一种便于远距离检修的剪切装置技术领域
本发明属于一种便于远距离检修的小型剪切装置。主要用于完成将单根
乏燃料元件剪切成段的任务。
背景技术
在核化工领域中，通常对放射性物质的生产和处理等过程是在密封的箱
室内进行的。由于箱室内的物料或设备带有毒性或放射性，因此人员无法直
接对箱室内的设备进行拆装、更换等检修操作，只能借助远距离操作工具(如
吊车、机械手、专用工具等)对设备进行远距离检修。由于操作的距离、范
围、手段、自由度以及灵活性等均受到极大的限制，从而给检修工作带来了
极大的困难，甚至无法检修。这就要求箱室内的设备应满足便于远距离直接
或间接检修的设计原则，要求在服役期间所有需要调整、拆装或更换的零部
件均可并便于进行直接或间接的远距离检修(本发明将对零部件的“调整”、
“吊装”、“拆装”及“更换”统称为“检修”)，而常规设备并不满足上述要
求。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种便于远距离检修的剪切装置。该装置用于
完成将单根乏燃料元件(或具有细长杆形状的物料)剪切成指定长度段的任
务，要求该装置具备满足各种检修强度需要的灵活性(即既可单独拆装任一
模块，也可将多个模块联合整体拆装)，以及具备便于远距离检修操作的特
点。
为达到以上目的，本发明提供以下技术方案：
本发明通过模块化设计、快速拆装结构设计以及专门适用于远距离操作
的局部结构优化设计等对结构进行创新设计，以使该装置便于远距离检修。
本发明提供一种便于远距离检修的剪切装置，所述剪切装置由三个检修
模块、固定部分及台面组成；
其中，所述固定部分由底板、落料口、定位销、压板及其锥头螺钉组成，
落料口与定位销固定在底板上，底板再通过压板及其锥头螺钉被固定在所述
台面上，落料口与后续的接料装置连接；
其中，三个检修模块分别为驱动模块、刀体模块及剪切室模块。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，三个检修模块之间
及各自与底板之间的连接固定关系如下：
1)驱动模块通过其对应的长颈锥头螺钉固定在底板上，并通过其对应的
定位销实现其精确定位；
2)刀体模块也通过长颈锥头螺钉固定在底板上，并通过其对应的定位销
实现其精确定位；
3)剪切室模块通过锥头螺钉水平固定在刀体模块的中箱体上，其下表面
与底板上表面接触并通过静密封与安装在底板上的落料口对接；
4)驱动模块与刀体模块通过卡槽与刀杆连接头实现对接，从而为刀杆的
轴向运动传递动力。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述驱动模块包括
直线驱动器、尾箱体、联轴节、长颈锥头螺钉及吊环；其中，直线驱动器通
过锥头螺钉固定在尾箱体尾端的法兰上且输出轴朝前；联轴节的尾部沿轴向
固定在直线驱动器的输出轴末端且头部朝前，其头部卡槽为一个T形通槽；
长颈锥头螺钉竖直穿过尾箱体两侧的螺纹孔，且其在上述螺纹孔内可在一定
高度范围内上下自由移动；吊环固定在尾箱体顶部，其固定位置在驱动模块
重心正上方，以便在起吊时保持安装时的姿态。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述刀体模块包括
刀体、挡块及其锥头螺钉、吊环、轴承单元、中箱体及其与刀杆间的动密封
及其与剪切箱体间的静密封；其中，刀体由刀杆、刀托、刀头、压块及其锥
头螺钉组成；轴承单元沿轴向固定在中箱体内，从而为刀杆提供支撑和定位，
刀杆可在轴承单元内在直线驱动器的带动下沿轴向前后移动，从而实现刀头
的剪切动作和退刀动作；刀杆尾部的连接头为蘑菇状，其可沿竖直方向插入
联轴节的卡槽内并实现刀体与直线驱动器在轴向的连接固定；刀杆头部的刀
托上开有用于装夹刀头的槽，从而配合压块及其锥头螺钉将刀头固定在刀托
前端；挡块为L状，挡块的一边固定在刀托的前端面上称为固定边，另一边
垂直正对着进料口的物料入口称为挡料边，挡料边与物料入口端面的距离即
