一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头的制作方法

本发明属于蒸汽发生器一次测人孔法兰面检修技术领域，具体涉及一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头。

背景技术：

压水堆核电站换料大修期间必须对蒸汽发生器一次侧人孔法兰的螺栓孔进行清洗，去掉螺纹上干涸的防咬剂、铁锈和金属碎屑等异物，方便后续的目视等检测工序，并保证最后螺栓回装时不会发生卡涩。传统上清洗工作由工人手工刷洗，受现场高辐射环境和照明不足等因素影响，人工清洗很难保证清洁度。且由于核电站的特殊放射性环境，采用人工清洗不仅会使人员受照剂量大，也容易造成体表放射性沾污。故有必要研发蒸汽发生器一次侧人孔螺栓孔的自动清洗设备来代替人工清洗。

清洗设备的总体技术方案是利用清洗设备上的两组抓紧机构(简称脚趾)将其抓紧在人孔法兰的螺栓孔上，按步骤依次抓紧和松开两组脚趾，配合脚趾之间的相对回转运动，从而带动清洗设备沿螺栓孔步进，逐个完成对螺栓孔的清洗或其它检修工作。

由于蒸汽发生器一次侧法兰面方位向下并有一定的倾斜角度，清洗设备工作时基本上是倒挂状态，故对抓紧机构有如下几个主要要求：1.工作时不得损坏人孔法兰螺栓孔的螺纹。2.因为需要承担整个清洗设备的重量，所以要求抓紧可靠，并且在意外失去外部动力的情况下能保持自锁，防止设备从人孔法兰上跌落。3.能够检测脚趾是否抓牢了螺孔，避免在一组脚趾没有抓牢的情况下松开另一组脚趾造成设备跌落。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头，可以在不伤害螺栓孔螺牙的前提下，实现对蒸汽发生器一次测人孔法兰面螺栓孔的快速抓紧，并能防止因抓头没有抓牢或因中途失去动力二意外脱落。

本发明的技术方案如下：一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头，该气动抓头包括第一级气缸和第二级气缸，其中，第二级气缸嵌套在第一级气缸内，并作为第一级气缸的活塞；所述的第二级气缸中的可通过气源控制活塞的上下运动，从而控制第二级气缸活塞端部的卡爪撑开或缩回；第一级气缸可通过气源控制，使第二级气缸整体上下运动，从而将卡爪送入或撤离待抓紧的螺栓孔。

所述的第二级气缸包括卡爪安装座、抓头导向套、抓头内缸筒和抓头底盖，其中，卡爪安装座与其外壁固定的抓头导向套以及卡爪安装座下端固定的抓头内缸筒共同形成与第一级气缸缸体相匹配的筒体移动活塞组件结构，并通过抓头底盖将抓头内缸筒下端密封固定。

所述的卡爪安装座在沿圆周方向上开有三条长方形沟槽，且相邻的两条沟槽的夹角均为120°，3个卡爪通过圆柱销安装在卡爪安装座的长方形沟槽内壁，且3个卡爪前端张开后组成的圆外经与螺栓孔的内径尺寸相适配。

所述的第一级气缸缸体为抓头外缸体；在所述的抓头外缸体抓头底盖之间设有拉伸弹簧；在抓头外缸体上设有第一气动接头，其与卡爪安装座内筒体、抓头内缸筒上端面所形成的空腔相连通，通过第一气动接头及拉伸弹簧共同作用，使第二级缸体在抓头外缸体内上下移动。

所述的抓头外缸体侧面开有导向孔，微动开关顶杆套入抓头外缸体导向孔内，并使微动开关顶杆下端通过锁紧螺母固定在抓头底盖上，使微动开关顶杆与第一级缸体的移动活塞组件保持同步上下移动，通过微动开关顶杆的动作，检测第一级缸体的移动活塞组件是否位于上极限位置。

所述的第二级气缸的缸体为抓头内缸筒，卡爪顶杆为第二级气缸的活塞，其中，卡爪顶杆为两端棒状结构、中间为与抓头内缸筒内壁相匹配的圆柱筒体结构，卡爪顶杆上端密封穿过抓头内缸筒上端面并伸入至卡爪安装座上的上端部分，卡爪顶杆前端与卡爪顶锥相连接，使卡爪顶杆带动卡爪顶锥伸缩运动时，带动卡爪绕圆柱销做旋转运动。

