CN111571194A - 一种快速连接自校正螺栓旋拧机构 - Google Patents

Abstract

一种快速连接自校正螺栓旋拧机构，属于核电反应堆压力容器螺栓的旋拧技术领域，技术方案：精密导柱上方安装上端板，支撑板通过直线轴承可上下移动地安装在精密导柱上，支撑板上设置垂直度修正执行装置，旋拧驱动伺服电机与垂直度修正执行装置连接，上端板上安装重量补偿气缸，扭矩传感器内置于支撑板，垂直度检测装置内置于支撑板，螺栓连接装置连接在支撑板下方，气缸制动器安装在精密导柱上，卡盘控制装置和定位装置安装在环形底座下方，力矩检测装置安装在支撑板上，螺栓适配器与螺栓连接装置连接。有益效果：由于本发明采用快速连接自校正螺栓旋拧机构，可以保证设备快速、准确无损伤的连接至固定螺栓，提高工作效率，节省时间。

Description

一种快速连接自校正螺栓旋拧机构

技术领域

本发明属于核电反应堆压力容器螺栓的旋拧技术领域，尤其涉及一种快速连接自校正螺栓旋拧机构。

背景技术

目前，在核电反应堆压力容器螺栓旋拧方面上所使用的是手动螺栓旋拧机构和自动螺栓旋拧机构。但是当前的核电反应堆压力容器螺栓旋拧机构存在如下问题：

手动螺栓旋拧机构在使用时，螺栓需要逐个单独吊装手动旋拧，会耗费很长时间、浪费人力物力，同时也无法保证所有螺栓在旋拧时受力均匀位置准确；

自动螺栓旋拧机构为整体全同步螺栓旋拧拉伸机构的机器人，目前的机器人在旋拧螺栓时，与螺栓的连接使用气动卡爪，无法方便快捷的进行连接，同时还需连接气源，机器人在连接完螺栓后进行旋拧时，需要通过电动或气动主动校正垂直度，无法保证其精确度，容易损伤螺纹，而且费时费力。

发明内容

为了上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种快速连接自校正螺栓旋拧机构，该机构采用快速连接自校正螺栓旋拧机构，可以保证设备快速、准确无损伤的连接至固定螺栓，提高工作效率，节省时间。

技术方案如下：

一种快速连接自校正螺栓旋拧机构，包括：控制柜、旋拧驱动伺服电机、重量补偿气缸、上端板、垂直度修正执行装置、直线轴承、扭矩传感器、垂直度检测装置、螺栓连接装置、气缸制动器、精密导柱、支撑柱、行走装置、卡盘控制装置、定位装置、支撑板、环形底座、力矩检测装置、螺栓适配器，所述行走装置安装所述环形底座下方，所述支撑柱安装在所述环形底座上方，所述支撑柱上方安装所述控制柜，所述精密导柱安装在所述环形底座上方，所述精密导柱上方安装所述上端板，所述支撑板通过所述直线轴承可上下移动地安装在所述精密导柱上，所述支撑板上设置所述垂直度修正执行装置，所述旋拧驱动伺服电机与所述垂直度修正执行装置连接，所述上端板上安装所述重量补偿气缸，所述扭矩传感器内置于所述支撑板，所述垂直度检测装置内置于所述支撑板，所述螺栓连接装置安装在所述垂直度修正执行装置上，所述气缸制动器安装在所述精密导柱上，所述卡盘控制装置和定位装置安装在所述环形底座下方，所述力矩检测装置安装在所述垂直度修正执行装置上，所述螺栓适配器与所述螺栓连接装置连接。

进一步的，所述垂直度修正执行装置包括：上层固定板、直线滑轨A、中层固定板、下层固定板、弹簧、直线导轨B，所述下层固定板下方设置若干所述弹簧，所述下层固定板上方依次设置直线导轨B、中层固定板、直线滑轨A、上层固定板。