为物料的剪切长度，可通过沿进料方向上调整挡块挡料边距物料入口端面的
距离来调整剪切长度；吊环固定在中箱体顶部，其固定位置在刀体模块与剪
切室模块联合重心正上方，以便在起吊时保持安装时的姿态。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述剪切室模块包
括剪切箱体及其与底板间的静密封、吊环、端盖及其锥头螺钉、进料口及其
锥头螺钉以及其与剪切箱体间的静密封；剪切箱体的前端面开有检修孔，平
时由端盖封堵；剪切箱体的尾部套在中箱体前部与之相配合的外圆柱面上；
锥头螺钉依次穿过端盖、剪切箱体，最终将端盖和剪切箱体压紧在中箱体的
前端面上；吊环固定在剪切箱体顶部，其固定位置在剪切室模块重心正上方，
以便在起吊时保持安装时的姿态。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述剪切室模块的
剪切室由剪切箱体内表面、端盖内表面及刀杆的前端面围合而成，为了防止
放射性粉尘外泄，在剪切箱体与中箱体、剪切箱体与端盖、剪切箱体与落料
口之间采用静密封结构，而在刀杆与中箱体之间动密封结构。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述驱动模块与刀
体模块之间具有快速拆装结构：上述两模块的对接在于将联轴节的卡槽竖直
套在刀杆尾端的连接头上或将连接头插入卡槽内；所述中箱体尾部两侧带有
导向板，尾箱体前端部两侧带有导向槽，导向板与导向槽的对接过程易于连
接头与卡槽的对接过程，且先于连接头与卡槽的对接过程发生。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述长颈锥头螺钉
在螺钉头下部依次为颈部的长杆、小于螺孔内径的细杆以及与螺孔配合的螺
杆；在尾箱体和中箱体两侧的法兰上开有螺纹孔与光孔组成的组合孔，螺纹
孔在上，光孔在下。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述直线驱动器采
用液压缸、直线电机或丝杆螺母系统，其与联轴节的连接方式采用螺纹连接
或销连接。
进一步地，如上所述的便于远距离检修的剪切装置，所述轴承单元采用
由滚针、内导轨及外导轨组成的滚动直线导轨轴承或采用滑动直线导轨轴承。
本发明的有益效果是：
1)模块化设计，提高检修效率：本发明根据各零部件所需检修频率的不
同将本剪切装置划分成三个检修模块，对于检修频率较高的模块可单独拆装
(如检修直线驱动器、更换刀头等)或调整(如调整剪切长度等)，也可以
整体拆装检修，这样可以避免因部分单元需要频繁检修而每次都需将整台设
备吊走检修，从而提高检修效率。
2)结构便于远距离检修操作：本发明提出的快速拆装结构和局部结构的
优化创新，可以为利用机械手等进行远距离检修操作提供极大的便利。
3)结构简捷、可靠：为了提高装置的可靠性，本发明采用及其简捷的结
构，避免一切可能影响可靠性的负赘结构，以降低故障率，减少操作人员因
频繁检修操作而接受过多的放射性剂量。
附图说明
图1为正面结构示意图。
图2为侧面结构示意图。
图3为平面结构示意图。
图4为侧面半剖结构示意图。
图5为正面局部剖切结构示意图。
图6为平面局部剖切结构示意图。
图7为刀头装夹及挡块位置调整结构示意图。
其中，1——抓头，2——进料口，3——底板，4——压板，5——台面，
6——落料口，7——直线驱动器，8——长颈锥头螺钉，9——尾箱体，10—
—定位销，11——中箱体，12——剪切箱体，13——吊环，14——端盖，15
——锥头螺钉，16——连接头，17——卡槽，18——导向槽，19——导向板，
20——联轴节，21——弹簧挡圈，22——挡环，23——压盖，24——刀杆，
25——动密封，26——静密封，27——压块，28——刀头，29——内导轨，
30——滚针，31——外导轨，32——刀托，33——挡块，34——元件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明由三个检修模块、固定部分及台面5组成。
