專利名稱:Fast射電望遠鏡反射面單元支撐調整裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種FAST射電望遠鏡反射面單元支撐調整裝置，所述支撐調整裝置固定安裝在背架上層的支撐桿和關節球上，與支撐桿通過卡具連接，與關節球通過螺紋連接；所述支撐調整裝置包括鋁合金托盤，所述托盤下方設置高度可調節的支撐座，所述托盤上設置若干連接孔，分別連接支撐座和面板子單元，通過調節支撐座的高度可調節對面板子單元的支撐高度，從而調節反射面單元的面形精度。
【專利說明】FAST射電望遠鏡反射面單元支撐調整裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種FAST射電望遠鏡反射面單元支撐調整裝置，面板子單元通 過該支撐調整裝置固定安裝在背架上層的支撐桿和關節球上，通過該支撐調整裝置可W調 節反射面單元的面形精度。

【背景技術】
[0002] FAST 為 500m 口徑球面射電望遠鏡（Five-hun化ed-meter Aperture S地erical radio Telescope)的簡稱，為國家重大科學工程，目前正在貴州省駭南布依族苗族自治州 平塘縣克度鎮金科村大窩幽珪地建造中。本工程利用大窩幽天然喀斯特珪地作為望遠鏡的 臺址，建造世界最大單口徑射電望遠鏡。
[0003] FAST主動反射面基準面是一個口徑500m、半徑300m的球面，由主體支承結構、促 動器、反射面單元組成。主動反射面主體支承結構由圈梁和格構柱W及格構柱基礎、主索 網、下拉索組成。主索網為短程線型=角形網格。反射面單元安裝在主索網上，邊長約為 10. 4m ?12. 4m，數量約 4300 個。
[0004] FAST反射面單元設計、技術主要要求：
[000引設計使用年限；30年；反射面單元曲率半徑；315m ;拼裝調整后面形精度；RMS < 2. 5mm ;使用環境；戶外、多雨。
[0006] FAST射電望遠鏡的面形精度要求較高，如何滿足FAST反射面單元的技術要求是 急需解決的技術問題。現有的射電望遠鏡的面形精度可通過兩種方式保證面形精度：
[0007] 1)反射面板與背架之間的距離不能調整，如馴接、焊接等。要求背架制造特別精 確，但裝配工藝比較簡單。中小型天線一般均采用該種方式。
[000引 2)反射面板與背架之間的距離可W調整。該樣背架制造不必特別精確，只需在裝 配時進行調整，就可W達到所需的精度。對于大型射電望遠鏡，反射面分成很多塊單元，每 塊面板在成形時達到所需的精度，安裝到背架單元上，通過調整裝置使其準確定位。對于精 度要求較高的拋物面形的反射面，由于面板單元不易通過加工準確成形，在裝到背架上時， 需要通過調整相對高度來調整反射面板面形。
[0009] 現有的調整裝置，具體結構參考"天線結構設計，葉尚輝、李在貴編，西北電訊工程 學院出版社，1986年6月"，其中介紹了四種支撐調整裝置，該四種支撐調整裝置存在的問 題分別是：
[0010] a、調整量小，操作不方便，面板單元及背架單元仍需很高的加工精度，且較難適用 于網架形式的反射面單元；
[0011] b、調整比較困難，受到相鄰構件的影響較大，調整不方便，不適用于網架式的反射 面單元的背架管構件；
[0012] C、焊接工藝會破壞主力骨架的管件強度，并增加了工作時間，工藝比較復雜；
[0013] t增加了面板單元的厚度，比較難于調整面形精度，且不適用于網架式的管桿件 連接。
[0014] 大型射電望遠鏡體量大，如果無合理可靠的調整裝置，將會導致兩方面的問題；1) 由于不能精確定位與調整，為保證面形，特別是網架式反射面單元，須較大程度的提高加工 精度，增加了加工制造成本；2)現有的調整裝置或調整量偏小，效益不高，或調整不便甚至 可用性差。 實用新型內容
[0015] 針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種改進的射電望遠鏡 反射面單元支撐調整裝置，該支撐調整裝置設置有可調整支撐高度的支撐座，支撐座下部 設置卡具連接背架，或者通過螺桿連接關節球，支撐座調節量大，調節方便，卡具與背架連 接方便、快速，沒有需要焊接的結構，不影響反射面單元背架結構強度。
[0016] 為實現上述目的，本實用新型采用W下技術方案：
[0017] FAST射電望遠鏡反射面單元支撐調整裝置，所述支撐調整裝置固定安裝在背架上 層的支撐桿和關節球上，與支撐桿通過卡具連接，與關節球通過螺紋連接；所述支撐調整裝 置包括侶合金托盤，所述托盤下方設置高度可調節的支撐座，所述托盤上設置若干連接孔， 分別連接支撐座和面板子單元，通過調節支撐座的高度可調節對面板子單元的支撐高度， 從而調節反射面單元的面形精度。
[001引進一步，所述托盤為侶合金圓盤，中部設置有1個連接孔，圍繞圓屯、均布了 6個連 接孔，分別連接支撐座和面板子單元，每個托盤同時連接3個或6個所述面板子單元。
[0019] 進一步，所述支撐座包括螺桿，螺桿軸線垂直所述托盤的盤體，通過成對螺母與所 述托盤連接，對所述螺母調節即可W調節螺桿對托盤的支持高度，從而調節對面板子單元 的支撐高度；所述支撐座下方通過所述螺桿連接所述關節球，或者設置卡具連接所述背架 上層支撐桿。
[0020] 進一步，所述支撐座還包括連接座，該連接座為侶合金矩形管，矩形管上下管壁均 設置連接孔，所述螺桿通過成對螺母與連接座下管壁連接固定，所述托盤通過螺栓與連接 座上管壁連接固定，對所述螺母調節即可W調節螺桿對托盤的支持高度。
[0021] 進一步，所述螺桿分為上、下螺桿，中間通過套筒連接，該套筒內壁上下兩端均帶 有螺紋，旋轉所述套筒即可W調節螺桿對托盤的支持高度，所述套筒外壁中部設置有卡接 槽連接旋轉工具。
[0022] 進一步，所述卡具包括半圓形上、下輛塊，上、下輛塊通過螺栓連接，上輛塊中部設 置有螺紋孔連接所述螺桿。
[0023] 進一步，所述卡具包括U型螺栓和壓塊，U型螺栓和壓塊通過螺母連接，所述壓塊 中部設置有螺紋孔連接所述螺桿，所述壓塊相對U型螺栓的一側設置有U型槽。
[0024] 進一步，所述卡具包括上、下兩個平壓塊，兩個平壓塊的兩側均設置有連接孔，通 過螺栓連接，上平壓塊中部設置有螺紋孔或者螺母座連接所述螺桿。
[0025] 進一步，所述螺桿上穿套有加強座，該加強座為侶合金矩形管，矩形管上下管壁設 置連接孔，所述螺桿上設置螺母分別固定在加強座上、下管壁上，對所述螺母調節即可W調 節螺桿對托盤的支持高度。
[0026] 進一步，所述托盤通過螺栓連接所述面板子單元頂角處的連接板。
[0027] 采用上述結構設置的FAST反射面單元支撐調整裝置，具有W下優點：
[002引利用螺栓的左右旋原理，由于可使上下螺栓相向運行，從而使調整速度比普通調 整裝置加倍且更容易行進。
[0029] 不誘鋼旋轉套筒的構造進行了創新。在外壁中間進行了削扁處理，可W直接用扳 手對其進行旋轉操作W調整面板單元與背架之間的距離，從而達到調整面形精度的要求； 此外，套筒的長度可根據調整量需求進行設置，增加了面板精度的可調整范圍。
[0030] U形螺栓與上壓板配合形成圓管狀，可與背架的管件較好的連接在一起，易于操 作，避免了焊接工藝，從而消除了由焊接引起的管件局部應力集中的問題。
[0031] 所有部件均采用螺栓連接，能夠采用標準件，降低了加工成本，且方便運輸，并能 夠在安裝過程中迅速的進行組裝，提高了面形精度調整的效率。
[0032] 本實用新型的結構中大部分使用了成對螺母，可在精度調整滿足要求后梓緊，使 得本實用新型上下端所連接的面板單元、背架的相對位置鎖死，具有較好的面形精度保持 能力。

