本发明属于辐射环境下遥控维护技术领域。更具体地，涉及一种在辐射下工作的中子束窗维护平台吊装装置及其吊装方法。
背景技术
中子是人们了解物质微观结构和运动状态的重要探针之一。中子束窗插件长期运行于高辐射区域，需要考虑辐照损伤对其寿命的影响，在设计中考虑常规的维护和更换。由于部件材料在高辐射区域受到辐射后会引起感生放射性（即活化），对于那些活化或表面污染部件的维护和更换都必须在具备防护的条件下遥控操作，避免辐射对维护人员的危害。但目前国内抗辐射吊装装置的研发技术不成熟，不能满足深井辐射环境下辐射装置的吊装工作。目前的方法存在吊绳晃动幅度很大，在钢丝绳收卷时容易越轨缠绕，损坏吊轮和钢丝绳；起吊时容易斜拉，对钢丝绳损耗严重；现有的调节机构运动速度相对较快、精度较低，微小的调整也会给吊绳很大的加速度，增加绳的晃动等不足。
因此，急需设计一种适用于深井环境对辐射装置进行遥控维护和更换专用吊装装置来解决以上问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种在辐射下工作的中子束窗维护平台吊装装置，针对中子束窗的安装、定位、吊装过程，可保证中子束窗维护平台处于最佳起吊状态，并使中子束窗维护平台在吊装过程中保持水平状态，同时可调节高低，实现维护操作的安全性和可靠性，保护操作人员的辐射防护安全。
本发明的另一目的是提供一种在辐射下工作的中子束窗维护平台的吊装方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种在辐射下工作的中子束窗维护平台吊装装置，包括底板，所述底板的两端各设置有钢丝绳卷线装置和用于驱动钢丝绳卷线装置的驱动装置，所述底板的中部设置有用于收放中子束窗维护平台电线和气管的线管收纳装置；所述钢丝绳卷线装置上设置有吊轮和支座，所述吊轮通过吊轮轴设置在支座上，所述吊轮上设置有若干螺纹槽；所述吊轮的一侧设置有丝杆，所述丝杆的上端与支座固定连接，下端与驱动装置传动连接，丝杆上套设有螺杆轴环，所述螺杆轴环上设置有导向套，所述导向套与吊轮上的螺纹槽相适配。
由于中子束窗维护平台有很多电线及气管，在吊装过程中，本发明通过线管收纳装置可以对电线及气管进行及时回卷收放，提高工作效率。本发明中可以设置有多个线管收纳装置，可用于卷收多种电缆和气管。
另外，本发明考虑到伺服电机在相同转速时物体升降同步问题，同时也考虑到吊轮体积比较大且放置空间有限，为了使钢丝绳整齐摆放，吊轮采用螺纹槽结构，这样钢丝绳可以整齐地卷在卷轮上，解决钢丝绳堆叠带来的误差问题。同时，在吊轮卷动钢丝绳的过程中，由于钢丝绳的另一端固定，钢丝绳收卷过程中和吊轮存在一定的斜角，若无外部限制钢丝绳，其可能堆叠在卷轮上，这会造成两边吊装应力不平衡和长度不一致的情况，不加以限制，升降装置会出现很大的误差。为防止钢丝绳发生堆叠情况，本发明在吊轮一侧设置了一个导向套来限制钢丝绳的缠绕及堆叠。
优选地，为了进一步保证吊装的平稳效果，本发明所述底板上设置有用于测量吊装装置倾斜角度的无线倾角传感器和用于测量吊装装置高度的高度传感器。所述倾角传感器和高度传感器与控制器无线连接。将倾斜角度和高度信息发送到控制器，便于实时监控了解吊装装置所处的大体位置，使工作人员及时了解工作状态。
优选地，所述丝杆和吊轮轴通过齿轮传动连接。导向套和螺杆轴环连接，沿着丝杆的轴向方向移动。伺服电机运转，吊轮轴获得扭矩，带动吊轮轴上的齿轮转动，吊轮轴上的齿轮把转矩传递给丝杆上的齿轮，丝杆上的齿轮带动丝杆转动，螺杆轴环由此带动导向套在丝杆的轴向方向移动。
