2023放射性物质远程操作装置第5部分：剑式机械手

5机械手II目 次1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14分类和运动学特性 15选型的基本考虑 86专用剑式机械手 157附件 15附录A（资料性）剑式机械手护套 16附录B（资料性）球承 17附录C（资料性）剑式机械手的特性参数与操作空间之间的关系 19附录D（资料性）夹钳的夹爪 23附录E（资料性）剑式机械手护套的更换 25附录F（资料性）专用剑式机械手 27附录G（资料性）附件 28IIIIII1和用户提供了指导。2帮助机械式主从机械手用户进行产品选择和使用，并为设计方提供指导。3供指导。4定要求，旨在帮助动力机械手用户进行产品选择和使用，并为设计方提供指导。5求，旨在帮助剑式机械手用户进行产品选择和使用，并为设计方提供指导。11放射性物质远程操作装置第5部分:剑式机械手范围本文件规定了远程操作剑式机械手的分类、运动学特性、选型等方面的内容。本文件适用于电离辐射环境中的远程操作剑式机械手。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/T12163用于防护电离辐射的50mm和100mm厚墙的铅屏蔽构件GB18871电离辐射防护与辐射源安全标准GB/TXXXXX.1放射性物质远程操作装置第1部分：通用要求GB/TXXXXX.2放射性物质远程操作装置第2部分：机械式主从机械手EJ/T1096密封箱室密封性分级及其检验方法EJ/T1175.1密封箱室部件第1部分：手套接盘、封袋接盘、手套孔盖、封袋孔盖、密封环及可互换件EJ/T1175.2密封箱室部件第2部分：手套、焊封袋、剑式机械手护套及主从机械手护套ISO9404-1用于防护电离辐射的150mm、200mm和250mm1部分:150mm和200mm（Enclosuresforprotectionagainstionizingradiation—Leadshieldingunitsfor150mmm,200mmand250mmthickwalls—Part1:Chevronunitsof150mmand200mmthickness）术语和定义GB/TXXXXX.1和GB/TXXXXX.2界定的术语和定义适用于本文件。分类和运动学特性分类通则直接手持。GB/TXXXXX.122剑式机械手安装在屏蔽墙或密封箱体上时，可配装护套（见附录A）和防止机械手污染。根据预期用途的不同，安装在直杆活动端的末端执行器可选用可拆换的或不可拆换的。的直杆长度更长、直径更大。直杆式和腕关节式。水平剑式机械手水平剑式机械手直杆的中心轴线基本水平。水平剑式机械手负载能力（5.2.1）适中。式机械手通常用于具有屏蔽墙的密封箱室中，一般成对安装。GB/T12163ISO9404-1的相关要求。球承尺寸、屏蔽等方面的要求见附录B。GB18871垂直剑式机械手较水平剑式机械手要大很多。XYZ的起升装置实现。垂直剑式机械手的总体设计应确保机械手在水中所占据的空间不会降低屏蔽效果。运动学特性概述剑式机械手能完成5至7（包括1个夹紧运动刚性直杆式剑式机械手能完成5直杆（可实现夹钳俯仰）式剑式机械手能完成6个运动，腕关节（可实现夹钳的俯仰和旋转运动）式机械手能完成7个运动。水平剑式机械手刚性直杆式水平剑式机械手115（当置于初始位置时）：XZZX方向上的移动；YY（β运动）；夹紧运动。3377标引序号说明：1——屏蔽墙；2——屏蔽观察窗；3——直杆；4——球承；5——手柄；6——操作区；7——屏蔽工作箱；8——夹钳；9——护套；10——密封箱体。安装示意图运动原理图图1刚性直杆式水平剑式机械手（带护套）22a）]和2b）]。441 1a)刚性直杆式水平剑式机械手（带护套）b)刚性直杆式水平剑式机械手（不带护套）标引序号说明：1——可选球承旋转锁。注：水平剑式机械手直杆长度L的尺寸见5.2.2.1.1。图2刚性直杆式水平剑式机械手C。关节直杆式水平剑式机械手336771285643标引序号说明：1——屏蔽墙；2——屏蔽观察窗；3——直杆；4——球承；5——手柄；6——操作区；7——屏蔽工作箱；8——夹钳。安装示意图55yyβαZαXγ运动原理图图3关节直杆式水平剑式机械手（不带护套）4221标引序号说明：1——可选球承旋转锁；2——护套。注：护套用于保护枢轴免受灰尘污染以及操作人员的手免受伤害。图4关节直杆式水平剑式机械手（带护套）腕关节式水平剑式机械手腕关节式水平剑式机械手[见图5a）和图5b）]的夹钳可以俯仰（α旋转）且可绕Y轴旋转（β旋转）。