一种快速拆装的多级紧固系统及用于放射性环境的设备的制作方法

1.本发明属于核工业技术领域，具体涉及一种快速拆装的多级紧固系统、以及包含上述紧固系统的用于放射性环境的设备。


背景技术：

2.在化工设备中，涉及到零部件的连接、贴合、密封等应用场景，通常使用螺栓进行紧固和密封压紧。然而，在放射性等特殊使用环境中，因设备工作环境复杂恶劣，工作人员无法直接进入上述环境中进行设备零部件的拆装操作。若采用常规的螺纹紧固方式，在拆装过程中会面临以下两项问题：第一，对于尺寸较大的零件锁紧，如需实现密封，则需满足预紧力大小要求以及锁紧时垫片的均匀受力，通常需设置多个螺栓螺母。采用机械手、长杆工具或电动扳手等远程方式安装与拆卸过程耗时过长。第二，螺栓螺母存在“咬死”可能。当安装螺母时扭矩过大、采用不锈钢材料、运行时间长、高温腐蚀环境时，螺纹极易遭到破坏致使螺栓螺母“咬死”，只能通过切割方式拆卸，尤其是在放射性等复杂环境，极其不方便。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种快速拆装的多级紧固系统、以及包含上述紧固系统的用于放射性环境的设备，该紧固系统可替代常规螺栓使用，具有快速紧固、多级预紧等优点，拆装效率高，可便于通过机械手、长杆工具等辅助手段实现远距离快捷紧固与脱开，适用范围广，能够满足放射性等特殊环境零部件的连接、贴合、密封等需方便快速拆装的要求，保证人员操作安全。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
5.根据本发明的一个方面，提供一种快速拆装的多级紧固系统，其包括凸轮连接机构和锁紧机构，所述凸轮连接机构用于连接第一零件与第二零件，其包括连杆、凸轮压杆，所述凸轮压杆包括后端凸轮和前端压杆，所述连杆的一端与第一零件连接，连杆的另一端穿过第一零件和第二零件并与所述凸轮可转动地连接，且凸轮上设有过渡曲线段和若干个直线段，将压杆向第二零件下压带动凸轮转动时，过渡曲线段先与第二零件接触，之后，各个直线段依次与第二零件接触后并对其进行挤压而实现第一零件与第二零件之间的连接及多级紧固；所述锁紧机构设于第二零件上，用于在凸轮连接机构将第一零件与第二零件连接紧固后卡紧压杆。
6.优选的是，所述凸轮上设有两个直线段，分别为第一直线段和第二直线段，且第一直线段至凸轮转动中心的距离r1＜第二直线段至凸轮转动中心的距离r2，下压压杆时，第一直线段先与第二零件接触。
7.优选的是，所述锁紧机构包括锁紧块、安装座，所述安装座设于第二零件上，所述锁紧块设于安装座上并能够进行旋转，锁紧块上设有l形卡槽，旋转锁紧块能够将所述压杆卡入所述卡槽，以防止压杆向上抬起。
8.优选的是，所述锁紧机构还包括止动螺钉、弹簧、以及止动球，所述锁紧块上设有
贯穿螺纹孔，所述安装座上设有凹槽，所述止动球、所述弹簧、以及所述止动螺钉依次安装在所述贯穿螺纹孔内，且止动球能够在弹簧的作用下进入所述凹槽中。
9.优选的是，所述锁紧机构还包括手柄，所述手柄设于锁紧块上。
10.优选的是，所述压杆上活动套设有轴套，用于降低锁紧块旋转时的摩擦力，防止锁紧块卡死。
11.优选的是，所述凸轮机构还包括挡块，所述挡块设于第二零件上，用于对所述凸轮进行限位，防止压杆下压过度而使凸轮转动向外脱开。
12.优选的是，所述连杆上设有第一限位块，用于在压杆上抬至一定程度后与所述凸轮相抵，防止压杆上抬过度而向外脱开。
13.根据本发明的另一个方面，提供一种用于放射性环境的设备，所述设备中零件尤其是通过法兰连接的零件采用以上所述的多级紧固系统连接。
14.优选的是，所述设备为高温放射性设备或放射性过滤器设备。
15.本发明的快速拆装的多级紧固系统、以及包含上述紧固系统的用于放射性环境的设备，至少具有以下有益效果：
16.(1)通过下压和上抬压杆的方式即可实现零部件之间的连接紧固，避免了拆装螺栓的复杂旋转操作，极大简化拆装操作，拆装效率高，避免了螺纹连接咬死，便于通过机械手、长杆工具等辅助手段实现远距离操作，适用范围广，能够满足放射性等特殊环境零部件的连接、贴合、密封等需方便快速拆装的要求，保证人员操作安全。