更优选地，吊轮轴上的齿轮与丝杆上的齿轮相同。两个齿轮均为模数2、齿数80的直齿轮，模数m=分度圆直径d/齿数z=齿距p/圆周率π。
更优选地，所述吊轮轴与吊轮轴上设置的齿轮键连接。
优选地，所述导向套上设置有与钢丝绳相适配的u型缺口。
优选地，所述螺纹槽的间隔与丝杆的螺距相等。为了使导向套的移动能和吊轮转动步调一致，螺纹槽的间隔与丝杆的螺距相等，保证了螺杆轴环和钢丝绳的轴向同步移动；吊轮每转过一周，丝杆也同步转动一周，螺杆轴环同步在轴向方向移动同样的距离。
更优选地，所述螺纹槽均匀等间隔设置在吊轮上。
优选地，所述驱动装置由伺服电机和减速机组成；所述减速机采用减速比大于100的蜗轮蜗杆减速机。采用这种减速机具有自锁功能，使整个吊装装置在停电时不会出现滑动事故。
优选地，所述左右两端的两个驱动装置不是统一控制，而是由控制器分别控制两个驱动装置。
优选地，所述伺服电机和减速机的外表面喷涂有防辐射层。
更优选地，所述防辐射层的厚度为1～3mm。
更优选地，所述防辐射层由颗粒度为f20～f100的碳化硼与环氧树脂混合凝结制成。
该防辐射层具有优异的中子屏蔽功能和基体粘结性能，而且低毒、无气味，力学性能、耐腐蚀性能、抗开裂性能、防霉变性能优异，能够充分满足辐射防护要求。
具体优选地，所述防辐射层由包括以下步骤的方法制备得到：
s1.把不同颗粒度的碳化硼充分搅拌20～40min，其中颗粒度为f20、f40、f100的碳化硼分别占碳化硼总量的20%～30%、20%～30%、40%～60%；
s2.按质量比为2～4：1的比例，将环氧树脂与固化剂混合搅拌20～40min，得到粘结剂；
s3.按质量比为3～5：1的比例，将所述粘结剂边搅拌边加入碳化硼中混匀，放置20～40min后，将搅拌好的混合物喷涂到整个电机的外表面，一共喷涂2～4次，每次喷涂间隔5～15min。
更进一步具体优选地，所述防辐射层由包括以下步骤的方法制备得到：
s1.把不同颗粒度的碳化硼充分搅拌30min，其中颗粒度为f20、f40、f100的碳化硼分别占碳化硼总量的25%、25%、50%；
s2.按质量比为3：1的比例，将环氧树脂与固化剂混合搅拌30min，得到粘结剂；
s3.按质量比为4：1的比例，将所述粘结剂边搅拌边加入碳化硼中混匀，放置30min后，将搅拌好的混合物喷涂到整个电机的外表面，一共喷涂3次，每次喷涂间隔10min。
本发明对固化剂没有特殊限制，只要能实现固化效果即可。
优选地，所述中子束窗维护平台吊装装置，还包括用于罩住整个吊装装置的外壳；所述外壳的材料为具有中子吸收性能的碳化硼与环氧树脂。碳化硼的颗粒度为f20～f100。所述碳化硼与粘结剂按质量比为4：1的比例混合。
优选地，所述外壳的两端设置有挂孔，方便把吊装装置与吊机勾连接，使吊机勾住吊装装置，再去深井区吊装中子束窗维护装置。
优选地，所述外壳的表面上设置有厚度为1～2mm的铝板，起到防止碳化硼颗粒脱落作用。
优选地，所述吊轮的两端分别设置有吊轮边板，吊轮边板通过吊轮轴固定在吊轮两端。防止吊轮卷满钢丝绳时，钢丝绳会从吊轮上跑偏出来。
本发明还提供了在辐射下工作的中子束窗维护平台的吊装方法，是使用上述的吊装装置进行吊装；其包括以下步骤：
s11.将吊机勾住所述的吊装装置；
s12.启动吊装装置，使得钢丝绳能沿着吊轮放长往深井内下降，使钢丝绳与预先安装在中子束窗维护平台上的吊装部件自动固定连接；
