一种防撞齿机构及核燃料转运装置的制作方法

1.本发明具体涉及一种防撞齿机构以及包括该防撞齿机构的核燃料转运装置。


背景技术：

2.由于三代核电站反应堆厂房采用双层安全壳结构，导致反应堆装卸料操作过程中燃料转运装置操作燃料组件的运输路径变长，燃料转运装置通过两套小车驱动机构采用齿轮齿条接力驱动小车运动。在接力驱动过程中，可能由于齿轮单个齿的中心线与齿条单个齿的中心线共线而造成驱动机构无法驱动，从而导致机构“卡死”，驱动链失效。
3.现有的燃料转运装置防撞齿机构为机械式防撞齿机构，比如中国发明专利cn201210536624.6公开了一种接力驱动燃料转运装置防撞齿机构，但是上述燃料转运装置防撞齿机构还存在如下不足：第一，在60年的寿期内会因磨损导致精度变差，逐渐丧失接力驱动功能；第二，对安装精度要求较高，安装精度超差导致受力过大可能引起其变形从而导致失效。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种防撞齿机构以及包括该防撞齿机构的核燃料转运装置。所述防撞齿机构能够有效地解决接力传动时机械齿轮与机械齿条可能出现不同步而出现卡死或驱动失效的问题。
5.为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种防撞齿机构，包括永磁齿轮与永磁齿条，所述永磁齿轮与齿轮齿条机构的机械齿轮平行设置，且永磁齿轮与机械齿轮共轴安装，所述永磁齿条与所述齿轮齿条机构中的机械齿条平行，且两者非对齐设置，以使得永磁齿轮与永磁齿条的啮合先于机械齿轮与机械齿条的啮合，在接力驱动的初期，永磁齿轮与永磁齿条非接触式啮合，与永磁齿轮同步旋转的机械齿轮与机械齿条未啮合但进入同步状态。
7.优选的，所述永磁齿轮与机械齿轮的齿数以及模数均相同，所述永磁齿条与所述机械齿条的齿距相同。
8.优选的，所述永磁齿条的前端头的设置位置领先机械齿条的前端头整数个齿数。
9.优选的，所述永磁齿轮和所述永磁齿条采用多层烧结的永磁材料制成，表面具有规律变化的磁场，其中，永磁齿轮的磁场角度与机械齿轮的轮齿相对应。
10.优选的，所述永磁齿轮与所述齿条啮合时，永磁齿轮轮齿的磁场极性与永磁齿条齿槽的磁场极性相反，与永磁齿条轮齿的磁场极性相同。
11.本发明还提供一种核燃料转运装置，包括转运小车、驱动部件和齿轮齿条机构，还包括上述的防撞齿机构，所述齿轮齿条机构包括机械齿轮和机械齿条，所述驱动部件的输出端与所述机械齿轮连接，用于带动机械齿轮转动，并使防撞齿机构的永磁齿轮同步转动，所述防撞齿机构的永磁齿条与机械齿条平行设置在转运小车上，所述机械齿条用于通过与机械齿轮相互啮合，从而驱动转运小车运动。
12.优选的，所述防撞齿机构中，永磁齿轮和所述机械齿轮的模数范围为2-3，齿数范围为15-20。
13.优选的，所述永磁齿条的相邻两个轮齿之间的间距范围为2π-3π，所述机械齿条的相邻两个轮齿之间的间距范围为2π-3π。
14.优选的，所述永磁齿条的前端头与所述机械齿条的前端头的长度差范围为4-6倍齿距。
15.本发明中的防撞齿机构能够有效地解决转运小车在接力传动时机械齿轮与机械齿条可能出现不同步的情况而出现卡死或驱动失效的问题，保证机械齿轮与机械齿条的同步性。永磁齿轮与永磁齿条通过非接触式啮合，使得接力驱动具有无震动和无冲击的效果，接力驱动更加平稳、不易失效、安全性高、易于安装维护。
附图说明
16.图1是本发明实施例2中的核燃料转运装置的结构示意图；
17.图2是本发明实施例1中的永磁齿轮与机械齿轮的结构示意图；
18.图3是本发明实施例1中的永磁齿条与机械齿条的结构示意图；
19.图4是本发明实施例1中的永磁齿轮与永磁齿条的啮合示意图。
20.图中：1-永磁齿轮，2-连接轴，3-机械齿轮，4-永磁齿条，5-机械齿条，6-转运小车。
具体实施方式