17.(2)通过采用多段凸轮设计，可实现多级预紧和多级紧固，提高零件之间压紧的均匀性。
18.(3)通过设置锁紧块，可防止压杆在振动或其他意外工况下向上旋转而意外脱开，避免连接失效，保证设备安全运行。
19.(4)通过设置止动球，可防止锁紧块在震动等非人为操作情况下松动，从而造成凸轮压杆松脱，避免连接紧固失效。
20.(5)通过设置轴套，可防止压杆卡死锁紧块。
21.(6)通过设置第一限位块，可防止压杆上抬过度而向外脱开。
22.(7)通过设置第二限位块，可防止压杆上抬过度而使连杆向外脱开。
附图说明
23.图1为本发明实施例中的快速拆装的多级紧固系统的结构示意图；
24.图2为本发明实施例中的快速拆装的多级紧固系统处于打开状态时的示意图；
25.图3为本发明实施例中的凸轮的结构示意图；
26.图4为本发明实施例中的快速拆装的多级紧固系统处于一级压紧状态时的示意图；
27.图5为本发明实施例中的快速拆装的多级紧固系统处于最终压紧状态时的示意图；
28.图6为本发明实施例中的快速拆装的多级紧固系统处于最终压紧状态时的示意图；
29.图7为本发明实施例中的轴套的安装示意图。
30.图中：1-连杆销轴；2-第一零件；3-第二零件；4-挡块；5-连杆；6-凸轮压杆销轴；7-凸轮压杆；71-凸轮；711-过渡曲线段；712a-第一直线段；712b-第二直线段；72-压杆；73-轴套；74-定位销；8-止动螺钉；9-锁紧块；10-导向螺栓；11-安装座；12-手柄；13-弹簧；14-止动球；15-销轴安装座；16-第一限位块；17-第二限位块；18-密封件。
具体实施方式
31.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、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。
33.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.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“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.针对现有技术中零部件采用螺栓进行紧固和密封压紧时存在的拆装不方便、耗时长、以及会“咬死”等问题，本发明提供一种快速拆装的多级紧固系统，其包括凸轮连接机构和锁紧机构，其中：所述凸轮连接机构用于连接第一零件与第二零件，其包括连杆、凸轮压杆，所述凸轮压杆包括后端凸轮和前端压杆，所述连杆的一端与第一零件连接，连杆的另一端穿过第一零件和第二零件并与所述凸轮可转动地连接，且凸轮上设有过渡曲线段和若干个直线段，将压杆向第二零件下压带动凸轮转动时，过渡曲线段先与第二零件接触，之后，各个直线段依次与第二零件接触并对其进行挤压而实现第一零件与第二零件之间的连接及多级紧固；所述锁紧机构设于第二零件上，用于在凸轮连接机构将第一零件与第二零件连接紧固后卡紧压杆。
36.相应地，本发明还提供一种采用上述多级紧固系统的用于放射性环境的设备。
37.实施例1
38.如图1-6所示，本实施例公开一种快速拆装的多级紧固系统，其包括凸轮连接机构和锁紧机构，其中：
39.凸轮连接机构用于连接第一零件2(如筒体)与第二零件3(如端盖)，以代替传统的螺栓连接。凸轮连接机构包括连杆5、凸轮压杆7，凸轮压杆7包括后端凸轮71和前端压杆72，凸轮71与压杆72相连并呈l状，连杆5的一端与第一零件2连接，连杆5的另一端穿过第一零件2和第二零件3并与凸轮71通过凸轮压杆销轴6可转动地连接，下压或上抬压杆72能够带
动凸轮71绕凸轮压杆销轴6进行转动，且凸轮压杆7采用多段凸轮设计，即凸轮71上设有过渡曲线段711和若干个直线段，将压杆72向第二零件3方向下压带动凸轮71转动时，过渡曲线段711先与第二零件3接触，之后，各个直线段依次与第二零件3接触后并对第二零件3进行挤压而实现第一零件2与第二零件3之间的连接及多级紧固。完成紧固状态时，第一零件2与第二零件3均承受垂直两者接触面的作用力，可实现第一零件2与第二零件3的贴合以及二者之间密封结构的压紧。
