一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法

1.本发明属于核退役切割技术领域，具体涉及一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法。


背景技术：

2.在核设施退役过程中，有大量的金属构件、管道和设备构建需要切割解体，针对圆筒状的构件进行切割是较为困难的一个问题，现有的核退役圆筒状构件的切割大多是通过龙门塔吊将切割装置移动到切割位置进行切割，由于龙门塔吊移动速度较慢，且切割装置位姿调整速度缓慢，切割效率普遍不高，导致经济成本和时间成本增加，因此核退役外壳切割装置的速度提升具有重要意义。
3.目前有以下几种切割方案：
4.使用两个机械臂，两个机械臂分别固定在两个龙门塔吊上，通过龙门塔吊实现水平平面方向上的移动，其中一个机械臂末端执行器为等离子切割装置，另一个机械臂末端执行器为拾取装置。两个机械手一内一外进行工作；使用一个大型机械臂和两个小型机械臂组合的方式，大型机械臂安装在龙门塔吊上，两个小型机械臂安装在大型机械臂末端，且两个小型机械臂竖直分布，上端小型机械臂的执行端安装切割装置用于切割操作，下端小型机械臂的执行端安装拾取装置用于拾取切割好的结构，同时，下端小型机械臂上安装有物料箱，拾取的切块可放入物料箱内；使用机械臂和悬臂吊车的组合，机械臂的执行端安装切割装置用于切割操作，悬臂吊车执行端吊挂拾取装置用于拾取切割好的结构并吊装到堆外。目前这几种切割方案都是将执行端固定在龙门塔吊上，导致切割效率低下，还会使成本增加。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法，旨在解决现有技术中切割效率低下，成本增加的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于核退役外壳快速切割的装置，包括同步带驱动机构、前轮机构、切割装置、拾取装置和台面，所述同步带驱动机构包括驱动装置、小同步轮、同步带主体、大同步轮和大同步轴，所述同步带驱动机构位于台面下表面，所述小同步轮和大同步轮的数量均为两个，所述大同步轮转动连接在大同步轴两侧，所述大同步轮的内部设置有可调节电磁铁，所述大同步轴与台面呈固定连接，所述小同步轮和大同步轮均匀同步带主体呈搭接。
7.为了使得该一种用于核退役外壳快速切割的装置具有驱动的效果，作为本发明一种优选的，所述驱动装置与台面呈固定连接，所述驱动装置包括电机、减速器和驱动轴，所述电机和减速器位于驱动轴中间，所述减速器位于电机的一侧且与电机相适配，所述减速器的输出端与驱动轴呈固定连接。
8.为了使得该一种用于核退役外壳快速切割的装置具有传动的效果，作为本发明一
种优选的，所述前轮机构位于同步带驱动机构前侧，所述前轮机构包括前轮主体、前轮轴和前轮叉，所述前轮叉与台面下表面呈固定连接，所述前轮叉的底端设置有伸缩机构，所述前轮轴转动连接在前轮叉伸缩机构底端，所述前轮轴与前轮主体呈转动连接，所述前轮主体的内部设置有电磁铁组件。
9.为了使得该一种用于核退役外壳快速切割的装置具有切割的作用，作为本发明一种优选的，所述切割装置包括主可伸缩机械臂、等离子切割机构，所述切割装置位于同步带驱动机构和前轮机构的上方，所述主可伸缩机械臂与台面呈固定连接，所述主可伸缩机械臂由主伸缩气缸、主切割机械关节和副切割机械关节组成且按顺序固定连接。
10.为了使得该一种用于核退役外壳快速切割的装置具有伸缩的目的，作为本发明一种优选的，所述等离子切割机构固定连接在主可伸缩机械臂的输出端上，所述等离子切割机构由切割伸缩气缸、切割轴和切割轮盘组成且按顺序固定连接。
11.为了使得该一种用于核退役外壳快速切割的装置具有收集的功能，作为本发明一种优选的，所述拾取装置包括副机械臂、拾取伸缩气缸、拾取机械手和收集箱。
12.为了使得该一种用于核退役外壳快速切割的装置具有拾取的效果，作为本发明一种优选的，所述副机械臂固定连接在主伸缩气缸的一侧，所述副机械臂由主拾取机械关节、副拾取机械关节组成且按顺序固定连接，所述拾取伸缩气缸固定连接在副机械臂的末端并与其垂直，所述拾取机械手位于拾取伸缩气缸末端上侧，所述收集箱位于拾取伸缩气缸的末端下侧。
