專利名稱:一種用于操作堆芯組件的抓具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種用于操作堆芯組件的抓具。
背景技術(shù)：
在液態(tài)金屬冷卻的快堆中，堆芯組件在反應(yīng)堆容器內(nèi)，并浸沒在液態(tài)金屬中，一般在液態(tài)金屬的上部覆蓋有惰性氣體，如氬氣等，反應(yīng)堆容器內(nèi)有強放射性。將堆芯組件或其它需要放置到堆芯的機械裝置放置到反應(yīng)堆容器內(nèi)，或者將其從反應(yīng)堆容器中取出要在高放射性、高溫、空間密閉的氬氣和液態(tài)金屬環(huán)境下作業(yè)，液態(tài)金屬具有高的化學活性，在和氧氣接觸時極易著火。抓取裝置在保證安全、可靠地抓起或放下堆芯組件或其它需要放置
到堆芯的機械裝置時，要保證反應(yīng)堆容器的密封性，隔離反應(yīng)堆內(nèi)外的氣氛，屏蔽放射性。目前，法國在其快堆中采用的裝置是鉤爪式的，由于我國快中子增值反應(yīng)堆中堆芯組件形狀的特殊性，鉤爪式抓具無法在我國快堆系統(tǒng)中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種安全可靠、操作簡便的適用于我國快堆堆芯組件的抓具。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種用于操作堆芯組件的抓具，主要由機架、抓手機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和導向管組成，其中驅(qū)動機構(gòu)包括抓手上下驅(qū)動機構(gòu)、抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)和導向管驅(qū)動機構(gòu)；關(guān)鍵在于，
抓手機構(gòu)由抓手部件、內(nèi)管、外管、彈簧、滾珠螺母和滾珠絲杠組成，其中抓手部件由爪、圓筒、叉形件和銷軸組成；
抓手上下驅(qū)動機構(gòu)由絲杠驅(qū)動機構(gòu)和安全離合器構(gòu)成，絲杠驅(qū)動機構(gòu)安裝在機架的頂部，與滾珠絲杠通過安全離合器連接在一起，滾珠絲杠和焊接在內(nèi)管頂端的滾珠螺母相連接，構(gòu)成了滾珠絲杠螺母運動副；滾珠螺母的側(cè)面有凸臺，凸臺在限位導軌的長槽中上下滑動，限位導軌通過軸承固定在機架上，并與抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)連接；
外管下部和叉形件連接，叉形件的每個臂的末端開有槽并打銷孔，在槽的根部設(shè)置有限位面；爪活動連接在叉形件臂上，爪的頂部也設(shè)置相應(yīng)的限位面，側(cè)面設(shè)有凸起；
內(nèi)管的下端和圓筒連接，彈簧套在內(nèi)管上，并頂在外管的頂部；
圓筒的結(jié)構(gòu)為圓管形，在圓筒的側(cè)壁上設(shè)置容納叉形件和爪的異形槽，圓筒下端內(nèi)表面為喇叭口狀的內(nèi)錐面；
導向管呈圓管形結(jié)構(gòu)，套在外管上并可以上下滑動，其中導向管的下端有凸臺，側(cè)面有齒條，該齒條與導向管驅(qū)動機構(gòu)的齒輪相嚙合。
所述的導向管的凸臺下部有導向外錐面，導向管的端部有外錐面和內(nèi)錐面。所述的叉形件上均勻布置三個臂，每個臂上連接有爪，三個爪合攏抱緊時，其下部的外表面在同一個外錐面上，三個爪的內(nèi)表面在同一個內(nèi)錐面上。外管的下部和叉形件通過螺紋方式連接，內(nèi)管的下端和圓筒通過螺紋方式連接。


圖I. I抓具的結(jié)構(gòu)剖視圖
圖I. 2圖I. I所示的I局部放大圖
圖2叉形件的立體圖
圖3爪和叉形件連接示意圖
圖4圓筒的立體圖
圖5抓具的初始狀態(tài)圖
圖6外管到達導向管的頂部、抓手部件到達最下部狀態(tài)圖
圖7爪通過堆芯組件頭部狀態(tài)圖
圖8爪到達最下部狀態(tài)圖
圖9導向管壓在堆芯組件頭部狀態(tài)圖
圖10抓手部件上移抓牢堆芯組件圖
圖11抓手抓起堆芯組件到導向管內(nèi)狀態(tài)圖
圖12導向管向上離開組件頭部狀態(tài)圖
