Fast射电望远镜反射面单元支撑调整装置制造方法

专利名称:Fast射电望远镜反射面单元支撑调整装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种FAST射电望远镜反射面单元支撑调整装置，所述支撑调整装置固定安装在背架上层的支撑杆和关节球上，与支撑杆通过卡具连接，与关节球通过螺纹连接；所述支撑调整装置包括铝合金托盘，所述托盘下方设置高度可调节的支撑座，所述托盘上设置若干连接孔，分别连接支撑座和面板子单元，通过调节支撑座的高度可调节对面板子单元的支撑高度，从而调节反射面单元的面形精度。
【专利说明】FAST射电望远镜反射面单元支撑调整装置

【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种FAST射电望远镜反射面单元支撑调整装置，面板子单元通 过该支撑调整装置固定安装在背架上层的支撑杆和关节球上，通过该支撑调整装置可W调 节反射面单元的面形精度。

【背景技术】
[0002] FAST 为 500m 口径球面射电望远镜（Five-hun化ed-meter Aperture S地erical radio Telescope)的简称，为国家重大科学工程，目前正在贵州省駭南布依族苗族自治州 平塘县克度镇金科村大窝幽珪地建造中。本工程利用大窝幽天然喀斯特珪地作为望远镜的 台址，建造世界最大单口径射电望远镜。
[0003] FAST主动反射面基准面是一个口径500m、半径300m的球面，由主体支承结构、促 动器、反射面单元组成。主动反射面主体支承结构由圈梁和格构柱W及格构柱基础、主索 网、下拉索组成。主索网为短程线型=角形网格。反射面单元安装在主索网上，边长约为 10. 4m ?12. 4m，数量约 4300 个。
[0004] FAST反射面单元设计、技术主要要求：
[000引设计使用年限；30年；反射面单元曲率半径；315m ;拼装调整后面形精度；RMS < 2. 5mm ;使用环境；户外、多雨。
[0006] FAST射电望远镜的面形精度要求较高，如何满足FAST反射面单元的技术要求是 急需解决的技术问题。现有的射电望远镜的面形精度可通过两种方式保证面形精度：
[0007] 1)反射面板与背架之间的距离不能调整，如馴接、焊接等。要求背架制造特别精 确，但装配工艺比较简单。中小型天线一般均采用该种方式。
[000引 2)反射面板与背架之间的距离可W调整。该样背架制造不必特别精确，只需在装 配时进行调整，就可W达到所需的精度。对于大型射电望远镜，反射面分成很多块单元，每 块面板在成形时达到所需的精度，安装到背架单元上，通过调整装置使其准确定位。对于精 度要求较高的抛物面形的反射面，由于面板单元不易通过加工准确成形，在装到背架上时， 需要通过调整相对高度来调整反射面板面形。
[0009] 现有的调整装置，具体结构参考"天线结构设计，叶尚辉、李在贵编，西北电讯工程 学院出版社，1986年6月"，其中介绍了四种支撑调整装置，该四种支撑调整装置存在的问 题分别是：
[0010] a、调整量小，操作不方便，面板单元及背架单元仍需很高的加工精度，且较难适用 于网架形式的反射面单元；
[0011] b、调整比较困难，受到相邻构件的影响较大，调整不方便，不适用于网架式的反射 面单元的背架管构件；
[0012] C、焊接工艺会破坏主力骨架的管件强度，并增加了工作时间，工艺比较复杂；
[0013] t增加了面板单元的厚度，比较难于调整面形精度，且不适用于网架式的管杆件 连接。
[0014] 大型射电望远镜体量大，如果无合理可靠的调整装置，将会导致两方面的问题；1) 由于不能精确定位与调整，为保证面形，特别是网架式反射面单元，须较大程度的提高加工 精度，增加了加工制造成本；2)现有的调整装置或调整量偏小，效益不高，或调整不便甚至 可用性差。 实用新型内容