21.下面将结合本发明中的附图，对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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
22.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。
23.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。
24.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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.本发明提供一种防撞齿机构，包括永磁齿轮与永磁齿条，所述永磁齿轮与齿轮齿条机构的机械齿轮平行设置，且永磁齿轮与机械齿轮共轴安装，所述永磁齿条与所述机械齿轮齿条机构中的机械齿条平行，且两者非对齐设置，以使得永磁齿轮与永磁齿条的啮合先于机械齿轮与机械齿条的啮合，在接力驱动的初期，永磁齿轮与永磁齿条非接触式啮合，与永磁齿轮同步旋转的机械齿轮与机械齿条未啮合但进入同步状态。
26.本发明还提供一种核燃料转运装置，包括转运小车、驱动部件和机械齿轮齿条机
构，还包括上述的防撞齿机构，所述机械齿轮齿条机构包括机械齿轮和机械齿条，所述驱动部件的输出端与所述机械齿轮连接，用于带动机械齿轮转动，并使防撞齿机构的永磁齿轮同步转动，所述防撞齿机构的永磁齿条与机械齿条平行设置在转运小车上，所述机械齿条用于通过与机械齿轮相互啮合，从而驱动转运小车运动。
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例公开一种防撞齿机构，包括永磁齿轮1与永磁齿条4，永磁齿条4与齿轮齿条机构中的机械齿条5平行设置于同一运动部件上，永磁齿轮1与齿轮齿条机构的机械齿轮3平行设置，且永磁齿轮1与机械齿轮3共轴安装，即两者的中心轴为同一根，两者设置在运动部件的运动路线前方。永磁齿条4与齿轮齿条机构中的机械齿条非对齐设置，以使得永磁齿轮1与永磁齿条4的啮合先于机械齿轮3与机械齿条5的啮合，在接力驱动的初期，永磁齿轮1与永磁齿条4非接触式啮合，与永磁齿轮1同步旋转的机械齿轮3与机械齿条5未啮合但进入同步状态。
29.如图2所示，永磁齿轮1与机械齿轮3的齿数以及模数均相同，永磁齿条4与机械齿条5的齿距相同，并且永磁齿条4的前端头的设置位置领先机械齿条5的前端头整数个齿数。永磁齿轮1与机械齿轮3通过连接轴2连接，并且两者的齿数和模数均相同，从而保证了两者同步转动。其中，永磁齿条4与永磁齿轮1设置在同一直线上，机械齿轮3与机械齿条5设置在同一直线上，即运动部件沿着运动路线前进时，以使得永磁齿条4与永磁齿轮1非接触式耦合，机械齿条5与机械齿轮3啮合。
30.永磁齿条4与机械齿条5非对齐设置，具体来说，永磁齿条4的前端头的设置位置领先机械齿条5的前端头，以使得永磁齿条4先与永磁齿轮1非接触式耦合，此时，机械齿条5与机械齿轮3之间要进行啮合还有一段距离，由于机械齿轮3与永磁齿轮1是同步转动的，而且永磁齿条4的前端头的设置位置领先机械齿条5的前端头整数个齿数，从而使得机械齿轮3与机械齿条5提前进入同步状态，进而保证机械齿轮3与机械齿条5在接触时，能够精准啮合，避免出现机械齿轮3单个齿与机械齿条5的单个齿的中心线共线而造成驱动部件无法驱动的情况。
31.如图2、3所示，永磁齿轮1和永磁齿条4采用多层烧结的永磁材料制成，具体可以采用钕铁硼材料，其表面具有规律变化的磁场，其中，永磁齿轮1的磁场角度与机械齿轮3的轮齿相对应，永磁齿条4的磁场角度与机械齿条5上的轮齿相对应。
