CN108726341A - 深井固化桶回取系统的吊盘 - Google Patents

Abstract

深井固化桶回取系统的吊盘，包括钢缆组件、吊盘体组件、三爪定心机构及调偏机构；吊盘体组件包括导柱、电磁吸盘、弹簧及工夹盘；钢缆组件包括钢缆、钢缆收放器及顶板；三爪定心机构包括三个钩爪和三组开合驱动组件；三个钩爪分别通过转轴活动安装在工夹盘的侧壁面上，并绕工夹盘的中心呈环形均布；三组开合驱动组件均安装在工夹盘上并各与一个钩爪关联，其用于控制钩爪向工夹盘径向外侧打开或向工夹盘径向内侧合拢；调偏机构包括线缆收放器、线缆及水平面传感器。本发明的优点在于，电磁吸盘与固化桶可精确对接；固化桶起吊平稳不会碰壁。

Description

深井固化桶回取系统的吊盘

技术领域

本发明涉及固化桶回收技术领域，特别是一种深井固化桶回取系统的吊盘。

背景技术

用于盛装核废料水泥固化体的固化桶通常逐层码放，暂存在矿井内，矿井口径略大于固化桶的直径，矿井深度可达14m，可码放至少12层固化桶。

目前，回收固化桶的作业通常采用吊车调取。其存在的困难之处有：1、吊车需要操作员坐在吊车的驾驶舱内操控行驶，操作员或多或少会受到核废料辐射，操作健康风险较大。2、电磁吊具与吊车遥控车柔性连接，故运动过程中摆幅较大，回取操作时，固化桶容易与矿井井壁发生碰撞，进而造成固化桶与电磁吊具脱落，回收效率低下。3、由操作员目测调整电磁吊具对中(所述对中是指电磁吊具的吊盘中心对准固化桶上表面的中心)，调整难度较大且对中精度难以保证，若不能实现精确对中，起吊后固化桶会向一侧歪斜，上升过程中很容易与井壁发生碰撞而脱落。4、即使电磁吊具精确对中，若是固化桶的内容物存在密度不均的情况，起吊后，固化桶因重心不在其轴心线上而容易出现歪斜，上升过程中很容易与井壁发生碰撞而脱落。

因此，研发一种能够远程操控且能保证起吊平稳的深井固化桶回取系统显得非常有必要。但是深井固化桶回取系统的研发难点在于：1、如何保证吊盘与固化桶的精准对接。2、如何保证起吊过程平稳无意外脱落。而这两个技术难题都与吊盘结构直接相关，故吊盘的结构设计是整个深井固化桶回取系统的难点所在。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种深井固化桶回取系统的吊盘，它解决了深井固化桶回取系统的研发设计中，如何保证吊盘与固化桶的精准对接及如何保证起吊过程平稳无意外脱落的技术难度。

本发明的技术方案是：深井固化桶回取系统的吊盘，包括钢缆组件、吊盘体组件、三爪定心机构及调偏机构；

吊盘体组件包括导柱、电磁吸盘、弹簧及工夹盘；导柱下端固接在电磁吸盘上表面上；电磁吸盘下端设有吸附面，吸附面上设有压力传感器；弹簧套装在导柱上，其下端与电磁吸盘相抵，上端与工夹盘相抵；工夹盘通过其中心孔活动套装在导柱上，并位于弹簧上端，其下表面上设有探照灯、摄像头和测距仪C，测距仪C的数量至少有三个，所有的测距仪C绕工夹盘中心呈环形均布，工夹盘在运动行程的上下两端分别被限位；

钢缆组件包括钢缆、钢缆收放器及顶板；钢缆一端连接在钢缆收放器上，另一端连接在导柱上端；钢缆收放器安装在顶板上；

三爪定心机构包括三个钩爪和三组开合驱动组件；三个钩爪分别通过转轴活动安装在工夹盘的侧壁面上，并绕工夹盘的中心呈环形均布；三组开合驱动组件均安装在工夹盘上并各与一个钩爪关联，其用于控制钩爪向工夹盘径向外侧打开或向工夹盘径向内侧合拢；