[0015] 针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种改进的射电望远镜 反射面单元支撑调整装置，该支撑调整装置设置有可调整支撑高度的支撑座，支撑座下部 设置卡具连接背架，或者通过螺杆连接关节球，支撑座调节量大，调节方便，卡具与背架连 接方便、快速，没有需要焊接的结构，不影响反射面单元背架结构强度。
[0016] 为实现上述目的，本实用新型采用W下技术方案：
[0017] FAST射电望远镜反射面单元支撑调整装置，所述支撑调整装置固定安装在背架上 层的支撑杆和关节球上，与支撑杆通过卡具连接，与关节球通过螺纹连接；所述支撑调整装 置包括侣合金托盘，所述托盘下方设置高度可调节的支撑座，所述托盘上设置若干连接孔， 分别连接支撑座和面板子单元，通过调节支撑座的高度可调节对面板子单元的支撑高度， 从而调节反射面单元的面形精度。
[001引进一步，所述托盘为侣合金圆盘，中部设置有1个连接孔，围绕圆屯、均布了 6个连 接孔，分别连接支撑座和面板子单元，每个托盘同时连接3个或6个所述面板子单元。
[0019] 进一步，所述支撑座包括螺杆，螺杆轴线垂直所述托盘的盘体，通过成对螺母与所 述托盘连接，对所述螺母调节即可W调节螺杆对托盘的支持高度，从而调节对面板子单元 的支撑高度；所述支撑座下方通过所述螺杆连接所述关节球，或者设置卡具连接所述背架 上层支撑杆。
[0020] 进一步，所述支撑座还包括连接座，该连接座为侣合金矩形管，矩形管上下管壁均 设置连接孔，所述螺杆通过成对螺母与连接座下管壁连接固定，所述托盘通过螺栓与连接 座上管壁连接固定，对所述螺母调节即可W调节螺杆对托盘的支持高度。
[0021] 进一步，所述螺杆分为上、下螺杆，中间通过套筒连接，该套筒内壁上下两端均带 有螺纹，旋转所述套筒即可W调节螺杆对托盘的支持高度，所述套筒外壁中部设置有卡接 槽连接旋转工具。
[0022] 进一步，所述卡具包括半圆形上、下辆块，上、下辆块通过螺栓连接，上辆块中部设 置有螺纹孔连接所述螺杆。
[0023] 进一步，所述卡具包括U型螺栓和压块，U型螺栓和压块通过螺母连接，所述压块 中部设置有螺纹孔连接所述螺杆，所述压块相对U型螺栓的一侧设置有U型槽。
[0024] 进一步，所述卡具包括上、下两个平压块，两个平压块的两侧均设置有连接孔，通 过螺栓连接，上平压块中部设置有螺纹孔或者螺母座连接所述螺杆。
[0025] 进一步，所述螺杆上穿套有加强座，该加强座为侣合金矩形管，矩形管上下管壁设 置连接孔，所述螺杆上设置螺母分别固定在加强座上、下管壁上，对所述螺母调节即可W调 节螺杆对托盘的支持高度。
[0026] 进一步，所述托盘通过螺栓连接所述面板子单元顶角处的连接板。
[0027] 采用上述结构设置的FAST反射面单元支撑调整装置，具有W下优点：
[002引利用螺栓的左右旋原理，由于可使上下螺栓相向运行，从而使调整速度比普通调 整装置加倍且更容易行进。
[0029] 不诱钢旋转套筒的构造进行了创新。在外壁中间进行了削扁处理，可W直接用扳 手对其进行旋转操作W调整面板单元与背架之间的距离，从而达到调整面形精度的要求； 此外，套筒的长度可根据调整量需求进行设置，增加了面板精度的可调整范围。
[0030] U形螺栓与上压板配合形成圆管状，可与背架的管件较好的连接在一起，易于操 作，避免了焊接工艺，从而消除了由焊接引起的管件局部应力集中的问题。
[0031] 所有部件均采用螺栓连接，能够采用标准件，降低了加工成本，且方便运输，并能 够在安装过程中迅速的进行组装，提高了面形精度调整的效率。
[0032] 本实用新型的结构中大部分使用了成对螺母，可在精度调整满足要求后梓紧，使 得本实用新型上下端所连接的面板单元、背架的相对位置锁死，具有较好的面形精度保持 能力。

【附图说明】

[003引图1为FAST反射面单元所采用的背架上弦结构图；
