放疗设备大回转架轴向窜动机理及其稳定性研究

发布时间：2019-10-24 13:09

【摘要】：大回转架是重离子放疗设备中的关键部件。在直径10m的回转架上,承载400t的负载,在滚轮上做低速(1r/min)转动,带动治疗头在不同位置发射离子,照射肿瘤细胞。本文以大回转架为研究对象,分析它在旋转时的受力、动态特性、及其轴向窜动的影响因素,找到控制和调节大回转架轴向窜动的方法和设计出一套机械机构,确保在旋转时轴向窜动位移最小,稳定性最优。主要研究工作如下:(1)阐述大回转架在摩擦滚轮上旋转的原理,根据原理建立简化模型。在大回转架与摩擦滚轮偏离简化模型的理想位置时分析其切向力、轴向力、切向速度、轴向速度大小及其对窜动的影响程度。(2)摩擦滚轮驱动大回转的机械装置安装、制造、摩擦力等原因,引起大回转架轴向窜动和振动等现象。由上述原因,使其在转动过程中受力不均匀,利用ANSYS Workbench分析接触区的受力及变形量,并与理论值做比较,得出结论。(3)大回转架在摩擦滚轮上转动过程中动态特性分析,利用ANSYS Workbench对其模态、频率、阵型、振幅分析,研究摩擦滚轮驱动大回转架旋转时的最佳动态特性,使其不会达到共振,让治疗肿瘤的效果更好。(4)由于大回转架是低速、重载、大惯量的机械装置,轴向窜动的调节是在动态的情况下进行。从竖直、轴向、偏转角度三个方向对大回转架与摩擦滚轮的位置关系进行调节,提出了三个方向的调节执行机构及传动系统结构,得出调节速度。为保持大回转架在摩擦滚轮上转动稳定性,及放疗设备治疗肿瘤细胞的精确度提供支持。对大回转架的研究主要是其虚拟模型,为工程师制造和安装大回转架与摩擦滚轮提供依据和参考,为设计师设计提供建议,为以后结构优化和改进提供一定的标准。
【图文】：

示意图,机械结构,摩擦滚,原理

大回转架是带动治疗头旋转的机械装置，治疗头实现对人体肿瘤细胞的转架精确旋转是依靠摩擦滚轮驱动。本文研究对象为大回转架在摩擦滚条件下，出现轴向窜动和转动过程中稳定性的问题。本章对大回转架和的工作原理进行分析，建立大回转架在摩擦滚轮上转动模型，为分析大摩擦滚轮上轴向窜动的影响因素提供支持，根据分析提出补偿和纠正轴方法，达到大回转架在摩擦滚轮上转动时所需要的精度。大回转架在摩擦滚轮驱动下旋转的工作原理放疗设备是实现放射治疗的机械装置，是精确的治疗肿瘤细胞的一个重。旋转机架是放疗设备中的一个组成机构，包含大回转架、磁铁、刚性头、治疗平台等。大回转架是由前环、后环、圆柱组成，摩擦滚轮则由所表示，如图 2.1 所示。

示意图,摩擦滚,示意图

滚轮接触区域单位长度滚轮所受的正压力为P=638125N/m,此模型是为开发治疗肿瘤细胞设备,提供探索依据和参考。图 2.2 大回转架在摩擦滚轮上的示意图2.2 大回转架在摩擦滚轮驱动下旋转模型的建立大回转架在摩擦滚轮驱动下旋转的模型，是本次课题研究的基础，对深层次的分析提供实验支持。如图 2.2 所示的实体模型结构简化为几何模型，依据几何模型，研究大回转架在摩擦滚轮上转动时的受力、轴向窜动位移、稳定性等。2.2.1 大回转架几何模型的建立大回转架是本课题研究对象，也是分析它在摩擦滚轮上窜动的基础，必须建立大回转架几何模型，才能对本课题做出很好的研究。由大回转架在摩擦滚轮上驱动的原理可知，，大回转架由前环、后环、中间的圆筒三部分组成。大回转架上的磁铁、治疗头等机构，是附加在大回转架上，可以简化处理。如果后续分析这些因素，可以对大回转架的机构施加惯性力、扭矩、或对大回转架增重、及其力学方法和算法来实现对进一步研究，本文没有涉及这些方面的研究。本文建立的大回转架模型几何中心点是原点，前后环是关于 YOZ 平面两侧对称分布，大回转架的轴线方向与 X 轴重合，具体的尺寸参数如表 2.1 所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

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