УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ
STORAGE DEVICE

Область техники и предшествующий уровень техники
Изобретение относится к устройству для хранения с пошаговым перемещением, обеспечивающему хранение объектов, доставляемых на один или несколько заданных участков.
Устройство для хранения может быть применено для хранения днищ контейнеров или пустых контейнеров, используемых для транспортировки материалов для изготовления ядерного топлива.
Некоторые материалы, используемые при изготовлении ядерного топлива, например МОКС-топлива, транспортируются в замкнутых и герметичных контейнерах внутри емкостей, которые сами являются замкнутыми и герметичными.
Например, для изготовления МОКС-топлива оксид плутония получают после переработки отработанного топлива и хранят в замкнутых герметичных металлических контейнерах, причем эти контейнеры укладывают внутрь замкнутой герметичной металлической емкости. Эти емкости затем транспортируют от установки для переработки отработанного ядерного топлива к установке получения смешанного оксидного ядерного топлива.
Когда данная емкость прибывает к установке для получения МОКС-топлива ее открывают и производят выгрузку контейнеров с оксидом плутония для использования оксида плутония.
Открытие емкости и манипулирование с контейнерами, содержащими плутоний, осуществляют робототехническими устройствами в защитной камере с перчатками, которыми могут управлять снаружи.
Емкость открывают посредством разрезания одного из ее продольных торцов, называемого «днищем», после чего контейнеры могут извлекаться из емкости, например, под действием силы тяжести.
После отрезания днищ пустые емкости должны быть восстановлены и сохранены для обеспечения их последующего извлечения из защитной камеры для последующей обработки.
Это выполняют посредством использования корзины для удержания днищ контейнеров и корзины для удержания пустых контейнеров. Каждая корзина снабжена ячейками с вертикальной осью, каждая из которых удерживает одно днище контейнера или один пустой контейнер.
Контейнеры перемещают посредством колеса, которое вращают вокруг горизонтальной оси. Днища контейнеров и пустые контейнеры разгружают в корзины под действием силы тяжести. Точка разгрузки контейнеров и днищ контейнеров остается неизменной, а корзины затем поворачивают вокруг вертикальной оси так, что в точке разгрузки оказывается пустое отделение, готовое для приема пустого контейнера или днища контейнера.
Для поворота корзины на известный заданный угол для вращения корзины и корректной установки пустой ячейки в точке разгрузки применяют привод на основе электрического двигателя, связанного с датчиком положения.
Датчики положения имеют свойство выходить из строя, что вызывает проблемы, когда устройство содержится в защитной камере, доступ в которую затруднен.
Кроме того, привод предназначен исключительно для перемещения корзины, поэтому он является довольно дорогим, и увеличиваются габариты системы.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание устройства с пошаговым перемещением, предназначенного для хранения объектов, например пустых контейнеров и днищ контейнеров, и имеющего простую и надежную конструкцию.
Задача решается посредством устройства для хранения, содержащего корзину с продольной осью и множеством распределенных вокруг продольной оси ячеек, канал, проходящий вдоль продольной оси, опору корзины с валом пошагового перемещения, выполненным с возможностью ввода в канал, и средства поворота корзины на заданный угол относительно вала пошагового перемещения, установленные как в канале, так и на валу пошагового перемещения и срабатывающие посредством относительного перемещения вала пошагового перемещения и канала вдоль продольной оси.
Предпочтительно, вал пошагового перемещения содержит кулачки на своей боковой поверхности, а канал снабжен роликами, выполненными с возможностью взаимодействия с кулачками и перемещения между кулачками вдоль первой траектории, когда корзина удаляется от вала пошагового перемещения вдоль продольной оси, и перемещения между кулачками вдоль второй траектории, когда корзина приближается к валу пошагового перемещения вдоль продольной оси так, что угловое положение корзины изменяется на заданный шаг от своего положения перед перемещением корзины вдоль продольной оси.