操作人员操作手柄作俯仰运动，手柄的运动通过关节传动到夹钳，使夹钳产生同样的俯仰运动。腕关节式水平剑式机械手可完成7个运动。66775632481标引序号说明：1——夹钳；2——球承；3——手柄；4——直杆；5——屏蔽墙；6——屏蔽观察窗；7——屏蔽工作箱；8——操作区。yαyαZαXγ运动原理图图5腕关节式水平剑式机械手垂直剑式机械手6777a）]。垂直剑式机577a)7b）]。XY7a）]。Zγ转直杆来实现。刚性直杆式垂直剑式机械手不能完成α运动和ββ运动。标引序号说明：1——夹钳；2——直杆（关节式）；3——手柄；4——运载装置；5——水池。图6垂直剑式机械手安装示意图88 a)运载装置上垂直剑式机械手的运动 b）腕关节运动图7运载装置上垂直剑式机械手运动原理图选型的基本考虑一般要求应根据密封箱室内或水池内的操作要求选择剑式机械手的类型。性更高。若有以下任何一项要求，则应使用关节直杆式剑式机械手或腕关节式剑式机械手：完成复杂任务需要较大的灵活性；需要较大的操作空间；剑式机械手或物件需要到达特定方位；易于使用专用工具；特殊操作条件。剑式机械手在密封箱体上的定位设计应能以最简单的方式操作物件。特殊要求负载能力通则为了选择合适的剑式机械手类型，应明确要执行的任务，须考虑以下参数：通常操作或提起的物件或工具的重量及最大重量；施加在待操作物件或工具上静态和动态的力；99工具的反作用力；操作的物件或工具几何结构或形状。水平剑式机械手水平剑式机械手的有效负载能力取决于预期应用：25kg；10kg垂直剑式机械手10kg45kg。应避免在最大负载能力附近长时间使用。尺寸和形状水平剑式机械手5.2.2.1.15.2.2.1.1500mm～1500mm2b）]。注：刚性直杆式水平剑式机械手的直杆的长度是手柄至夹钳的距离，关节直杆式水平剑式机械手或腕关节式剑式机械手的直杆的长度是刚性部分的长度。14mm～24mm。24mm～45mm。垂直剑式机械手垂直剑式机械手长度为几米，有时由模块化部件组成（1m）；33mm～60mm。夹钳连接方式夹钳连接到直杆上有三种常规方式：螺钉连接、球连接和卡口连接。夹钳夹钳是剑式机械手典型的末端执行器。88b）8e）8250N的夹紧力。为执行特定任务，可使用专用附件替代夹钳和/或夹爪（D）。1010物件直径mm夹紧力物件直径mm夹紧力N2025502010010物件直径mm夹紧力N403050256020物件直径mm夹紧力N403060257520剪刀式夹钳 b)夹爪平行移动的夹钳 c)夹爪平行移动的夹钳物件直径mm夹紧力N物件直径mm夹紧力N20100408060708060直径mm夹紧力N208040706060d)夹爪平行移动的夹钳e)夹爪平行移动的夹钳标引序号说明：1——闭合位置；2——开启位置。注：在每张图中，图的上半部分显示了夹爪开启的状态，图的下半部分显示了夹爪闭合的状态。图8夹钳水平剑式机械手的安装要求1111球承直径、直杆直径和屏蔽墙厚度之间的相互影响下述特性会影响水平剑式机械手可利用的操作空间（9），应加以考虑：对于给定的屏蔽墙厚度，规定了标准球承直径（GB/T12163ISO9404-1）；若只需要安装在密封箱体壁上，就可增大水平剑式机械手的运动角度；121212（121212标引序号说明：1——热侧；2——冷侧。不带屏蔽墙的密封箱体 b）密封箱体和屏蔽墙相连 c)密封箱体和屏蔽墙分隔注：球承中心点的位置影响了剑式机械手的操作空间。图9刚性直杆式水平剑式机械手的安装示意图随着直杆直径的增加，水平剑式机械手在密封箱室内可达到的运动角度范围将略有减小。球承位置（考虑操作人员的工作高度。球承的中心与操作人员站立的地面之间的距离宜为1000mm～1250mm之间（见图10）。标引序号说明：1——手柄；2——密封联轴器；3——夹钳；12124——夹钳更换台；——护套；6——密封箱室；7——屏蔽窗；8——球承；9——密封环；10——地平面；11——至地平面高度；12——剑式机械手间距。图10刚性直杆式水平剑式机械手的安装布置图轴间距离450mm～700剑式机械手的结构。垂直运动墙体的厚度不仅影响水平剑式机械手在水平方向的运动角度范围，也影响它在垂直方向的运动角度范围。垂直运动范围也受密封箱室内部工作平台的高度的影响，见附录C。密封和防污染保护一般要求到操作区的风险。水平剑式机械手的密封完整性可由护套（EJ/T1175.2）来提供，护套的一端性污染。EJ/T1096可采用含氧法、压力变化法和恒压法对密封箱室、护套、剑式机械手等进行密封性检验，见EJ/T1096。护套材料使用方便、废物易处置等因素。