CN116495621A - 一种强放射性贮罐退役工装载带装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强放射性贮罐退役工装载带装置，以实现在强放射性贮罐退役实施各阶段载带不同执行终端进行作业。该装置包括用于实现载带装置在X/Y方向运动的吊车系统，与吊车系统相连用于实现伸缩调节的伸缩套筒系统，与伸缩套筒系统相连的机械臂系统，以及与机械臂系统相连实现贮罐抓取的执行终端。本发明对于进入强辐射场的机械作业单元均采用液压动力控制，一方面避免了电气元件在强辐射场下的失效或故障问题，另一方面，液压动力相较于电力具有更大的动力，对于退役过程中载带执行终端进行回取、拆除作业能有更强的动力保障，对于执行终端的负载的局限性更小，更加适用于地下贮罐或其他场景下各阶段退役需求。因此，适宜推广应用。
Description
技术领域
本发明属于放射性废物处理技术领域，具体地说，是涉及一种强放射性贮罐退役工装载带装置。
背景技术
在核设施退役过程中，对于贮罐内残留物项及贮罐的拆除是其中最重要且必不可少的环节，尤其在涉及到高放射性贮罐时，由于其放射性水平高、多处于地下设备室中、长期贮存导致物项沉积淤积，因此物项回取和拆除的难度更大，必须首先解决罐内或槽内的物项可达性、作业的可操作性和安全性等问题。
目前，国内外对于回取或拆除的载带装置已有了比较多的研究和应用，国内外比较通用的方式是采用远程操作的载带平台或小车载带相应工具头进入放射性场所进行回取作业，需将载带平台直接与废物接触，而远程控制主要通过电动控制，在强放射性场所中作业，电气元件易受辐照而失效，存在较大的隐患，且失效后回收困难，不适用于强辐射场中。国外在也有采用大型机械手载带末端工具头进入作业场所内进行回取或拆除作业，如德国魏勒米斯米斯公司开发Al000系统，该系统采用伸缩杆式机械手臂进行废物回取，但其价格昂贵，仅适用于固体废物夹取，且末端未考虑工具头的快速更换，因此具有一定的局限性。
强放射贮罐退役是一个系统性的作业，主要涉及物项回取、罐体去污和拆除，因此作业的不同阶段需要载带不同的执行终端进入罐内进行作业，同时必须考虑到强辐射场的影响，往往需要通过狭窄孔道进入，在罐内空间范围内进行作业，因此必须研制一套适用于强放射性罐退役工装载带装置及工作方法，满足强放射性贮罐各阶段的退役工作需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强放射性贮罐退役工装载带装置，以实现在强放射性贮罐退役实施各阶段载带不同执行终端进行作业。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种强放射性贮罐退役工装载带装置，包括用于实现载带装置在X/Y方向运动的吊车系统，与吊车系统相连用于实现伸缩调节的伸缩套筒系统，与伸缩套筒系统相连的机械臂系统，以及与机械臂系统相连实现贮罐抓取的执行终端。
进一步地，在本发明中，所述吊车系统包括大车轨道，运行在大车轨道上的大车，通过大车带动并在大车轨道上滑动的小车轨道，以及运行在小车轨道上的小车。
进一步地，在本发明中，所述伸缩套筒系统包括法兰盘、回转驱动机构、伸缩驱动机构和多级的伸缩套筒；所述回转驱动机构包括通过固定螺栓与吊车系统的小车支撑板连接的回转支承内环，通过回转支撑滚珠与回转支承内环实现转动连接并与法兰盘的下部通过固定螺栓连接的回转支承外环，与法兰盘相连的回转盘，以及用于驱动回转支撑外环的回转驱动电机；其中，所述回转支承外环还与伸缩套筒的第一级套筒及回转盘相连；
所述伸缩驱动机构包括通过固定螺栓紧固于回转盘上的油管管路卷筒、油管导向轮、起升驱动电机、起升链轮和起升链轮导向轮；所述起升驱动电机通过电机主轴齿轮与起升链轮链轮齿轮咬合连接，起升链轮上的链条通过起升链轮导向轮引导进入伸缩套筒与伸缩套筒连接固定。