Предпочтительно, корзина выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси посредством захвата, который захватывает корзину в области продольной оси. Данный захват, предпочтительно, также применяют для перемещения объектов, предназначенных для хранения в корзине. В случае транспортировочных емкостей для контейнеров с материалами, которые будут применены для изготовления ядерного топлива, захват также используют для перемещения полных емкостей, подготовленных для разрезания.
Таким образом, изобретение относится к устройству для хранения с пошаговым перемещением, содержащему опору и установленную на ней корзину, включающую в себя множество ячеек, распределенных вокруг продольной оси, и центральный канал с продольной осью, причем опора снабжена валом с продольной осью, выполненным с возможностью размещения в канале для обеспечения относительного перемещения между корзиной и опорой вдоль продольной оси, при этом на внутренней поверхности канала и на внешней поверхности вала выполнены механические средства перемещения корзины относительно опоры на заданный угол вокруг продольной оси, срабатывающие на каждом цикле, включающем в себя относительное раздвигание или сближение корзины и опоры вдоль продольной оси.
Например, механические средства перемещения содержат толкатели кулачка, установленные на внутренней поверхности канала или на валу, и кулачки, установленные на валу или на внутренней поверхности канала, на которой не установлены толкатели кулачков, причем указанные кулачки определяют пары кулачковых траекторий, по которым направляются толкатели, при этом указанные кулачковые траектории делятся: на траектории, направляющие толкатели кулачков во время относительного раздвигания - кулачковые траектории раздвигания; и на траектории, направляющие толкатели кулачков во время относительного сближения - кулачковые траектории сближения.
Механические средства могут содержать первый ряд и второй ряд, каждый из которых содержит n кулачков, расположенных вдоль продольной оси, причем n кулачков каждого ряда отделены друг от друга углом 360°/n вокруг продольной оси, кулачки первого ряда смещены на угол, равный 180°/n, от кулачков второго ряда, где n - целое число, большее либо равное 1.
Например, кулачки первого ряда содержат по меньшей мере одну грань, наклоненную относительно продольной оси, а кулачки второго ряда содержат по меньшей мере одну грань, наклоненную относительно продольной оси в сторону, противоположную наклону наклонных граней кулачков первого ряда, причем указанные наклонные грани кулачков первого ряда и второго ряда расположены приблизительно одна напротив другой.
Кулачки первого ряда и второго ряда могут содержать грани, параллельные продольной оси, ограничивающие наклонные грани так, что два последующих кулачка имеют две параллельные грани, обеспечивающие продольное направление толкателей кулачков.
Кулачковая траектория раздвигания и кулачковая траектория сближения могут, например, содержать последовательно расположенные вдоль продольной оси первый продольный направляющий участок, по меньшей мере один направляющий участок, наклоненный относительно продольной оси, и второй продольный направляющий участок.
Кулачковые траектория раздвигания и траектория сближения, направляющие один и тот же толкатель кулачка, могут иметь по меньшей мере один общий продольный направляющий участок, при этом наклонные направляющие участки кулачковой траектории раздвигания и кулачковой траектории сближения наклонены в противоположные стороны.
Толкатели кулачка, предпочтительно, образованы роликами, выступающими радиально от внутренней поверхности канала, а кулачки выполнены на валу.
Например, устройство для хранения может содержать шесть ячеек, в котором n равно 6, за счет чего корзина в каждом цикле может поворачиваться на угол 60°.
Изобретение также относится к системе манипулирования, содержащей по меньшей мере одно устройство для хранения с пошаговым перемещением в соответствии с изобретением и средства для управления относительным перемещением корзины и опоры для обеспечения циклов раздвигания и сближения.
Например, средства перемещения могут быть выполнены с возможностью захвата корзины в области ее оси и перемещения ее вверх и вниз вдоль продольной оси, и корзина снабжена по меньшей мере одним средством ее захвата.
Средства перемещения могут содержать захват.