40.锁紧机构设于第二零件3上，用于在凸轮连接机构将第一零件2与第二零件3连接紧固后卡紧压杆72，从而限制压杆72上抬，防止压杆在振动或其他意外工况下向上旋转而意外脱开，避免连接失效。
41.本实施例中，如图2所示，第一零件2上设销轴安装座15，销轴安装座15内设有连杆销轴1，连杆5与第一零件2通过连杆销轴1活动连接，连杆5能够绕连杆销轴1转动。第一零件2和第二零件3的连接处分别直接设有对应的凹口，或者，在第一零件2和第二零件3的连接处分别设有法兰，在法兰上设有对应的凹口，连杆5绕连杆销轴1转动后卡设于该凹口中，凹口能够提供连杆5绕连杆销轴1转动至竖直方向所需的空间，可以防止连杆5偏移其转动路径，进一步的，可在一定程度上避免第一零件2与第二零件3发生错位等异常，确保连接稳定性。
42.本实施例中，凸轮连接机构的数量可以是一套，也可以是根据待连接零件的结构尺寸、密封要求设置多套，优选为多套，多套凸轮连接机构均匀分布，比如，如图1所示，多套凸轮连接机构沿待连接零件的圆周方向均匀分布压紧，以提高连接效果。相应地，凹口等配套设置的数量为相对应的一个或多个，这里不再一一赘述。
43.在一些实施方式中，如图2、3所示，凸轮71上优选设有两个直线段，分别为第一直线段712a和第二直线段712b，且第一直线段712a至凸轮转动中心(即凸轮压杆销轴6)的距离r1＜第二直线段712b至凸轮转动中心的距离r2，下压压杆时(即由松开状态转变为紧固状态过程)，第一直线段712a先与第二零件3接触进入一级压紧状态，第二直线段712b后与第二零件3接触进入二级压紧状态，即可经历两级压紧。
44.需要说明的是，在实际生产中，可根据多级紧固需求增加直线段，而不限于只设置第一直线段712a和第二直线段712b，但是需要保证各个直线段距离凸轮旋转中心的距离逐级增加，即先接触第二零件3的直线段至凸轮旋转中心的距离rn(n≥1)小于后接接触第二零件3的直线段至凸轮旋转中心的距离r
n+1
，每个直线段至凸轮旋转中心的具体距离根据第一零件2与第二零件3之间的垫片(即密封件18)的厚度以及每一级压紧的程度等因素进行选择，这里不一一赘述。由于凸轮压杆销轴6中心至各直线段的距离逐渐增大，使得第二零件3逐级缓慢向第一零件2移动，最终实现第一零件2与第二零件3之间的连接紧固。
45.相比于传统凸轮连接结构只能一次压紧的缺陷，本实施例的紧固系统通过采用多段凸轮设计，可在凸轮71与第二零件3接触部分设置多段工作面(即直线段)，在进行紧固过程时，先将各个凸轮连接机构的凸轮71转动至一级压紧状态(如图4所示)，即预紧，再逐级转动至二级压紧状态，依次类推，即多级预紧，直至转动至最终压紧状态(以两级紧固为例，如图5所示)，实现多级紧固，可提高第一零件2与第二零件3之间压紧的均匀性。
46.在一些实施方式中，如图1所示，锁紧机构包括锁紧块9、安装座11。
47.具体来说，安装座11设于第二零件3上，以第二零件3为端盖为例，安装座3设于端
盖中心处的凸起部分上。锁紧块9通过螺钉等方式设于安装座11上并能够进行旋转，该螺钉只在旋转锁紧块时防止二者轴向脱开。本实施例中的锁紧块9优选通过导向螺栓10安装在安装座11上，当出现锁紧块9卡死等极端情况而无法旋转打开时，可采取应急手段，通过电动扳手远距离松开导向螺栓10，将锁紧块9直接拆下，从而使第一零件2与第二零件3脱开连接。锁紧块9上设有l形卡槽，在系统打开状态下，卡槽的槽口与压杆72的位置相对，下压压杆72后，压杆72从槽口进入卡槽，系统进入紧固状态，此时，旋转锁紧块9能够将压杆72卡入卡槽中，以防止压杆向上抬起而导致意外脱开。锁紧机构的数量与压杆72的数量相适配，以对各个压杆分别进行防脱限制。
48.本实施例中，锁紧块9优选设置成环状，即锁紧块9为环形锁紧块，此时，即便设有多个凸轮连接结构，也可以只设置一个锁紧块9，多个卡槽均设于该环形锁紧块上，这样可以进一步简化系统结构，而且便于操作。
49.在一些实施方式中，如图6所示，锁紧机构还包括止动螺钉8、弹簧13、以及止动球14，以防止锁紧块在非人为操作下转动。
