剛性鏈系統(tǒng)在熱室設(shè)備上的應(yīng)用探究摘要：針對(duì)核工業(yè)行業(yè)熱室空間有限的條件，熱室及進(jìn)出熱室的設(shè)備要求小的體積。剛性鏈在長(zhǎng)行程運(yùn)動(dòng)中，拉動(dòng)時(shí)可以像普通鏈條一樣卷曲，推動(dòng)時(shí)又有千斤頂一般的剛性，并且體積小，將其應(yīng)用于熱室設(shè)備，可以減小設(shè)備的整體體積。介紹了剛性鏈、氣缸、油缸、電缸的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)比其在動(dòng)作方向上的安裝尺寸、出力大小、系統(tǒng)復(fù)雜程度等參數(shù)，從對(duì)比數(shù)據(jù)中可以看出剛性鏈的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，特別是在動(dòng)作方向上的安裝尺寸小這一優(yōu)勢(shì)明顯。熱室軌道式運(yùn)輸車采樣剛性鏈作為其升降驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)其小體積，滿足熱室設(shè)備的要求。關(guān)鍵詞：熱室"剛性鏈"氣缸"油缸Exploration"of"the"Application"of"Rigid"Chain"System"in"Hot"Chamber"EquipmentSHEN"Yuxiang"""QI"Jiuquan"""ZHANG"ShuangmingCNNC"Qinshan"Isotope"Co.，"Ltd.，"Jiaxing，"Zhejiang"Province，"314300"ChinaAbstract："In"response"to"the"limited"space"of"the"hot"chamber"in"the"nuclear"industry，"small"volumes"are"required"for"the"hot"chamber"and"the"equipment"entering"and"exiting"the"hot"chamber."In"long-distance"motion，"rigid"chains"can"curl"like"ordinary"chains"when"pulled，"and"have"thenbsp;rigidity"of"a"jack"when"pushed."They"are"also"small"in"size"and"can"be"applied"to"hot"chamber"equipment"to"reduce"the"overall"volume"of"the"equipment."This"article"introduces"the"respective"application"characteristics"of"rigid"chains，"cylinders，"hydro-cylinders，"and"electric"cylinders，"and"compares"their"installation"dimensions，"output"size，"system"complexity，"and"other"parameters"in"the"direction"of"action."From"the"comparative"data，"it"can"be"seen"the"application"advantages"of"rigid"chains，"especially"the"small"installation"size"in"the"direction"of"action，"which"has"obvious"advantages."The"hot"chamber"rail"transport"vehicle，"with"a"sampling"rigid"chain"as"its"lifting"drive，"can"achieve"a"small"volume"and"meet"the"requirements"of"hot"chamber"equipment.Key"Words："Hot"chamber;"Rigid"chain;"Cylinder;"hydro-cylinder在核工業(yè)行業(yè)，熱室[1]是進(jìn)行高放射性實(shí)驗(yàn)和操作的屏蔽小室，是核工業(yè)行業(yè)中非常重要的用于科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)室。由于熱室空間有限，要求熱室設(shè)備[2]有高度的自動(dòng)化和小的體積。剛性鏈在直線運(yùn)動(dòng)中，拉動(dòng)時(shí)可以像普通鏈條一樣卷曲，推動(dòng)時(shí)又有千斤頂一般的剛性。因剛性鏈的這一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，將其用于熱室設(shè)備的長(zhǎng)行程直線運(yùn)動(dòng)，可以大大節(jié)約安裝空間，減小設(shè)備的整體外形體積。本文對(duì)比研究了有相似直線驅(qū)動(dòng)功能的氣缸、油缸、電缸等執(zhí)行器在垂直升降運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，確認(rèn)剛性鏈在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中具有直線運(yùn)動(dòng)方向的安裝尺寸小、出力大等凸出優(yōu)勢(shì)。