ICS 27.120.99 F 91 DB34 安 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 3179—2018 超导回旋加速器 输运线旋转机架设计准则 Superconducting cyclotron Design criteria for rotating gantry of beam line 文稿版次选择 2018 - 08 - 08 发布 安徽省质量技术监督局 2018 - 09 - 08 实施 发 布 DB34/T 3179—2018 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由合肥中科离子医学技术装备有限公司提出。 本标准由安徽省超导回旋加速器标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：合肥中科离子医学技术装备有限公司、安徽省质量和标准化研究院、中国科学院 等离子体物理研究所。 本标准主要起草人：郑金星、宋云涛、谷鹏飞、李明、程瑶、朱雷、张午权、刘海洋、沈俊松、陈 永华、张俊生、王明、张卢锐。 I DB34/T 3179—2018 超导回旋加速器 输运线旋转机架设计准则 1 范围 本标准规定了超导回旋加速器输运线旋转机架设计的术语和定义、设计要求、设计步骤、结构设计、 关键参数计算。 本标准适用于超导回旋加速器质子治疗360度等中心型旋转机架的设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 16823.1-1997 螺纹紧固件应力截面积和承载面积 GB/T 25306-2010 辐射加工用电子加速器工程通用规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 束流线 beamline 根据束流光学计算，在满足束流偏转条件以及治疗需求的束流强度的情况下得到的束流走线。 注：束流强度的检测应按 GB/T 25306-2010 中 9.2.3.2 中所述的两种方法之一实施。 3.2 旋转机架束流线 rotating gantry beamline 在旋转机架段，实现束流从水平面到垂直面偏转，并且束流性质不随机架旋转而变化的束流线。 注：起始段为直线，起始点为束流光学耦合点，位于水平面；终点段位于竖直平面。 3.3 束流光学等中心点 beam optics iso-centric point 旋转机架束流线终点段与旋转机架旋转轴线的交点。 注：束流光学等中心点示意图见图 1。 1 DB34/T 3179—2018 图1 束流光学等中心点 3.4 变直径主体圆筒结构 variable diameter cylinder body structure 在旋转机架的束流输入端，带有一定厚度的卷曲圆筒结构，根据旋转机架束流线的走向，采取不同 的直径，通过锥形过度筒体连接而成的结构。 注：变直径主体圆筒结构示意图见图 2。 图2 变直径主体圆筒结构 3.5 支撑环结构 supportting ring 可旋转、承载筒体重量的环形结构。 注：支撑环内环面和端面与变直径圆筒主体结构连接。变直径主体圆筒结构由两个支撑环支撑，示意图见图 3。 2 DB34/T 3179—2018 图3 支撑环结构 3.6 多平台维护桁架结构 multi-platform maintenance truss structure 安装于旋转机架上方，沿着旋转机架束流线布置，并预留多个平台进行设备维护的结构。 3.7 可调磁体支撑结构 adjustable magnet support structure 安装于磁体两侧，固定磁体并实现磁体 XYZ 水平调整以及绕 XYZ 轴旋转调整的结构。 注：可调磁体支撑结构见图 4。 图4 可调磁体支撑结构 3.8 配重 adjustable counter balance 安装在与磁体呈 180 度对称的位置，可通过增减配重块进行旋转机架平衡调整的结构。 4 4.1 设计原则 总体要求 4.1.1 工况要求：应保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构无阻碍运动件通过 的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证人工方便及安全的操作。 3 DB34/T 3179—2018 4.1.2 强度要求：材料的屈服强度应大于实际所受屈服应力，抗拉强度应大于拉应力。齿轮弯曲疲劳 强度安全系数为 2，接触疲劳强度安全系数为 1.6，螺栓抗拉强度安全系数为 2，齿轮销轴抗剪强度安 全为 5。 4.1.3 机架旋转稳定性好。 4.1.4 旋转机架外壁喷涂涂料，防腐蚀等级 Sa 2.5。齿轮表面防腐蚀等级 Sa 3。 4.1.5 机架内部散热性好。 4.2 设计要求 4.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.2 结构要求 选择相对轻质的材料，如部分零件可选用铝合金材料。 结构便于制造，便于零部件安装、调整、修理和更换。 工艺性好，机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。 