CN110744492B - 一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具及其使用方法 - Google Patents

一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电站现场检修技术领域，具体涉及一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具及其使用方法。该装置主体顶端设置有用于拆除螺栓的专用头部，外壁的定位机构位于过渡套侧壁导向滑槽内；过渡套下部设有连接杆用于连接外套；连接杆上设有的导向机构位于外套的导向滑槽内。本发明还提供了一种与上述工具配合使用的远距离螺栓脱开专用废物容器，包括解锁槽和废物收集主体。使用时，首先下压凸轮机构使抓爪张开；然后旋转专用头部进行螺栓防松破坏和旋拧，螺栓完全退出后提升凸轮机构使抓爪自动抓取螺栓；最后，将螺栓放入专用废物容器。有益效果：具备水下自动对中、防松结构拆除、旋拧拆除、自动夹持释放功能，轻便、可靠，适用于水下远距离操作。

Description

一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具及其使用方法
技术领域
本发明属于核电站现场检修技术领域，具体涉及一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具及其使用方法。
背景技术
核反应堆机组运行后，反应堆堆内构件等部件具有高放射性。随着机组持续运行，反应堆压力容器内高温、高压、水流冲击的工况下的堆内构件等部件逐渐老化，设备可靠性降低，需要对相关零部件进行更换、修复作业。更换、修复相关零部件需要拆除部分紧固螺栓，堆内构件所有螺栓均进行过防松处理，所以进行相关螺栓拆除时必须先破坏螺栓防松结构，再进行螺栓拆除、转移工作。在高放射性剂量环境下，只能通过水下远距离操作完成相关检修工作。水下维修一般依靠多个具备单一功能的水下工具进行水下维修操作，这种维修方式的操作接口较多，容易出现失误且工作效率低下。为了满足上述需求，需要提供一种轻便、可靠的水下远距离操作工具及其使用方法，具备螺栓防松结构拆除、螺栓拆除、螺栓转移功能。
发明内容
本发明的目的在于针对缺少远距离螺栓拆除专用工具的问题，提供了一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具及其使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具，包括主体、过渡套和外套；所述主体顶端设置有一个用于拆除螺栓的专用头部，与螺栓形状相配合；所述主体外壁设置有定位机构，所述过渡套侧壁开有导向滑槽，定位机构位于导向滑槽内，能够沿导向滑槽移动；所述过渡套底部开有通孔使专用头部穿过；所述过渡套下部设有连接杆，用于连接外套；连接杆上还设置有导向机构；所述外套侧壁开有导向滑槽，导向机构位于导向滑槽内，能够沿导向滑槽移动；所述外套底部开有通孔，使螺栓能够穿过。
进一步地，所述外套内壁上装有抓爪，抓爪上设置有扭转弹簧，使抓爪在不受力时处于闭合状态。所述过渡套连接杆下端设有凸轮机构，用于打开和收拢抓爪。
进一步地，所述主体末端连接长杆。
进一步地，所述主体的中间体与过渡套底面之间还装有压缩弹簧。所述渡套底面的下部设置有下部弹簧，下部弹簧在自然状态下末端为位置低于过渡套连接杆的凸轮机构的末端。
进一步地，所述过渡套侧壁的导向滑槽为“L”型，包括水平段和垂直段，定位机构能够在导向滑槽的水平段和垂直段滑动。
进一步地，所述主体、过渡套和外套采用不锈钢加工。
本发明还提供了一种远距离螺栓脱开专用废物容器，能够与上述远距离螺栓拆除和自动抓取工具配合使用，包括解锁槽和废物收集主体；所述解锁槽的外径大于外套外径，其内径小于外套的外径；废物收集主体位于解锁槽下方。
本发明还提供了上述远距离螺栓拆除和自动抓取工具的使用方法，依次包括如下步骤：
步骤1.远距离螺栓拆除和自动抓取工具水下对中：
人工操作所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具，通过外套底部通孔，使所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具与螺栓在水下进行初步对中，通过长杆旋转并下压主体，使专用头部与螺栓进行匹配；
