、棘轮、驱动块、曲轴、驱动轮、行星轮、固定轮和太阳轮；行星轮、固定轮和太阳轮构成行星轮减速器；固定轮的左端固定在手柄的右端；行星轮和太阳轮位于固定轮的内部，太阳轮位于固定轮的中心位置，与行星轮啮合；行星轮位于太阳轮的外侧，与固定轮啮合实现减速功能；曲轴的左端通过花键与驱动轮连接，行星轮通过驱动轮左侧的三根轴连接驱动轮；驱动块套装在曲轴右端；驱动轮通过曲轴和驱动块驱动棘轮在棘轮头中转动；棘轮的下端通过方头套筒与小齿轮连接，方头套筒穿过辅助部件中穿心齿轮箱左部的圆孔进入穿心齿轮箱，小齿轮安装在方头套筒的下端；小齿轮和大齿轮均安装在穿心齿轮箱内，大齿轮位于小齿轮的右侧，与小齿轮啮合；大齿轮的内缘设置有环形凸起，用于固定阀门操作适配部件；大齿轮位于辅助部件中穿心齿轮箱右部穿心孔的位置；传动部件的总减速比为60:1至900:1。

如上所述的阀门操作适配部件包括手轮适配器和辐条卡钉；手轮适配器整体为圆盘形，分为内圆和外圆，内圆和外圆为同心圆，内圆高度高于外圆，内圆和外圆之间通过均布的多根肋条连接；内圆上端面固定在传动部件中大齿轮下端面的环状凸起上；辐条卡钉共有多个，均布在手轮适配器的的外圆的下端面上；辐条卡钉用于与阀门手轮固定。

如上所述的驱动部件包括直流电机及其驱动电路；直流电机设置在辅助部件手柄内部的右端，输出端通过过盈配合与传动部件的太阳轮连接。

如上所述的电源及控制部件包括换向键、点动开关、锂电池及控制电路组成；锂电池安装在辅助部件手柄的左端，点动开关和控制电路安装在手柄的内部；控制电路分别与锂电池和驱动部件的直流电机驱动电路连接，点动开关设置在控制电路上，用于控制直流电机的开启与关闭；换向键设置在棘轮头上，用于控制棘轮的正反方向转动。

如上所述的行星轮减速器的减速比为300:1。

如上所述的手轮适配器、辐条卡钉、穿心齿轮箱、锁定杆、锁定杆卡箍均采用铝合金材料制成，大齿轮和小齿轮均采用中碳合金钢制成，手柄采用塑料制成。

如上所述的穿心孔的直径为25mm至58mm；手轮适配器的内圆直径为50mm至150mm，外圆直径为150mm至450mm，内圆高于外圆20mm至100mm；辐条卡钉的高度为10mm至55mm，辐条卡钉的数量为1至9个。

如上所述的直流电机的工作转矩2N·m至150N·m，工作转速1r/min至60r/min，额定功率为10W至160W；锂电池额定电压为4.2V至48V，容量为2000mAh至20000mAh，额定电流为2A至20A。

本发明的有益效果是：

本发明包括阀门操作适配部件、传动部件、驱动部件、电源及控制部件和辅助部件。本发明中描述的屏蔽运输容器销轴手摇机构，安全可靠，操作方便，从根本上杜绝了工作人员意外受到伤害风险及设备受到损坏的风险。目前已投入秦山核电站使用，提升了核反应堆乏燃料运输过程的安全性和工作效率。阀门操作机械手可操作手轮直径250mm～500mm、力矩50N.m以下的手动阀门，转速40r/min，重量不足3KG，可缩短运行人员阀门操作时间50％以上，节省大量体力消耗。

以某核电厂主蒸汽隔离阀为例：主蒸汽隔离阀为公称通径26英寸闸阀，使用蜗轮蜗杆减速机构和手轮驱动，启闭行程需要转动手轮3000余圈，两人轮流手动操作单个行程消耗时间超过3个小时，操作完成后往往大汗淋漓、筋疲力尽。而单人使用本阀门操作机械手单个行程仅耗时1.25小时，既节约了时间，又节省了人力。在每次大修中，该主蒸汽隔离阀需启闭两次，即四个行程，使用阀门操作机械手减少了约一个工作日的工时，使大修效率大大提高。