进一步地，在本发明中，所述机械臂系统包括通过底座法兰与伸缩套筒的最后一级伸缩臂头端连接的基座，与基座通过铰接轴连接的大臂，与大臂另一端通过铰接轴连接的小臂，与小臂另一端通过铰接轴连接的腕部，以及与腕部通过旋转法兰连接快换接盘，其中，所述执行终端通过快换接口与快换接盘连接。
进一步地，在本发明中，所述快换接盘上环形均布有多个弹性钢珠锁紧槽，弹性钢珠锁紧槽的外端环形均布有若干插销定位槽，快换接盘通过弹性钢珠锁紧槽和插销锁紧槽双重定位锁紧机构实现与快换接口的对接并锁紧。
进一步地，在本发明中，所述快换接盘上还开设有与执行终端对接、实现液压油供给至执行终端的油路通道。
进一步地，在本发明中，所述机械臂的腕部上安装有带灯光的耐辐照摄像头，所述耐辐照摄像头通过快速脱扣装置和标准接头安装。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用的伸缩套筒+动力机械手的设计，可在一定程度上增加强辐射贮罐内部物项的可达性。其次，本发明对于进入强辐射场的机械作业单元均采用液压动力控制，一方面避免了电气元件在强辐射场下的失效或故障问题，另一方面，液压动力相较于电力具有更大的动力，对于退役过程中载带执行终端进行回取、拆除作业能有更强的动力保障，对于执行终端的负载的局限性更小，更加适用于地下贮罐或其他场景下各阶段退役需求。
(2)本发明采用的末端快换接盘技术，将扩大载带装置的工作范围，对于不同类型的执行终端将具有更强的普适性，其他场景设计的末端执行在增加快换接口的基础后，均能用于该载带装置，避免重新设计适配的执行终端，从而节省了退役过程中的经济成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中吊车系统的俯视结构示意图。
图3为本发明中伸缩套筒系统的结构示意图。
图4为本发明中机械臂系统高的结构示意图。
图5为本发明中腕部及快换接盘的连接示意图。
图6为本发明中快换接盘的俯视结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-吊车系统，2-伸缩套筒系统，3-机械臂系统，4-执行终端，5-耐辐照摄像头，11-大车轨道，12-大车，13-小车轨道，14-小车，20-固定螺栓，21-回转支承内环，22-回转支撑滚珠，23-回转支承外环，24-法兰盘，25-回转盘，26-伸缩套筒，27-回转驱动电机，28-油管管路卷筒，29-油管导向轮，210-起升驱动电机，211-起升链轮，212-起升链轮导向轮，30-底座法兰，31-基座，32-铰接轴，33-大臂，34-小臂，35-腕部，36-旋转法兰，37-快换接盘，38-快换接口，39-弹性钢珠锁紧槽，310-插销锁紧槽，311-油路通道。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1～6所示，本发明公开的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，包括用于实现载带装置在X/Y方向运动的吊车系统1，与吊车系统相连用于实现伸缩调节的伸缩套筒系统2，与伸缩套筒系统2相连的机械臂系统3，以及与机械臂系统3相连实现贮罐抓取的执行终端4。装置控制通过远程控制平台实现，装置动作通过视频监控同步观测控制，从而实现人机交互作业。
其中，所述吊车系统1包括大车轨道11，运行在大车轨道11上的大车12，通过大车12带动并在大车轨道11上滑动的小车轨道13，以及运行在小车轨道13上的小车14，吊车运动可载带伸缩套筒实现X/Y方向运动。
在本实施例中，所述伸缩套筒系统2包括法兰盘24、回转驱动机构、伸缩驱动机构和多级的伸缩套筒。所述回转驱动机构包括通过固定螺栓20与吊车系统1的小车支撑板连接的回转支承内环21，通过回转支撑滚珠22与回转支承内环2实现转动连接并与法兰盘24的下部通过固定螺栓20连接的回转支承外环23，与法兰盘24相连的回转盘25，以及用于驱动回转支撑外环23的回转驱动电机27；其中，所述回转支承外环23还与伸缩套筒26的第一级套筒及回转盘25相连。其中，回转支承外环23连接于顶部套筒及回转盘，通过回转驱动使回转支承外环、伸缩套筒及回转盘同时旋转，从而实现伸缩套筒相对于小车整体回转。