进一步的，所述螺栓连接装置包括：电机联轴器固定端、压缩弹簧、伸缩杆顶端外齿、固定堵头内齿、螺纹段A、传动轴挂钩，所述电机联轴器固定端内设所述螺纹段A，所述螺纹段A上设有所述固定堵头内齿，所述传动轴挂钩上设置所述伸缩杆顶端外齿，所述传动轴挂钩与所述电机联轴器固定端嵌入连接，所述传动轴挂钩与所述电机联轴器固定端之间设置所述压缩弹簧。

进一步的，所述螺栓适配器内设有传动轴挂钩入口，所述传动轴挂钩入口上方依次设有螺纹段B、主螺栓适配器通孔，传动轴挂钩旋转止动销两端分别连接所述螺纹段B和主螺栓适配器通孔。

进一步的，所述力矩检测装置包括测距传感器和测力传感器。

进一步的，还包括线缆装置，所述线缆装置安装在所述环形底座上。

本发明的有益效果是：

本发明所述的快速连接自校正螺栓旋拧机构与现有核电反应堆压力容器螺栓旋拧机构相比，本发明具有以下有益效果：

1.由于本发明采用快速连接自校正螺栓旋拧机构，可以保证设备快速、准确无损伤的连接至固定螺栓，提高工作效率，节省时间。

2.由于本发明采用快速连接自校正螺栓旋拧机构，可以保证对螺栓垂直度控制、扭矩的最小阻力矩的实现，特别是在螺栓拧入螺纹孔的时候，可以达到非常准确的垂直精度，从而可减少对螺栓和反应堆容器孔的损坏。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明旋拧驱动伺服电机及垂直度修正执行装置连接示意图；

图3是本发明垂直度修正执行装置结构示意图；

图4是本发明螺栓适配器结构示意图；

图5是本发明螺栓连接装置与螺栓适配器连接示意图；

图6是本发明螺栓连接装置结构示意图；

图7是本发明螺栓适配器剖视图；

图中附图标记如下：1-控制柜、2-旋拧驱动伺服电机、3-重量补偿气缸、4-上端板、5-测距传感器、6-测力传感器、7-垂直度修正执行装置、8-直线轴承、9-扭矩传感器、10-垂直度检测装置、11-螺栓连接装置、12-气缸制动器、13-精密导柱、14-支撑柱、15-线缆装置、16-行走装置、17-卡盘控制装置、18-定位装置、19-上层固定板、20-直线滑轨A、21-中层固定板、22-下层固定板、23-弹簧、24-电机联轴器固定端、25-压缩弹簧、26-伸缩杆顶端外齿、27-固定堵头内齿、28-螺纹段A、29-传动轴挂钩、30-传动轴挂钩旋转止动销、31-传动轴挂钩入口、32-主螺栓适配器通孔、33-螺纹段B、34-支撑板、35-环形底座、36-直线导轨B。

具体实施方式

下面结合附图1-7对快速连接自校正螺栓旋拧机构做进一步说明。

实施例1

一种快速连接自校正螺栓旋拧机构，包括：控制柜1、旋拧驱动伺服电机2、重量补偿气缸3、上端板4、垂直度修正执行装置7、直线轴承8、扭矩传感器9、垂直度检测装置10、螺栓连接装置11、气缸制动器12、精密导柱13、支撑柱14、行走装置16、卡盘控制装置17、定位装置18、支撑板34、环形底座35、力矩检测装置、螺栓适配器，所述行走装置16安装所述环形底座35下方，所述支撑柱14安装在所述环形底座35上方，所述支撑柱14上方安装所述控制柜1，所述精密导柱13安装在所述环形底座35上方，所述精密导柱13上方安装所述上端板4，所述支撑板34通过所述直线轴承8可上下移动地安装在所述精密导柱13上，所述支撑板34上设置所述垂直度修正执行装置7，所述旋拧驱动伺服电机2与所述垂直度修正执行装置7连接，所述上端板4上安装所述重量补偿气缸3，所述扭矩传感器9内置于所述支撑板34，所述垂直度检测装置10内置于所述支撑板34，所述螺栓连接装置11安装在所述垂直度修正执行装置7上，所述气缸制动器12安装在所述精密导柱13上，所述卡盘控制装置17和定位装置18安装在所述环形底座35下方，所述力矩检测装置安装在所述垂直度修正执行装置7上，所述螺栓适配器与所述螺栓连接装置11连接。