50.具体来说，锁紧块9上设有贯穿螺纹孔，安装座11上设有凹槽，止动球14、弹簧3、以及止动螺钉8依次安装在贯穿螺纹孔内，止动球14能够在弹簧13的作用下进入安装座上的凹槽中，从而使锁紧块9在旋转到位后(即压杆72卡入卡槽)无法轻易继续转动，进而防止在设备运行过程中由于震动等非人为操作等原因而造成凸轮压杆7松脱，避免连接紧固失效。
51.在一些实施方式中，如图1所示，锁紧机构还包括手柄12，手柄12设于锁紧块9上，以便通过手柄12对锁紧块9进行旋转等操作，同时，可以便于采用机械手、长杆工具等辅助手段远程夹持手柄12来旋转锁紧块9至锁紧状态或非锁紧状态。
52.在一些实施方式中，如图7所示，压杆72上活动套设有轴套73，即轴套73可绕压杆72轴线旋转，在压杆72卡入到锁紧块7的卡槽后，使得锁紧块9与压杆72之间隔着轴套73，这样可以降低锁紧块旋转时的摩擦力，防止锁紧块卡死。
53.本实施例中，压杆72上设有方形段，以便使用机械手等辅助设备进行夹持，方便远程操作。
54.在一些实施方式中，如图2、4、5所示，凸轮机构还包括挡块4，挡块4设于第二零件3上，并处于凸轮71的远离后端压杆72的一侧，即挡块4与前端压杆72分别处于后端凸轮71的两侧，当凸轮71转动至其最后一段直线段与第二零件3接触时，挡块4与凸轮71相抵，用于对凸轮71进行限位，防止压杆7下压过度而使凸轮71转动向外脱开，同时，保证凸轮压杆7对第二零件3施加竖直方向的作用力。
55.本实施例中，凸轮71具有左、右两个分凸轮，相应的，挡块4的数量可根据凸轮71的结构设置成两个为一组，每组中的两个分别与凸轮71的左、右两个分凸轮相对。
56.在一些实施方式中，如图2、4、5所示，连杆5上设有第一限位块16，在压杆72上抬至一定程度后，第一限位块16能够与凸轮71相抵，即一限位块16用于在压杆上抬至一定程度后与所述凸轮相抵，防止压杆上抬过度而向外脱开。
57.在一些实施方式中，如图2、4、5所示，销轴安装座15上设有第二限位块17，用于在压杆72上抬至一定程度后与连杆5相抵，防止压杆72上抬过度而使连杆5向外脱开。
58.本实施例中，如图2、4、5所示，第二限位块17与连杆5的接触面优选为斜面。
59.下面对本实施例的快速拆装的多级紧固系统的使用过程进行详述，具体如下：
60.安装操作(以凸轮连接结构完全打开为初始状态，即压杆72上抬至与第一限位块16相抵)：首先，使用机械手等手段夹持凸轮压杆7中的前端压杆72的方形段绕连杆销轴1逆时针(图2方向)向上转动，使连杆5转动至垂直位置，之后，继续转动压杆72，使压杆72向第二零件3方向下压，凸轮71上的过渡曲线段711先与第二零件3接触，继续下压，凸轮71上的第一直线段l1、第二直线段l2等各个直线段依次变为接触面，与第二零件3依次接触并对第二零件3进行挤压，使得第二零件3缓慢、整体向第一零件2移动，最终实现第二零件2与第一零件1之间连接及紧固；然后，使用机械手夹持手柄12对锁紧块9进行旋转，将压杆72卡入锁紧块9的卡槽中，锁紧块9旋转到位后，止动球在弹簧的作用下推入到安装座上的凹槽中，防止锁紧块非人为旋转。
61.拆卸操作：首先，使用机械手夹持手柄12对锁紧块9进行旋转，将锁紧块9的卡槽的槽口旋转至压杆72上方；然后，使用机械手等手段夹持压杆的方形段顺时针(图2方向)向上转动，即上抬压杆72，使凸轮71松开第二零件3，将压杆72转动至与第一限位块16相抵后，继续转动压杆72，带动连杆绕连杆销轴1转动，直至连杆5与第二限位块17相抵限位，此时，完全打开紧固系统，可对第一零件2和第二零件3进行拆卸。
62.实施例2
63.本实施例公开一种用于放射性环境的设备，该设备中的零件(即第一零件2和第二零件3)，尤其是通过法兰连接的零件，其中至少有一部分是采用了实施例1所述的快速拆装的多级紧固系统连接。
64.具体来说，所述设备优选为采用法兰连接的高温放射性设备或放射性过滤器设备的滤芯。
65.在一些实施方式中，如图7所示，两个相连接的零件上还可以分别设有相对应的定位孔，定位孔内设有定位销(74)，以实现两个连接零件之间的定位。