s13.固定好后，操作吊装装置，使得钢丝绳能沿着吊轮收缩提升并带动中子束窗维护平台从深井往上提升，将中子束窗维护平台起吊至屏蔽罩内。
优选地，步骤s12中，中子束窗维护平台的顶部预先安装有倾角传感器，倾角传感器把中子束窗维护平台的水平角度转换为信号发送到控制器，控制器根据收到的信号判断哪一边高，哪一边低，再控制其中的一套驱动装置，进而控制驱动装置驱动钢丝绳卷线装置收或放，实现水平吊装。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的吊轮采用螺纹槽设计，并且通过钢丝绳卷线装置使吊轮和导向套同步移动，使钢丝绳均匀的来回缠绕在吊轮上，避免出现混乱、斜拉、缠绕、堆叠等问题，同时利用线管收纳装置对中子束窗维护平台的电线及气管进行及时回卷收放，用以起中子束窗维护平台进行转运维护，不仅可以快速、高效、准确地完成吊装，还可以提高吊装装置的平衡性和稳定性，更可以缩短中子束窗维护平台转运过程中吊装装置和操作人员的辐照累积剂量。
附图说明
图1为吊装工作示意图。
图2为吊装装置的立体结构示意图。
图3为吊装装置的平面结构示意图。
图4为钢丝绳卷线装置的结构示意图。
其中，1-底板；2-钢丝绳卷线装置；21-吊轮；211-螺纹槽；212-吊轮边板；213-吊轮轴；22-支座；23-丝杆；24-螺杆轴环；25-导向套；3-驱动装置；4-线管收纳装置；5-外壳；6-中子束窗维护平台。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1一种在辐射下工作的中子束窗维护平台吊装装置
下面对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1、图2和图3所示，一种在辐射下工作的中子束窗维护平台吊装装置，包括底板1，底板1的两端各设置有钢丝绳卷线装置2和用于驱动钢丝绳卷线装置的驱动装置3，底板1的中部设置有用于收放中子束窗维护平台6的电线和气管的线管收纳装置4。由于中子束窗维护平台6有很多电线及气管，在吊装过程中，本发明通过线管收纳装置4可以对中子束窗维护平台6的电线及气管进行及时回卷收放，提高工作效率。本发明中可以设置有多个用于卷收多种电缆和气管的线管收纳装置4。
该中子束窗维护平台吊装装置还设置有用于罩住整个吊装装置的外壳5，该外壳5采用具有中子吸收性能的碳化硼与环氧树脂制成；碳化硼的颗粒度为f20～f100。碳化硼与粘结剂按质量比为4：1的比例混合。外壳5的两端设置有挂孔，方便把吊装装置与吊机勾连接，使吊机勾住吊装装置，再去深井区吊装中子束窗维护装置。外壳5的表面上设置有厚度为1～2mm的铝板，起到防止碳化硼颗粒脱落作用。
如图4所示，钢丝绳卷线装置2上设置有吊轮21和支座22，吊轮21通过吊轮轴213设置在支座22上，吊轮21的两端分别设置有吊轮边板211，吊轮边板211通过吊轮轴213固定在吊轮21两端，防止吊轮21卷满钢丝绳时，钢丝绳会从吊轮21上跑偏出来。吊轮21上设置有若干螺纹槽211，螺纹槽211均匀等间隔设置在吊轮21上。考虑到伺服电机在相同转速时物体升降同步问题，同时也考虑到吊轮21体积比较大且放置空间有限，吊轮21采用螺纹槽211结构，使钢丝绳整齐、均匀的来回缠绕在吊轮上地卷在吊轮21上，解决钢丝绳堆、缠绕带来的误差问题。