附图说明

图1是本发明的阀门操作机械手的结构示意图；

图2是本发明的阀门操作机械手的传动部件的结构示意图；

图3是本发明的阀门操作机械手的行星轮减速器的结构示意图；

图4是本发明的阀门操作机械手的手轮适配器的俯视图；

图5是本发明的阀门操作机械手的手轮适配器的主视图。

其中：1.手轮适配器，2.辐条卡钉，3.穿心齿轮箱，4.穿心孔，5.棘轮头，6.换向键，7.行星轮减速器，8.锁定杆，9.锁定杆卡箍，10.手柄，11.点动开关，12.锂电池，13.大齿轮，14.小齿轮，15.棘轮，16.驱动块，17.曲轴，18.驱动轮，19.行星轮，20.固定轮，21.太阳轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，一种阀门操作机械手，包括阀门操作适配部件、传动部件、驱动部件、电源及控制部件和辅助部件。驱动部件安装在辅助部件内部。传动部件安装在辅助部件上。电源及控制部件安装在辅助部件和驱动部件上。操作适配部件安装在传动部件上。阀门操作适配部件用于实现本工具与被操作阀门对象的适配。传动部件的功能是实现动力传递，提供符合设计的扭矩和转速。驱动部件的功能是为本工具提供动力。电源及控制部件用于提供直流电源，实现启停、转速、转向控制。辅助部件的功能是提供结构支撑，保持传动稳定和实现模式切换。

辅助部件包括穿心齿轮箱3、锁定杆8、锁定杆卡箍9和手柄10。手柄10整体为中空的圆柱体形，右端与传动部件固定连接。锁定杆卡箍9设置在手柄10右部的下端，其上端与手柄10固定连接。锁定杆8的左部从锁定杆卡箍9中穿过。锁定杆卡箍9用于将锁定杆8固定在手柄10上。穿心齿轮箱3整体为中空结构，左部的上端面开有圆孔，右部的上、下端面均开有圆孔，形成穿心孔4。穿心齿轮箱3的左端与锁定杆8的右端固定连接。

如图2所示，传动部件包括大齿轮13、小齿轮14、棘轮15、驱动块16、曲轴17、驱动轮18、行星轮19、固定轮20和太阳轮21。行星轮19、固定轮20和太阳轮21构成行星轮减速器7。固定轮20的左端固定在手柄10的右端。行星轮19和太阳轮21位于固定轮20的内部，太阳轮21位于固定轮20的中心位置，与行星轮19啮合。行星轮19位于太阳轮21的外侧，与固定轮20啮合实现减速功能。曲轴17的左端通过花键与驱动轮18连接，行星轮19通过驱动轮18左侧的三根轴连接驱动轮18。驱动块16套装在曲轴17右端。驱动轮18通过曲轴17和驱动块16驱动棘轮15在棘轮头5中转动。棘轮15的下端通过方头套筒与小齿轮14连接，方头套筒穿过辅助部件中穿心齿轮箱3左部的圆孔进入穿心齿轮箱3，小齿轮14安装在方头套筒的下端。小齿轮14和大齿轮13均安装在穿心齿轮箱3内，大齿轮13位于小齿轮14的右侧，与小齿轮14啮合。大齿轮13的内缘设置有环形凸起，用于固定阀门操作适配部件。大齿轮14位于辅助部件中穿心齿轮箱3右部穿心孔4的位置。传动部件的总减速比为60:1至900:1。

在本实施例中，传动部件中的棘轮15、驱动块16、曲轴17、驱动轮18、行星轮19、固定轮20和太阳轮21的结构、连接关系和传动方式均为现有技术，上述部件可整体从市场上购得。

如图3和图4所示，阀门操作适配部件包括手轮适配器1和辐条卡钉2。手轮适配器1整体为圆盘形，分为内圆和外圆，内圆和外圆为同心圆，内圆高度高于外圆，内圆和外圆之间通过均布的多根肋条连接。内圆上端面固定在传动部件中大齿轮13下端面的环状凸起上。辐条卡钉2共有多个，均布在手轮适配器的1的外圆的下端面上。辐条卡钉2用于与阀门手轮固定。

