Шпаговый манипулятор
SWORD MANIPULATOR

Изобретение относится к механическим манипуляторам, предназначенным для работы в изолированных камерах с радиоактивными веществами и исключающим непосредственный контакт человека с этими веществами.
Известен шпаговый манипулятор, содержащий проходку, шаровую опору, смонтированную в ней трубу, в которой размещена с возможностью поступательного движения штанга, имеющая на одном конце исполнительный орган, а другим концом кинематически связанная с рукояткой управления. (А.с. СССР №137594 G 21 J 7/06, 1961 г.).
Недостатком этого манипулятора является то, что он имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. его конструкция не позволяет исполнительному органу совершать качательные движения.
Этот недостаток устранен в выбранном в качестве прототипа шпаговом манипуляторе, содержащем проходку, шаровую опору, смонтированную в ней трубу, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга, имеющая на одном конце замковый орган для крепления сменных инструментов, а на другом герметичный привод штанги манипулятора.
Шаровая опора выполнена из трех сферических элементов, концентрично расположенных друг относительно друга. Внутренний сферический элемент через герметичный сильфон связан с трубой. Наружный сферический элемент жестко связан с проходкой. Внутренний и наружный сферически элементы образуют полость, в которой расположен средний сферический элемент, посредством сильфона связанный с трубой. Средний сферический элемент выполнен с конической поверхностью. Полость, образованная внутренним и средним сферическими элементами, заполнена экранирующим веществом, поглощающим ионизирующие излучения. (А.С. СССР №117241, Мкл. F27D 23/00,1982 г.).
Недостатком этого манипулятора является то, что при работе с высокоактивными изотопами ядерного производства радиоактивных веществ с комбинированным (бета и гамма) излучением, он обладает низкой степенью биологической защиты из-за недостаточной толщины экранирующих стенок сферических элементов. Хотя полость, образованная внутренним и среднем сферическими элементами заполнена экранирующим веществом, толщина экранирующего слоя меньше толщины проходки. Поэтому данная конструкция шаровой опоры не исключает проникновения высокоактивных изотопов в операторское помещение. Это может создать при эксплуатации такого манипулятора опасную радиационную обстановку в операторском помещении.
Кроме того большой шаг хода продольного перемещения штанги манипулятора затрудняет надежную герметизацию.
Целью изобретения является повышение степени биологической защиты за счет повышения герметичности.
Поставленная цель достигается тем, что в шпаговом манипуляторе, содержащем образованный подвижной штангой и захватом исполнительный орган, шаровую опору, установленную в стенке камеры проходку, герметизирующие сильфоны и рукоятку управления, в котором подвижная штанга пропущена через шаровую опору и связана с рукояткой управления, согласно изобретению шаровая опора выполнена в виде двух полусферических элементов, установленных в гнездах на внутренней и наружной сторонах проходки и связанных между собой посредством тяг. Захват соединен с подвижной штангой посредством многократного шарнирного параллелограмма.
Кроме того, предложено полусферические элементы выполнять вмонтированными во внутренние обоймы подшипников, наружные обоймы которых связаны между собой тягами. Выполнение шаровой опоры в виде двух полусферических элементов, установленных в гнездах на внутренней и наружной сторонах проходки повышает герметичность благодаря тому, что исключается необходимость выполнения в проходке отверстия для установки в нем шаровой опоры. Установка многократного шарнирного параллелограмма между подвижной штангой и захватом позволяет существенно уменьшить продольное перемещение подвижной штанги, что облегчает ее герметизацию. Соединение же полусферических элементов тягами и установка их во внутренних обоймах подшипников необходимы для обеспечения тех же функциональных возможностей, что и у прототипа. Действительно, введение тяг, связывающих полусферические элементы, необходимо для сообщения исполнительному органу качательных движений. Установка полусферических элементов во внутренних обоймах подшипников и присоединение тяг к внешним обоймам подшипников позволяют исполнительному органу совершать вращательные движения. При непосредственном же присоединении тяг к периферийным частям полусферических элементов это невозможно. Таким образом отличительные от прототипа признаки являются существенными, т.к. каждый из них необходим, а все вместе взятые достаточны для достижения преимуществ по сравнению с прототипом.
Из отличительных от прототипа признаков в исследованных аналогах обнаружено выполнение исполнительного органа манипулятора в виде многократного шарнирного параллелограмма с захватом (а.с. СССр №963847). Остальные же отличительные признаки в аналогах отсутствуют. Следовательно заявляемый манипулятор отвечает критерию «существенные отличия».
Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез шпагового манипулятора, на фиг. 2 - поперечный разрез А-А.
Шпаговый манипулятор содержит проходку 1, закрепленную посредством болтового соединения в стенке 2 вакуумной камеры. Между опорными плоскостями проходки и стенки вакуумной камеры установлено уплотнительное кольцо 3. На внутренней и наружной поверхностях проходки расточены гнезда 4 и 5, переходящие соответственно в конические полости 6 и 7, вершинами соединенные между собой.
В гнездах 4 и 5 установлены полусферические элементы: внутренний 8 и наружный 9, запрессованные во внутренние обоймы подшипников 10, 11, наружные обоймы которых соединены между собой тягами 12. Тяги 12 пропущены сквозь отверстия 13, просверленные в проходке. На выходах тяг 12 из отверстий 13 установлены герметизирующие сильфоны 14. Конические полости 6 и 7 заполнены пористой резиной. По оси полусферических элементов 8 и 9 выполнены сквозные отверстия 15 и 16, через которые пропущена подвижная штанга 17. На одном конце подвижной штанги 17 закреплен шарнир многократного шарнирного параллелограмма 18, а на другом рукоятка управления 19. Подвижная штанга 17, многократный шарнирный параллелограмм 18 и захват 20 образуют исполнительный орган. На выходе подвижной штанги 17 из отверстий 15, 16 установлены герметизирующие сильфоны 21 и 22.
Манипулятор работает следующим образом.
При необходимости совершения качательного движения захвата 20, оператор отклоняет рукоятку управления 19 в нужном направлении. Вместе с рукояткой управления перемещается связанный с ней конец подвижной штанги 17, которая являясь двуплечим рычагом, совершает поворот относительно упора, образованного переходом конических полостей 6 и 7 одна в другую.
Вместе с подвижной штангой 17 совершают качательные движения полусферические элементы 8, 9 шаровой опоры, постоянно прижимаемые к сферическим поверхностям гнезд 4 и 5 тягами 12, и благодаря этому герметизируется отверстие в проходке 1, образованное коническими полостями 6 и 7.
При вращательном движении оператор с помощью рукоятки управления 19 поворачивает подвижную штангу 17 вокруг ее оси. Поскольку подвижная штанга 17 сильфоном 21 и ведущим звеном многократного шарнирного параллелограмма 18 связана с внутренним полусферическим элементом 8, а сильфоном 22 с наружным полусферическим элементом 9, то при ее вращении полусферические элементы также вращаются вместе с внутренними обоймами подшипников 10 и 11.
Наружные обоймы этих подшипников стоят на месте, т.к. связаны тягами 12 с проходкой 1. Вращательное движение подвижной штанги 17 через многократный шарнирный параллелограмм передается захвату 20.
При поступательном движении рукоятки управления 19 вместе с ней движется подвижная штанга 17, перемещая внутренний шарнир, разграничивающий ведущую и ведомую части многократного шарнирного параллелограмма 18. Одновременно на такую же величину перемещается каждый внутренний шарнир ведомой части. Поскольку ведомая часть имеет в 11 раз больше шарнирных параллелограммов, по сравнению с ведущей, то величина перемещения захвата 20 в n раз больше величины перемещения рукоятки управления 19.
При работе шпагового манипулятора отверстия 15, 16 в полусферических элементах загерметизированы сильфонами 21 и 22.
По сравнению с прототипом заявляемый шпаговый манипулятор обладает более высокой степенью биологической защиты, т.к. суммарное сечение отверстий для тяг 12 и подвижной штанги 17 в его проходке 1 значительно меньше сечения отверстия для установки шаровой опоры из тонкостенных элементов в прототипе. Именно благодаря этому обеспечивается надежная защита оператора от воздействия на него мощного ионизирующего излучения. Это позволяет нормализовать радиационную обстановку в операторских помещениях, что положительно скажется на технике безопасности работающего персонала, сократит общие затраты на дизактивацию рабочих помещений и организацию лечебно-профилактических мероприятий. Кроме того, исполнение шаровой опоры в заявляемом манипуляторе гораздо проще, чем в прототипе.
Источники известности:
4
1. А.с. №137594 СССР, МКИ С21J 7/06.
4
2. А.с. №117241 СССР, МКИ F27D 23/00.
4
3. А.с. №963847 СССР, МКИ В25J 9/00.