进一步的，所述垂直度修正执行装置7包括：上层固定板19、直线滑轨A20、中层固定板21、下层固定板22、弹簧23、直线导轨B36，所述下层固定板22下方设置若干所述弹簧23，所述下层固定板22上方依次设置直线导轨B36、中层固定板21、直线滑轨A20、上层固定板19。

进一步的，所述螺栓连接装置11包括：电机联轴器固定端24、压缩弹簧25、伸缩杆顶端外齿26、固定堵头内齿27、螺纹段A28、传动轴挂钩29，所述电机联轴器固定端24内设所述螺纹段A28，所述螺纹段A28上设有所述固定堵头内齿27，所述传动轴挂钩29上设置所述伸缩杆顶端外齿26，所述传动轴挂钩29与所述电机联轴器固定端24嵌入连接，所述传动轴挂钩29与所述电机联轴器固定端24之间设置所述压缩弹簧25。

进一步的，所述螺栓适配器内设有传动轴挂钩入口31，所述传动轴挂钩入口31上方依次设有螺纹段B33、主螺栓适配器通孔32，传动轴挂钩旋转止动销30两端分别连接所述螺纹段B33和主螺栓适配器通孔32。

进一步的，所述力矩检测装置包括测距传感器5和测力传感器6。

进一步的，还包括线缆装置15，所述线缆装置15安装在所述环形底座35上。

所述线缆装置15包括线缆接头及线缆收放器，所述行走装置16包括行走轮及其驱动装置，所述垂直度检测装置10为垂直度检测传感器。

本发明的使用流程如下：

1.将底部支架及配备有主螺栓适配器的主螺栓安装至核电反应堆压力容器端盖法兰相应位置处，在将本发明的快速连接自校正螺栓旋拧机构放至底部支架的行走轨道；

2.将螺栓旋拧机构与控制柜1的动力及通信线缆正确连接，并将其启动；

3.螺栓旋拧机构通过行走轮及其驱动装置、定位装置18自动行走至相应螺栓位置处，定位装置18将螺栓旋拧机构固定；

4.螺栓旋拧机构通过重量补偿气缸3将安装有旋拧驱动伺服电机2、螺栓连接装置11及传感器的垂直度修正执行装置7下放，直至螺栓连接装置11接触螺栓适配器上端；

5.螺栓连接装置11在下放时接触螺栓适配器上端后，螺栓连接装置11的传动轴挂钩29使压缩弹簧25保持压缩状态，此时通过旋拧驱动伺服电机2控制螺栓连接装置11旋转，当对正螺栓适配器的传动轴挂钩入口31时，压缩弹簧25弹开使伸缩杆及挂钩进入螺栓适配器，此时再次旋转螺栓连接装置11至传动轴挂钩旋转止动销30处，螺栓连接装置11与螺栓适配器完成连接，继续旋转即带动螺栓旋转；

6.通过卡盘控制装置17打开底部支架的卡盘；

7.通过测力传感器6的反馈自动控制重量补偿气缸的下放，同时通过扭矩传感器9的反馈自动控制旋拧驱动伺服电机2的扭矩输出，以此来控制螺栓的旋入旋出；

8.在螺栓旋入旋出的过程中，垂直度校正装置自动校对位置，此过程为重力控制，无需系统控制调节，以此确保螺栓在旋入旋出时其一直保持垂直。

实施例2

一种快速连接自校正螺栓旋拧机构，包括环形底座35、行走轮及其驱动装置、支撑柱14、精密导柱13、上端板4、定位装置18、重量补偿气缸3、控制柜1、线缆接头及线缆收放器、支撑板34、直线轴承8、气缸制动器12、卡盘控制装置17、旋拧驱动伺服电机2、螺栓连接装置11、垂直度检测装置10、垂直度修正执行装置7、力矩检测装置、螺栓适配器。