I絲杠驅(qū)動機構(gòu)、2安全離合器、3滾珠絲杠、4機架、5軸承、6限位導軌、7內(nèi)管、8大齒輪、9小齒輪、10外管、11彈簧、12導向管、13齒輪、14叉形件、15銷軸、16爪、17圓筒、18a堆芯組件、18b堆芯組件、18c堆芯組件、19抓手上下驅(qū)動機構(gòu)、20抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)、21導向管驅(qū)動機構(gòu)、22凸臺、23外管的下表面、24導向管的上表面、25導向管上的齒條、26爪的限位面、27叉形件上的限位面、28凸起、29圓筒的內(nèi)錐面、30堆芯組件的外錐面、31長槽、32爪的外錐面、33爪的內(nèi)錐面、34圓筒的錐面、35導向管上的導向外錐面、36導向管下端面處的外錐面、37導向管下端面處的內(nèi)錐面、38導向管下部的凸臺、39滾珠螺母、40臂、41槽、42銷孔、43內(nèi)圓柱面、44異形槽、45堆芯組件上的下錐面、46安裝座、47支座、48抓手部件、49堆芯組件頂部的錐面、50導向管下部凸臺的下表面、51導向管安全離合器、52液態(tài)金屬液面
具體實施方式
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述
該裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖I. I、圖I. 2所示，該裝置通過安裝座46安裝在液態(tài)金屬，比如液態(tài)鈉，冷卻的快中子增值反應(yīng)堆的支座47上。該裝置在安裝座46和支座47的連接處是密封的，該裝置內(nèi)部和反應(yīng)堆堆腔相連，機架4是反應(yīng)堆的密封邊界，它不但是該裝置的支撐結(jié)構(gòu)，還具有密封堆內(nèi)氣體和屏蔽放射性的作用。堆芯組件18a、18b、18c浸沒在熱的液態(tài)金屬中，液態(tài)金屬液面52位置如圖I. I所示。
本裝置主要由機架4、抓手機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和導向管12組成，其中驅(qū)動機構(gòu)包括抓手上下驅(qū)動機構(gòu)19、抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)20、導向管驅(qū)動結(jié)構(gòu)21。
絲杠驅(qū)動機構(gòu)I在機架4的頂部，它和滾珠絲杠3通過安全離合器2連接在一起，絲杠驅(qū)動機構(gòu)I用于帶動滾珠絲杠3轉(zhuǎn)動。絲杠驅(qū)動機構(gòu)I和安全離合器2構(gòu)成了抓手上下驅(qū)動機構(gòu)19。
內(nèi)管7的頂端的結(jié)構(gòu)是滾珠螺母39，內(nèi)管7和滾珠螺母39焊接成一體。滾珠絲杠3和內(nèi)管7頂端的滾珠螺母39相連接，構(gòu)成滾珠絲杠螺母運動副。滾珠螺母39的側(cè)面有凸臺22，凸臺22在限位導軌6的長槽31中上下滑動，該長槽31約束了內(nèi)管7的轉(zhuǎn)動自由度，使內(nèi)管7只能上下運動不能相對于限位導軌6轉(zhuǎn)動。大齒輪8和限位導軌6連成一體，大齒輪8和小齒輪9是抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)20的一部分，抓手轉(zhuǎn)動機構(gòu)20驅(qū)動小齒輪9，小齒輪9帶動大齒輪8轉(zhuǎn)動，大齒輪8轉(zhuǎn)動的同時限位導軌6在機架4的軸承5的支撐下隨之轉(zhuǎn)動，最終帶動內(nèi)管7轉(zhuǎn)動。
外管10的下部通過螺紋和叉形件14連接成一體。叉形件14的結(jié)構(gòu)如圖2所示，叉形件14有三個臂40，在每個臂40的末端開槽41并打銷孔42。在槽41的根部有叉形件14上的限位面27。
內(nèi)管7的下端通過螺紋和圓筒17連接成一體。彈簧11套在內(nèi)管7上，并頂在外管10的頂部，彈簧11具有緩沖和穩(wěn)定內(nèi)管7和外管10的作用，保證在抓取堆芯組件和釋放堆芯組件時機構(gòu)的穩(wěn)定性。