所述的卡爪顶杆中间圆柱筒结构与抓头底盖之间安装有压缩弹簧，该压缩弹簧可保证卡爪顶杆在故障状态下处于伸出状态，从而时三个卡爪始终向外呈撑开装置。

所述的卡爪顶杆下端棒状结构为空心轴结构，并在卡爪顶杆中间圆柱筒结构上端面处开有通孔，使伸出抓头底盖的卡爪顶杆底端开有部分通过空心轴与卡爪顶杆中间圆柱筒结构上端面、抓头内缸筒内顶壁之间的空腔相连通。

所述的卡爪顶杆底端安装有第二气动接头，在抓头底盖上开有通孔，并安装有第三气动接头，通过第二气动接头和第三气动接头相互配合供气，来驱动卡爪顶杆在抓头内缸筒内做伸缩运动。

所述的卡爪顶锥向上移动时，卡爪顶锥带动三个卡爪向外旋转形成撑开状态，实现对螺栓孔的抓紧，当卡爪顶锥向下移动时，卡爪顶锥带动三个卡爪向内旋转形成闭合状态，实现对螺栓孔的放松

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头，采用两个伸缩气缸相互嵌套的结构形式，第一级气缸用来将卡爪伸出至螺栓孔内部，第二级气缸用来将卡爪顶开以实现对螺栓孔的抓紧。且两级气缸都均设置有复位弹簧，保证在出现故障时，依靠机械保护使抓头仍能对螺栓孔实现抓紧；该抓头采用气动形式，在运动时遇到阻力过大时(如螺纹内有异物等情况下)会自动停止，不会造成硬件损坏；气动可以补偿因抓头中轴线和螺孔不同轴导致的抓持困难，安装和拆卸时快速方便，减少人员受辐照剂量；缸体上的微动开关可以检测到活塞的位置，判断抓头是否抓紧到位，避免误动作。

附图说明

图1为本发明所述的一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头结构示意图；

图2为本发明所述的一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头的左视图；

图3为本发明所述的一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头中第一气动接头与抓头外缸体的连接关系示意图；

图中：1、卡爪顶锥；2、圆柱销；3、卡爪；4、卡爪安装座；5、抓头外缸体；6、抓头导向套；7、微动开关；8、卡爪顶杆；9、抓头内缸筒；10、微动开关顶杆；11、压缩弹簧；12、抓头底盖；13、锁紧螺母；14、第三气动接头；15、第二气动接头；16、第一气动接头；17、拉伸弹簧；18、定位锥销。

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。

如图1～3所示，一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头，该装置包括第一级气缸和第二级气缸，其中，第二级气缸嵌套在第一级气缸的活塞内，并可分别对第一级气缸和第二级气缸独立进行控制；第一级气缸的缸体为抓头外缸体5，其为内壁带有阶梯台阶的圆柱壳体结构；第一级缸体的移动活塞组件包括卡爪安装座4、抓头导向套6、抓头内缸筒9和抓头底盖12，其中，卡爪安装座4上端外壁固定安装有抓头导向套6，卡爪安装座4下端与抓头内缸筒9固定连接，使卡爪安装座4、抓头导向套6以及抓头内缸筒9形成与抓头外缸体5内筒体相匹配的筒体活塞结构，并通过抓头底盖12将抓头内缸筒9下端密封固定；卡爪安装座4在沿圆周方向上开有三条长方形沟槽，且相邻的两条沟槽的夹角均为120°，3个卡爪3通过圆柱销安装在卡爪安装座4的长方形沟槽内壁，且3个卡爪前端张开后组成的圆外经与螺栓孔的内径尺寸相适配；在抓头外缸体5上安装有第一气动接头16，其与卡爪安装座4内筒体、抓头内缸筒9上端面所形成的空腔相连通；在抓头外缸体5与抓头底盖12之间安装有两根拉伸弹簧17，在第一气动接头16供气时，气压作用于抓头内缸筒9的上端面，并克服拉伸弹簧的弹力，驱动第一级缸体的移动活塞组件向下运动；当第一气动接头16失气时，第一级缸体的移动活塞组件在拉伸弹簧17的回复力作用下向上移动；在抓头外缸体5侧面开有导向孔，微动开关顶杆10套入抓头外缸体5导向孔内，并使微动开关顶杆10下端通过锁紧螺母13固定在抓头底盖12上，使微动开关顶杆10与第一级缸体的移动活塞组件保持同步上下移动，通过微动开关顶杆10的动作，检测第一级缸体的移动活塞组件是否位于上极限位置；