如图4所示，吊轮21的一侧设置有丝杆23，丝杆23的上端与支座22固定连接，丝杆23的下端与驱动装置3传动连接，丝杆23上套设有螺杆轴环24，螺杆轴环24上设置有导向套25，导向套25和螺杆轴环24连接，沿着丝杆23的轴向方向移动；导向套25与吊轮21上的螺纹槽211相适配。吊轮轴213与吊轮轴213上设置的齿轮键连接。丝杆23和吊轮轴213通过齿轮传动连接。伺服电机运转，吊轮轴213获得扭矩，带动吊轮轴213上的齿轮转动，吊轮轴213上的齿轮把转矩传递给丝杆23上的齿轮，丝杆23上的齿轮带动丝杆23转动，螺杆轴环24由此带动导向套25在丝杆23的轴向方向移动。吊轮轴213上的齿轮与丝杆23上的齿轮相同。两个齿轮均为模数2、齿数80的直齿轮，模数m=分度圆直径d/齿数z=齿距p/圆周率π。导向套25上设置有与钢丝绳相适配的u型缺口。为了使导向套25的移动能和吊轮21转动步调一致，螺纹槽211的间隔与丝杆23的螺距相等均为10mm。保证了螺杆轴环24和钢丝绳的轴向同步移动；吊轮21每转过一周，丝杆23也同步转动一周，螺杆轴环24同步在轴向方向移动10mm，保证吊装平衡，进一步避免钢丝绳出现混乱、斜拉、缠绕、堆叠等问题。
为了进一步保证吊装效果，本发明的驱动装置3由伺服电机和减速机组成；减速机采用减速比大于100的蜗轮蜗杆减速机。采用这种减速机具有自锁功能，使整个吊装装置在停电时不会出现滑动事故。而且左右两端的两个驱动装置不是统一控制，而是由控制器分别控制两个驱动装置。
相应地，本发明还提供了在辐射下工作的中子束窗维护平台的吊装方法，是使用上述的吊装装置进行吊装；其包括以下步骤：
s11.将吊机勾住的吊装装置；
s12.启动吊装装置，使得钢丝绳能沿着吊轮21放长往深井内下降，使钢丝绳与预先安装在中子束窗维护平台6上的吊装部件自动固定连接；中子束窗维护平台6的顶部预先安装有倾角传感器，倾角传感器把中子束窗维护平台6的水平角度转换为信号发送到控制器，控制器根据收到的信号判断哪一边高，哪一边低，再控制其中的一套驱动装置3，进而控制驱动装置3驱动钢丝绳卷线装置2收或放，实现水平吊装；
s13.固定好后，操作吊装装置，使得钢丝绳能沿着吊轮收缩提升并带动中子束窗维护平台6从深井往上提升，将中子束窗维护平台6起吊至屏蔽罩内。
实施例2一种在辐射下工作的中子束窗维护平台吊装装置
为了进一步保证吊装效果，本发明在实施例1的基础上，可以在底板1上设置有用于测量吊装装置倾斜角度的无线倾角传感器和用于测量吊装装置高度的高度传感器。倾角传感器和高度传感器与控制器无线连接。将倾斜角度和高度信息发送到控制器，便于实时监控了解吊装装置所处的大体位置，使工作人员及时了解工作状态。
为了进一步保证吊装时的防辐射效果，本发明在实施例1的基础上，在伺服电机和减速机的外表面均喷涂有厚度为1～3mm的防辐射层。该防辐射层由颗粒度为f20～f100的碳化硼与环氧树脂混合凝结制成。
具体地，该防辐射层由以下方法制备得到：
s1.把不同颗粒度的碳化硼充分搅拌30min，其中颗粒度为f20、f40、f100的碳化硼分别占碳化硼总量的25%、25%、50%；
s2.按质量比为3：1的比例，将环氧树脂与固化剂混合搅拌30min，得到粘结剂；
s3.按质量比为4：1的比例，将粘结剂边搅拌边加入碳化硼中混匀，放置30min后，将搅拌好的混合物喷涂到整个电机的外表面，一共喷涂3次，每次喷涂间隔10min。
本发明对固化剂没有特殊限制，可以选择有机酸、酸酐或三氟化硼等中的一种或多种环氧树脂固化剂。
本发明的外壳5和防辐射层具有优异的中子屏蔽功能和基体粘结性能，而且低毒、无气味，力学性能、耐腐蚀性能、抗开裂性能、防霉变性能优异，能够充分满足辐射防护要求。