驱动部件包括直流电机及其驱动电路。直流电机设置在辅助部件手柄10内部的右端，输出端通过过盈配合与传动部件的太阳轮21连接。

电源及控制部件包括换向键6、点动开关11、锂电池12及控制电路组成。锂电池12安装在辅助部件手柄10的左端，点动开关和控制电路安装在手柄10的内部。控制电路分别与锂电池12和驱动部件的直流电机驱动电路连接，点动开关设置在控制电路上，用于控制直流电机的开启与关闭。换向键6设置在棘轮头5上，用于控制棘轮15的正反方向转动。

在本实施例中，驱动部件的直流电机及其驱动电路、电源及控制部件的点动开关11、锂电池12及控制电路连接方式和驱动方式均为现有技术，换向键6控制棘轮15转动的方式也为现有技术。直流电机及其驱动电路、点动开关11、锂电池12及控制电路、换向键6均可从市场上购得。

本发明中的手轮适配器1、辐条卡钉2、穿心齿轮箱3、锁定杆8、锁定杆卡箍9均采用铝合金材料制成，大齿轮13和小齿轮14均采用中碳合金钢制成，手柄10采用塑料制成。传动部件的总减速比为300:1。穿心孔4的直径为25mm至58mm。手轮适配器1的内圆直径为50mm至150mm，外圆直径为150mm至450mm，内圆高于外圆20mm至100mm。辐条卡钉2的高度为10mm至55mm。辐条卡钉数量1至9个。

本发明中的直流电机的工作转矩2N·m至150N·m，工作转速10r/min至60r/min，额定功率为10W至160W，选用775型直流电机实现。锂电池12额定电压为4.2V至48V，容量为2000mAh至20000mAh，额定电流为2A至20A，选用DC121500型锂电池实现。

本发明在可以使用电动模式和手动模式工作：

1)电动模式：确保锁定杆8与手柄10已通过锁定杆卡箍9锁定，将手轮适配器1放置于被驱动阀门的手轮上，通过辐条卡钉2与手轮固定，握持手柄10点按点动开关11，根据点按点动开关11的不同力度控制直流电机转速，直流电机通过传动部件带动手轮适配器1，旋转换向键6改变旋转方向，驱动阀门开启或关闭。

2)手动模式：打开锁定杆卡箍9，使锁定杆8与手柄10脱开，将手轮适配器1放置于被驱动阀门的手轮上，一只手握持锁定杆使其保持不动，另一只手握持手柄10，用类似于棘轮扳手的动作带动大齿轮13和小齿轮14转动，旋转换向键6改变旋转方向，驱动阀门开启或关闭。当锁定杆8与手柄10脱开时，电机电源断开，保证手动操作的安全。

本发明包括阀门操作适配部件、传动部件、驱动部件、电源及控制部件和辅助部件。本发明的高转速大功率直流电机与小体积大减速比传动机构使得本装置体积紧凑，重量轻便，最大减速比可达900:1，体积小扭矩大，满足阀门操作的力矩要求。手轮适配器及齿轮箱穿心设计方便明杆式阀门阀杆升降动作。棘轮机构“一键换向”。棘轮机构通过弹簧和换向杆实现正反转切换。点动式开关实现驱动力的迅速切断，保证安全性。手轮适配器结合核电厂操作频率最高的数百种手动阀门的手轮设计，适用性广。棘轮摇块机构可实现电动操作和手动操作相互切换。当齿轮箱与手柄通过锁定杆固定在一起时，由电动机提供扭矩。当齿轮箱与手柄脱开时，手柄可作为棘轮扳手，手动操作阀门。手动和电动的自由灵活切换兼顾了阀门操作的安全性和高效率。

上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种阀门操作机械手，其特征在于：它包括阀门操作适配部件、传动部件、驱动部件、电源及控制部件和辅助部件；驱动部件安装在辅助部件内部；传动部件安装在辅助部件上；电源及控制部件安装在辅助部件和驱动部件上；操作适配部件安装在传动部件上；阀门操作适配部件用于实现本工具与被操作阀门对象的适配；传动部件的功能是实现动力传递，提供符合设计的扭矩和转速；驱动部件的功能是为本工具提供动力；电源及控制部件用于提供直流电源，实现启停、转速、转向控制；辅助部件的功能是提供结构支撑，保持传动稳定和实现模式切换。