步骤2.防松破换、螺栓旋拧及抓取
进一步下压主体，使过渡套连接杆的凸轮机构向下作用在抓爪上，使抓爪处于张开状态，专用头部接触接触到螺栓；然后，旋转主体使专用头部进入螺栓的适配孔，旋转主体进行螺栓防松破坏和螺栓旋拧操作；随着螺栓完全退出螺纹孔，通过长杆上提主体并带动过渡套的位置升高，使过渡套下方的凸轮机构退出抓爪，抓爪依靠扭转弹簧自动抓取螺栓，使螺栓锁紧在外套内；
步骤3.螺栓释放
将所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具连同螺栓移至权利要求9所述的水下远距离螺栓脱开专用废物容器上方，下压所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具，通过解锁槽限制工具外套转动；然后，提升主体使定位机构在过渡套“L”型导向滑槽的最上端，旋转主体使定位机构锁定在过渡套L型导向滑槽的水平段；然后，下压主体使过渡套上的凸轮机构作用在抓爪上，使抓爪处于张开状态，螺栓自动落入专用废物收集主体。
本发明的有益效果在于：本发明的远距离螺栓拆除和自动抓取工具，同时具备水下自动对中、螺栓防松结构拆除、螺栓旋拧、螺栓拆除、螺栓自动夹持、螺栓转移、螺栓释放功能，轻便、可靠，适用于水下远距离操作。该装置具有以下功能、特点：
1、通过主体、过渡套和外套连接结构的设计，配合水下长杆工具，可实现水下远距离的螺栓防松结构破坏功能；
2、通过与待拆除部件配合的专用头部，可实现多种类型的螺栓或其他装置水下远距离的拆除；
3、通过凸轮机构、抓爪和扭转弹簧的配合设计，可实现螺栓自动抓取功能，避免螺栓掉落入反应堆水池，造成安全隐患；
4、通过专用废物容器可实现水下远距离的螺栓转移和自动收集功能，避免人工靠近接触放射性物品；
5、过渡套的L型向滑槽使得过渡套与主体之间可以实现位置锁定，压缩弹簧进一步加强了设备的稳定性，使得该工具具有轻便、可靠的特点；
6、该装置采用不锈钢加工，不易被硼酸水腐蚀，强度较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的外观示意图；
图3为图1中各零部件拆解示意图；
图4为图1中抓爪和扭转弹簧的结构示意图；
图5为图4的侧视图；
图6为本发明的专用废物容器的结构示意图。
图中：1.主体；2.过渡套；3.外套；4.定位机构；5.专用头部；6.压缩弹簧；7.导向机构；8.抓爪；9.扭转弹簧；10.下部弹簧；11.长杆；12.销；13.导向装置；14.解锁槽；15.废物收集主体。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供了一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具，其结构如图1、图2和图3所示，主要由主体1、过渡套2和外套3三部分组成，均采用不锈钢加工。
所述主体1包括中间体和末端的连接体，中间体和连接体为两截直径不同的圆柱体结构，中间体直径大于末端直径；主体1的连接体外设置有一根长杆11，长杆11的长度根据现场实际操作距离而定；连接体上端开有圆孔，通过销12使主体1和长杆11连接在一起。
主体1的中间体外壁设置有两个定位机构4，本实施例的定位机构4为螺钉，通过螺纹连接固定在主体1上，用于主体1和过渡套2之间相互运动的定位和导向作用。定位机构4的安装方向垂直于主体1的轴向。
主体1的顶端设置有一个专用头部5，专用头部5通过焊接或可拆卸方式固定在主体1顶端，用于防松破坏以及拆除螺栓；专用头部5根据需要现场拆除的螺栓类型进行加工，与待拆除螺栓的形状相适应。例如，根据待拆除螺栓头部为十字形或一字形，专用头部5可以设置为一字形或十字形螺丝刀形状；当待拆除螺栓为六角螺栓，专用头部5也可以通过设置六角螺栓形状的凹槽，卡套在待拆除螺栓头部上进行旋拧。当拆除不同类型螺栓时，可以通过更换不同的专用头部5实现，也可以通过专用头部5的形状设计用于拆除螺栓以外的其他小体积零部件，使得本装置使用方便且适用范围较广。
所述过渡套2为圆筒型结构，侧壁开有L型导向滑槽，底部中间开有通孔使专用头部5穿过；过渡套2通过定位机构4安装在主体1上，主体1通过定位机构4的导向作用可以在过渡套2L型导向滑槽中发生相对运动；进一步地，主体1中间体位于过度套2内，专用头部5穿过过渡套2的底面，定位机构4位于过渡套2的L型导向滑槽内，定位机构4能够在L型导向滑槽的垂直段上下滑动，使得主体1和过渡套2之间发生相对运动，当定位机构4位于L型导向滑槽的水平段时，主体1和过渡套2之间无法发生相对运动，从而实现限位和锁定功能。