[0034] 图2为FAST反射面单元所采用的背架下弦结构图；
[0035] 图3为FAST反射面单元所采用的背架腹杆结构图；
[0036] 图4为网架上弦、下弦、腹杆组合成的背架结构图；
[0037] 图5为FAST反射面单元所采用的標条组装结构图；
[003引图6为FAST反射面单元所采用的面板子单元结构图；
[0039] 图7为面板子单元顶角部位放大图；
[0040] 图8为面板子单元中標条与穿孔侣板的组装结构图；
[0041] 图9为面板子单元顶角部位与侣托盘的组装结构图；
[0042] 图10为面板子单元顶角部位与侣托盘的组装结构图；
[0043] 图11为本实用新型的结构图；
[0044] 图12为本实用新型的结构图；
[0045] 图13-16为本实用新型所采用的辆块结构图；
[0046] 图17-18为本实用新型所采用的连接座结构图；
[0047] 图19-21为本实用新型所采用的U型卡具结构图；
[0048] 图22-23为本实用新型所采用的调节套筒结构图；
[0049] 图24-29为本实用新型的结构图。
[0050] 图中；1.背架上弦；1-1.支撑杆；1-2.关节球；2.背架下弦；2-1.支撑杆；2-2.关 节球；3.腹杆；3-1.支撑杆；4.面板组合点面板子单元；5-1.穿孔面板；5-2.標条；5-3. 连接板；5-4.馴钉；6.托盘；6-1.螺钉；7.支撑调整装置；7-1.螺栓；7-2.连接座；7-3.螺 杆；7-4.螺杆；7-5.套筒；7-6.上螺杆；7-7.下螺杆；7-8.加强座；8.卡具；8-1.上辆块； 8-2.下辆块；9. U型卡具；9-1. U型螺栓；9-2.压块。

【具体实施方式】
[0化1] 为更进一步阐述本实用新型为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，W下 结合附图和较佳实施例，对本实用新型的结构、特征w及功效详细说明如后。
[0052] ( -）FAST反射面单元
[0化引本实用新型所应用的FAST射电望远镜空间五等分反射面单元，结构如图1、图2、 图3、图4所示，具体包括双层背架，背架整体呈=角形，每层均由若干个=角形结构单元组 成，=角形结构单元由支撑杆通过关节球连接构成，上层每条边为五等分，下层每条边为四 等分，两层中间设置有腹杆斜支撑，腹杆也连接在关节球上。
[0化4] 其中的支撑杆、关节球、腹杆均采用侣合金制造。支撑杆、腹杆的侣合金型号为 6061-T6 ;关节球的侣合金型号为2A12,当然也可W根据实际需要选用其他侣合金型号。支 撑杆、腹杆均为侣合金圆管，总数120根，截面尺寸为040mm X 2左右。
[0化5] 背架上层即图1中的背架上弦1，共包括25个S角形结构单元，部分支撑杆1-1和 全部关节球1-2在=角形结构单元之间是共用的，所谓的空间五等分即是指背架上层每条 边为五等分，因为W背架上层为基座安装有若干个面板子单元，背架上层是直接支撑结构。 背架下层即图2中的背架下弦2,共包括16个=角形结构单元，部分支撑杆2-1和全部关节 球2-2在S角形结构单元之间是共用的。
[0化6] 为什么不选择空间四等分或空间六等分的侣合金背架反射面单元？经仿真计算 四等分的刚度小，变形大，不能满足使用要求，而六等分的虽然在刚度、强度上好于五等分， 但其支撑杆件数及螺栓关节球数目及种类增加很多，该样会使制造费用和安装费用等增加 很多，而五等分综合性能最好，是最优选择。
[0057] 发明人针对空间五等分侣合金背架反射面单元分别制造了等边的和不等边的样 机各一个，且对样机进行了安装及面形精度调整试验，加载、卸载试验及不同倾角的变形试 验。试验结果均满足FAST使用要求。
[0化引如图5、图6、图11所示，W背架上层为基座安装有若干个面板子单元5,面板子单 元5呈=角形，面板子单元5通过支撑调整装置固定安装在背架上层的支撑杆和关节球上， 支撑调整装置可调节对面板子单元5的支撑高度，面板子单元5采用侣合金制造。