32.具体的，永磁齿轮1的外圆周上形成的磁场角度与机械齿轮3完全相同，即永磁齿轮1磁场构成的轮齿大小/个数以及相邻的两个轮齿之间的间距与机械齿轮3完全相同。永磁齿条4的形状为长条形，其一端面上形成的磁场角度与机械齿条5完全相同，即永磁齿条4磁场构成的轮齿大小/个数以及相邻的两个轮齿之间的间距与机械齿条5完全相同。
33.如图4所示，在本实施例中，永磁齿轮1与永磁齿条4啮合时，永磁齿轮1的轮齿的磁场极性与永磁齿条4的齿槽的磁场极性相反，且与永磁齿条4的轮齿的磁场极性相同，从而使得永磁齿轮1与永磁齿条4之间能够进行非接触式耦合。
34.在使用过程中，应该注意永磁齿轮1的磁场角度与机械齿轮3的轮齿之间的对应关系以及永磁齿条4与机械齿条5之间的对应关系，确保永磁齿轮1与机械齿轮3同步转动，永磁齿条4与机械齿条5之间的长度差为整数个齿数。
35.本实施例中的防撞齿机构能够有效地解决转运小车6在接力传动时机械齿轮3与
机械齿条5可能出现不同步的情况而出现卡死或驱动失效的问题，保证机械齿轮3与机械齿条5的同步性。永磁齿轮1与永磁齿条4通过非接触式啮合，使得接力驱动具有无震动和无冲击的效果，接力驱动更加平稳、不易失效、安全性高、易于安装维护。并且非接触式啮合不会对永磁齿轮1与永磁齿条4产生磨损，进而延长了永磁齿轮1与永磁齿条4的使用寿命。
36.实施例2
37.本实施例公开一种核燃料转运装置，包括转运小车6、驱动部件和齿轮齿条机构，还包括实施例1中的防撞齿机构，齿轮齿条机构包括机械齿轮3和机械齿条5，驱动部件的输出端与机械齿轮3连接，用于带动机械齿轮3转动，并使防撞齿机构的永磁齿轮1同步转动，防撞齿机构的永磁齿条4与机械齿条5平行设置在转运小车6上，机械齿条5通过与机械齿轮3相互啮合，从而驱动转运小车6运动。
38.在本实施例中，永磁齿轮1和机械齿轮3的模数范围为2-3，齿数范围为15-20，其中，模数优选为3，齿数优选为15；永磁齿条4的相邻两个轮齿之间的间距(永磁尺寸模数
×
π)范围为2π-3π，机械齿条5的相邻两个轮齿之间的间距(永磁尺寸模数
×
π)范围为2π-3π，其中，永磁齿条4的相邻两个轮齿之间的间距/机械齿条5的相邻两个轮齿之间的间距优选为3π。
39.在本实施例中，永磁齿条4的前端头与机械齿条5的前端头的长度差范围为4-6倍齿距。将长度差设置在该范围内，有利于确保机械尺寸与机械齿条5能够有效到达同步状态，而不至于造成动力浪费。
40.在本实施例中，进行接力传动的过程中共设有两套驱动机构，包括第一套驱动机构与第二套驱动机构，转运小车6从初始工位运动到指定工位共分为两段运动过程，其中，第一段运动过程由第一套驱动机构驱动，第二段驱动过程由第二套驱动机构驱动，第一套驱动机构设置在转运小车6靠近初始工位的位置，第二套驱动机构设置在转运小车6靠近目标工位的位置，第一套驱动机构与第二套驱动机构分别包括一个机械齿轮，且第二驱动机构中的机械齿轮与永磁齿轮共轴连接。
41.本实施例中的核燃料转运装置的工作过程如下所示：
42.首先，将核燃料吊运至处于初始工位的转运小车6上；
43.随后，第一套驱动机构中的机械齿轮先与转运小车6上的机械齿条5啮合，以驱动转运小车6运动；
44.再后，在两套驱动机构的交接位置区域(永磁齿条布设在交接位置区域中)，设置在转运小车6上的永磁齿条4与永磁齿轮1(与第二套驱动机构中的机械齿轮3共轴)耦合，使得第二套驱动机构中的机械齿轮3与转运小车6上的机械齿条5提前进入同步状态，当然，在转运小车6上的机械齿条5与第二套驱动机构中的机械齿轮3正式啮合之前，第一套驱动机构中的机械齿轮继续与转运小车6上的机械齿条5啮合，即第一套驱动机构中的机械齿条的最后一段是布设在交接位置区域的，此时，第一套驱动机构继续驱动转运小车6运动，当第二套驱动机构中的机械齿轮3与转运小车6上的机械齿条5开始啮合后，第一套驱动机构中的机械齿轮3与转运小车6上的机械齿条5断开，由第二套驱动机构中的机械齿轮3接力驱动转运小车6运动至目标工位，