13.一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法，包括如下步骤：
14.步骤1、驱动装置中电机输出驱动力，经过减速器、驱动轴，将动力传递到小同步轮中，再次，经过同步带主体将动力传输到大同步轮，前轮机构为从动机构，同步带驱动机构以及前轮机构构成了本装置的运动机构，大同步轮以及前轮主体中都有可调节的电磁铁，可以保证在圆筒外壳表面运动时不会掉落，该装置移动到需切割位置；
15.步骤2、同时主伸缩气缸伸出，主切割机械关节、副切割机械关节、切割伸缩气缸以及切割轴进行位姿调整，切割轮盘开始旋转，大同步轮以及前轮主体中可调节电磁铁增加磁力强度，切割轮盘开始切割，使用切割轮盘切割结构的上边以及侧边，留下边待切；
16.步骤3、同时主拾取机械关节、副拾取机械关节、拾取伸缩气缸进行位姿调整，将拾取机械手伸出，并靠近等离子切割机构，用拾取机械手固定等离子切割机构，再用切割轮盘切割待切边，拾取机械手收缩并松开，使切块掉入下侧收集箱。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.该用于核退役外壳快速切割的装置及方法：通过可调节磁吸式移动装置使机械手可以在圆筒表面移动，切割装置可以更快的移动到切割位置，切割效率更高；时间以及成本降低，且切割装置只切割掉上侧以及两侧边，通过拾取装置固定后才切割下侧边，切割更加安全、可靠；本装置可以适应大型曲面钢结构上的运动，也可以适应平整面上的运动，应用较为广泛。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
20.图1为本发明的正视结构示意图；
21.图2为本发明中的同步带驱动机构结构示意图；
22.图3为本发明中的前轮机构结构示意图；
23.图4为本发明中的切割装置结构示意图。
24.图中：1、同步带驱动机构；101、驱动装置；1011、电机；1012、减速器；1013、驱动轴；102、小同步轮；103、同步带主体；104、大同步轮；105、大同步轴；2、前轮机构；201、前轮主体；202、前轮轴；203、前轮叉；3、切割装置；301、主可伸缩机械臂；3011、主伸缩气缸；3012、主切割机械关节；3013、副切割机械关节；302、等离子切割机构；3021、切割伸缩气缸；3022、切割轴；3023、切割轮盘；4、拾取装置；401、副机械臂；4011、主拾取机械关节；4012、副拾取机械关节；402、拾取伸缩气缸；403、拾取机械手；404、收集箱；5、台面。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例
27.请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法，包括同步带驱动机构1、前轮机构2、切割装置3、拾取装置4和台面5，同步带驱动机构1包括驱动装置101、小同步轮102、同步带主体103、大同步轮104和大同步轴105，同步带驱动机构1位于台面5下表面，小同步轮102和大同步轮104的数量均为两个，大同步轮104转动连接在大同步轴105两侧，大同步轮104的内部设置有可调节电磁铁，大同步轴105与台面5呈固定连接，小同步轮102和大同步轮104均匀同步带主体103呈搭接。
28.在本发明的具体实施例中，同步带主体103将动力传输到大同步轮104，前轮机构2为从动机构，同步带驱动机构1以及前轮机构2构成了本装置的运动机构。大同步轮104以及前轮主体201中都有可调节的电磁铁，可以保证在圆筒外壳表面运动时不会掉落，该装置移动到需切割位置。
29.具体的，驱动装置101与台面5呈固定连接，驱动装置101包括电机1011、减速器1012和驱动轴1013，电机1011和减速器1012位于驱动轴1013中间，减速器1012位于电机1011的一侧且与电机1011相适配，减速器1012的输出端与驱动轴1013呈固定连接。