爪16的頂部有一個限位面26，在抓住堆芯組件時，限位面26和叉形件14上的限位面27貼合在一起。爪16的側(cè)面有一個凸起28，在爪16進入導向管12后，導向管12的內(nèi)圓柱面43限制住爪16,如果爪16欲向外張開,貝U導向管12的內(nèi)圓柱面43就擋住爪16上的凸起28，使爪16不能向外張開。
爪16通過銷軸15和叉形件14連接在一起，如圖3所示。三個爪16合攏抱緊時其下部的外表面在同一個外錐面32上，同樣，三個爪16下部的內(nèi)表面也在同一個內(nèi)錐面33上，如圖6所示。
圓筒17的結(jié)構(gòu)如圖4所示，圓筒17中間為圓管形，在圓筒17的側(cè)臂上有三個對稱布置的異形槽44，以使叉形件14和爪16容納于該異形槽44中。圓筒17下端內(nèi)表面為喇叭口狀的內(nèi)錐面29，該內(nèi)錐面29和堆芯組件18a上的錐面30的錐度一致。如圖6所示，在圓筒17的內(nèi)部有錐面34，該錐面34和堆芯組件18a上的下錐面45的錐度是一致的。
爪16、圓筒17、叉形件14和銷軸15構(gòu)成該裝置的抓手部件。抓手部件、內(nèi)管7、外管10、彈簧11、滾珠螺母39和滾珠絲杠3構(gòu)成該裝置的抓手機構(gòu)。
如圖I. I所示，導向管12整體上是一個圓管形結(jié)構(gòu)，在其下端有導向管下部的凸臺38，在該凸臺38的下部有導向管上的導向外錐面35，在導向管12的端部有導向管下端面處的外錐面36和導向管下端面處的內(nèi)錐面37。凸臺38用于壓在堆芯組件18b、18c的頭部上，導向管上的導向外錐面35用于增強導向管12端部的強度和避開堆芯組件18b、18c，導向管下端面處的外錐面36使得導向管12向下運動過程中更易于插入堆芯組件18b、18c之間，并把可能發(fā)生變形的周圍的堆芯組件向外推開，導向管下端面處的內(nèi)錐面37使堆芯組件頭部進入導向管12的空間增大，使堆芯組件更易于進入導向管。這樣確保在從當前位置拔出堆芯組件18a時周圍堆芯組件不被帶出。
在導向管12的側(cè)面有一段齒條25,導向管驅(qū)動機構(gòu)21的齒輪13和齒條25相哨合。導向管驅(qū)動機構(gòu)21通過導向管安全離合器51帶動齒輪13轉(zhuǎn)動，齒輪13通過與其相嚙合的齒條25帶動導向管12上下運動。
該裝置的工作原理
圖5 圖12表示了該裝置拔出芯組件18a的過程。
I)狀態(tài)一[0043]如圖5表示該裝置的初始狀態(tài)。在該狀態(tài)下,導向管12在堆芯組件18a、18b、18c的上方，抓手部件48在導向管12內(nèi)并居于導向管12的上部。爪16的外錐面32和圓筒17的錐面34貼合在一起。爪16的限位面26和叉形件14上的限位面27貼合在一起。爪16及與其連接的叉形件14、銷軸15、外管10的重力通過爪16的外錐面32作用在圓筒17上，由于圓筒17和內(nèi)管7通過螺紋連接成一體，內(nèi)管7和滾珠螺母39焊接成一體，抓手機構(gòu)的所有重力載荷都作用在滾珠絲桿3上。此時，相當 于與外管10相連的零件通過爪16掛在與內(nèi)管7相連的圓筒17上。在此狀態(tài)下，夕卜管10的下表面23和導向管12的上表面24之間有一段距離。
2)狀態(tài)二
圖6表示了該裝置的外管到達導向管的頂部、抓手部件到達最下部狀態(tài)圖。
從“狀態(tài)一”到“狀態(tài)二”的過程中，導向管12保持不動，抓手部件48在抓手上下驅(qū)動機構(gòu)19的驅(qū)動下，從上部位置向下運動，直至圓筒17下部喇叭口狀的內(nèi)錐面29緊壓在堆芯組件上的外錐面30上為止。如果向下的壓緊力超過規(guī)定的限制，安全離合器2會因過載而觸發(fā)保護動作。
在抓手部件48向下運動的過程中，外管10的下表面23和導向管12的上表面24首先接觸，于是外管10被導向管12擋住，不能再向下運動。
由于爪16通過銷軸15和叉形件14相連，叉形件14和外管10通過螺紋聯(lián)接成一體，于是爪16不再向下運動。隨著圓筒17的不斷向下運動，圓筒17相對于爪16向下運動
了一段距離。
在外管10被導向管12擋住后，滾珠螺母39會繼續(xù)向下運動，于是彈簧11被壓縮，被壓縮的彈簧11的作用力使?jié)L珠螺母39和外管10保持彼此離開的趨勢。
