技术领域
本发明属于放射性物质运输的技术领域，具体涉及一种大吨位放射性物质包装容器自由下落实验系统及方法。
背景技术
放射性物质运输是工业、农业、医学、科研等领域核能和核技术利用中的一项必然活动。与其它固定核设施相比，放射性物质运输具有更大的辐射风险，也是易发生事故、造成严重核辐射危害及社会影响的薄弱环节。随着世界各国核能和核技术利用的迅速发展，运输的放射性货包数量、活度和类型迅速增加，每年的运输货包的数量已达百万件以上，放射性物质运输的安全性日益更加重要。
放射性物质运输货包从含有少量放射性物质的火烟报警源到具有高度放射性的强放射性同位素和反应堆乏燃料，运输方式包括铁路、公路、水路、空运等不同的方式。我国自2010年1月1日起施行《放射性物品运输安全管理条例》，规范了我国民用放射性物质包装容器的设计、试验、制造和使用。国防科工局为加强军工放射性物质运输的核安全监督管理，保障军工放射性物质运输安全，保护人员和环境安全，发布《军工放射性物质运输核安全监督管理办法》，对军工核放射性物质包装容器的设计、试验、使用、制造和运输做出了规定。
因此，目前急切需要提供一种大吨位级放射性物质包装容器自由下落试验技术，该技术需要具备放射性物品货包正常运输条件和运输事故条件百吨级以上的货包(容器)安全性能试验验证能力和安全评价能力，研究包装容器在可能的事故情况下的可靠性和失效机理，以解决制约我国放射性物质包装容器开发试验条件和安全评价能力不足的问题，从而提升放射性物品运输货包设计和试验验证方面技术水平、安全监督管理技术水平。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种大吨位放射性物质包装容器自由下落实验系统及方法，能够进行大吨位放射性物质包装容器的自由下落试验，在大吨位级放射性物质包装容器自由下落试验中，能够获得靶台的冲击力学数据，验证自由下落试验力学测量结果与仿真分析结果的准确性，为大吨位放射性物质包装容器的设计优化提供技术支持。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种大吨位放射性包装容器自由下落试验系统，包括设置在试验用塔架上的卷扬机，与卷扬机连接的脱钩器，脱钩器上吊有大吨位放射性包装容器，塔架的底部设置有冲击靶台，冲击靶台的周边设置有高速摄像机、数据分析器、应变采集器、加速度采集器及参照屏，所述的数据分析器与应变采集器和加速度采集器相连，所述的应变采集器和加速度采集器通过信号线与设置在大吨位放射性包装容器上的相应传感器连接。
进一步，所述的卷扬机包括起升机构及操纵机构，所述的起升机构通过螺栓固定在所述塔架的顶部，额定起重量150t，吊钩形式为单钩。
进一步，所述的脱钩器包括箱体、抓钩、摇臂、动槽、液压缸、液压系统、安全报警装置，最大抓取质量150t，抓取提梁的最大直径200mm，抓取提梁的最小直径50mm。
进一步，所述的塔架顶部可承受竖直向下的载荷2400kN，载荷设计满足试验使用要求。
进一步，所述的冲击靶台为长方体，靶表面为钢板，靶体混凝土强度不低于30MPa，混凝土基础比钢板每边长1m。
更进一步，所述冲击靶台的周边还设置有防护围挡、姿态调整装置和导向装置，所述的姿态调整装置结构强度满足150t货包的试验需求，姿态调整装置与跌落试验用吊车联锁，包装容器释放动作应保持同步。
本发明还公开了一种大吨位吨级放射性物质包装容器自由下落试验的测量系统，包括高速摄像系统、应变测量系统和加速度测量系统，所述的应变测量系统和加速度测量系统通过便携控制器与数据服务器连接连接，所述的数据服务器包括数据的存储模块、显示模块和处理模块；
所述的高速摄像机架设在试验靶台附近，用于拍摄容器从自由下落至静止的过程，通过分析容器下落过程的位移与地面撞击的形变，评估容器的抗冲击性能。