主体1的中间体与过渡套2底面之间还装有压缩弹簧6，用于平衡主体1和水下长杆工具11的自重，并且能够避免使用时主体1与过渡套2之间产生晃动，从而加强本装置的结构稳定性。
过渡套2底面下部有两根连接杆，用于连接外套3。连接杆上还设置有两个导向机构7，导向机构7通过螺纹连接的方式固定在过渡套2的连接杆上，在过渡套2与外套3之间起相互运动的定位和导向作用。其中一根连接杆下端设有凸轮机构，用于打开和收拢抓爪8。
所述外套3为圆筒型结构，侧壁开有导向滑槽，底部中间开有通孔使待拆除螺栓能够穿过；外套3通过导向机构7安装在过渡套2下部的连接杆上，过渡套2通过导向机构7的导向作用可以和外套3发生轴向运动。进一步地，专用头部5位于外套3筒体内，导向机构7位于外套3的导向滑槽内，导向机构7能够在导向滑槽内上下滑动，使得过渡套2与外套3之间产生相对运动。
外套3内壁上装有抓爪8，用于抓取、夹持待拆除螺栓，具有防螺栓意外掉落的功能。如图4和图5所示，当过渡套2与外套3产生相对运动时，过渡套2连接杆上的凸轮机构向下插入抓爪8中，可以使抓爪8张开。抓爪8上设置有扭转弹簧9，使抓爪8在不受力时处于闭合状态。当待拆除螺栓退出螺纹孔处于自由状态时，向上提起本装置使得凸轮机构向上退出抓爪8，抓爪8在扭转弹簧9的作用下闭合，从而自动抓取待拆除螺栓使其留在本装置内，避免其掉落至其他位置。
外套3装有弹簧10，使得当外套3不受外力的情况下，在弹簧10的作用下，过渡套2的凸轮机构远离抓爪8，抓爪8通过扭转弹簧9的作用力始终处于合拢状态。可以在过渡套2底面的下部设置弹簧10，也可以在外套10内壁设置凸台，弹簧10卡在凸台与过渡套2底面之间。
本实施例还提供了一种水下远距离螺栓脱开专用废物容器，与上述远距离螺栓拆除和自动抓取工具配合使用。该装置的结构如图4所示，主要包括导向装置13、解锁槽14和废物收集主体15。
所述解锁槽14为圆筒或圆环结构，其外径大于所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具外套3的外径，其内径小于外套3的外径；废物收集主体15位于解锁槽14下方。在使用时，解锁槽14能够顶住外套3的底面，使得外套3与过渡套2产生相对位移，过渡套2下部连接杆的凸轮机构插入抓爪8内使其张开，从而使拆除下来的螺栓掉落，穿过解锁槽14筒体掉在废物收集主体15内。
为了便于外套3与解锁槽14对中，解锁槽14上方设置有一个导向装置13.导向装置13整体为喇叭口的形状，包括底部与解锁槽14外径相同的圆筒壁和上部锥台形状的薄壁结构。为了便于观察外套3与解锁槽14的接触情况，导向装置13还可以设置一个贯穿的开口。
本实施例还提供了上述远距离螺栓拆除和自动抓取工具和专用废物容器的使用方法，依次包括如下步骤：
1.专用工具水下对中：人工操作专用工具，通过外套3下部的导向装置，使工具与螺栓在水下进行初步对中，逆时针旋转专用工具并通过长杆11下压主体1，使专用头部5与螺栓进行匹配。
2.防松破换、螺栓旋拧及抓取：当主体1的定位机构4在过渡套2导向滑槽的下位时下压主体1，过渡套2上的凸轮机构作用在抓爪8，使抓爪8处于张开状态，此时专用头部5可以接触到螺栓,逆时针或者顺时针旋转工具主体1使专用头部5进入螺栓适配孔，逆时针旋转工具主体1进行螺栓防松破坏、螺栓旋拧操作。随着螺栓逐渐退出螺纹孔，工具抓爪8依靠扭转弹簧9自动抓取螺栓，使锁紧在工具上。
3.螺栓释放：将工具连同螺栓移至水下远距离螺栓脱开专用废物容器，通过专用废物收集桶解锁槽14限制工具外套3转动，提升主体1使定位机构4在过渡套2L型导向滑槽的最上端，顺时针旋转主体1，使定位机构4锁定在过渡套2L型导向滑槽。此时下压专用工具主体1，过渡套2上的凸轮机构作用在抓爪8，使抓爪8处于张开状态，此时专用头部5不能接触到螺栓，螺栓自动落入专用废物收集主体15。
本实施例的工艺装备设计，不仅可以适用于远距离(尤其适用于距离大于50cm以上)的螺栓拆除，也可以通过设计不同的专用头部5，适用于远距离不便于通过扳手、螺丝刀等现有工具直接拆除的距离，例如长于20cm或操作空间狭小等情况下其他小体积零部件的拆除。该技术方案已成功应用于现有核电站核反应堆内构件维修，效果良好。该项目作为某核电机组大修专项，是各大修专项中最早成功实施完成的专项。具体而言，该装置具有以下功能、特点：