Изобретение также относится к установке с удерживающей ячейкой и по меньшей мере одной системой манипулирования в соответствии с изобретением. Например, установка выполнена с возможностью изготовления ядерного топлива.
Изобретение станет более понятно из дальнейшего описания со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано устройство для хранения в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, вид в продольном разрезе,
на фиг. 2А - корзина устройства для хранения, показанного на фиг. 1, вид сверху,
на фиг. 2B - то же, вид снизу,
на фиг. 3A - вал пошагового перемещения, вид сбоку,
на фиг. 3B - сечение по плоскости А-А на фиг. 3A,
на фиг. 4 - развертка вала пошагового перемещения, показанного на фиг. 3A.
Варианты осуществления изобретения
Далее приведено описание устройства для хранения со ссылкой на транспортную емкость для контейнеров, заполненных материалами, предназначенными для изготовления ядерного топлива.
Однако должно быть понятно, что это лишь один из вариантов осуществления изобретения и что это устройство для хранения может быть применено для хранения других объектов, как в области ядерной промышленности, так и в другой области.
На фиг. 1 показано устройство для хранения в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, вид в продольном разрезе. Устройство имеет ориентированную вертикально продольную ось X.
Устройство для хранения содержит опору 1 и корзину 2. Опора 1 и корзина 2 на фиг. 1 показаны в разъединенном положении.
На фиг. 2А показана корзина 2 для удержания в ней пустых контейнеров, вид сверху.
В показанном примере корзина 2 выполнена в форме прямого кругового цилиндра с осью X, содержащего шесть ячеек 4, расположенных на равных углах вокруг оси X. Пустой контейнер выполнен в форме трубки, закрытой с одного из ее продольных концов; таким образом, он имеет продолговатую форму. Ячейки имеют такую форму, что они обеспечивают удержание контейнеров и днищ контейнеров.
Указанное число ячеек не является ограничивающим и может быть меньше или больше шести.
Кроме того, в приведенном примере ячейки не содержат замкнутую боковую стенку, но имеют боковую стенку, открытую на внешней периферии корзины. Стенки ячеек выполнены так, что они окружают контейнеры в достаточной для их удержания степени.
Ячейки 4 имеют такую глубину, что они обеспечивают удержание пустых контейнеров. Когда корзина должна хранить днища контейнеров, она может быть такой же, что и корзина, применяемая для контейнеров, и в этом случае в каждую ячейку может быть погружено несколько днищ, или корзина с меньшими ячейками, в каждой из которых может удерживаться одно днище контейнера.
Корзина 2 содержит канал 8 с осью X, расположенный в центре относительно ячеек. Канал 8 открыт в нижнем дне 10 через центральное отверстие 12.
В показанном примере верхний конец 13 канала 8 закрыт.
Предпочтительно, корзина 2 содержит средства 14 для ее удержания внешней системой, например внешними захватными средствами, такими как, например, захват для вертикального перемещения корзины 2. В показанном примере средства 14 образованы диском, закрепленным одной из сторон на верхнем конце 13 канала 8 посредством оси 16, диаметр которой меньше, чем диаметр диска, так, что диск имеет выступающую радиальную кромку 18, которая может быть использована для его захвата. Например, захват прикрепляют к движущемуся крану для перемещения на другой участок установки.
Вокруг периферии нижнего отверстия 12 канала 8 установлено три ролика 20, выступающих радиально внутрь канала и размещенных вокруг оси X с угловыми интервалами 120°, как показано на фиг. 2B.
Ролики 20 образуют толкатели кулачков, как будет описано далее.
Опора 1 содержит корпус 24, который устанавливается приблизительно горизонтально, и вал 26 пошагового перемещения с осью X, ориентированной перпендикулярно корпусу 24. Вал 26 пошагового перемещения выполнен с возможностью скольжения в канале 8.
Как показано на фиг. 3A, вал 26 пошагового перемещения содержит боковую поверхность, снабженную выступающими кулачками 30.1-30.6 и 31.1-31.6 и определяющую траектории движения кулачка, вдоль которых скользят ролики 20.