性能指标 4.2.2.1 旋转性能应满足： ——最大机架旋转角度宜大于 360°； ——最大旋转速度宜大于 6°/s； 2 ——最大旋转加速度宜大于 2°/s ； ——紧急制动路径：全速宜小于 3°，减速宜小于 1°。 4.2.2.2 角位置偏差：实际机架角度与指令机架角度的偏差，见图 5。最大机架旋转角度偏差宜小于 0.1°。 图5 机架的角位置偏差 4.2.2.3 机械等中心点偏差：机械等中心点是由理论束流中心线（由机头中机械部件所规定，特别是 狭缝）与机架旋转轴的交叉点，见图 6。机架旋转的形变会导致机械等中心点偏离理想位置。机械等中 心点的最大径向偏差宜小于 0.5 mm。 4 DB34/T 3179—2018 图6 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 6 6.1 机械等中心点偏差 设计步骤 根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸。 初定制造工艺。 分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。 确定结构的形式和主要参数。 画出结构简图。 确定本机架结构所允许的挠度和应力。 进行详细校核计算或做模型试验，对设计进行修正，确定最终结构和尺寸。 结构设计 机架的主要结构组成 旋转机架由主体结构和支撑结构组成，主体结构包括变直径主体圆筒结构、可调磁体支撑结构、支 撑环结构、多平台维护桁架结构、线缆拖链、配重，主体结构图见图 7。支撑结构是指用于承载大、小 支撑环的两个多滚轮自定心结构。 图7 旋转机架主体结构 5 DB34/T 3179—2018 6.2 变直径主体圆筒结构 6.2.1 大环结构 大环设计为等直径的结构，见图 8。内部应预留增加强度结构的空间，半径宜满足式（1）的要求。 R1  R t  L R1  L m  100mm ................................... (1) R1  L n  200mm 式中： R1 —— 大环半径，单位为毫米（mm）； Rt —— 治疗室半径，单位为毫米（mm）； L —— 强度结构的尺寸，单位为毫米（mm）； Lm —— 最后一个扫描磁铁端部到等中心点的距离，单位为毫米（mm）； Ln —— 治疗头的长度，单位为毫米（mm）。 图8 6.2.2 大环结构 中间环结构 中间环用于支撑旋转机架束流线上升段的磁体，中间环宜设计为变直径主体圆筒结构，可以降低重 量，见图 9。中间环直接与小支撑环连接。中间环尺寸宜满足式（2）的要求。 R2  R1 R3  LP  500mm 式中： R1 —— R2 —— R3 —— LP —— 6 .................................... (2) 大环半径，单位为毫米（mm）； 中间环大直径段半径，单位为毫米（mm）； 中间环小直径段半径，单位为毫米（mm）； 旋转机架束流线入口段的磁体外部结构到旋转机架轴线的最大距离，单位为毫米（mm）。 DB34/T 3179—2018   图9 6.2.3 中间环结构 小环结构 小环与小支撑环连接，用于支撑端部的四极铁以及线缆拖链。小环尺寸宜满足式（3）的要求。 R 4  R3  100mm .................................... (3) 式中： R4 —— 小环的半径，单位为毫米（mm）； R3 —— 中间环小直径段半径，单位为毫米（mm）。 6.3 可调磁体支撑结构 6.3.1 精度要求 磁体的作用是对束流进行偏转和聚焦，磁体的安装精度应满足： a) 在 X,Y,Z 方向的尺寸误差应不大于 0.1 mm； b) 各个轴向的偏转精度应不大于 0.1 mrad。 6.3.2 设计要求 磁体布局见图10，设计应： a) 满足强度要求，精度高，且便于进行位置调整； b) 偏转磁体 1 的支撑宜考虑在中间环提供的安装平台进行支撑结构设计，满足磁体的位置调整 要求； c) 偏转磁体 2 和偏转磁体 3 宜在磁体支撑与主体圆筒结构之间设计过渡支撑结构，过渡支撑提 供一个安装平面来支撑偏转磁体 2 和偏转磁体 3 的磁体支撑结构。 7 DB34/T 3179—2018 图10 磁体布局 6.4 支撑环结构 6.4.1 精度要求 旋转机架支撑环用于支撑全部旋转部分，宜满足如下技术要求： a) 在旋转机架束流线入口处的位置采用小直径支撑环，在旋转机架靠近治疗室的位置采用大直径 支撑环； b) 同轴度应不大于 0.1 mm； c) 圆度应不大于 0.2 mm。 6.4.2 结构设计 6.4.2.1 a) b) 6.4.2.2 a) b) 6.5 大支撑环设计的参考因素： 宽度设计应考虑支撑环与支撑滚轮之间的压力和旋转机架整体的支撑平稳性； 直径设计应考虑变直径主体圆筒结构的大环外径和旋转过程中部件之间的干涉。 小支撑环设计的参考因素： 宽度应与大支撑环宽度相等； 直径设计应考虑中间环的小直径段和旋转过程中部件之间的干涉。 多平台维护桁架结构 主要的设计准则为： a) 轻便性，采取轻质型材； b) 易拆装； c) 操作、维护方便。 6.6 线缆拖链 6.6.1 线缆拖链用于将旋转机架全部电气设备的电源、水冷、控制等方面的线缆接入地面，且在机架 旋转过程中保证线缆不缠绕，长期运行中线缆不破损。 6.6.2 宜进行标准件选型。 6.7 配重 设计要求应满足： 8 DB34/T 3179—2018 a) b) c) 6.8 靠近旋转机架轴线的