一种反应堆顶反射层更换装置的制作方法

本发明属于核设备领域，尤其是涉及一种用于反应堆顶反射层金属块的抓取与更换的装置，适用于开口狭小内部容积巨大的大型容器内相关结构物与装置的抓取、吊运、更换等操作的反应堆顶反射层更换装置。

背景技术：

目前在反应堆顶反射层更换装置设计中，受反应堆内壳开口狭小内部容积巨大的结构特点的限制，用于反应堆顶反射层更换的装置往往过于复杂，装置的运动自由度存在过多或过少的问题，并且未考虑抓取装置抓取过程中卡爪抓取状态的有效保持，不能够高效、可靠的实现金属块的抓取与更换过程。反应堆使用的设备要求可靠性高，安全性好，本发明所设计的机构满足这些特点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种反应堆顶反射层更换装置，通过装置的多自由度复合运动，能够在开口狭小内部容积巨大的反应堆内壳中，实现对堆内顶反射层金属块的抓取与更换操作，有效的实现抓取过程中卡爪的锁紧，提高抓取运动的安全性与准确性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种反应堆顶反射层更换装置，其特征在于：由上至下依次设置有转动机构、连接销、上支撑筒、升降齿条、升降导轨、下支撑筒、升降机构、平移机构和抓取机构构成；所述转动机构通过所述连接销连接在所述上支撑筒上端，所述上支撑筒和所述下支撑筒通过螺栓固连在一起，所述升降齿条、所述升降导轨、所述升降机构、所述平移机构和所述抓取机构固定连接在所述上支撑筒和所述下支撑筒之间，所述转动机构实现在反应堆内的周向转动功能，所述升降齿条、所述升降导轨和所述升降机构实现在反应堆内的垂直升降功能，所述平移机构实现在反应堆内的径向移动功能，所述抓取机构实现抓取运动的运动过程。

进一步的，所述转动机构包括第一蜗轮蜗杆机构、齿轮机构、转轴、支撑架以及其他支撑部件。所述第一蜗轮蜗杆机构、所述齿轮机构和所述转轴固定在所述支撑架上，动力由所述蜗杆蜗杆、所述齿轮机构传递到所述转轴上，所述转轴下端通过所述连接销与所述上支撑筒连接。

进一步的，所述上支撑筒和所述下支撑筒通过螺栓固连在一起，为所述升降齿条、所述升降导轨、所述升降机构、所述平移机构和所述抓取机构提供支撑与固定。

进一步的，所述升降齿条机构包括升降齿条与第一固定法兰盘，所述升降齿条机构通过螺栓固连在所述上支撑筒与所述下支撑筒内壁上，通过与所述升降机构的齿轮啮合，完成所述升降机构的升降运动。

进一步的，所述升降导轨机构包括升降导轨、第二固定法兰盘和导轨卡槽，所述升降导轨机构通过螺栓固连在所述上支撑筒、所述下支撑筒与升降工作台上。

进一步的，所述升降机构包括驱动机构、传动齿轮箱、升降工作台以及其他支撑与连接元件构成，所述驱动机构驱动所述传动齿轮箱中齿轮转动，齿轮通过与升降齿条相互啮合，实现所述升降工作台沿所述升降导轨完成升降运动。

进一步的，所述平移机构包括平移固定架、第二蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构、平移导轨机构、平移工作台以及其他连接与支撑元件组成，蜗轮被驱动后，通过蜗杆传递到同轴的齿轮，再通过齿轮、齿条啮合，实现平移工作台沿平移导轨的平移运动。

进一步的，所述抓取机构包括上部固定支撑部分和抓取部分。

进一步的，所述上部固定支撑部分包括驱动机构、销轴连接件、挡圈、滚珠、螺旋弹簧、滚珠组件、中心轴、法兰盘、连接筒、底座、连接法兰、内套筒、大弹簧、压片弹簧、中筒、外套筒和底挡盘。所述底座上端通过螺栓与所述平移机构的所述平移工作台固定连接，下端与所述中筒固定连接，组成抓取机构的主要支撑部分；所述法兰盘、所述连接筒、所述连接法兰、所述外套筒从上往下依次固定连接在一起，并通过所述滚珠组件安装在主支撑部分，其中所述压片弹簧周向压紧连接所述法兰；所述内套筒通过所述大弹簧与所述连接筒连接在一起，所述底挡板与所述内套筒通过螺栓连接在一起，所述中心轴通过螺旋弹簧与所述法兰盘连接在一起，所述螺旋弹簧压紧所述中心轴起到限位自锁的功能。

进一步的，所述抓取部分包括连接座、连接销、卡爪和弹簧等组成；所述连接座通过螺栓与所述连接筒连接在一起，所述卡爪通过所述连接销连接在所述连接座上，所述弹簧连接于相邻两个所述卡爪之间，通过压紧所述卡爪实现自锁限位功能。