В показанном примере и, предпочтительно, свободный конец 26.1 вала 26 пошагового перемещения выполнен узким, в форме примерно усеченного конуса, упрощающего его введение в канал 8.
Далее со ссылкой на фиг. 4, на которой показана развертка боковой поверхности вала пошагового перемещения, раскрываются особенности расположенных на этом валу кулачков и траекторий движения кулачка в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Кулачки 30.1-30.6 и 31.1-31.6 расположены в два ряда R1, R2 вдоль оси X, по шесть кулачков в каждом ряду. Кулачки указаны с возрастанием номеров ссылочных обозначений в направлении против часовой стрелки.
Два ряда содержат одинаковое число кулачков. Кулачки 30.1-30.6 и 31.1-31.6 в каждом ряду R1 и R2 распределены под одинаковыми углами вокруг оси X. Кулачки 30.1-30.6 ряда R1 смещены на угол, равный 30° относительно кулачков 31.1-31.6 ряда R2. Таким образом, кулачок 30.1 расположен между двумя кулачками 31.1-31.6 по направлению стрелки F.
На фиг. 3B показано сечение по плоскости А-А вала 26 пошагового перемещения. Вал пошагового перемещения содержит шесть участков для роликов, определяющих различные угловые положения, которые может занимать корзина 2.
Каждый кулачок 30.1-30.6 ряда R1, расположенный на стороне корпуса 24, содержит грань 32.1-32.6, наклоненную относительно оси X, расположенную со стороны свободного конца 26.1 вала 26 пошагового перемещения. В показанном примере наклонная грань 32.1-32.6 ограничена двумя гранями 34.1-34.6, параллельными оси X, и наклонные грани 32.1-32.6 образуют с осью X угол 45°.
Кулачки 31.1-31.6 ряда R2, расположенные со стороны свободного конца 26.1 вала пошагового перемещения, содержат грань 36.1-36.6, наклоненную относительно оси X, расположенную со стороны корпуса 24 и имеющую наклон, противоположный наклону грани 32.1-32.6. В показанном примере наклонная грань 36.1-36.6 ограничена двумя гранями 38.1-38.6, параллельными оси X, и наклонные грани 36.1-36.6 образуют с осью X угол 45°.
В показанном примере кулачки 31.1-31.6 имеют форму непрямоугольного параллелограмма и поэтому содержат вторую наклонную грань 40.1-40.6, параллельную наклонной грани 36.1-36.6 и расположенную со стороны свободного конца 26.1 вала 26 пошагового перемещения.
Грани кулачков ограничивают кулачковые траектории С1 раздвигания, направляющие ролики во время относительного раздвигания корзины 2 и вала 26 пошагового перемещения, и кулачковые траектории С2 сближения, направляющие ролики во время относительного сближения корзины 2 и вала 26 пошагового перемещения (см. фиг. 3A и 4).
Работа устройства для хранения
Как показано на фиг. 1, корзина 2 установлена на опоре так, чтобы вал 26 пошагового перемещения располагался в канале 8, ролики 20 были расположены рядом с корпусом 24 опоры, и каждый ролик 20 располагался между двумя кулачками 30.1-30.6.
Предположим, что ролик 20 изначально расположен между кулачком 30.1 и кулачком 30.2. В этом случае ролик 20 расположен между вертикальными гранями 34.1 и 34.2.
Когда корзину 2 необходимо повернуть вокруг ее оси X, захват опускают для захватывания диска 14, а затем поднимают, вызывая перемещение вверх корзины 2 вдоль канала 8. В этом случае ролик 20 перемещается вдоль траектории С1 раздвигания и, таким образом, сначала скользит приблизительно вертикально между двумя вертикальными гранями 34.1 и 34.2 двух соответствующих кулачков 30.1, 30.2, а затем движется в поперечном направлении и в вертикальном направлении по наклонной грани 36.1 кулачка 31.1, и, наконец, движется приблизительно вертикально между двумя вертикальными гранями 38.1 и 38.2 соответствующих кулачков 31.1 и 31.2.