其中，固定部分由底板3、落料口6、定位销10、压板4及其锥头螺钉
组成，落料口6与定位销10固定在底板3上，底板3再通过压板4及其锥头
螺钉被固定在台面5上。
其中，三个检修模块分别为驱动模块、刀体模块及剪切室模块。
三个检修模块之间及各自与底板3之间的连接固定关系如下：
1)驱动模块通过其对应的长颈锥头螺钉8固定在底板3上，并通过其对
应的定位销10实现其精确定位。
2)刀体模块也通过长颈锥头螺钉8固定在底板3上，并通过定位销10
实现其精确定位。
3)剪切室模块通过锥头螺钉15水平(从前向后)固定在刀体模块的中
箱体11上，其下表面与底板3上表面接触并通过静密封26与安装在底板3
上的落料口6对接。
4)驱动模块与刀体模块通过卡槽17与刀杆连接头16实现对接，从而为
刀杆24的轴向运动传递动力。
三个检修模块各自的结构组成及其内部连接固定关系如图3、图4所示：
1)驱动模块：由直线驱动器7、尾箱体9、联轴节20、长颈锥头螺钉8
及吊环1组成。其中，直线驱动器通过锥头螺钉固定在尾箱体尾端的法兰上
且输出轴朝前；联轴节20的尾部沿轴向(前后方向)固定在直线驱动器7
的输出轴末端且头部朝前，其头部卡槽17为一个“T”形通槽；长颈锥头螺
钉8竖直穿过尾箱体9两侧的螺纹孔，且其在上述螺纹孔内可在一定高度范
围内上下自由移动；吊环1固定在尾箱体9顶部，其固定位置在驱动模块重
心正上方，以便在起吊时保持安装时的姿态。
2)刀体模块：由刀体、挡块33及其锥头螺钉、吊环1、轴承单元、中
箱体11及其与刀杆24间的动密封25及其与剪切箱体间的静密封26组成。
其中，刀体由刀杆24、刀托32、刀头28、压块27及其锥头螺钉组成。轴承
单元沿轴向固定在中箱体11内，从而为刀杆24提供支撑和定位，刀杆24
可在轴承单元内在直线驱动器7的带动下沿轴向前后移动，从而实现刀头的
剪切动作和退刀动作；刀杆24尾部的连接头16为“蘑菇”状，其可沿竖直
方向插入联轴节20的卡槽17内并实现刀体与直线驱动器7在轴向的连接固
定；刀杆24头部的刀托32上开有用于装夹刀头28的槽，从而配合压块27
及其锥头螺钉将刀头28固定在刀托32前端；挡块33为“L”状，“L”的
一边固定在刀托32的前端面上(称为“固定边”)，另一边垂直正对着进料
口2的物料入口(称为“挡料边”)，挡料边与物料入口端面的距离即为物
料的剪切长度，可通过沿进料方向上调整挡块挡料边距物料入口端面的距离
来调整剪切长度；吊环1固定在中箱体11顶部，其固定位置在刀体模块与剪
切室模块联合重心正上方，以便在起吊时保持安装时的姿态。
3)剪切室模块：由剪切箱体12及其与底板3间的静密封26、吊环1、
端盖14及其锥头螺钉15、进料口2及其锥头螺钉以及其与剪切箱体12间的
静密封26组成。剪切箱体12的前端面开有检修孔，平时由端盖14封堵；剪
切箱体12的尾部套在中箱体11前部与之相配合的外圆柱面上；锥头螺钉15
依次穿过端盖14、剪切箱体12，最终将端盖14和剪切箱体12压紧在中箱体
11的前端面上；吊环1固定在剪切箱体12顶部，其固定位置在剪切室模块
重心正上方，以便在起吊时保持安装时的姿态。
本发明提出便于远距离操作的快速拆装结构及局部优化结构如下：
1)驱动模块与刀体模块之间的快速拆装结构，如图3所示：上述两模块
的对接在于将联轴节20的卡槽17竖直套在刀杆24尾端的连接头16上(或
将连接头16插入卡槽17内)。假设驱动模块已经安装固定在底板3上，由
于在刀体模块下落的过程中，连接头16与卡槽17的对接过程先于中箱体11
两侧法兰开孔与定位销10(带有导向锥面)的对接过程发生，为了让连接头
16与卡槽17的对接过程更加方便顺利，本发明提出了巧妙的“预导向”结
构。其特征在于，中箱体11尾部两侧带有导向板19，尾箱体前端部两侧带
有导向槽18，导向板19与导向槽18的对接过程易于连接头16与卡槽17的
对接过程，且先于连接头16与卡槽17的对接过程发生。
2)锥头螺钉：本发明所有紧固螺钉均采为头部带有锥形导向面的非标螺