进一步，所述的应变测量系统包括应变传感器及与其连接的动态应变信号调理模块，将所述的应变传感器固定在包装容器外表面和内表面预先选定的位置，将应变传感器的信号线连接至动态应变信号调理模块，由主数据采集器中的应变采集器接收信号，通过便携控制器上传到数据服务器，再通过应变分析软件，计算得到测试参数，该系统具有控制、监视、仪表系统的接口，并将其整合在一起整体显示和控制；所述的便携控制器具有与控制室数据服务器连接的数据上传接口。
更进一步，所述的加速度测量系统采用高精度的压电式加速度计，试验前将压电式加速度计固定在容器的不同位置，容器的加速度通过信号接收线至压电式加速度计调理模块，再由主数据采集器中的加速度采集器收集数据，通过便携控制器上传到数据服务器，再通过加速度测量系统分析软件，可计算得到加速度测试参数，同时该系统具有控制、监视、仪表系统的接口，并将其整合在一起整体显示和控制；所述的便携控制器具有与控制室数据服务器连接的数据上传接口。
本发明还公开了一种大吨位放射性物质包装容器自由下落实验方法，包括以下步骤：
(1)试验时，首先利用吊车将包装容器吊运至台车上，由台车运输至冲击靶台上；
(2)通过塔架上吊车将包装容器吊到靶上指定位置；
(3)拆解包装容器，并在包装容器的内外部安装加速度传感器和应变传感器；
(4)在靶台周围设置、安装好防护围挡、参照屏、高速摄像机、导向装置等；
(5)将脱钩器与塔架上的卷扬机连接，利用卷扬机将脱钩器吊起；
(6)用绳索将包装容器固定，再将绳索另一端套在脱钩器内；
(7)启动卷扬机将容器缓慢吊起，通过调姿装置调整好包装容器姿态后提升至试验要求高度；
(8)启动脱钩器将包装容器瞬时释放，使包装容器自由下落到靶台上指定位置；
(9)自由下落测量系统在试验过程中记录并保存测量数据。
本发明的效果在于：采用本发明所述的实验系统和方法，可以进行大吨位放射性物质包装容器的自由下落试验，解决了现有技术中大吨位乏燃料包装容器试验能力不足的问题，完善了大型乏燃料包装容器的自主设计验证能力，提升了放射性物品运输货包设计、试验验证方面技术以及安全监督管理技术水平。在大吨位级放射性物质包装容器自由下落试验中，可以获得靶台的冲击力学数据，验证了自由下落试验力学测量结果与仿真分析结果的准确性，为大吨位放射性物质包装容器的设计优化提供技术支持。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的一种大吨位吨级放射性物质包装容器自由下落试验系统示意图；
图2是本发明具体实施方式中的大吨位吨级放射性物质包装容器自由下落试验的测量系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
本发明设计了一套用于大吨位放射性包装容器自由下落的试验技术，包括试验系统、试验测量系统和试验方法。
如图1所示，一种大吨位放射性包装容器自由下落试验系统，包括设置在试验用塔架3上的卷扬机1，与卷扬机1连接的脱钩器2，脱钩器2上吊有大吨位放射性运输包装容器4，塔架3的底部设置有冲击靶台5，冲击靶台5的周边设置有高速摄像机6、数据分析器7、应变采集器8、加速度采集器9及参照屏10，所述的数据分析器7与应变采集器8和加速度采集器9相连，所述的应变采集器8和加速度采集器9通过信号线与设置在大吨位放射性包装容器4上的相应传感器连接。
本实施例中，所述的卷扬机1由起升机构及操纵机构等组成，起升机构通过螺栓固定在所述塔架的顶部，额定起重量150t，吊钩形式：单钩。
所述的脱钩器2主要由箱体、抓钩、摇臂、动槽、液压缸、液压系统、安全报警装置等零部件组成。最大抓取质量：150t，抓取提梁的最大直径：200mm，抓取提梁的最小直径：50mm。
所述的塔架3顶部可承受竖直向下的载荷2400kN(其中，起重机自重300kN，试验件最大重量1500kN，起重机提升时载荷为2400kN，卸载后的反作用力为1500kN)，载荷设计满足试验使用要求。