调偏机构包括线缆收放器、线缆及水平面传感器；线缆收放器固定安装在顶板上，其数量不少于四个；线缆与线缆收放器的数量一致，线缆上端连接在线缆收放器上，下端连接在工夹盘上端，多根线缆与工夹盘形成多个连接点，所述连接点绕工夹盘的中心呈环形均布；水平面传感器安装在工夹盘上，其数量有多个，所有的水平面传感器绕工夹盘的中心环形均布。

本发明进一步的技术方案是：导柱呈上大下小的阶梯轴，其上端设有大径段，其下端设有小径段，大径段与小径段的交界处设有台阶面，工夹盘通过其中心孔套装在导柱的小径段上，当工夹盘的上端面与导柱的台阶面相抵时，工夹盘到达其运动行程的最上端；

电磁吸盘的上端面上设有限位凸台，工夹盘的下端面上设有与电磁吸盘的限位凸台相配合的限位凹槽，当工夹盘的限位凹槽与电磁吸盘的限位凸台相接触时，工夹盘到达其运动行程的最下端。

本发明再进一步的技术方案是：开合驱动组件包括支架、丝杠、螺母、电机A及连杆；支架固定安装在工夹盘上；丝杠两端活动安装在支架上；螺母螺纹连接在丝杠上；电机A固定安装在支架上，其机轴通过联轴器与丝杠关联；连杆两端分别通过转轴与螺母和钩爪活动连接。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括桶面清扫机构及喷雾降尘机构；

桶面清扫机构包括刷条、电机B及升降组件；升降组件设在电磁吸盘上，并与电机B关联，以带动电机B做竖直升降运动，电机B与刷条关联以驱动刷条做水平摆动；当刷条做水平摆动时，其位于电磁吸盘的正下方，当刷条做竖直升降运动时，其不与电磁吸盘产生干涉；

喷雾降尘机构包括水箱、水泵及喷头；水箱和水泵均直接或间接安装在顶板上，水箱的出水口通过水路管道连通至水泵的进水端，水泵的出水端通过水路管网连通至喷头；喷头安装在工夹盘下表面上，其出水方向朝向电磁吸盘的下端。

本发明更进一步的技术方案是：升降组件包括导向杆、倒L滑块、电磁弹簧体及限位板；导向杆固定安装在电磁吸盘的上表面上并呈竖直布置；倒L滑块包括横板和连接在横板下端的竖板，横板通过其上的导向孔活动套装在导向杆上，竖板沿着电磁吸盘的侧壁向下延伸；电磁弹簧体固定安装在电磁吸盘的上表面上，并位于横板下端，其与横板固接以带动横板沿导向杆做升降运动；限位板固接在导向杆上端，以限制倒L滑块的移动上限；

电机B固定安装在倒L滑块的竖板上，其机轴向下伸出并通过联轴器与刷条连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、电磁吸盘与固化桶可精确对接：电磁吸盘与固化桶共经过三次对中，确保起吊平稳。第一次对中基于定位模块(安装在吊盘体上)的位置信息，调整电磁吸盘中心与井口中心重合。第二次对中基于工夹盘上的测距仪C的数据反馈，确认电磁吸盘是否对准固化桶上表面，并可在摄像头及探照灯的帮助下调整至对准。第三次对中通过三个钩爪同时勾住固化桶上端盖，基于三爪定心原理将电磁吸盘与固化桶进一步对心。

2、固化桶起吊平稳不会碰壁：调偏机构的线缆与工夹盘有多个呈环形均布的连接点，多点连接保证了起吊过程中吊盘无晃动。起吊时，先基于水平面传感器的实时检测数据将固化桶纠偏，使固化桶保持竖直状态，避免了因固化桶的内容物的密度不均而导致固化桶起吊后出现歪斜的情况，再基于井口中心位置和电磁吊盘的位置将固化桶移动至井口中心位置，然后再行吊出，有效避免了起吊过程中固化桶碰撞井壁。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2吊盘体组件中各部件的连接关系示意图；