1"剛性鏈與氣缸、油缸和電缸的應(yīng)用對(duì)比研究1.1"剛性鏈介紹剛性鏈條又稱推拉鏈條，是一種特殊鏈條，它既可以像普通鏈條一樣卷曲，又可以像千斤頂?shù)饶菢觽鬟f推力（如圖1所示）。剛性鏈條具有柔性，可以卷曲貯存，相比齒輪齒條傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)，可以大大節(jié)約安裝空間或降低對(duì)安裝空間的要求，這在長(zhǎng)行程的推拉運(yùn)動(dòng)或升降運(yùn)動(dòng)等某些應(yīng)用場(chǎng)合顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于剛性鏈條既有普通鏈條一樣的柔性，又有千斤頂一般的剛性，在一定場(chǎng)合的應(yīng)用顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此，其獲得國(guó)內(nèi)外重視，并將其開(kāi)發(fā)成一種工業(yè)化的傳動(dòng)器件，供工業(yè)部門或其他部門應(yīng)用。在國(guó)外，有些廠家如法國(guó)的Serapid公司、德國(guó)的Framo公司和加拿大的Trans-Quip公司將剛性鏈開(kāi)發(fā)成工業(yè)化、系列化的傳動(dòng)通用部件投放市場(chǎng)，應(yīng)用于眾多行業(yè)，如生產(chǎn)線上的物料搬運(yùn)和輸送、舞臺(tái)機(jī)械中的升降臺(tái)（垂直運(yùn)動(dòng)）和車臺(tái)（水平運(yùn)動(dòng)）、包裝機(jī)械、木材加工機(jī)械、核電站設(shè)備、軍隊(duì)設(shè)備等領(lǐng)域的線性動(dòng)作器或自動(dòng)化裝置等。在國(guó)內(nèi)，剛性鏈的研發(fā)處于跟隨階段，很多企業(yè)都是利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)生產(chǎn)剛性鏈并應(yīng)用于眾多行業(yè)。剛性鏈實(shí)現(xiàn)剛?cè)徂D(zhuǎn)換，用作遠(yuǎn)距離作業(yè)時(shí)所需要的“伸縮臂”。剛性鏈系統(tǒng)由儲(chǔ)存鏈條箱體、鏈條、驅(qū)動(dòng)裝置、前端附板等組成。剛性鏈各個(gè)矩形鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，并可以借助縱向兩側(cè)的凸緣與凹槽相互插接，使其不能相互運(yùn)動(dòng)而成“剛性”；當(dāng)剛性鏈節(jié)運(yùn)動(dòng)到驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)向處時(shí)，兩側(cè)的凸緣與凹槽脫離插接，鏈節(jié)間可自由運(yùn)動(dòng)而呈“柔性”[3]。剛性鏈在升降運(yùn)動(dòng)方向上的小尺寸是通過(guò)把剛性鏈垂直方向的鏈節(jié)轉(zhuǎn)換成水平方向的鏈節(jié)而實(shí)現(xiàn)。剛性鏈采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)高精度控制，也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)剛性鏈的同步動(dòng)作控制，重復(fù)精度小于0.5～1"mm，并可在任一行程位置自鎖。1.2""氣缸、油缸、電缸的介紹氣缸、油缸、電缸的技術(shù)都比較成熟，應(yīng)用也比較普遍。下面只介紹其各自在使用方面的優(yōu)、缺點(diǎn)。氣缸是將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（此處只探討直線運(yùn)動(dòng)）機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)便捷、成本低、動(dòng)作速度快等優(yōu)點(diǎn)，但有出力小、多個(gè)氣缸動(dòng)作的同步控制不易、不能在任一行程位置自鎖、軸向安裝尺寸大等缺點(diǎn)。油缸在結(jié)構(gòu)和原理上與氣缸相似，只是把氣缸的壓縮空氣換成了高壓液壓油。油缸有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)便捷、出力大等優(yōu)點(diǎn)，但油缸不能單獨(dú)工作，要配相應(yīng)的液壓站，因此，油缸有成本高、控制系統(tǒng)復(fù)雜、軸向安裝尺寸大、不能在任一行程位置自鎖、多個(gè)油缸動(dòng)作的同步控制不易等缺點(diǎn)[4]。電缸是使用伺服電機(jī)通過(guò)絲桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)其軸軸向直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電缸有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)便捷、出力大、控制精度高、在任一行程位置自鎖等優(yōu)點(diǎn)，但有成本高、軸向安裝尺寸大等缺點(diǎn)。