一种机械手夹爪及其应用的制作方法与工艺

本发明属于机械手领域，涉及一种燃料棒更换机械手及其应用，适用于更换核反应堆中的燃料棒。

背景技术：
为提高燃料组件利用率和电厂的经济性，对于组件受损而又未达到最大燃耗的辐照燃料组件，在保证燃料组件和堆芯安全的前提下，可以考虑进行修复和再入堆使用，燃料棒从受损组件中拔出或插入是燃料组件修复装备的重要环节。核燃料夹爪是核反应堆首次装料以及大修期间直接跟核燃料组件接触的核心执行机构，是整套核燃料装卸贮存系统设备的核心部件，燃料棒从受损组件中拔出或插入主要通过该夹爪实现，它能否按预定设计顺利打开和收紧关系到换料工作是否能顺利完成，其安全可靠性是整个换料过程正常顺利进行的保障。中国专利申请94193513.2公开了一种燃料棒组件的装载设备，该设备中包括了一个燃料棒的夹取装置，但该装置的缺点在于：弹性夹头对燃料棒的锁紧完全依赖于外管的夹紧，这种夹紧装置在夹持燃料棒时不够可靠，不够安全。针对上述夹头对燃料棒的锁紧完全依赖外管夹紧使得不够可靠和安全的缺陷，中国专利CN101271738A提出了一种改进的燃料棒更换装置用夹头，具体地，该夹头包括锁紧套管和设置在锁紧套管内的弹性夹头管，锁紧套管下部有一扩口锥面，弹性夹头管下端内侧与燃料棒头相匹配，弹性夹头管内设有扩口胀管，其下端内壁上设有至少一对内凸的弧形胀头，扩口胀管内设有可上下滑动的芯棒，其通过芯棒的提升和下插即可实现对燃料棒的抓取和脱离，且能在抓取燃料棒后依靠弹性夹头本身的夹紧力和锁紧套管的夹紧力共同锁定抓头，从而使燃料棒的抓取安全可靠。该夹头装置不完全依赖外管来锁紧，使得可靠性和安全性大为提高，但是，该装置中，由于在弹性夹头管头部部分和锁紧套筒的夹持面等与燃料棒的接触和夹持面中，仍然采用传统的结构，使得在抓取或夹持燃料棒的过程中，其可靠度依然不够高，抗疲劳特性较差。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种机械手夹爪，通过执行机构控制其锁紧套筒、弹性夹爪、芯杆的相对运动，实现了对被加工件的夹取，并且锁紧效果好，夹取力度大，夹爪末端可以根据锁紧套筒与弹性夹爪的相对位移调整夹爪爪头的距离，从而自适应不同尺寸的工件。本发明的技术方案如下：一种机械手夹爪，用于抓取核燃料棒以使燃料棒从燃料组件中拔出或插入，实现燃料棒的装料及更换，其中，该机械手包括由内至外同轴依次套装的芯杆、弹性夹爪和锁紧套筒，其中所述芯杆可相对所述弹性夹爪轴向移动而从其一端伸出或缩回，用于感测燃料棒的位置，所述弹性夹爪可相对所述锁紧套筒轴向移动而可从其一端伸出或缩回，其具有沿所述芯杆外围轴向布置的多个夹爪，用于在所述芯棒确定燃料棒位置后该弹性夹爪相对锁紧套筒轴向移动使该多个夹爪位于所述燃料棒外周，从而可使得在所述锁紧套筒轴向移动而使该弹性夹爪完全容置于其中时，可通过内壁向所述弹性夹爪施加挤压作用力，使得上述多个夹爪可夹紧燃料棒，从而实现核燃料棒的抓取；其特征在于，所述弹性夹爪各夹爪的与锁紧套筒内壁接触的外侧曲面的曲率与锁紧套筒内壁曲面的曲率相匹配，使得所述锁紧套筒与弹性夹爪在相对位移时，弹性夹爪爪头部位的外侧曲面与锁紧套筒锁紧部位的内侧曲面总是面接触。作为本发明的改进，所述弹性夹爪各拐角处均有倒圆角，用于减小关键部位的集中应力。作为本发明的改进，弹性夹爪的夹爪沿芯棒周向均匀分布，夹爪数量至少为两个，例如优选为六个夹爪。作为本发明的改进，所述抓夹可通过在弹性夹爪下部管壁上开设沿周向均匀分的对应数量的纵向细槽来获得。本发明还公开了一种上述机械手在核燃料棒的上料或更换中的应用。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明的机械手夹爪夹取过程、执行方法都比较简单，通过芯杆来传递工件的具体距离，从而触发执行机构对机械手夹爪的位置进行调节，通过简单地提升和下插动作可以实现机械手夹爪对工件尺寸的自适应和对工件的夹取，并且能够依靠机械手夹爪本身的夹紧力和锁紧套管的夹紧力共同锁定工件，从而提高夹取的可靠度。附图说明图1是按照本发明实施例的一种机械手夹爪示意图，该机械手夹爪具有六个夹爪，并且弹性夹爪处于张开状态。图2是按照本发明实施例的一种机械手夹爪示意图，该机械手夹爪具有六个夹爪，并且弹性夹爪处于锁紧状态。图3是图1的局部结构示意图。图4是图2的局部结构示意图。图5是按照本发明实施例的机械手夹爪中的锁紧套筒的结构示意图。图6是按照本发明实施例的机械手夹爪中的弹性夹爪的结构示意图。图7是图6的右视图。图8是按照本发明实施例的机械手夹爪的芯杆的结构示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本实施例的一种机械手夹爪，从内到外依次包括锁紧套筒1、弹性夹爪2、芯杆3，弹性夹爪的爪数本实施例中优选为六个。锁紧套筒1锁紧部位的锁紧曲面4和弹性夹爪2爪头部位的外侧曲面5相吻合，即两曲面匹配接触，从而可使得所述锁紧套筒与弹性夹爪在相对位移时，弹性夹爪爪头部位的外侧曲面与锁紧套筒锁紧部位的内侧曲面总是面接触。锁紧套筒1的轴心与弹性夹爪2的轴心重合，弹性夹爪2各拐角处均有倒圆角，并且弹性夹爪2的爪数至少为两个，例如优选为六个。弹性夹爪2的轴心和芯杆3的轴心重合，芯杆3贯穿在弹性夹爪2内，用于传感被夹取工件的距离，当芯杆3触碰到被夹取工件时，触发执行机构调整锁紧套筒1、弹性夹爪2和芯杆3，使它们调整一个固定的相对距离。机械手夹爪具体夹取燃料棒这种工件的具体过程如下：(1)夹取燃料棒如图1所示，将芯杆3对准燃料棒的头部，并由执行机构控制机械手接近燃料棒，当芯杆3头部触碰到燃料棒头部时，锁紧套筒1和弹性夹爪2同时由执行机构控制开始移动(一般优选为下降)一个指定距离，随后锁紧套筒1开始往上升高一个指定距离，并刚好锁住弹性夹爪2，使得其夹爪从周向上夹紧燃料棒头部，燃料棒头部即被抓住，随后执行机构对燃料棒进行抽拉转移，如图2所示。(2)脱离燃料棒当需要机械手脱离燃料棒时，由执行机构控制锁紧套筒1下降一个指定距离，使得其夹爪从周向上从燃料棒头部松开，随后锁紧套筒1和弹性夹爪2同时开始上升一个指定距离，随后执行机构可将机械手夹爪移走。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。