图3为三爪定心机构中各部件的连接关系示意图；

图4为桶面清扫机构中各部件的连接关系示意图；

图5为应用本发明的深井固化桶回取系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，深井固化桶回取系统的吊盘，包括钢缆组件、吊盘体组件、三爪定心机构、调偏机构、桶面清扫机构及喷雾降尘机构。

吊盘体组件包括导柱11、电磁吸盘12、弹簧13及工夹盘14。导柱11下端固接在电磁吸盘12上表面上。电磁吸盘12下端设有吸附面，吸附面上设有压力传感器。弹簧13套装在导柱11上，其下端与电磁吸盘12相抵，上端与工夹盘14相抵。工夹盘14通过其中心孔活动套装在导柱11上，并位于弹簧13上端，其下表面上设有探照灯141、摄像头142和测距仪C143，测距仪C143的数量至少有三个，所有的测距仪C143绕工夹盘14中心呈环形均布，工夹盘14在运动行程的上下两端分别被限位。

钢缆组件包括钢缆21、钢缆收放器22及顶板23。钢缆21一端连接在钢缆收放器22上，另一端连接在导柱11上端。钢缆收放器22安装在顶板23上。钢缆收放器22包括卷线器和驱动卷线器转动的电机。

三爪定心机构包括三个钩爪31和三组开合驱动组件。三个钩爪31分别通过转轴311活动安装在工夹盘14的侧壁面上，并绕工夹盘14的中心呈环形均布。三组开合驱动组件均安装在工夹盘14上并各与一个钩爪31关联，其用于控制钩爪31向工夹盘14径向外侧打开或向工夹盘14径向内侧合拢。开合驱动组件包括支架32、丝杠33、螺母34、电机A35及连杆36。支架32固定安装在工夹盘14上。丝杠33两端活动安装在支架32上。螺母34螺纹连接在丝杠33上。电机A35固定安装在支架32上，其机轴通过联轴器与丝杠33关联。连杆36两端分别通过转轴与螺母34和钩爪31活动连接。

调偏机构包括线缆收放器41、线缆42及水平面传感器。线缆收放器41固定安装在顶板23上，其数量为四个。线缆42与线缆收放器41的数量一致，线缆42上端连接在线缆收放器41上，下端连接在工夹盘14上端，四根线缆42与工夹盘14形成四个连接点，四个连接点绕工夹盘14的中心呈环形均布。水平面传感器安装在工夹盘14上，其数量有多个，所有的水平面传感器绕工夹盘14的中心环形均布。

桶面清扫机构包括刷条51、电机B52及升降组件。升降组件设在电磁吸盘12上，并与电机B52关联，以带动电机B52做竖直升降运动，电机B52与刷条51关联以驱动刷条51做水平摆动。当刷条51做水平摆动时，其位于电磁吸盘12的正下方，当刷条51做竖直升降运动时，其不与电磁吸盘12产生干涉。升降组件包括导向杆53、倒L滑块54、电磁弹簧体55及限位板56。导向杆53固定安装在电磁吸盘12的上表面上并呈竖直布置。倒L滑块54包括横板541和连接在横板541下端的竖板542，横板541通过其上的导向孔活动套装在导向杆53上，竖板542沿着电磁吸盘12的侧壁向下延伸。电磁弹簧体55固定安装在电磁吸盘12的上表面上，并位于横板541下端，其与横板541固接以带动横板541沿导向杆53做升降运动。限位板56固接在导向杆53上端，以限制倒L滑块54的移动上限。电机B52固定安装在倒L滑块54的竖板542上，其机轴向下伸出并通过联轴器与刷条51连接。

喷雾降尘机构包括水箱61、水泵62及喷头63。水箱61和水泵62均直接或间接安装在顶板23上，水箱61的出水口通过水路管道连通至水泵62的进水端，水泵62的出水端通过水路管网连通至喷头63。喷头63安装在工夹盘14下表面上，其出水方向朝向电磁吸盘12的下端。