[0化9] 如图7、图8所示，面板子单元5设置有=角形侣合金穿孔面板5-1，穿孔面板5-1 背面沿着的每条边均设置有支撑標条5-2,標条5-2为侣合金矩形管，穿孔面板5-1通过侣 合金馴钉5-4固定在標条5-2管壁上，相邻標条5-2在穿孔面板5-1顶角处设置侣合金连 接板5-3连接。穿孔面板5-1上的穿孔直径5mm，两孔中屯、距6. 7mm。
[0060] 穿孔面板5-1也可W采用侣合金网代替。穿孔面板、侣合金网的侣合金型号为 5050 ;连接板5-3的侣合金型号为3003,当然也可W根据实际需要选用其他侣合金型号。 [006U 在FAST反射面单元中，背架顶角处伸出端杆（未图示）连接射电望远镜主索网， 端杆外端还需要设置轴承、轴承座等部件，固定或活动连接在主索网的总关节处。该端杆也 连接在背架中的关节球上，端杆尺寸和材质可参考背架的支撑杆设置。
[0062] (二）支撑调整装置
[0063] 本实用新型如图11所示，包括侣合金托盘6,托盘6为侣合金圆盘，参考厚度4mm， 托盘6下方设置高度可调节的支撑座，该支撑座与背架上层的支撑杆和关节球连接固定； 托盘6上设置若干连接孔，具体为中部设置有1个连接孔，围绕圆屯、又均布了 6个连接孔， 分别连接支撑座和面板子单元5,每个托盘6同时连接3个或6个面板子单元5。具体地， 面板子单元5顶角处的连接板5-3与托盘6通过螺栓连接，该螺栓可W采用不诱钢材料。
[0064] 对于使用在边角处的托盘6,可W适当将形状简化，例如设置成半圆形或扇形，连 接孔也可W适当减少，例如围绕圆屯、设置2个或3个连接孔即可。
[00化]上述支撑座有多种实施方式，首先看图24所示，支撑座包括螺杆7-4,螺杆7-4轴 线垂直托盘6的盘体，通过成对螺母与托盘6连接，对螺母调节即可W调节螺杆7-4对托盘 6的支持高度，从而实现对反射面单元面形精度的调整；支撑座下方通过螺杆7-4连接关节 球，或者设置卡具连接背架上层的支撑杆。此处的螺杆、螺母可W采用不诱钢材料。
[0066] 如图11、图12、图26、图27所示，支撑座还包括连接座7-2,该连接座7-2为侣合 金矩形管，矩形管上下管壁均设置连接孔，螺杆7-3通过成对螺母与连接座7-2下管壁连接 固定，托盘6通过螺栓7-1与连接座7-2上管壁连接固定，对螺母调节即可W调节螺杆7-3 对托盘6的支持高度。此处的螺杆、螺母可W采用不诱钢材料。
[0067] 在图24所示结构的基础上，还可W在螺杆7-4上设置加强座7-8,如图28所示，力口 强座7-8为侣合金矩形管，矩形管上下管壁设置连接孔，螺杆7-4通过螺母分别固定在加强 座7-8上、下管壁上，对螺母调节即可W调节螺杆7-4对托盘6的支持高度。
[0068] 如图25所示，支撑座包括上螺杆7-6、下螺杆7-7,中间通过套筒7-5连接，套筒 7-5内壁上下两端均带有螺纹，对套筒7-5旋转即可W调节螺杆对托盘6的支持高度，套筒 7-5外壁中部设置有卡接槽连接旋转工具。此处的螺杆、套筒7-5可W采用不诱钢材料。
[0069] 上述的卡具也有多种实施方式，首先如图12、图13、图14、图15、图16所示，卡具 包括半圆形上辆块8-1、下辆块8-2,上、下辆块通过螺栓连接，中间可夹紧支撑杆，上辆块 中部设置有螺纹孔连接螺杆7-3。上、下辆块优选侣合金型号2A12。
[0070] 或者如图19、图20、图21所示，卡具包括U型螺栓9-1和压块9-2, U型螺栓9-1 和压块9-2通过螺母连接，中间可夹紧支撑杆，压块9-2相对U型螺栓9-1的一侧设置有U 型槽。U型螺栓9-1和压块9-2可选用不诱钢材料。
[0071] 当背架中设置有C型管等结构件时，还可W将卡具设置成适应的形状，如图29所 示，卡具包括上、下两个平压块7-8,两个平压块7-8的两侧均设置有连接孔，通过螺栓连 接，上平压块中部设置有螺纹孔或者螺母座连接螺杆7-4。