2.根据权利要求1所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的辅助部件包括穿心齿轮箱(3)、锁定杆(8)、锁定杆卡箍(9)和手柄(10)；手柄(10)整体为中空的圆柱体形，右端与传动部件固定连接；锁定杆卡箍(9)设置在手柄(10)右部的下端，其上端与手柄(10)固定连接；锁定杆(8)的左部从锁定杆卡箍(9)中穿过；锁定杆卡箍(9)用于将锁定杆(8)固定在手柄(10)上；穿心齿轮箱(3)整体为中空结构，左部的上端面开有圆孔，右部的上、下端面均开有圆孔，形成穿心孔(4)；穿心齿轮箱(3)的左端与锁定杆(8)的右端固定连接。

3.根据权利要求2所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的传动部件包括大齿轮(13)、小齿轮(14)、棘轮(15)、驱动块(16)、曲轴(17)、驱动轮(18)、行星轮(19)、固定轮(20)和太阳轮(21)；行星轮(19)、固定轮(20)和太阳轮(21)构成行星轮减速器(7)；固定轮(20)的左端固定在手柄(10)的右端；行星轮(19)和太阳轮(21)位于固定轮(20)的内部，太阳轮(21)位于固定轮(20)的中心位置，与行星轮(19)啮合；行星轮(19)位于太阳轮(21)的外侧，与固定轮(20)啮合实现减速功能；曲轴(17)的左端通过花键与驱动轮(18)连接，行星轮(19)通过驱动轮(18)左侧的三根轴连接驱动轮(18)；驱动块(16)套装在曲轴(17)右端；驱动轮(18)通过曲轴(17)和驱动块(16)驱动棘轮(15)在棘轮头(5)中转动；棘轮(15)的下端通过方头套筒与小齿轮(14)连接，方头套筒穿过辅助部件中穿心齿轮箱(3)左部的圆孔进入穿心齿轮箱(3)，小齿轮(14)安装在方头套筒的下端；小齿轮(14)和大齿轮(13)均安装在穿心齿轮箱(3)内，大齿轮(13)位于小齿轮(14)的右侧，与小齿轮(14)啮合；大齿轮(13)的内缘设置有环形凸起，用于固定阀门操作适配部件；大齿轮(14)位于辅助部件中穿心齿轮箱(3)右部穿心孔(4)的位置；传动部件的总减速比为60:1至900:1。

4.根据权利要求3所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的阀门操作适配部件包括手轮适配器(1)和辐条卡钉(2)；手轮适配器(1)整体为圆盘形，分为内圆和外圆，内圆和外圆为同心圆，内圆高度高于外圆，内圆和外圆之间通过均布的多根肋条连接；内圆上端面固定在传动部件中大齿轮(13)下端面的环状凸起上；辐条卡钉(2)共有多个，均布在手轮适配器的(1)的外圆的下端面上；辐条卡钉(2)用于与阀门手轮固定。

5.根据权利要求3所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的驱动部件包括直流电机及其驱动电路；直流电机设置在辅助部件手柄(10)内部的右端，输出端通过过盈配合与传动部件的太阳轮(21)连接。

6.根据权利要求5所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的电源及控制部件包括换向键(6)、点动开关(11)、锂电池(12)及控制电路组成；锂电池(12)安装在辅助部件手柄(10)的左端，点动开关和控制电路安装在手柄(10)的内部；控制电路分别与锂电池(12)和驱动部件的直流电机驱动电路连接，点动开关设置在控制电路上，用于控制直流电机的开启与关闭；换向键(6)设置在棘轮头(5)上，用于控制棘轮(15)的正反方向转动。

7.根据权利要求4所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的行星轮减速器(7)的减速比为300:1。

8.根据权利要求4所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的手轮适配器(1)、辐条卡钉(2)、穿心齿轮箱(3)、锁定杆(8)、锁定杆卡箍(9)均采用铝合金材料制成，大齿轮(13)和小齿轮(14)均采用中碳合金钢制成，手柄(10)采用塑料制成。

9.根据权利要求4所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的穿心孔(4)的直径为25mm至58mm；手轮适配器(1)的内圆直径为50mm至150mm，外圆直径为150mm至450mm，内圆高于外圆20mm至100mm；辐条卡钉(2)的高度为10mm至55mm，辐条卡钉的数量为1至9个。

10.根据权利要求6所述的阀门操作机械手，其特征在于：所述的直流电机的工作转矩2N·m至150N·m，工作转速1r/min至60r/min，额定功率为10W至160W；锂电池(12)额定电压为4.2V至48V，容量为2000mAh至20000mAh，额定电流为2A至20A。