优选，导柱11呈上大下小的阶梯轴，其上端设有大径段111，其下端设有小径段112，大径段111与小径段112的交界处设有台阶面113，工夹盘14通过其中心孔套装在导柱11的小径段112上，当工夹盘14的上端面与导柱11的台阶面113相抵时，工夹盘14到达其运动行程的最上端。

优选，电磁吸盘12的上端面上设有限位凸台121，工夹盘14的下端面上设有与电磁吸盘12的限位凸台121相配合的限位凹槽141，当工夹盘14的限位凹槽141与电磁吸盘12的限位凸台121相接触时，工夹盘14到达其运动行程的最下端。

简述本发明的使用：本发明应用于深井固化桶回取系统，为深井固化桶回取系统的重要组成部件。应用本发明的深井固化桶回取系统如图5所示，包括行走装置100、水平转运装置200、中心定位装置300、起吊架400、定位装置(图中未示出)及操控装置(图中未示出)。

行走装置100中部设有可供固化桶9通过的通道101。水平转运装置200活动安装在行走装置100上，其用于临时承载吊运出来的固化桶。中心定位装置300安装在行走装置100上，其用于定位目标井口的中心。起吊架400安装在行走装置100上，顶板23活动安装在起吊架400上，并可相对于起吊架400移动。定位装置包括用于监测行走装置周边环境的外景摄像头、用于观测井口位置及通道状态的通道观测摄像头、用于定位电磁吸盘的定位模块、用于数据传输的数据传输模块A及用于中央控制的控制器。操控装置包括显示模块、数据传输模块B及指令输入模块，操控装置通过数据传输模块B与定位装置的数据传输模块A通信连接。

简述应用本发明的深井固化桶回取系统的工作过程：

S01，在工作区域安装一个定位传感器，作为定位基准，并将该基准设为原点，建立平面坐标系；再根据井口平面设计图，建立井口工作平面坐标图，设定目标井口坐标。

S02，基于目标井口坐标，通过操控装置控制行走装置100运动至目标井口，再基于通道观测摄像头显示的图像，通过操控装置控制行走装置100运动，使通道将井口完全覆盖在内，最后由控制器控制中心定位装置300启动，测出目标井口中心。

S03，调整电磁吸盘的位置以便于清扫：

a、调整电磁吸盘与井口对中：基于定位模块的位置信息，由控制器控制起吊架400和顶板23移动，使电磁吸盘12中心与目标井口中心重合；

b、确认电磁吸盘是否对准固化桶：由控制器控制工夹盘14下表面上的测距仪C143、摄像头142及探照灯141打开，由操作者在操控装置上观测确认电磁吸盘12是否对准固化桶9上表面；

若已对准，则三个测距仪C143测量数据相同，进入下一步；

若未对准，则三个测距仪C143测量数据不同，此时基于通道观测摄像头显示的图像，控制起吊架400和顶板23移动，将电磁吸盘12移动至对准固化桶9上表面，以三个测距仪C143的测量数据相同为准，对准后进入下一步；

c、下放电磁吸盘至清扫距离：由控制器控制钢缆收放器22启动，将钢缆21下放，使电磁吸盘12与固化桶9的距离逐渐靠近，直至预设的清扫距离后停止下放；

本步骤中，电磁吸盘12与固化桶9的距离通过测距仪C143实时检测并反馈至控制器。

S04，清理固化桶上的垃圾和浮尘：

控制器依次进行以下三项控制：

a、喷雾降尘：控制器控制水泵62启动，使水箱61内的水通过喷头63喷出，水雾沉降环境中的浮尘，并洗刷掉固化桶9表面上的泥沙尘土；

b、将吊盘体调整平衡：喷头63喷水的过程中，喷出的水流给电磁吸盘12施加了一个外力，电磁吸盘12在该外力的作用下会向一侧倾斜晃动，此时，控制器基于水平面传感器的检测数据，控制特定的线缆收放器41收放线，直至所有的水平面传感器均显示水平，即实现了喷水过程中的电磁吸盘12调平衡；