本发明实现抓取更换过程的具体传动过程为：

(1)升降运动：驱动电机——传动齿轮机构——齿轮齿条啮合——升降台沿升降导轨运动——抓取机构的升降运动，平移机构安装在升降台上，抓取机构安装在平移工作台上，因此升降运动通过升降工作台、平移工作台传递给了抓取机构；

(2)周向转动：驱动电机——蜗轮蜗杆机构——传动齿轮机构——传动轴——上、下支撑筒，传动轴通过连接销与上支撑筒连接，上、下支撑筒通过螺栓固连在一起，因此传动轴的转动通过销轴传递到上、下支撑筒，上、下支撑筒转动——升降机构转动，升降机构的四组升降导轨与两组升降齿条均安装在上、下支撑筒的内壁上，因此支撑筒的转动传递到升降机构，——平移机构转动，平移机构的平移齿条与平移导轨安装在升降工作台上，因此升降机构的转动传递到平移机构——抓取机构转动，抓取机构安装在平移工作台上平移机构的转动传递到抓取转置，通过各机构直接的连接，最终实现转动机构的转动到抓取装置周向转动的传递；

(3)径向平移运动：驱动电机——蜗轮蜗杆——传动齿轮——齿轮齿条——平移工作台沿平移导轨的径向平移运动——抓取装置的平移运动，抓取装置安装在平移工作台上；

(4)抓手卡爪的卡紧与放松：中心轴上提引起卡爪收缩，抓手进入抓取孔；中心轴向下使卡爪外张，抓手卡紧抓取孔内部孔上臂，进而进行抓取。

相对于现有技术，本发明所述的一种反应堆顶反射层更换装置具有以下优势：

本发明根据顶反射层所处位置、金属块的布置方式以及反应堆内部容积大但入口处相对狭小的特点，设计了包含转动机构、升降机构、平移机构、抓取机构在内的实现抓手在堆内的周向转动、垂直升降、径向移动和抓取运动的更换装置，通过这些结构所实现的抓手的复合运动的运动范围可完全覆盖反应堆内顶反射层金属块的抓取要求。该装置的驱动抓手完成抓取的运动过程为:抓手垂直下降通过反应堆狭窄入口进入堆内，抓手周向转动指向待抓取金属块，周向转动与径向移动同时进行最终实现三个抓手对准待抓取金属块的抓取孔，抓手受驱动收缩卡爪，抓手竖直下降进入待抓取金属块抓取孔中，抓手受驱动收紧卡爪卡紧抓取孔，抓手竖直上提，完成金属块的抓取与上提，然后按照与抓手进入堆内的过程的逆过程完成抓手的上提，最后控制抓手将金属块放置在制定的存放区，完成金属块的抓取与放置；新金属块的放置按照与金属块抓取的逆过程进行操作完成反应堆顶反射层金属块的更换。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的总体结构示意图；

附图2为转动机构结构示意图；

附图3为上支撑筒截面结构示意图；

附图4为升降齿轮机构正视图；

附图5为升降齿轮机构截面结构示意图；

附图6为升降导轨机构正视图；

附图7为升降导轨机构截面结构；

附图8为升降机构结构示意图；

附图9为平移机构结构示意图；

附图10为抓取机构总体结构示意图；

附图11为抓取机构的上部固定支撑部分结构示意图；

附图12为抓取机构的抓取部分的结构示意图；

附图13为抓取机构的A-A截面结构图；

附图14为顶反射层结构示意图；

附图15为顶反射层金属块布置方式示意图；

附图16为升降机构向下运动示意图；

附图17为平移机构径向平移运动与旋转机构的周向转动过程示意图。

附图18为金属块回收动作过程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如附图14和附图15所示，本发明根据顶反射层所处位置、金属块的布置方式以及反应堆内部容积大但入口处相对狭小的特点，设计了包含转动机构1、升降机构7、平移机构8、抓取机构9在内的实现抓手在堆内的周向转动、垂直升降、径向移动和抓取运动的更换装置。

如图1所示，本发明由转动机构1、连接销2、上支撑筒3、升降齿条4、升降导轨5、下支撑筒6、升降机构7、平移机构8和抓取机构9构成。

如附图2所示，转动机构1主要由第一蜗轮蜗杆机构1-1、齿轮机构1-2、转轴1-3、支撑架1-4以及其他支撑部件构成。第一蜗轮蜗杆机构1-1、齿轮机构1-2和转轴1-3均固定在支撑架上，动力由蜗杆蜗杆、齿轮机构传递到转轴上，实现转轴的转动。转轴下端通过连接销2与上支撑筒3连接，从而实现转轴转动驱动下端装置的转动。

