一種機械手夾爪及其應用的製作方法與工藝

2023-05-08 11:17:11

本發明屬於機械手領域，涉及一種燃料棒更換機械手及其應用，適用於更換核反應堆中的燃料棒。

背景技術：
為提高燃料組件利用率和電廠的經濟性，對於組件受損而又未達到最大燃耗的輻照燃料組件，在保證燃料組件和堆芯安全的前提下，可以考慮進行修復和再入堆使用，燃料棒從受損組件中拔出或插入是燃料組件修復裝備的重要環節。核燃料夾爪是核反應堆首次裝料以及大修期間直接跟核燃料組件接觸的核心執行機構，是整套核燃料裝卸貯存系統設備的核心部件，燃料棒從受損組件中拔出或插入主要通過該夾爪實現，它能否按預定設計順利打開和收緊關係到換料工作是否能順利完成，其安全可靠性是整個換料過程正常順利進行的保障。中國專利申請94193513.2公開了一種燃料棒組件的裝載設備，該設備中包括了一個燃料棒的夾取裝置，但該裝置的缺點在於：彈性夾頭對燃料棒的鎖緊完全依賴於外管的夾緊，這種夾緊裝置在夾持燃料棒時不夠可靠，不夠安全。針對上述夾頭對燃料棒的鎖緊完全依賴外管夾緊使得不夠可靠和安全的缺陷，中國專利CN101271738A提出了一種改進的燃料棒更換裝置用夾頭，具體地，該夾頭包括鎖緊套管和設置在鎖緊套管內的彈性夾頭管，鎖緊套管下部有一擴口錐面，彈性夾頭管下端內側與燃料棒頭相匹配，彈性夾頭管內設有擴口脹管，其下端內壁上設有至少一對內凸的弧形脹頭，擴口脹管內設有可上下滑動的芯棒，其通過芯棒的提升和下插即可實現對燃料棒的抓取和脫離，且能在抓取燃料棒後依靠彈性夾頭本身的夾緊力和鎖緊套管的夾緊力共同鎖定抓頭，從而使燃料棒的抓取安全可靠。該夾頭裝置不完全依賴外管來鎖緊，使得可靠性和安全性大為提高，但是，該裝置中，由於在彈性夾頭管頭部部分和鎖緊套筒的夾持面等與燃料棒的接觸和夾持面中，仍然採用傳統的結構，使得在抓取或夾持燃料棒的過程中，其可靠度依然不夠高，抗疲勞特性較差。