所述的环形底座35有A个，用于固定支撑整个螺栓旋拧机构；

所述的行走轮及其驱动装置有B套，固定在环形底座35的相应位置处，用于控制螺栓旋拧机构沿着底部支架的行走轨道移动；

所述的支撑柱14有B个，用于支撑控制柜1，将其固定在环形底座35上；

所述的精密导柱13有C个，用于支撑固定上端板4，并为机构的重量补偿系统提供运动导向；

所述的上端板4有D个，用于固定重量补偿气缸3及部分传感器；

所述的定位装置18有E个，用于在检测到相应的螺栓孔时固定螺栓旋拧机构，在固定后为整个机构的反扭矩装置；

所述的重量补偿气缸3有A个，通过测力传感器6实时反馈的监测值，控制系统通过重量补偿气缸3保持螺栓在螺纹孔中拧紧或松开时螺栓的最小重量，即螺栓的重量补偿；重量补偿同样是减小阻力矩非常重要的因素，螺栓旋拧装置的控制系统可以自我调整和修正补偿螺栓在拧紧或松开不同阶段的重量，特别是螺栓在进入螺纹孔前期，或者在螺栓的阻力矩发生变化时；

所述的控制柜1有D个，用于安装控制机器人的驱动器及控制器；

所述的线缆接头及线缆收放器有D套，线缆从控制台连接至机器人控制电柜的线缆收放器连接接头，线缆收放器可以使线缆固定在支架上随着机器人行走进行收放线缆，防止线缆紊乱；

所述的支撑板有B个，用于固定旋拧驱动伺服电机2、螺栓连接装置11、垂直度检测装置10、垂直度修正执行装置7、力矩检测装置，通过重量补偿机构气缸引导其沿着精密导柱13通过4个直线轴承8上下移动；

所述的直线轴承8有C个，用于连接支撑板34与精密导柱13；

所述的气缸制动器12有B个，在气源压力损失的情况下，气缸制动器12将自动锁定螺栓支架位置；

所述的卡盘控制装置17有A套，用于自动控制底部支架的卡盘装置17来抱紧或松开主螺栓；

所述的旋拧驱动伺服电机2有A套，安装在控制柜1的控制器通过机器人控制柜的驱动器控制旋拧驱动伺服电机2的速度及扭矩并直接驱动螺栓转动，旋拧驱动伺服电机2安装在垂直度修正执行装置7上；

所述的螺栓连接装置11有A套，用于快速连接机器人的旋拧机构至螺栓；

所述的垂直度检测装置10有A套，用于检测装置的垂直度并反馈至控制柜1；

所述的垂直度修正执行装置7有A套，使旋拧装置自动进行位置校正，确保螺栓在拧紧或松开时其一直保持垂直，螺栓的垂直度在旋拧螺栓的初级阶段是非常重要的，因为在只有少部分的螺栓螺纹拧入反应堆的螺纹孔的情况下，由于螺纹连接数太少，即使螺纹全部拧入，螺栓与螺纹孔也不能完全与螺栓旋拧装置一致，如果不加以控制，螺纹连接的倾斜位置可以产生毛刺或金属屑，并大大提高阻力矩。如果扭矩增加时仍然继续拧螺栓,则会给螺纹带来进一步的损坏。一个可自修正垂直度的装置可减少对螺栓和反应堆容器孔的损坏；

所述的力矩检测装置有A套，用于检测旋拧螺栓的力矩并反馈至控制柜1，协助控制旋拧驱动伺服电机2；

所述的螺栓适配器有A套，旋拧至螺栓顶部，用于与螺栓连接装置快速连接并对其旋拧，相比较于以往的螺纹或气动连接方式，本发明的螺栓适配器与螺栓连接装置无需额外连接气源、无需额外旋拧螺纹，即可保证设备快速、准确无损伤的连接螺栓；