[0072] 对使用了本实用新型的反射面单元进行了拼装试验，调整前反射面单元面形精度 rms = 4. 9mm。试验结论：通过调整，检测结果表明：全侣反射面单元的面形误差为rms = 2. 4mm，满足了设计所要求的rms不超过2. 5mm的指标要求。因此该种调整装置能够方便的 应用于类似的反射面单元的面形调整中。
[0073] (=)实验验证
[0074] 本实用新型所应用的FAST反射面单元进行了大量的仿真分析计算，如自重变形 及应力、不同风载作用下的变形及应力、温度作用下的变形及应力、各种荷载组合作用下的 变形及应力等，仿真计算结果证明能满足FAST对反射面单元的各项技术要求。表1、表2为 11米等边反射面单元的部分仿真分析计算结果，由于本实用新型采用全侣空间结构，较大 程度的降低了自重，因此降低了支撑结构的制造成本及其安装、运输成本；由于反射面单元 采用了侣合金材料，其本身具有良好的防腐能力，不需再进行其它防腐措施即可满足FAST 的防腐要求。
[0075] 表1 11米等边反射面单元不同载荷作用下的变形
[0076]

【权利要求】
1. FAST射电望远镜反射面单元支撑调整装置，其特征在于，所述支撑调整装置固定安 装在背架上层的支撑杆和关节球上，与支撑杆通过卡具连接，与关节球通过螺纹连接；所述 支撑调整装置包括侣合金托盘，所述托盘下方设置高度可调节的支撑座，所述托盘上设置 若干连接孔，分别连接支撑座和面板子单元，通过调节支撑座的高度可调节对面板子单元 的支撑高度，从而调节反射面单元的面形精度。2. 如权利要求1所述的支撑调整装置，其特征在于，所述托盘为侣合金圆盘，中部设置 有1个连接孔，围绕圆屯、均布了 6个连接孔，分别连接支撑座和面板子单元，每个托盘同时 连接3个或6个所述面板子单元。3. 如权利要求1所述的支撑调整装置，其特征在于，所述支撑座包括螺杆，螺杆轴线垂 直所述托盘的盘体，通过成对螺母与所述托盘连接，对所述螺母调节即可W调节螺杆对托 盘的支持高度，从而调节对面板子单元的支撑高度；所述支撑座下方通过所述螺杆连接所 述关节球，或者设置卡具连接所述背架上层支撑杆。4. 如权利要求3所述的支撑调整装置，其特征在于，所述支撑座还包括连接座，该连接 座为侣合金矩形管，矩形管上下管壁均设置连接孔，所述螺杆通过成对螺母与连接座下管 壁连接固定，所述托盘通过螺栓与连接座上管壁连接固定，对所述螺母调节即可W调节螺 杆对托盘的支持高度。5. 如权利要求3所述的支撑调整装置，其特征在于，所述螺杆分为上、下螺杆，中间通 过套筒连接，该套筒内壁上下两端均带有螺纹，旋转所述套筒即可W调节螺杆对托盘的支 持高度，所述套筒外壁中部设置有卡接槽连接旋转工具。6. 如权利要求3所述的支撑调整装置，其特征在于，所述卡具包括半圆形上、下辆块， 上、下辆块通过螺栓连接，上辆块中部设置有螺纹孔连接所述螺杆。7. 如权利要求3所述的支撑调整装置，其特征在于，所述卡具包括U型螺栓和压块， U型螺栓和压块通过螺母连接，所述压块中部设置有螺纹孔连接所述螺杆，所述压块相对U 型螺栓的一侧设置有U型槽。8. 如权利要求3所述的支撑调整装置，其特征在于，所述卡具包括上、下两个平压块， 两个平压块的两侧均设置有连接孔，通过螺栓连接，上平压块中部设置有螺纹孔或者螺母 座连接所述螺杆。9. 如权利要求3所述的支撑调整装置，其特征在于，所述螺杆上穿套有加强座，该加强 座为侣合金矩形管，矩形管上下管壁设置连接孔，所述螺杆上设置螺母分别固定在加强座 上、下管壁上，对所述螺母调节即可W调节螺杆对托盘的支持高度。10. 如权利要求1所述的支撑调整装置，其特征在于，所述托盘通过螺栓连接所述面板 子单元顶角处的连接板。
【文档编号】H01Q1-12GK204289682SQ201420734530
【发明者】赵保庆, 古学东, 赵清, 王启明, 南仁东 [申请人]中国科学院国家天文台