1.3"剛性鏈與氣缸、油缸和電缸的應(yīng)用對(duì)比剛性鏈與氣缸、油缸、電缸的應(yīng)用對(duì)比是在同一個(gè)系統(tǒng)中比較其使用參數(shù)，如安裝空間、系統(tǒng)復(fù)雜程度等。剛性鏈系統(tǒng)具有在大行程直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)工況下實(shí)現(xiàn)小體積、大驅(qū)動(dòng)力這一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛用于核工業(yè)行業(yè)的大行程直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和大行程升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。熱室的軌道式運(yùn)輸車的升降臺(tái)也采用了剛性鏈驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，剛性鏈升降臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定[5]、安全可靠。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。該升降平臺(tái)技術(shù)參數(shù)要求：升降行程800"mm，平臺(tái)上表面在最低點(diǎn)時(shí)高400"mm，最大負(fù)載8"000"kg，安全系數(shù)K取2.0。根據(jù)上述實(shí)例的技術(shù)參數(shù)，若采用氣缸、油缸、電缸的方案，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闅飧?、油缸、電缸的安裝空間超過(guò)其本身的動(dòng)作行程，即在該實(shí)例中，其本體動(dòng)作方向的尺寸會(huì)大于800"mm，無(wú)法滿足平臺(tái)上表面在最低點(diǎn)時(shí)高400"mm的要求，所以，對(duì)于在動(dòng)作方向上的小尺寸安裝空間且動(dòng)作行程比較大的工況，使用剛性鏈?zhǔn)俏ㄒ贿x擇。實(shí)例中8"000"kg負(fù)載，氣缸的參數(shù)（壓縮空氣壓力=0.6"MPa），內(nèi)徑D=2√KT/πP=2√2*80000/3.14*600"000≈0.58284"m≈600"mm。如此大的氣缸不能買到標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，氣缸方案在大負(fù)載的應(yīng)用中不太容易實(shí)現(xiàn)。2"剛性鏈驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)面板的靜力學(xué)仿真實(shí)例中，舉升機(jī)構(gòu)面板額定負(fù)載8"t，為確保機(jī)構(gòu)面板變形在安全范圍，對(duì)上述面板進(jìn)行有限元分析。利用Solidworks-Simulation軟件進(jìn)行仿真計(jì)算和求解，通過(guò)仿真計(jì)算，得到受力分析圖（如圖3所示），顯示機(jī)構(gòu)在兩條剛性鏈的支撐下，在上述負(fù)載作用情況下，材料最大應(yīng)力在兩個(gè)支撐面邊緣處為1.78×108"Pa"，遠(yuǎn)低于材料Q235B的屈服極限2.35×108"pa。受力分析圖見(jiàn)下。通過(guò)變形仿真分析，得到圖4所示的變形圖，顯示兩個(gè)對(duì)角線角上最大變形為1.990"mm，原始長(zhǎng)度（1"220"mm）×（拉伸率26%/100）=3.2"mm，仍然處于安全范圍。由以上仿真分析，可以得出以下結(jié)論：舉升機(jī)構(gòu)面板在負(fù)載大于8"t的載荷下，面板變形和所受應(yīng)力處于安全范圍。根據(jù)剛性鏈的特點(diǎn)，特別是其在動(dòng)作方向上的體積小的特點(diǎn)，熱室設(shè)備引入剛性鏈系統(tǒng)，可以在狹窄工況空間下使用。通過(guò)熱室軌道式運(yùn)輸車的實(shí)例，對(duì)比各機(jī)構(gòu)的應(yīng)用參數(shù)，剛性鏈機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)突出：在動(dòng)作方向上，安裝尺寸?。怀隽Υ?，可以在大出力的工況下使用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)；動(dòng)作靜音，停機(jī)自鎖性強(qiáng)；運(yùn)行平穩(wěn)，多組剛性鏈可以實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，保證了良好的同步性；運(yùn)行精度高，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)便捷的調(diào)控。[1]"張志鵬，茍家元，孫宇，等.移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)解決方案[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（7）：1-3.[2]"張英子，秦凱.剛性鏈?zhǔn)街本€推動(dòng)