所述伸缩驱动机构包括通过固定螺栓紧固于回转盘25上的油管管路卷筒28、油管导向轮29、起升驱动电机210、起升链轮211和起升链轮导向轮212；所述起升驱动电机210通过电机主轴齿轮与起升链轮211链轮齿轮咬合连接，起升链轮211上的链条通过起升链轮导向轮212引导进入伸缩套筒26与伸缩套筒26连接固定。从液压泵站来的油路管路，缠绕于油管管路卷筒28上，再通过油管导向轮29穿过回转盘25顶部预留孔进入伸缩套筒内部传输至伸缩套筒末端机械臂。
在本实施例中，所述机械臂系统3包括通过底座法兰30与伸缩套筒26的最后一级伸缩臂头端连接的基座31，与基座31通过铰接轴32连接的大臂33，与大臂33另一端通过铰接轴32连接的小臂34，与小臂34另一端通过铰接轴32连接的腕部35，以及与腕部35通过旋转法兰36连接快换接盘37，其中，所述执行终端通过快换接口38与快换接盘37连接。其中，所述快换接盘37上环形均布有多个弹性钢珠锁紧槽39，弹性钢珠锁紧槽39的外端环形均布有若干插销定位槽310，快换接盘37通过弹性钢珠锁紧槽39和插销锁紧槽310双重定位锁紧机构实现与快换接口的对接并锁紧。
该机械臂有4个运动自由度，采用液压驱动方式，油路通过伸缩套筒内部传递。快换接盘37与腕部35通过旋转法兰36连接，再与执行终端(如夹钳)上的快换接口38连接，通过弹性钢珠锁紧槽39和插销定位槽310，双重定位锁紧机构实现对接并锁紧，同时机械臂内部油路通过快换接盘油路通道与执行终端对接，实现液压油供给至执行终端。
在本实施例中，所述机械臂的腕部35上安装有带灯光的耐辐照摄像头5，所述耐辐照摄像头通过快速脱扣装置和标准接头安装。在机械手臂部分采用外部走线，避免复杂电路设计。
在具体实施时，利用本装置取贮罐底部中间固体物项时，包括以下步骤：
(1)检查载带装置各系统运行正常，为罐内回取做好准备；
(2)将夹钳执行终端放置于终端工位工具架上；
(3)将吊车从就位工位运行到夹钳执行终端放置于终端工位工具架处，控制机械臂快换接盘与夹钳执行终端的快换接口连接锁紧；
(4)将吊车从终端工位运行到人孔或开孔正上方位置；
(5)调整动力臂姿势为呈竖直伸展状态，利用伸缩套筒将动力臂通过开孔处伸入罐体内部，操控机械臂到达开孔正下方；
(6)利用机械臂末端的摄像头和照明，通过视频监控，控制调整动力臂的姿态伸展至贮罐中心点上
(7)继续控制伸缩套筒伸展下放，同时通过监控观察下降点位，直至夹钳到达预定底部中间回取点位；
(8)利用外部液压泵站液压动力控制夹钳开合，夹取住待物项；
(9)回取完毕后提升伸缩套筒将机械臂以竖直状态提升至罐体外部，并操作机械臂将回取废物伸展至废物桶上方，松开夹钳，废物掉入废物桶内；
(10)驱动吊车移动到就位工位。
利用本装置取贮罐底部边缘物项时，包括以下步骤：
(1)检查载带装置各系统运行正常，为罐内回取做好准备；
(2)将夹钳执行终端放置于终端工位工具架上；
(3)将吊车从就位工位运行到夹钳执行终端放置于终端工位工具架处，控制机械臂快换接盘与夹钳执行终端的快换接口连接锁紧；
(4)将吊车从终端工位运行到人孔或开孔正上方位置；
(5)调整动力臂姿势为呈竖直伸展状态，利用伸缩套筒将动力臂通过开孔处伸入罐体内部，操控机械臂到达开孔正下方；
(6)利用机械臂末端的摄像头和照明，通过视频监控，控制调整动力臂成横向伸展的姿态，直至能接近罐壁边缘；
(7)继续控制伸缩套筒伸展下放，同时通过监控观察下降点位，直至夹钳到达预定底部边缘的罐内物项点位；
(8)利用外部液压泵站液压动力控制夹钳开合，夹取住待物项；
(9)回取完毕后提升伸缩套筒将机械臂以竖直状态提升至罐体外部，并操作机械臂将回取废物伸展至废物桶上方，松开夹钳，废物掉入废物桶内；
(10)驱动吊车移动到就位工位。
具体操作实例的结果如下表1所示。