护套的安装固定在可互换的支撑环上的护套安装在密封箱体壁(一般位于屏蔽墙后)内的密封环上（见图11）。更换护套需使用顶出装置。1313图11固定在可互换的支撑环上的护套护套安装在密封箱体壁上可分为下列两种情况。在屏蔽墙上（12）。标引序号说明：1——护套；2——屏蔽墙；3——球承；4——手柄；5——直杆。图12剑式机械手护套在带屏蔽的密封箱体壁上的安装（EJ/T1175.1），有下列两种不同的安装113313标引序号说明：14141——支座；2——密封环；3——支撑环；4——护套；5——夹钳；6——球承。1标引序号说明：1——夹钳；2——密封联轴器；3——护套；4——密封箱体壁；5——球承；6——直杆；7——手柄。3图13剑式机械手护套在不带屏蔽的密封箱体壁上的安装密封联轴器密封联轴器通过卡口、螺钉或球与直杆的末端相连接。密封联轴器的直径随直杆直径的变化而变化[见图14a）和图14b）]。 a)与直径为14mm的直杆配用的密封联轴器 b)与直径为33mm的直杆配用的密封联轴器图14不同直径的密封联轴器屏蔽剑式机械手的直杆应提供与对应球承相当的γ屏蔽能力。直杆一般不具有足够的中子屏蔽能力。维护1515一般要求剑式机械手的维护应满足GB/TXXXXX.1关于可靠性的相关要求。剑式机械手的拆卸剑式机械手的拆卸过程不应破坏密封箱室的密封性。轴器脱离，将密封联轴器从直杆上脱开，将直杆直接从密封箱体壁中抽出。护套的更换为了长期保持严格的密封性要求，应定期更换密封护套（见附录E）。应在保证操作人员安全的情况下进行护套的更换。剑式机械手护套的安装及更换方法应符合EJ/T1175.2的要求。专用剑式机械手专用剑式机械手是为完成某些特定任务而开发的。专用剑式机械手护套末端的特殊形状一般能降低辐射泄漏率。专用剑式机械手示例见附录F。附件使用剑式机械手所需的一些常用附件见附录D和附录G。1616附录A（资料性）概述EJ/T1175.1A1和图210、1113413。护套一般由聚氯乙烯VPR）（PU刚性直杆式剑式机械手护套这种护套用于直杆直径为14mm的刚性直杆式剑式机械手。a)安装在支撑环上的橡胶（乳胶）护套 b)安装在支撑环上的聚氯乙烯护套图A.1使用可顶出支撑环将护套与密封墙相连接关节直杆式剑式机械手护套这种护套用于直杆直径为33mm的关节直杆式剑式机械手。图A.2关节剑式机械手护套注：一些专用夹钳配装有仅提供防尘和防污染的护套。护套连接部分不是密封的，而是沿着直杆滑动的，而直杆本身不是密封的。1717附录B（资料性）球承球承尺寸图B.1示出了标准铅制球承。球承的更多相关要求参见GB/T12163和ISO9404-1。单位为毫米φ14mm球承 b)φ14mm球承 c)φ33mm球承d)φ14或φ33mm的球承 e)φ14或φ33mm的球图B.1球承球承屏蔽械手球承的直径由屏蔽墙的厚度确定。通常使用铅制球承实现γ辐射屏蔽。在没有明显的γ现辐射屏蔽和污染控制。1818采用GB/T12163和ISO9404-1规定的标准铅砖构建操作区的屏蔽墙时应根据铅砖结构和厚度选择可满足屏蔽及安装要求的球承。塑料球承当不需要防护γ射线或中子辐射时，可在密封箱体安装塑料球承。使用三件式组件将球承锁定到密封环上。密封护套安装在可拆卸支撑环上。标引序号说明：1——球承；2——密封环；3——可拆卸支撑环；4——护套；5——剑式机械手；6——支座；7——球；8——球座环；9——开口环；10——螺母；11——密封箱体。注1：该组件只能配装标准密封环1100、密封环1101、密封环1103和密封环1106，此时剑式机械手的直杆直径为14mm（见EJ/T1175.1和EJ/T1175.2）。注2：安装在支撑环上的护套可通过顶出装置进行更换。图B.2塑料球承的安装组件1919附录C（资料性）剑式机械手的特性参数与操作空间之间的关系概述本附件仅适用于刚性直杆式水平剑式机械手。图C.1～图C.5中所示的尺寸对应于安装在密封联轴小（例如，可将其减小70mm）。50mm标引序号说明：h——球承轴高，相对于所参考的工作高度（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；rmax——以球承的中心为原点的最大操作半径，单位为毫米；dmx——（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；mn——（乳胶或聚氯乙烯），单位为毫米。