45.最后，将转运小车上的核燃料吊运至目标工位。
46.本实施例中的核燃料转运装置采用防撞齿机构，保证了转运小车6在接力传动过
程中，机械齿轮3与机械齿条5能够在啮合之前就保持同步状态，从而确保了机械齿轮3与机械齿条5在啮合时能够精准啮合，使得转运小车6的接力驱动具有无震动和无冲击的效果，接力驱动更加平稳、不易失效、安全性高、易于安装维护。
47.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：
1.一种防撞齿机构，其特征在于，包括永磁齿轮(1)与永磁齿条(4)，所述永磁齿轮(1)与齿轮齿条机构的机械齿轮(3)平行设置，且永磁齿轮(1)与机械齿轮(3)共轴安装，所述永磁齿条(4)与所述齿轮齿条机构中的机械齿条(5)平行，且两者非对齐设置，以使得永磁齿轮(1)与永磁齿条(4)的啮合先于机械齿轮(3)与机械齿条(5)的啮合，在接力驱动的初期，永磁齿轮(1)与永磁齿条(4)非接触式啮合，与永磁齿轮(1)同步旋转的机械齿轮(3)与机械齿条(5)未啮合但进入同步状态。2.根据权利要求1所述的防撞齿机构，其特征在于，所述永磁齿轮(1)与机械齿轮(3)的齿数以及模数均相同，所述永磁齿条(4)与所述机械齿条(5)的齿距相同。3.根据权利要求2所述的防撞齿机构，其特征在于，所述永磁齿条(4)的前端头的设置位置领先机械齿条(5)的前端头整数个齿数。4.根据权利要求3所述的防撞齿机构，其特征在于，所述永磁齿轮(1)和所述永磁齿条(4)采用多层烧结的永磁材料制成，表面具有规律变化的磁场，其中，永磁齿轮(1)的磁场角度与机械齿轮(3)的轮齿相对应。5.根据权利要求4所述的防撞齿机构，其特征在于，所述永磁齿轮(1)与所述齿条啮合时，永磁齿轮(1)轮齿的磁场极性与永磁齿条(4)齿槽的磁场极性相反，与永磁齿条(4)轮齿的磁场极性相同。6.一种核燃料转运装置，其特征在于，包括转运小车(6)、驱动部件和齿轮齿条机构，还包括权利要求1-5任一项所述的防撞齿机构，所述齿轮齿条机构包括机械齿轮(3)和机械齿条(5)，所述驱动部件的输出端与所述机械齿轮(3)连接，用于带动机械齿轮(3)转动，并使防撞齿机构的永磁齿轮(1)同步转动，所述防撞齿机构的永磁齿条(4)与机械齿条(5)平行设置在转运小车(6)上，所述机械齿条(5)用于通过与机械齿轮(3)相互啮合，从而驱动转运小车(6)运动。7.根据权利要求6所述的核燃料转运装置，其特征在于，所述防撞齿机构中，永磁齿轮(1)和所述机械齿轮(3)的模数范围为2-3，齿数范围为15-20。8.根据权利要求6所述的核燃料转运装置，其特征在于，所述永磁齿条(4)的相邻两个轮齿之间的间距范围为2π-3π，所述机械齿条(5)的相邻两个轮齿之间的间距范围为2π-3π。9.根据权利要求6所述的核燃料转运装置，其特征在于，所述永磁齿条(4)的前端头与所述机械齿条(5)的前端头的长度差范围为4-6倍齿距。

技术总结
本发明公开一种防撞齿机构及包括该防撞齿机构的核燃料转运装置，所述防撞齿机构包括永磁齿轮与永磁齿条，所述永磁齿轮与齿轮齿条机构的机械齿轮平行设置，且永磁齿轮与机械齿轮共轴安装，所述永磁齿条与所述机械齿轮齿条机构中的机械齿条平行，且两者非对齐设置，以使得永磁齿轮与永磁齿条的接触先于机械齿轮与机械齿条的接触，在接力驱动的初期，永磁齿轮与永磁齿条非接触式啮合，与永磁齿轮同步旋转的机械齿轮与机械齿条未啮合但进入同步状态。所述防撞齿机构能够有效地解决接力传动时机械齿轮与机械齿条可能出现不同步而出现卡死或驱动失效的问题。死或驱动失效的问题。死或驱动失效的问题。


技术研发人员：王杰琮 李云华 胡仲凯 张鑫 张洪军 唐兴贵 张耀春 苏子威 周超 沈艳祥 王晨 刘慧芳 秦玮
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/25