所述的冲击靶台5为长方体，靶表面为钢板，靶体混凝土强度不低于C30(30MPa)，混凝土基础比钢板每边长1m。
所述冲击靶台5的周边还设置有防护围挡、姿态调整装置和导向装置(图中未示出)，所述的姿态调整装置结构强度满足150t货包的试验需求，姿态调整装置与跌落试验用吊车联锁，包装容器释放动作应保持同步。
如图2所示，图2为本实施例中所述的一种大吨位吨级放射性物质包装容器安全试验自由下落试验的力学测量系统结构图。
本实施例中，一种大吨位吨级放射性物质包装容器自由下落试验的测量系统，包括高速摄像系统、应变测量系统和加速度测量系统，所述的应变测量系统和加速度测量系统通过便携控制器与数据服务器连接连接，所述的数据服务器包括数据的存储模块、显示模块和处理模块。
(1)高速摄像系统
将高速摄像机架设在试验靶台附近，拍摄容器从自由下落至静止的过程，通过分析容器下落过程的位移与地面撞击的形变，评估容器的抗冲击性能。该系统具备远距离自动控制拍摄；具有外同步功能，支持同步采样检测、多台摄像机同步拍摄；具有满足实验要求的慢放、回放功能，截图功能，时间戳计等功能。
(2)应变测量系统
将应变传感器固定在容器外表面和内表面预先选定的位置，将应变传感器的信号线连接至动态应变信号调理模块，由主数据采集器中的应变采集器接收信号，通过便携控制器上传到数据服务器，再通过应变分析软件，计算得到测试参数，该系统具有控制、监视、仪表系统的接口，并将其整合在一起整体显示和控制；所述的便携控制器具有与控制室数据服务器连接的数据上传接口。
(3)加速度测量系统
加速度测量采用高精度的压电式加速度计，试验前将压电式加速度计固定在容器的不同位置，容器的加速度通过信号接收线至压电式加速度计调理模块，再由主数据采集器中的加速度采集器收集数据，通过便携控制器上传到数据服务器，再通过加速度测量系统分析软件，可计算得到加速度测试参数，同时该系统具有控制、监视、仪表系统的接口，并将其整合在一起整体显示和控制；所述的便携控制器具有与控制室数据服务器连接的数据上传接口。
如图1所示，一种大吨位放射性物质包装容器自由下落实验方法，包括以下步骤：
(1)试验时，首先利用吊车将容器吊运至台车上，由台车运输至靶台上；
(2)通过塔架上吊车将容器吊到靶上指定位置；
(3)拆解容器，并在容器的内外部安装加速度传感器和应变传感器；
(4)在靶台周围设置、安装好防护围挡、参照屏、高速摄像机、导向装置等；
(5)将脱钩器与塔架上的卷扬机连接，利用卷扬机将脱钩器吊起；
(6)用绳索将容器固定，再将绳索另一端套在脱钩器内；
(7)启动卷扬机将容器缓慢吊起，通过调姿装置调整好容器姿态后提升至试验要求高度；
(8)启动脱钩器将容器瞬时释放，使容器自由下落到靶台上指定位置；
(9)自由下落力学测量系统(高速摄像、应变和加速度测量系统)在试验过程中记录并保存测量数据。
本实施例中，还采用了吊车和台车运输包装容器，同时采取了隔振、隔音措施。
通过上述实施例可以看出，采用本发明所述的实验系统和方法，可以进行大吨位放射性物质包装容器的自由下落试验，解决了现有技术中大吨位乏燃料包装容器试验能力不足的问题，完善了大型乏燃料包装容器的自主设计验证能力，提升了放射性物品运输货包设计、试验验证方面技术以及安全监督管理技术水平。在大吨位级放射性物质包装容器自由下落试验中，不仅可以获得靶台的冲击力学数据，还验证了自由下落试验力学测量结果与仿真分析结果的准确性，为大吨位放射性物质包装容器的设计优化提供了强大的技术支持。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
机译： 通过质量或增益的自由下落或内收重量或速度的自由下落进行发电的方法和系统集。
机译： 自由下落零重力实验室设备
机译： 自由下落零重力实验室设备