1、可实现水下远距离的螺栓防松结构破坏功能；
2、可实现水下远距离的螺栓拆除功能；
3、可实现水下远距离的螺栓旋拧功能；
4、可实现水下远距离的螺栓转移功能；
5、该工具具有轻便、可靠的特点；
6、该装置采用不锈钢加工，不易被硼酸水腐蚀，强度较高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具，其特征在于：包括主体(1)、过渡套(2)和外套(3)；所述主体(1)下端设置有一个用于拆除螺栓的专用头部(5)，专用头部(5)与螺栓形状相配合；所述主体(1)外壁设置有定位机构(4)，所述过渡套(2)侧壁开有导向滑槽，定位机构(4)位于导向滑槽内，能够沿导向滑槽移动；所述过渡套(2)底部开有通孔使专用头部(5)穿过；所述过渡套(2)下部设有连接杆，用于连接外套(3)；连接杆上还设置有导向机构(7)；所述外套(3)侧壁开有导向滑槽，导向机构(7)位于导向滑槽内，能够沿导向滑槽移动；所述外套(3)底部开有通孔，使螺栓能够穿过；所述外套(3)内壁上装有抓爪(8)，抓爪(8)上设置有扭转弹簧(9)，使抓爪(8)在不受力时处于闭合状态；所述过渡套(2)连接杆下端设有凸轮机构，用于打开和收拢抓爪(8)； 所述主体(1)上端连接长杆(11) ；所述主体(1)的中间体与过渡套(2)底面之间还装有压缩弹簧(6)。
2.如权利要求1所述的一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具，其特征在于：所述过渡套(2)侧壁的导向滑槽为“L”型，包括水平段和垂直段，定位机构(4)能够在导向滑槽的水平段和垂直段滑动。
3.如权利要求1所述的一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具，其特征在于：所述过渡套(2)底面的下部设置有下部弹簧(10)，下部弹簧(10)在自然状态下末端为位置低于过渡套(2)连接杆的凸轮机构的末端。
4.如权利要求1所述的一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具，其特征在于：所述主体(1)、过渡套(2)和外套(3)采用不锈钢加工。
5.一种远距离螺栓脱开专用废物容器，其特征在于：与权利要求1所述的一种远距离螺栓拆除和自动抓取工具配合使用，包括解锁槽(14)和废物收集主体(15)；所述解锁槽(14)的外径大于外套(3)外径，其内径小于外套(3)的外径；废物收集主体(15)位于解锁槽(14)下方。
6.一种如权利要求2所述的远距离螺栓拆除和自动抓取工具的使用方法，其特征在于依次包括如下步骤：
步骤1.远距离螺栓拆除和自动抓取工具水下对中：
人工操作所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具，通过外套(3)底部通孔，使所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具与螺栓在水下进行初步对中，通过长杆(11)旋转并下压主体(1)，使专用头部(5)与螺栓进行匹配；
步骤2.防松破坏、螺栓旋拧及抓取
进一步下压主体(1)，使过渡套(2)连接杆的凸轮机构向下作用在抓爪(8)上，使抓爪(8)处于张开状态，专用头部(5)接触到螺栓；然后，旋转主体(1)使专用头部(5)进入螺栓的适配孔，旋转主体(1)进行螺栓防松破坏和螺栓旋拧操作；随着螺栓完全退出螺纹孔，通过长杆(11)上提主体(1)并带动过渡套(2)的位置升高，使过渡套(2)下方的凸轮机构退出抓爪(8)，抓爪(8)依靠扭转弹簧(9)自动抓取螺栓，使螺栓锁紧在外套(3)内；
步骤3.螺栓释放
将所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具连同螺栓移至权利要求5所述的远距离螺栓脱开专用废物容器上方，下压所述远距离螺栓拆除和自动抓取工具，通过解锁槽(14)限制外套(3)转动；然后，提升主体(1)使定位机构(4)在过渡套(2)“L”型导向滑槽的最上端，旋转主体(1)使定位机构(4)锁定在过渡套(2)L型导向滑槽的水平段；然后，下压主体(1)使过渡套(2)上的凸轮机构作用在抓爪(8)上，使抓爪(8)处于张开状态，螺栓自动落入废物收集主体(15)。
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