66.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，包括凸轮连接机构和锁紧机构，所述凸轮连接机构用于连接第一零件(2)与第二零件(3)，其包括连杆(5)、凸轮压杆(7)，所述凸轮压杆包括后端凸轮(71)和前端压杆(72)，所述连杆的一端与第一零件连接，连杆的另一端穿过第一零件和第二零件并与所述凸轮可转动地连接，且凸轮上设有过渡曲线段(711)和若干个直线段，将压杆向第二零件下压带动凸轮转动时，过渡曲线段先与第二零件接触，之后，各个直线段依次与第二零件接触后并对其进行挤压而实现第一零件与第二零件之间的连接及多级紧固；所述锁紧机构设于第二零件上，用于在凸轮连接机构将第一零件与第二零件连接紧固后卡紧压杆。2.根据权利要求1所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述凸轮上设有两个直线段，分别为第一直线段(712a)和第二直线段(712b)，且第一直线段至凸轮转动中心的距离r1＜第二直线段至凸轮转动中心的距离r2，下压压杆时，第一直线段先与第二零件接触。3.根据权利要求1所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述锁紧机构包括锁紧块(9)、安装座(11)，所述安装座设于第二零件上，所述锁紧块设于安装座上并能够进行旋转，锁紧块上设有l形卡槽，旋转锁紧块能够将所述压杆卡入所述卡槽，以防止压杆向上抬起。4.根据权利要求3所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述锁紧机构还包括止动螺钉(8)、弹簧(13)、以及止动球(14)，所述锁紧块上设有贯穿螺纹孔，所述安装座上设有凹槽，所述止动球、所述弹簧、以及所述止动螺钉依次安装在所述贯穿螺纹孔内，且止动球能够在弹簧的作用下进入所述凹槽中。5.根据权利要求3所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述锁紧机构还包括手柄(12)，所述手柄设于锁紧块上。6.根据权利要求1所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述压杆上活动套设有轴套(73)，用于降低锁紧块旋转时的摩擦力，防止锁紧块卡死。7.根据权利要求1所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述凸轮机构还包括挡块(4)，所述挡块设于第二零件上，用于对所述凸轮进行限位，防止压杆下压过度而使凸轮转动向外脱开。8.根据权利要求7所述的快速拆装的多级紧固系统，其特征在于，所述连杆上设有第一限位块(16)，用于在压杆上抬至一定程度后与所述凸轮相抵，防止压杆上抬过度而向外脱开。9.一种用于放射性环境的设备，其特征在于，所述设备中法兰采用权利要求1-8任一项所述的多级紧固系统连接。10.根据权利要求9所述的用于放射性环境的设备，其特征在于，所述设备为高温放射性设备或放射性过滤器设备。

技术总结
本发明公开一种快速拆装的多级紧固系统，包括凸轮连接机构和锁紧机构，凸轮连接机构包括连杆、凸轮压杆，凸轮压杆包括后端凸轮和前端压杆，连杆的一端与第一零件连接，其另一端穿过第一零件和第二零件并与凸轮可转动地连接，凸轮上设有过渡曲线段和若干个直线段，将压杆向第二零件下压带动凸轮转动时，过渡曲线段先与第二零件接触，之后，各个直线段依次与第二零件接触后并对其进行挤压而实现连接及多级紧固；锁紧机构设于第二零件上，用于卡紧压杆。本申请还公开一种用于放射性环境的设备。本发明具有快速紧固、多级预紧等优点，拆装效率高，适用范围广，能够满足放射性等特殊环境零部件的连接、贴合、密封等需方便快速拆装的要求。的要求。的要求。


技术研发人员：马敬 张果 陈计远 杨宏悦 陈勇 侯留东 王广开 唐拓 阚琛 常青
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/7/21