30.本实施例中：驱动装置101中电机1011输出驱动力，经过减速器1012、驱动轴1013，将动力传递到小同步轮102中，再次，经过同步带主体103将动力传输到大同步轮104，前轮机构2为从动机构。
31.具体的，前轮机构2位于同步带驱动机构1前侧，前轮机构2包括前轮主体201、前轮轴202和前轮叉203，前轮叉203与台面5下表面呈固定连接，前轮叉203的底端设置有伸缩机构，前轮轴202转动连接在前轮叉203伸缩机构底端，前轮轴202与前轮主体201呈转动连接，前轮主体201的内部设置有电磁铁组件。
32.本实施例中：同步带驱动机构1以及前轮机构2构成了本装置的运动机构，利用前轮主体201通过前轮轴202能够在前轮叉203上转动，具有可旋转的作用。
33.具体的，切割装置3包括主可伸缩机械臂301、等离子切割机构302，切割装置3位于同步带驱动机构1和前轮机构2的上方，主可伸缩机械臂301与台面5呈固定连接，主可伸缩机械臂301由主伸缩气缸3011、主切割机械关节3012和副切割机械关节3013组成且按顺序固定连接。
34.本实施例中：主伸缩气缸3011伸出，主切割机械关节3012、副切割机械关节3013、切割伸缩气缸3021以及切割轴3022进行位姿调整，切割轮盘3023开始旋转，大同步轮104以及前轮主体201中可调节电磁铁增加磁力强度。
35.具体的，等离子切割机构302固定连接在主可伸缩机械臂301的输出端上，等离子切割机构302由切割伸缩气缸3021、切割轴3022和切割轮盘3023组成且按顺序固定连接。
36.本实施例中：切割轮盘3023开始旋转，大同步轮104以及前轮主体201中可调节电磁铁增加磁力强度，切割轮盘3023开始切割，使用切割轮盘3023切割结构的上边以及侧边，留下边待切。
37.具体的，拾取装置4包括副机械臂401、拾取伸缩气缸402、拾取机械手403和收集箱404。
38.本实施例中：拾取伸缩气缸402进行位姿调整，将拾取机械手403伸出，并靠近等离子切割机构302，用拾取机械手403固定等离子切割机构302。
39.具体的，副机械臂401固定连接在主伸缩气缸3011的一侧，副机械臂401由主拾取机械关节4011、副拾取机械关节4012组成且按顺序固定连接，拾取伸缩气缸402固定连接在副机械臂401的末端并与其垂直，拾取机械手403位于拾取伸缩气缸402末端上侧，收集箱404位于拾取伸缩气缸402的末端下侧。
40.本实施例中：将拾取机械手403伸出，并靠近等离子切割机构302，用拾取机械手403固定等离子切割机构302，再用切割轮盘3023切割待切边，拾取机械手403收缩并松开，使切块掉入下侧收集箱404。
41.一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法，包括如下步骤：
42.步骤1、驱动装置101中电机1011输出驱动力，经过减速器1012、驱动轴1013，将动力传递到小同步轮102中，再次，经过同步带主体103将动力传输到大同步轮104，前轮机构2为从动机构，同步带驱动机构1以及前轮机构2构成了本装置的运动机构，大同步轮104以及前轮主体201中都有可调节的电磁铁，可以保证在圆筒外壳表面运动时不会掉落，该装置移动到需切割位置；
43.步骤2、同时主伸缩气缸3011伸出，主切割机械关节3012、副切割机械关节3013、切割伸缩气缸3021以及切割轴3022进行位姿调整，切割轮盘3023开始旋转，大同步轮104以及前轮主体201中可调节电磁铁增加磁力强度，切割轮盘3023开始切割，使用切割轮盘3023切割结构的上边以及侧边，留下边待切；
44.步骤3、同时主拾取机械关节4011、副拾取机械关节4012、拾取伸缩气缸402进行位姿调整，将拾取机械手403伸出，并靠近等离子切割机构302，用拾取机械手403固定等离子切割机构302，再用切割轮盘3023切割待切边，拾取机械手403收缩并松开，使切块掉入下侧收集箱404。