技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種機械手夾爪，通過執行機構控制其鎖緊套筒、彈性夾爪、芯杆的相對運動，實現了對被加工件的夾取，並且鎖緊效果好，夾取力度大，夾爪末端可以根據鎖緊套筒與彈性夾爪的相對位移調整夾爪爪頭的距離，從而自適應不同尺寸的工件。本發明的技術方案如下：一種機械手夾爪，用於抓取核燃料棒以使燃料棒從燃料組件中拔出或插入，實現燃料棒的裝料及更換，其中，該機械手包括由內至外同軸依次套裝的芯杆、彈性夾爪和鎖緊套筒，其中所述芯杆可相對所述彈性夾爪軸向移動而從其一端伸出或縮回，用於感測燃料棒的位置，所述彈性夾爪可相對所述鎖緊套筒軸向移動而可從其一端伸出或縮回，其具有沿所述芯杆外圍軸向布置的多個夾爪，用於在所述芯棒確定燃料棒位置後該彈性夾爪相對鎖緊套筒軸向移動使該多個夾爪位於所述燃料棒外周，從而可使得在所述鎖緊套筒軸向移動而使該彈性夾爪完全容置於其中時，可通過內壁向所述彈性夾爪施加擠壓作用力，使得上述多個夾爪可夾緊燃料棒，從而實現核燃料棒的抓取；其特徵在於，所述彈性夾爪各夾爪的與鎖緊套筒內壁接觸的外側曲面的曲率與鎖緊套筒內壁曲面的曲率相匹配，使得所述鎖緊套筒與彈性夾爪在相對位移時，彈性夾爪爪頭部位的外側曲面與鎖緊套筒鎖緊部位的內側曲面總是面接觸。作為本發明的改進，所述彈性夾爪各拐角處均有倒圓角，用於減小關鍵部位的集中應力。作為本發明的改進，彈性夾爪的夾爪沿芯棒周向均勻分布，夾爪數量至少為兩個，例如優選為六個夾爪。作為本發明的改進，所述抓夾可通過在彈性夾爪下部管壁上開設沿周向均勻分的對應數量的縱向細槽來獲得。本發明還公開了一種上述機械手在核燃料棒的上料或更換中的應用。總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：本發明的機械手夾爪夾取過程、執行方法都比較簡單，通過芯杆來傳遞工件的具體距離，從而觸發執行機構對機械手夾爪的位置進行調節，通過簡單地提升和下插動作可以實現機械手夾爪對工件尺寸的自適應和對工件的夾取，並且能夠依靠機械手夾爪本身的夾緊力和鎖緊套管的夾緊力共同鎖定工件，從而提高夾取的可靠度。附圖說明圖1是按照本發明實施例的一種機械手夾爪示意圖，該機械手夾爪具有六個夾爪，並且彈性夾爪處於張開狀態。圖2是按照本發明實施例的一種機械手夾爪示意圖，該機械手夾爪具有六個夾爪，並且彈性夾爪處於鎖緊狀態。圖3是圖1的局部結構示意圖。圖4是圖2的局部結構示意圖。圖5是按照本發明實施例的機械手夾爪中的鎖緊套筒的結構示意圖。圖6是按照本發明實施例的機械手夾爪中的彈性夾爪的結構示意圖。圖7是圖6的右視圖。圖8是按照本發明實施例的機械手夾爪的芯杆的結構示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。如圖1所示，本實施例的一種機械手夾爪，從內到外依次包括鎖緊套筒1、彈性夾爪2、芯杆3，彈性夾爪的爪數本實施例中優選為六個。鎖緊套筒1鎖緊部位的鎖緊曲面4和彈性夾爪2爪頭部位的外側曲面5相吻合，即兩曲面匹配接觸，從而可使得所述鎖緊套筒與彈性夾爪在相對位移時，彈性夾爪爪頭部位的外側曲面與鎖緊套筒鎖緊部位的內側曲面總是面接觸。鎖緊套筒1的軸心與彈性夾爪2的軸心重合，彈性夾爪2各拐角處均有倒圓角，並且彈性夾爪2的爪數至少為兩個，例如優選為六個。彈性夾爪2的軸心和芯杆3的軸心重合，芯杆3貫穿在彈性夾爪2內，用於傳感被夾取工件的距離，當芯杆3觸碰到被夾取工件時，觸發執行機構調整鎖緊套筒1、彈性夾爪2和芯杆3，使它們調整一個固定的相對距離。機械手夾爪具體夾取燃料棒這種工件的具體過程如下：(1)夾取燃料棒如圖1所示，將芯杆3對準燃料棒的頭部，並由執行機構控制機械手接近燃料棒，當芯杆3頭部觸碰到燃料棒頭部時，鎖緊套筒1和彈性夾爪2同時由執行機構控制開始移動(一般優選為下降)一個指定距離，隨後鎖緊套筒1開始往上升高一個指定距離，並剛好鎖住彈性夾爪2，使得其夾爪從周向上夾緊燃料棒頭部，燃料棒頭部即被抓住，隨後執行機構對燃料棒進行抽拉轉移，如圖2所示。(2)脫離燃料棒當需要機械手脫離燃料棒時，由執行機構控制鎖緊套筒1下降一個指定距離，使得其夾爪從周向上從燃料棒頭部鬆開，隨後鎖緊套筒1和彈性夾爪2同時開始上升一個指定距離，隨後執行機構可將機械手夾爪移走。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。