[发明专利]一种基于畸变能密度理论的燃料棒更换机械手

说明书

技术领域

本发明属于机械手领域，涉及一种燃料棒更换机械手，该机械手在更换燃料棒时具有更高的可靠度与抗疲劳特性。

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。

美国专利US4,903,281公开了一种燃料棒抓取用的弹性夹头，但该弹性夹头的缺点在于：发生断电时，外套失去动力下落会导致燃料棒从夹爪中脱出，可靠性低，不安全。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于畸变能密度理论优化的机械手，它能使执行机构通过简单地动作实现对燃料棒的抓取和脱离，并且锁紧效果好。在频繁抓取中依然能保持高度的可靠性和抗疲劳特性。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种燃料棒更换机械手，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同，且在上述多个夹爪处于加持状态时其外侧曲面与弹性夹爪轴心平行；

同时，所述各夹爪的与燃料棒接触的爪尖曲面的曲率小于燃料棒颈部曲率相，且在上述多个夹爪处于加持状态时，其爪尖曲面与弹性夹爪轴心平行。

作为本发明的改进，所述多个夹爪处于加持状态时其外侧曲面与弹性夹爪轴心平行通过在夹爪外侧曲面加工补偿角实现。

作为本发明的改进，所述多个夹爪处于加持状态时其爪尖曲面与弹性夹爪轴心平行通过在爪尖曲面加工补偿角实现。

作为本发明的改进，所述补偿角为：

θ=3y2L]]>

其中，y为爪头弹性夹爪爪头的挠度，L为单个夹爪的长度。

作为本发明的改进，所述的锁紧套筒在与弹性夹爪相对移动而伸出端端部边缘、以及对应的所述弹性夹爪设有倒圆角。

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，本实施例中优选为六个。