图C.1侧视图（墙厚50mm）标引序号说明：2020GB/TXXXXX—XXXXL——在工作面上的最大横向挠度（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；dmax——工作面上的最大可用距离（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；dmn——（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米。直杆的长度amm50075010001250rm——56581510651315rm乳胶护套295295355355聚氯乙烯护套335335380380dm第1种4857409901240第2种b4707309851235第3种b4507209751230dm第1种（乳胶护套）190190245245第1种（聚氯乙烯护套）225225265265第2种b225255260260第3种b345345345345L第1种48075010001250第2种b4107059701225第3种b3006509251190a直杆的长度是指手柄与夹钳之间的距离。b第2种和和第3种情况，聚氯乙烯护套与乳胶护套的尺寸相同。图C.2工作面上的俯视图（墙厚50mm）100mm标引序号说明：h——球承轴高，相对于所参考的工作高度（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；rmax——以球承的中心为原点的最大操作半径，单位为毫米；dmx——（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；rmn——（乳胶或聚氯乙烯），单位为毫米。图C.3侧视图（墙厚100mm）2121标引序号说明：L——在工作面上的最大横向挠度（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；dmax——工作面上的最大可用距离（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；dmn——（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米。直杆的长度amm50075010001250rm——53578510351285rm乳胶护套320320380380聚氯乙烯护套360360405405dm第1种4306909351190第2种b4156809301185第3种b3956659201175dm第1种（乳胶护套）190190240240第1种（聚氯乙烯护套）225225265265第2种b235235235235第3种b320320320320L第1种4457159701220第2种b3656759351195第3种b2406158901160a直杆的长度是指手柄与夹钳之间的距离。b第2种和和第3种情况，聚氯乙烯护套与乳胶护套的尺寸相同。图C.4工作高度的俯视图（墙厚100mm）150mm2222标引序号说明：h——球承轴高，相对于所参考的工作高度（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；rmax——以球承的中心为原点的最大操作半径，单位为毫米；dmx（随1、2、3的变化而变化），单位为毫米；mn（乳胶或聚氯乙烯），单位为毫米。图C.5侧视图（墙厚150mm）2323附录D（资料性）夹钳的夹爪材料包覆。图D.1至图D.8示出了典型的夹爪。 a型 b)b型图D.1通用型夹爪a)a型 b)b型 c)c型图D.2用于夹小物件的夹爪图D.3用于夹烧瓶的夹爪图D.4用于夹辐射管或“青霉素”型烧瓶的夹爪2424图D.5用于插拔“青霉素”瓶塞的夹爪图D.6用于夹紧铅容器内部的夹爪图D.7用于在竖直位置夹紧“青霉素”型烧瓶的夹爪图D.8用于打开容器和夹紧烧瓶内部的夹爪2525附录E（资料性）剑式机械手护套的更换1这种护套可通过以下步骤更换：E.1a）]；拆卸球承和锁紧环[见图E.1b）]；将配装有新护套及其密封联轴器的顶出装置锁定密封环上（E.1c）]；E.1d）]；松开顶出装置，并安装锁紧环；更换密封箱体（或屏蔽墙）上的球承；将剑式机械手的直杆插入球承；（必要时使用另一对夹钳上。注：1型支撑环的相关要求参见EJ/T1175.1。标引序号说明：1——密封护套；2——密封箱体；3——球承；4——直杆；5——手柄；6——顶出装置。2626图E.1使用1型一次性支撑环的剑式机械手护套的更换3这种护套可通过以下步骤更换：拆卸剑式机械手；拆卸球承；E.2a）]E.2b）]；E.2c）]；用拨杆撑开胀环，固定新护套[见图E.2d）]。注：3型支撑环的相关要求参见EJ/T117