c、清扫桶面垃圾：由控制器升降机构动作，将刷条51下降至可与固化桶9上表面接触的高度，再控制电机B52动作，使刷条51做水平往复摆动，清扫固化桶9上表面的碎石垃圾；

d、经过一段预设时间的喷雾和清扫后，控制器控制水泵62关闭，再控制刷条51停止摆动并回到初始位置；

本步骤中，刷条51的初始位置位于电磁吸盘12轴向延伸区域的外侧，并位于其运动行程的最上端。

S05，通过钩爪将固化桶进一步定心：

a、控制器控制钢缆收放器22动作，将钢缆21缓慢下放，直至电磁吸盘12与固化桶上表面的距离为30mm时停止钢缆下放；

b、控制器给电磁吸盘12通电，此时电流要求为15%正常起吊电流；在电磁吸盘12的吸力作用下，工夹盘14压缩弹簧13并沿着导柱11向下移动，直至到达其运动行程的最下端时停止移动；

c、控制器控制开合驱动组件动作，使钩爪31向工夹盘14的径向外侧张开；

d、控制器再次控制钢缆收放器22动作，将钢缆21缓慢下放，当电磁吸盘12与固化桶9上表面的距离为5mm时停止钢缆下放；

e、控制器控制转动驱动机构动作，使钩爪31向工夹盘14的径向内侧收拢，三个钩爪31同时勾住固化桶9上端盖，将电磁吸盘12与固化桶9进一步对心。

S06，起吊固化桶：

a控制器控制电磁吸盘12的通电电流持续增加，使固化桶9上表面与电磁吸盘12的吸附面接触越来越紧密，直至电磁吸盘12吸附面上的压力传感器的检测压力值达到起吊要求时保持该通电电流；

b、固化桶吊至悬空：控制器控制钢缆收放器22动作，将钢缆21收线，钢缆21拉动固化桶9和电磁吸盘12同步上升一段距离后停止，以被吊固化桶9的底面悬空即可；

c、固化桶调至水平：控制器基于水平面传感器的测量数据调整特定的线缆收放器41收放线，直至所有的水平面传感器均显示水平；

d、固化桶移动至井口中心：控制器基于定位模块提供的位置信息和井口中心位置，控制控制起吊架400和顶板23移动，使电磁吸盘12中心与井口中心重合，此时，固化桶在井内呈竖直状态且位于井口中心位置；

e、固化桶完全吊出井口：控制器继续控制钢缆收放器22动作，将钢缆21收线，钢缆21拉动固化桶9和电磁吸盘12上升，将固化桶9从井口完全吊出后停止，并保证固化桶底面高于水平转运装置200的高度。

S07，将固化桶9转移至水平转运装置200上，等待外部的转运装置将其运输走。

Claims (5)

1.深井固化桶回取系统的吊盘，其特征是：包括钢缆组件、吊盘体组件、三爪定心机构及调偏机构；

吊盘体组件包括导柱(11)、电磁吸盘(12)、弹簧(13)及工夹盘(14)；导柱(11)下端固接在电磁吸盘(12)上表面上；电磁吸盘(12)下端设有吸附面，吸附面上设有压力传感器；弹簧(13)套装在导柱(11)上，其下端与电磁吸盘(12)相抵，上端与工夹盘(14)相抵；工夹盘(14)通过其中心孔活动套装在导柱(11)上，并位于弹簧(13)上端，其下表面上设有探照灯(141)、摄像头(142)和测距仪C(143)，测距仪C(143)的数量至少有三个，所有的测距仪C(143)绕工夹盘(14)中心呈环形均布，工夹盘(14)在运动行程的上下两端分别被限位；

钢缆组件包括钢缆(21)、钢缆收放器(22)及顶板(23)；钢缆(21)一端连接在钢缆收放器(22)上，另一端连接在导柱(11)上端；钢缆收放器(22)安装在顶板(23)上；

三爪定心机构包括三个钩爪(31)和三组开合驱动组件；三个钩爪(31)分别通过转轴(311)活动安装在工夹盘(14)的侧壁面上，并绕工夹盘(14)的中心呈环形均布；三组开合驱动组件均安装在工夹盘(14)上并各与一个钩爪(31)关联，其用于控制钩爪(31)向工夹盘(14)径向外侧打开或向工夹盘(14)径向内侧合拢；