表1具体操作实例罐内物项回取情况
通过上述设计，本发明对于进入强辐射场的机械作业单元均采用液压动力控制，一方面避免了电气元件在强辐射场下的失效或故障问题，另一方面，液压动力相较于电力具有更大的动力，对于退役过程中载带执行终端进行回取、拆除作业能有更强的动力保障，对于执行终端的负载的局限性更小，更加适用于地下贮罐或其他场景下各阶段退役需求，因此，适宜推广应用。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，包括用于实现载带装置在X/Y方向运动的吊车系统(1)，与吊车系统相连用于实现伸缩调节的伸缩套筒系统(2)，与伸缩套筒系统(2)相连的机械臂系统(3)，以及与机械臂系统(3)相连实现贮罐抓取的执行终端(4)。
2.根据权利要求1所述的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，所述吊车系统(1)包括大车轨道(11)，运行在大车轨道(11)上的大车(12)，通过大车(12)带动并在大车轨道(11)上滑动的小车轨道(13)，以及运行在小车轨道(13)上的小车(14)。
3.根据权利要求2所述的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，所述伸缩套筒系统(2)包括法兰盘(24)、回转驱动机构、伸缩驱动机构和多级的伸缩套筒；所述回转驱动机构包括通过固定螺栓(20)与吊车系统(1)的小车支撑板连接的回转支承内环(21)，通过回转支撑滚珠(22)与回转支承内环(2)实现转动连接并与法兰盘(24)的下部通过固定螺栓(20)连接的回转支承外环(23)，与法兰盘(24)相连的回转盘(25)，以及用于驱动回转支撑外环(23)的回转驱动电机(27)；其中，所述回转支承外环(23)还与伸缩套筒(26)的第一级套筒及回转盘(25)相连；
所述伸缩驱动机构包括通过固定螺栓紧固于回转盘(25)上的油管管路卷筒(28)、油管导向轮(29)、起升驱动电机(210)、起升链轮(211)和起升链轮导向轮(212)；所述起升驱动电机(210)通过电机主轴齿轮与起升链轮(211)链轮齿轮咬合连接，起升链轮(211)上的链条通过起升链轮导向轮(212)引导进入伸缩套筒(26)与伸缩套筒(26)连接固定。
4.根据权利要求3所述的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，所述机械臂系统(3)包括通过底座法兰(30)与伸缩套筒(26)的最后一级伸缩臂头端连接的基座(31)，与基座(31)通过铰接轴(32)连接的大臂(33)，与大臂(33)另一端通过铰接轴(32)连接的小臂(34)，与小臂(34)另一端通过铰接轴(32)连接的腕部(35)，以及与腕部(35)通过旋转法兰(36)连接快换接盘(37)，其中，所述执行终端通过快换接口(38)与快换接盘(37)连接。
5.根据权利要求4所述的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，所述快换接盘(37)上环形均布有多个弹性钢珠锁紧槽(39)，弹性钢珠锁紧槽(39)的外端环形均布有若干插销定位槽(310)，快换接盘(37)通过弹性钢珠锁紧槽(39)和插销锁紧槽(310)双重定位锁紧机构实现与快换接口的对接并锁紧。
6.根据权利要求5所述的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，所述快换接盘(37)上还开设有与执行终端对接、实现液压油供给至执行终端的油路通道(311)。
7.根据权利要求6所述的一种强放射性贮罐退役工装载带装置，其特征在于，所述机械臂的腕部(35)上安装有带灯光的耐辐照摄像头(5)，所述耐辐照摄像头通过快速脱扣装置和标准接头安装。
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