在此狀態(tài)下，爪16上的凸起28已經(jīng)從導向管12中離開，爪16上的凸起28不再受到導向管12的內(nèi)圓柱面43的約束。
3)狀態(tài)三
圖I表示了該裝置的爪通過堆芯組件頭部狀態(tài)圖。
在“狀態(tài)二”完成后，圓筒17被堆芯組件18a擋住，同時抓手上下驅(qū)動機構(gòu)19不再驅(qū)動抓手部件48向下運動，于是圓筒17不再向下運動。
從“狀態(tài)二”到“狀態(tài)三”的過程中，導向管12從“狀態(tài)二”的位置開始向下運動，隨著導向管12的向下運動，爪16亦隨之向下運動，于是堆芯組件18a頭部頂部的錐面49向外推爪16，爪16沿著銷軸15向偏離中心的方向轉(zhuǎn)過一個角度，于是爪16的限位面26和叉形件14上的限位面27不再緊貼在一起，堆芯組件18a進入三個爪16當中。
4)狀態(tài)四
圖8表示了該裝置的爪到達最下部狀態(tài)圖。
從“狀態(tài)三”到“狀態(tài)四”的過程中，導向管12繼續(xù)向下運動，爪16也隨之向下運動，直至爪16的外錐面32頂住圓筒17的錐面34，此時爪16的限位面26和叉形件14上的限位面27又緊貼在一起，爪16不再向下運動。
由于爪16被圓筒17擋住而不能再向下運動，外管10也不能再向下運動。
此時，堆芯組件18a已經(jīng)完全在三個爪16包圍的空間內(nèi)。
5)狀態(tài)五[0061]圖9表示了該裝置的導向管壓在堆芯組件頭部狀態(tài)圖。
從“狀態(tài)四”到“狀態(tài)五”的過程中，導向管12繼續(xù)向下運動，抓手部件48保持不動，外管10保持不動，外管10的的下表面23和導向管12上表面24開始互相離開，直至導向管12的凸臺38的下表面緊壓在堆芯組件18b、18c頭部的上端面上，此時爪16上的凸起28在導向管12的內(nèi)孔中，爪16向?qū)蚬?2中心線以外運動的自由度被導向管12的內(nèi)圓柱面43擋住，即爪不能松開。如果導向管12向下的壓緊力超過規(guī)定的限制，導向管安全離合器51會因過載而觸發(fā)保護動作。至此導向管不再向下運動，如果堆芯組件18b、18c發(fā)生變形而向?qū)蚬?2的中心方向偏斜，則此時導向管12將把偏斜的堆芯組件18b、18c向外推出，以保證堆芯組件18a能順利地從當前位置被拔出。
6)狀態(tài)六
圖10表示了該裝置的抓手部件上移抓牢堆芯組件圖。
從“狀態(tài)五”到“狀態(tài)六”的過程中，導向管12保持不動，滾珠絲桿3帶動抓手部件48向上運動，直至爪6的內(nèi)錐面33和堆芯組件18a上的下錐面45貼合。
7)狀態(tài)七
圖11表示了該裝置的抓手抓起堆芯組件到導向管內(nèi)狀態(tài)圖
從“狀態(tài)六”到“狀態(tài)七”的過程中，導向管12繼續(xù)保持不動，滾珠絲桿3帶動抓手部件48繼續(xù)向上運動，直至抓手部件48到其工作的上部位置，此時堆芯組件18a全部進入導向管12的內(nèi)孔中。
8)狀態(tài)八
圖12表示了該裝置的導向管向上離開組件頭部狀態(tài)圖。
從“狀態(tài)七”到“狀態(tài)八”的過程中，抓手部件48保持不動，導向管12繼續(xù)向上運動，直至導向管12的下端離開堆芯組件18b、18c的上端面一段距離。此時導向管12到達其上部工作位置，不再向上運動。
插入堆芯組件18a的過程與拔出堆芯組件18a的過程相反。
權(quán)利要求
1.一種用于操作堆芯組件的抓具，主要由機架(4)、抓手機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和導向管(12)組成，其中驅(qū)動機構(gòu)包括抓手上下驅(qū)動機構(gòu)(19)、抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)(20)和導向管驅(qū)動機構(gòu)(21);其特征在于， 抓手機構(gòu)由抓手部件(48 )、內(nèi)管(7 )、外管(10 )、彈簧(11)、滾珠螺母(39 )和滾珠絲杠(3)組成，其中抓手部件(48)由爪(16)、圓筒(17)、叉形件(14)和銷軸(15)組成； 