调偏机构包括线缆收放器(41)、线缆(42)及水平面传感器；线缆收放器(41)固定安装在顶板(23)上，其数量不少于四个；线缆(42)与线缆收放器(41)的数量一致，线缆(42)上端连接在线缆收放器(41)上，下端连接在工夹盘(14)上端，多根线缆(42)与工夹盘(14)形成多个连接点，所述连接点绕工夹盘(14)的中心呈环形均布；水平面传感器安装在工夹盘(14)上，其数量有多个，所有的水平面传感器绕工夹盘(14)的中心环形均布。

2.如权利要求1所述的深井固化桶回取系统的吊盘，其特征是：导柱(11)呈上大下小的阶梯轴，其上端设有大径段(111)，其下端设有小径段(112)，大径段(111)与小径段(112)的交界处设有台阶面(113)，工夹盘(14)通过其中心孔套装在导柱(11)的小径段(112)上，当工夹盘(14)的上端面与导柱(11)的台阶面(113)相抵时，工夹盘(14)到达其运动行程的最上端；

电磁吸盘(12)的上端面上设有限位凸台(121)，工夹盘(14)的下端面上设有与电磁吸盘(12)的限位凸台(121)相配合的限位凹槽(141)，当工夹盘(14)的限位凹槽(141)与电磁吸盘(12)的限位凸台(121)相接触时，工夹盘(14)到达其运动行程的最下端。

3.如权利要求1或2所述的深井固化桶回取系统的吊盘，其特征是：开合驱动组件包括支架(32)、丝杠(33)、螺母(34)、电机A(35)及连杆(36)；支架(32)固定安装在工夹盘(14)上；丝杠(33)两端活动安装在支架(32)上；螺母(34)螺纹连接在丝杠(33)上；电机A(35)固定安装在支架(32)上，其机轴通过联轴器与丝杠(33)关联；连杆(36)两端分别通过转轴与螺母(34)和钩爪(31)活动连接。

4.如权利要求3所述的深井固化桶回取系统的吊盘，其特征是：其还包括桶面清扫机构及喷雾降尘机构；

桶面清扫机构包括刷条(51)、电机B(52)及升降组件；升降组件设在电磁吸盘(12)上，并与电机B(52)关联，以带动电机B(52)做竖直升降运动，电机B(52)与刷条(51)关联以驱动刷条(51)做水平摆动；当刷条(51)做水平摆动时，其位于电磁吸盘(12)的正下方，当刷条(51)做竖直升降运动时，其不与电磁吸盘(12)产生干涉；

喷雾降尘机构包括水箱(61)、水泵(62)及喷头(63)；水箱(61)和水泵(62)均直接或间接安装在顶板(23)上，水箱(61)的出水口通过水路管道连通至水泵(62)的进水端，水泵(62)的出水端通过水路管网连通至喷头(63)；喷头(63)安装在工夹盘(14)下表面上，其出水方向朝向电磁吸盘(12)的下端。

5.如权利要求4所述的深井固化桶回取系统的吊盘，其特征是：升降组件包括导向杆(53)、倒L滑块(54)、电磁弹簧体(55)及限位板(56)；导向杆(53)固定安装在电磁吸盘(12)的上表面上并呈竖直布置；倒L滑块(54)包括横板(541)和连接在横板(541)下端的竖板(542)，横板(541)通过其上的导向孔活动套装在导向杆(53)上，竖板(542)沿着电磁吸盘(12)的侧壁向下延伸；电磁弹簧体(55)固定安装在电磁吸盘(12)的上表面上，并位于横板(541)下端，其与横板(541)固接以带动横板(541)沿导向杆(53)做升降运动；限位板(56)固接在导向杆(53)上端，以限制倒L滑块(54)的移动上限；

电机B(52)固定安装在倒L滑块(54)的竖板(542)上，其机轴向下伸出并通过联轴器与刷条(51)连接。