钉(本发明称为“锥头螺钉”)，以便于通过机械手等远距离操作工具操作
扳手或电动套筒扳手时容易套住螺钉的“六边形”面。
3)长颈防脱锥头螺钉：本发明把用于将尾箱体9和中箱体11竖直固定
在底板3上的锥头螺钉改进为长颈防脱锥头螺钉，如图5所示。其特点在于，
除了具有上述锥头螺钉所具有的螺钉头特征外，在螺钉头下部依次为颈部的
长杆、小于螺孔内径的细杆以及与螺孔配合的螺杆。在尾箱体9和中箱体11
两侧的法兰上开有螺纹孔与光孔组成的组合孔，螺纹孔在上，光孔在下。颈
部的长杆结构意在将远距离不易观察到且不易接触到的螺钉头高举过各箱体
上表面，以易于远距离操作；组合孔的结构意在当螺杆从底板3的螺纹孔中
拧出时该锥头螺钉可以不脱离箱体两侧的法兰，以便于安装时螺钉与螺孔的
快速对接，由于箱体已先于螺钉精确安装在了底板3上，因此直接向下旋转
螺钉，螺钉即可顺利拧入螺孔。
其他实施例：
1)直线驱动器7：可采用液压缸、直线电机或丝杆螺母系统等，其与联
轴节20的连接方式可采用螺纹连接、销连接等传递轴向力的连接方式；
2)轴承：可采用如图4、图5所示的由滚针30、内导轨29及外导轨31
组成的滚动直线导轨轴承，也可采用滑动直线导轨轴承等。
本发明的剪切操作过程如下：
1)初始状态：刀杆24处于收回状态(如图6所示)，刀头28未遮挡进
料口2。
2)将元件34插入进料口2，直至无法继续插入为止，此时元件34端部
顶到挡块33上。
3)驱动直线驱动器将刀杆24向前推，刀头28剪切元件34，元件34露
出进料口2的部分被切下并从下方的落料口6滑落至其收集单元。
3)驱动直线驱动器将刀杆24后收回，此时完成一次剪切操作。如此循
环操作即可完成对整根元件的剪切操作。
本发明的远距离检修操作过程如下：
1)调整剪切长度：如图6所示，将锥头螺钉15拧下——取下端盖14—
—将固定挡块33的锥头螺钉松开(但不拧下来)——调整挡块33“挡料边”
至进料口33端面的水平距离——拧紧挡块33的锥头螺钉——盖上端盖14
并将锥头螺钉15插入拧紧。
2)更换刀头：如图7所示，将锥头螺钉15拧下，此时剪切箱体12与中
箱体11脱开但仍套在中箱体11上——将剪切箱体向前抽出，并利用热室内
的吊车或机械手将其吊走——将压块27上的锥头螺钉松开(但不拧下来)—
—将刀头28取下并换上新的刀头——将压块27上的锥头螺钉拧紧——利用
热室内的吊车或机械手将剪切箱体吊至底板3上，对准中箱体11前部推入直
至两箱体的端面相接触——将锥头螺钉15插入拧紧。
3)检修刀体模块：为了操作方便，检修刀体模块需将刀体模块及剪切模
块一同转运至检修工位进行检修。拆卸：利用机械手操作电动扳手将长颈锥
头螺钉8拧开——利用热室吊车勾住吊环1将刀体模块连同剪切模块一起吊
起并转运至检修工位进行检修。安装：利用热室吊车勾住吊环1将刀体模块
连同剪切模块一起吊至台面5上方——将导向板19对准导向槽18落下——
当导向槽18与导向板19发生“预导向”作用后继续下落，随后连接头16
顺利插入卡槽17，中箱体11两侧法兰上的销孔套住其对应的带导向锥面的
定位销10，直至完全落下——拧紧长颈锥头螺钉8。
4)检修驱动模块：与检修刀体模块类似，需将驱动模块吊至检修工位从
而对直线驱动器进行检修。对驱动模块的安装、定位、拆卸及与刀体模块的
对接与“检修刀体模块”中的描述相同。
5)整体检修：拆卸：将底板3两侧压板4的锥头螺钉松开(但不拧下来)
——利用热室吊车勾住吊环1将三个模块连同底板3一同吊起并转运至检修
工位进行检修。安装：将检修好的三个模块连同底板3一起吊至台面5上—
—拧紧锥头螺钉将两侧的压板4压紧底板3。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本
发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利
要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。