第二级气缸的缸体为抓头内缸筒9，卡爪顶杆8作为第二级气缸的活塞，可在抓头内缸筒9和抓头底盖12形成的封闭空间内做伸缩运动，其中，卡爪顶杆8为两端棒状结构、中间为与抓头内缸筒9内壁相匹配的圆柱筒体结构，卡爪顶杆8上端密封穿过抓头内缸筒9上端面并伸入至卡爪安装座4上的上端部分，卡爪顶杆8前端与卡爪顶锥1相连接，使卡爪顶杆8带动卡爪顶锥1伸缩运动时，带动卡爪3绕圆柱销2做旋转运动，即当卡爪顶锥1向上移动时，卡爪顶锥1带动三个卡爪向外旋转形成撑开状态，实现对螺栓孔的抓紧，当卡爪顶锥向下移动时，卡爪顶锥带动三个卡爪向内旋转形成闭合状态，实现对螺栓孔的放松；卡爪顶杆8中间圆柱筒结构与抓头底盖12之间安装有压缩弹簧11，该压缩弹簧可保证卡爪顶杆8在正常状态下处于伸出状态，从而时三个卡爪始终向外呈撑开装置，保持对螺栓孔的抓紧动作，从而在出现突发故障时，如失气、失电状态下，防止该气动抓头松脱失效导致设备跌落至地面；卡爪顶杆8下端棒状结构为空心轴结构，并在卡爪顶杆8中间圆柱筒结构上端面处开有通孔，使伸出抓头底盖12的卡爪顶杆8底端开有部分通过空心轴与卡爪顶杆8中间圆柱筒结构上端面、抓头内缸筒9内顶壁之间的空腔相连通；在卡爪顶杆8底端安装有第二气动接头15，在抓头底盖12上开有通孔，并安装有第三气动接头14，通过第二气动接头15和第三气动接头14相互配合供气，来驱动卡爪顶杆8在抓头内缸筒9内做伸缩运动。

本发明所述的一种用于螺栓孔抓紧的气动抓头的具体工作过程为：通过第二气动接头15充气，使第三气动接头14失气，使卡爪顶杆8向下运动，带动卡爪3向内闭合，并收缩在卡爪安装座4的沟槽内；第一气动接头16通气，使卡爪安装座4在抓头外缸体5内向下运动收回，直至卡爪安装座4的上端面低于定位锥销18的上端面，作为该气动抓头的初始工作状态；在外力驱动下使气动抓头整体沿人孔法兰面螺栓孔的轴线方向靠近螺栓孔，直至定位锥销18与法兰面相接触；第一气动接头16失气，卡爪安装座4及其沟槽内安装的卡爪3在拉伸弹簧17的作用下伸入螺栓孔内，同时，微动开关顶杆10触动微动开关7，检测到卡爪安装座4伸出情况；第二气动接头15失气，第三气动接头14充气，驱动卡爪顶杆8及其前端安装的卡爪顶锥1向上顶出，使得卡爪3绕圆柱销2向外旋转形成撑开状态，从而实现对螺栓孔的抓紧；第一气动接头16得气。一级缸体的活塞组件虽然有回缩的趋势，但是因为卡爪3已经撑开与螺栓孔内壁紧紧抓牢故不会回缩。如果此时卡爪3和螺栓孔之间没有抓牢或因摩擦力不足发生向外滑移，一级缸体的活塞组件将会回缩，微动开关顶杆10也同步向下移动脱离微动开关7。控制系统就可根据微动开关7的状态判断此时是否抓紧。