进一步地，所述的A为2。

进一步地，所述的B为4。

进一步地，所述的C为8。

进一步地，所述的D为1。

进一步地，所述的E为3。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速连接自校正螺栓旋拧机构，其特征在于，包括：控制柜(1)、旋拧驱动伺服电机(2)、重量补偿气缸(3)、上端板(4)、垂直度修正执行装置(7)、直线轴承(8)、扭矩传感器(9)、垂直度检测装置(10)、螺栓连接装置(11)、气缸制动器(12)、精密导柱(13)、支撑柱(14)、行走装置(16)、卡盘控制装置(17)、定位装置(18)、支撑板(34)、环形底座(35)、力矩检测装置、螺栓适配器，所述行走装置(16)安装所述环形底座(35)下方，所述支撑柱(14)安装在所述环形底座(35)上方，所述支撑柱(14)上方安装所述控制柜(1)，所述精密导柱(13)安装在所述环形底座(35)上方，所述精密导柱(13)上方安装所述上端板(4)，所述支撑板(34)通过所述直线轴承(8)可上下移动地安装在所述精密导柱(13)上，所述支撑板(34)上设置所述垂直度修正执行装置(7)，所述旋拧驱动伺服电机(2)与所述垂直度修正执行装置(7)连接，所述上端板(4)上安装所述重量补偿气缸(3)，所述扭矩传感器(9)内置于所述支撑板(34)，所述垂直度检测装置(10)内置于所述支撑板(34)，所述螺栓连接装置(11)安装在所述垂直度修正执行装置(7)上，所述气缸制动器(12)安装在所述精密导柱(13)上，所述卡盘控制装置(17)和定位装置(18)安装在所述环形底座(35)下方，所述力矩检测装置安装在所述垂直度修正执行装置(7)上，所述螺栓适配器与所述螺栓连接装置(11)连接。

2.如权利要求1所述的快速连接自校正螺栓旋拧机构，其特征在于，所述垂直度修正执行装置(7)包括：上层固定板(19)、直线滑轨A(20)、中层固定板(21)、下层固定板(22)、弹簧(23)、直线导轨B(36)，所述下层固定板(22)下方设置若干所述弹簧(23)，所述下层固定板(22)上方依次设置直线导轨B(36)、中层固定板(21)、直线滑轨A(20)、上层固定板(19)。

3.如权利要求1所述的快速连接自校正螺栓旋拧机构，其特征在于，所述螺栓连接装置(11)包括：电机联轴器固定端(24)、压缩弹簧(25)、伸缩杆顶端外齿(26)、固定堵头内齿(27)、螺纹段A(28)、传动轴挂钩(29)，所述电机联轴器固定端(24)内设所述螺纹段A(28)，所述螺纹段A(28)上设有所述固定堵头内齿(27)，所述传动轴挂钩(29)上设置所述伸缩杆顶端外齿(26)，所述传动轴挂钩(29)与所述电机联轴器固定端(24)嵌入连接，所述传动轴挂钩(29)与所述电机联轴器固定端(24)之间设置所述压缩弹簧(25)。

4.如权利要求1所述的快速连接自校正螺栓旋拧机构，其特征在于，所述螺栓适配器内设有传动轴挂钩入口(31)，所述传动轴挂钩入口(31)上方依次设有螺纹段B(33)、主螺栓适配器通孔(32)，传动轴挂钩旋转止动销(30)两端分别连接所述螺纹段B(33)和主螺栓适配器通孔(32)。

5.如权利要求1所述的快速连接自校正螺栓旋拧机构，其特征在于，所述力矩检测装置包括测距传感器(5)和测力传感器(6)。

6.如权利要求1所述的快速连接自校正螺栓旋拧机构，其特征在于，还包括线缆装置(15)，所述线缆装置(15)安装在所述环形底座(35)上。

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