45.该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220v市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
46.本发明的工作原理及使用流程：该一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法在使用时，驱动装置101中电机1011输出驱动力，经过减速器1012、驱动轴1013，将动力传递到小同步轮102中，再次，经过同步带主体103将动力传输到大同步轮104，前轮机构2为从动机构，同步带驱动机构1以及前轮机构2构成了本装置的运动机构，大同步轮104以及前轮主体201中都有可调节的电磁铁，可以保证在圆筒外壳表面运动时不会掉落，该装置移动到需切割位置，同时主伸缩气缸3011伸出，主切割机械关节3012、副切割机械关节3013、切割伸缩气缸3021以及切割轴3022进行位姿调整，切割轮盘3023开始旋转，大同步轮104以及前轮主体201中可调节电磁铁增加磁力强度，切割轮盘3023开始切割，使用切割轮盘3023切割结构的上边以及侧边，留下边待切，主拾取机械关节4011、副拾取机械关节4012、拾取伸缩气缸402进行位姿调整，将拾取机械手403伸出，并靠近等离子切割机构302，用拾取机械手403固定等离子切割机构302，再用切割轮盘3023切割待切边，拾取机械手403收缩并松开，使切块掉入下侧收集箱404，切割更加安全、可靠；本装置可以适应大型曲面钢结构上的运动，也可以适应平整面上的运动，应用较为广泛。
47.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

技术特征：
1.一种用于核退役外壳快速切割的装置，包括同步带驱动机构(1)、前轮机构(2)、切割装置(3)、拾取装置(4)和台面(5)，其特征在于：所述同步带驱动机构(1)包括驱动装置(101)、小同步轮(102)、同步带主体(103)、大同步轮(104)和大同步轴(105)，所述同步带驱动机构(1)位于台面(5)下表面，所述小同步轮(102)和大同步轮(104)的数量均为两个，所述大同步轮(104)转动连接在大同步轴(105)两侧，所述大同步轮(104)的内部设置有可调节电磁铁，所述大同步轴(105)与台面(5)呈固定连接，所述小同步轮(102)和大同步轮(104)均匀同步带主体(103)呈搭接。2.根据权利要求1所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述驱动装置(101)与台面(5)呈固定连接，所述驱动装置(101)包括电机(1011)、减速器(1012)和驱动轴(1013)，所述电机(1011)和减速器(1012)位于驱动轴(1013)中间，所述减速器(1012)位于电机(1011)的一侧且与电机(1011)相适配，所述减速器(1012)的输出端与驱动轴(1013)呈固定连接。3.根据权利要求1所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述前轮机构(2)位于同步带驱动机构(1)前侧，所述前轮机构(2)包括前轮主体(201)、前轮轴(202)和前轮叉(203)，所述前轮叉(203)与台面(5)下表面呈固定连接，所述前轮叉(203)的底端设置有伸缩机构，所述前轮轴(202)转动连接在前轮叉(203)伸缩机构底端，所述前轮轴(202)与前轮主体(201)呈转动连接，所述前轮主体(201)的内部设置有电磁铁组件。4.根据权利要求1所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述切割装置(3)包括主可伸缩机械臂(301)、等离子切割机构(302)，所述切割装置(3)位于同步带驱动机构(1)和前轮机构(2)的上方，所述主可伸缩机械臂(301)与台面(5)呈固定连接，所述主可伸缩机械臂(301)由主伸缩气缸(3011)、主切割机械关节(3012)和副切割机械关节(3013)组成且按顺序固定连接。