抓手上下驅(qū)動機構(gòu)(19)由絲杠驅(qū)動機構(gòu)(I)和安全離合器(2)構(gòu)成，絲杠驅(qū)動機構(gòu)(I)安裝在機架(4 )的頂部，與滾珠絲杠(3 )通過安全離合器(2 )連接在一起，滾珠絲杠(3 )和焊接在內(nèi)管(7)頂端的滾珠螺母(39)相連接，構(gòu)成了滾珠絲杠螺母運動副；滾珠螺母(39)的側(cè)面有凸臺(22)，凸臺(22)在限位導軌(6)的長槽(31)中上下滑動，限位導軌(6)通過軸承(5)固定在機架(4)上，并與抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)(20)連接； 外管(10)下部和叉形件(14)連接，叉形件(14)的每個臂(40)的末端開有槽(41)并打銷孔(42)，在槽(41)的根部設(shè)置有限位面(27);爪(16)通過銷軸(15)活動連接在叉形件(14)臂(40)上，爪(16)的頂部也設(shè)置相應(yīng)的限位面(26)，側(cè)面設(shè)有凸起(28)； 內(nèi)管(7)的下端和圓筒(17)連接，彈簧(11)套在內(nèi)管(7)上，并頂在外管(10)的頂部；圓筒(17)的結(jié)構(gòu)為圓管形，在圓筒(17)的側(cè)臂上設(shè)置容納叉形件(14)和爪(16)的異形槽(44)，圓筒(17)下端內(nèi)表面為喇叭口狀的內(nèi)錐面(29)； 導向管(12)呈圓管形結(jié)構(gòu)，套在外管(10)上并可以上下滑動，其中導向管(12)的下端有凸臺(38)，側(cè)面有齒條(25)，該齒條(25)與導向管驅(qū)動機構(gòu)(21)的齒輪(13)相嚙合；導向管(12)的凸臺(38)下部有導向外錐面(35)，導向管(12)的端部有外錐面(36)和內(nèi)錐面(37)； 叉形件(14)均勻布置三個臂(40)，每個臂(40)上連接有爪(16)，三個爪(16)合攏抱緊時，其下部的外表面在同一個外錐面(32)上，三個爪(16)的內(nèi)表面在同一個內(nèi)錐面(33)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種用于操作堆芯組件的抓具，其特征在于，外管(10)的下部和叉形件(14 )通過螺紋方式連接，內(nèi)管(7 )的下端和圓筒(17 )通過螺紋方式連接。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于操作堆芯組件的抓具，主要由機架、抓手機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和導向管組成，驅(qū)動機構(gòu)包括抓手上下驅(qū)動機構(gòu)、抓手轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)和導向管驅(qū)動機構(gòu)；抓手機構(gòu)由抓手部件、內(nèi)管、外管、彈簧、滾珠螺母和滾珠絲杠組成，抓手部件由爪、圓筒、叉形件和銷軸組成；抓手上下驅(qū)動機構(gòu)由絲杠驅(qū)動機構(gòu)和安全離合器構(gòu)成；外管和叉形件連接；內(nèi)管和圓筒連接，彈簧套在內(nèi)管上，并頂在外管的頂部；圓筒的結(jié)構(gòu)為圓管形，在圓筒的側(cè)臂上設(shè)置容納叉形件和爪的異形槽，圓筒下端內(nèi)表面為喇叭口狀的內(nèi)錐面；導向管呈圓管形結(jié)構(gòu)，套在外管上并上下滑動，側(cè)面有齒條，齒條與導向管驅(qū)動機構(gòu)的齒輪相嚙合。該裝置安全可靠、操作簡便，適用于我國快堆堆芯組件。
文檔編號G21C19/20GKCN101826372SQ201010123824
公開日2012年11月14日 申請日期2010年3月15日
發(fā)明者于團結(jié), 吳芳, 孫剛, 徐寶玉, 李海, 楊孔靂, 王明政, 王長玲, 谷繼品, 金躍慶, 靳峰雷, 鮑楊民 申請人:中國原子能科學研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (2),