Далее корзину 2 опускают, и ролик 20 скользит по наклонной грани 40.2 кулачка 31.2, а затем скользит между вертикальными гранями 38.1 и 38.2 соответствующих кулачков 31.1 и 31.2, а потом - по наклонной грани 32.2 кулачка 30.2, корзина 2 после этого поворачивается против часовой стрелки из своего положения. Должно быть понятно, что ролик 20 теперь располагается между вертикальными гранями 34.2 и 34.3 соответствующих кулачков 30.2 и 30.3 и больше не находится между кулачками 30.1 и 30.2. Таким образом, он повернулся на угол 60° вокруг оси X. Соответственно, корзина повернулась против часовой стрелки вокруг оси X на угол 60°.
Таким образом, вал 26 пошагового перемещения и ролики 20 образуют простые и надежные средства пошагового перемещения, которые не требуют электронного управления. Кроме того, положение ячеек может быть записано посредством подсчета числа перемещений корзины, и ячейка очень просто может быть связана с контейнером и днищем контейнера.
В соответствии с изобретением ячейки корзины могут перемещаться с заданным шагом исключительно посредством механических средств без применения датчика положения или электронных обрабатывающих средств. Таким образом, устройство является очень надежным и не требует обслуживания.
В раскрытом примере имеются общие участки траекторий С1 и С2, но также возможны варианты, в соответствии с которыми две траектории не имеют общих участков, например кулачки ряда R2 могут быть выполнены так, что на этапе сближения ролик 20 перемещается между гранями 38.2 и 38.3 роликов 31.2 и 31.3, а не между гранями 38.1 и 38.2 роликов 31.1 и 31.2.
В раскрытом примере корзина поворачивается посредством ее смещения. В соответствии с альтернативным вариантом возможно, чтобы опора перемещалась вниз относительно корзины, при этом расположение кулачков вдоль оси X должно быть обратным расположению, показанному на фиг. 3, или, чтобы корзина и опора могли перемещаться, разъединяясь или сближаясь друг с другом.
Устройство, в котором ролики установлены на валу 26, а кулачки расположены на внутренней поверхности канала 8 также находится в пределах объема настоящего изобретения, особенно в случае устройства большого размера.
Также можно обеспечить перемещение корзины посредством домкрата или другой системы, расположенной под корзиной или сбоку и обеспечивающей вертикальное перемещение корзины относительно опоры.
Должно быть понятно, что число роликов не ограничивается тремя. Применение трех роликов имеет преимущество, заключающееся в том, что в этом случае обеспечивается равномерное направление корзины относительно вала.
Кроме того, профиль и число кулачков могут быть подобраны в функции числа ячеек корзины. Например, в случае корзины с восьмью ячейками вал пошагового перемещения может содержать два ряда по восемь кулачков. Однако число кулачков не обязательно должно увеличиваться с увеличением числа ячеек. Возможен вариант, когда несколько ячеек загружаются одновременно, например по две; в этом случае для корзины с двенадцатью ячейками потребуется только шесть разных угловых положений, как и для устройства, описанного выше.
Использование захвата для перемещения корзины является особенно предпочтительным, поскольку захват может быть применен и для других целей и, следовательно, может выполнять несколько функций, что снизит затраты на изготовление установки. Например, в случае корзин для хранения пустых контейнеров и днищ контейнеров, которые были использованы для транспортировки контейнеров с материалами для изготовления ядерного топлива, такими как оксид плутония, захват также может быть использован для перемещения полного контейнера, готового для открытия. Он также может быть использован для перемещения полной корзины, готовой к извлечению.
Таким образом, устройство для хранения в соответствии с изобретением может быть применено в областях техники, в которых требуется простой сбор объектов.