5.根据权利要求4所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述等离子切割机构(302)固定连接在主可伸缩机械臂(301)的输出端上，所述等离子切割机构(302)由切割伸缩气缸(3021)、切割轴(3022)和切割轮盘(3023)组成且按顺序固定连接。6.根据权利要求1所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述拾取装置(4)包括副机械臂(401)、拾取伸缩气缸(402)、拾取机械手(403)和收集箱(404)。7.根据权利要求6所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述副机械臂(401)固定连接在主伸缩气缸(3011)的一侧，所述副机械臂(401)由主拾取机械关节(4011)、副拾取机械关节(4012)组成且按顺序固定连接，所述拾取伸缩气缸(402)固定连接在副机械臂(401)的末端并与其垂直，所述拾取机械手(403)位于拾取伸缩气缸(402)末端上侧，所述收集箱(404)位于拾取伸缩气缸(402)的末端下侧。8.根据权利要求6所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置，其特征在于：所述拾取伸缩气缸(402)固定连接在副机械臂(401)的末端并与其垂直，所述拾取机械手(403)位于拾取伸缩气缸(402)末端上侧，所述收集箱(404)位于拾取伸缩气缸(402)的末端下侧。9.根据权利要求1-8所述的一种用于核退役外壳快速切割的装置使用方法，其特征在于：所述：包括如下步骤：步骤1、驱动装置(101)中电机(1011)输出驱动力，经过减速器(1012)、驱动轴(1013)，将动力传递到小同步轮(102)中，再次，经过同步带主体(103)将动力传输到大同步轮
(104)，前轮机构(2)为从动机构，同步带驱动机构(1)以及前轮机构(2)构成了本装置的运动机构。大同步轮(104)以及前轮主体(201)中都有可调节的电磁铁，可以保证在圆筒外壳表面运动时不会掉落，该装置移动到需切割位置；步骤2、同时主伸缩气缸(3011)伸出，主切割机械关节(3012)、副切割机械关节(3013)、切割伸缩气缸(3021)以及切割轴(3022)进行位姿调整，切割轮盘(3023)开始旋转，大同步轮(104)以及前轮主体(201)中可调节电磁铁增加磁力强度，切割轮盘(3023)开始切割，使用切割轮盘(3023)切割结构的上边以及侧边，留下边待切；步骤3、同时主拾取机械关节(4011)、副拾取机械关节(4012)、拾取伸缩气缸(402)进行位姿调整，将拾取机械手(403)伸出，并靠近等离子切割机构(302)，用拾取机械手(403)固定等离子切割机构(302)，再用切割轮盘(3023)切割待切边，拾取机械手(403)收缩并松开，使切块掉入下侧收集箱(404)。

技术总结
本发明提供一种用于核退役外壳快速切割的装置及方法，属于核退役切割技术领域，该用于核退役外壳快速切割的装置及方法包括同步带驱动机构、前轮机构、切割装置、拾取装置和台面，所述同步带驱动机构包括驱动装置、小同步轮、同步带主体、大同步轮和大同步轴，所述同步带驱动机构位于台面下表面，所述小同步轮和大同步轮的数量均为两个。通过可调节磁吸式移动装置使机械手可以在圆筒表面移动，切割装置可以更快的移动到切割位置，切割效率更高；且切割装置只切割掉上侧以及两侧边，通过拾取装置固定后才切割下侧边，切割更加安全、可靠；本装置可以适应大型曲面钢结构上的运动，也可以适应平整面上的运动，应用较为广泛。应用较为广泛。应用较为广泛。


技术研发人员：姜潮 孙宏涛 田万一 胥子健
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/11