附图3为上支撑筒3的截面结构，上支撑筒3、下支撑筒6通过螺栓固连在一起，主要起到为升降齿条4、升降导轨5、升降机构7、平移机构8和抓取机构9等提供支撑与固定的作用。

附图4和附图5为升降齿条，主要由升降齿条4-1与固定法兰盘2组成，通过螺栓固连在上支撑筒3与下支撑筒6内壁上，其安装位置见附图8中其所处的位置。通过与升降装置的齿轮啮合，完成升降装置的升降运动。

附图6和附图7为升降导轨，主要由升降导轨5-1、固定法兰盘5-2和导轨卡槽5-3构成，通过螺栓固连在上支撑筒3、下支撑筒6与升降工作台上，其安装位置见附图8中其所处的位置。导轨主要为整个升降机构7升降运动提供导向作用。

附图8为升降机构，主要由驱动机构7-2、传动齿轮箱7-1、升降工作台7-3以及其他支撑与连接元件构成，驱动机构驱动传动齿轮箱中齿轮转动，齿轮通过与升降齿条相互啮合，实现升降工作台7-3沿升降导轨5的的升降运动。

附图9为平移机构，主要由平移固定架8-1、蜗轮蜗杆机构8-2、齿轮齿条机构8-3、平移导轨机构8-4、平移工作台8-5以及其他连接与支撑元件组成，蜗轮被驱动后，通过蜗杆传递到同轴的齿轮，再通过齿轮、齿条啮合，实现平移工作台沿平移导轨的平移运动。

附图10为抓取机构，由上部固定支撑部分9-A和抓取部分9-B组成。

附图11为上部固定支撑部分由驱动机构9-1、销轴连接件9-2、挡圈9-3、滚珠9-4、螺旋弹簧9-5、滚珠组件9-6、中心轴9-7、法兰盘9-8、连接筒9-9、底座9-10、连接法兰9-11、内套筒9-12、大弹簧9-13、压片弹簧9-14、中筒9-15、外套筒9-16、底挡盘9-17组成。底座9-10上端通过螺栓与平移机构8的平移工作台8-5固连，下端与中筒9-15固连，组成抓取机构的主要支撑部分；法兰盘9-8、连接筒9-9、连接法兰9-11外套筒、9-16从上往下依次固连在一起并通过滚珠组件9-6安装在主支撑部分，其中压片弹簧9-14周向压紧连接法兰9-11，起到压紧定位的作用；内套筒9-12通过大弹簧9-13与连接筒9-9连接在一起，底挡板9-17与内套筒9-12通过螺栓连接在一起。中心轴9-7通过螺旋弹簧9-5与法兰盘9-8连接在一起，螺旋弹簧9-5压紧中心轴9-7起到限位自锁的功能。

附图12抓取部分主要由连接座9-18、连接销9-19、卡爪9-20、弹簧9-21等组成。连接座9-18通过螺栓与连接筒9-9连接在一起，卡爪9-20通过连接销9-19连接在连接座9-18上，弹簧9-21连接于相邻两个卡爪9-20之间，通过压紧卡爪9-20实现自锁限位功能。附图13为抓取机构截面结构示意图，3个卡爪9-20沿周向均匀分布，抓取时实现三点接触，使得抓取过程更加平稳。

附图14为顶反射层结构，外层A为混泥土结构层，B为反应堆外壳，C为顶反射层结构，D为石墨块结构。C顶反射层金属块的布置方式如附图13所示，周向均布有24块扇形金属块，中心有一块圆形金属块，金属块之间通过卡槽嵌合在一起，共同组成圆盘形的顶反射层结构，对下端的石墨块起到一个压紧的作用。

附图16、17、18为装置的驱动抓手完成抓取的运动过程：抓手垂直下降通过反应堆狭窄入口进入堆内，抓手周向转动指向待抓取金属块，周向转动与径向移动同时进行最终实现三个抓手对准待抓取金属块的抓取孔，抓手受驱动收缩卡爪，抓手竖直下降进入待抓取金属块抓取孔中，抓手受驱动收紧卡爪卡紧抓取孔，抓手竖直上提，完成金属块的抓取与上提，然后按照与抓手进入堆内的过程的逆过程完成抓手的上提，最后控制抓手将金属块放置在制定的存放区，完成金属块的抓取与放置；新金属块的放置按照与金属块抓取的逆过程进行操作完成反应堆顶反射层金属块的更换。

本发明不仅用于反应堆顶反射层金属块的抓取与更换，同样适用于开口狭小内部容积巨大的大型容器内相关结构物与装置的抓取、吊运、更换等操作。本装置运动灵活、结构简单可靠，使用本设计装置可以提高抓取过程的稳定性与安全性，方便设备的现场安装。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。