【附圖說明】

[003引圖1為FAST反射面單元所采用的背架上弦結構圖；
[0034] 圖2為FAST反射面單元所采用的背架下弦結構圖；
[0035] 圖3為FAST反射面單元所采用的背架腹桿結構圖；
[0036] 圖4為網架上弦、下弦、腹桿組合成的背架結構圖；
[0037] 圖5為FAST反射面單元所采用的標條組裝結構圖；
[003引圖6為FAST反射面單元所采用的面板子單元結構圖；
[0039] 圖7為面板子單元頂角部位放大圖；
[0040] 圖8為面板子單元中標條與穿孔侶板的組裝結構圖；
[0041] 圖9為面板子單元頂角部位與侶托盤的組裝結構圖；
[0042] 圖10為面板子單元頂角部位與侶托盤的組裝結構圖；
[0043] 圖11為本實用新型的結構圖；
[0044] 圖12為本實用新型的結構圖；
[0045] 圖13-16為本實用新型所采用的輛塊結構圖；
[0046] 圖17-18為本實用新型所采用的連接座結構圖；
[0047] 圖19-21為本實用新型所采用的U型卡具結構圖；
[0048] 圖22-23為本實用新型所采用的調節套筒結構圖；
[0049] 圖24-29為本實用新型的結構圖。
[0050] 圖中；1.背架上弦；1-1.支撐桿；1-2.關節球；2.背架下弦；2-1.支撐桿；2-2.關 節球；3.腹桿；3-1.支撐桿；4.面板組合點面板子單元；5-1.穿孔面板；5-2.標條；5-3. 連接板；5-4.馴釘；6.托盤；6-1.螺釘；7.支撐調整裝置；7-1.螺栓；7-2.連接座；7-3.螺 桿；7-4.螺桿；7-5.套筒；7-6.上螺桿；7-7.下螺桿；7-8.加強座；8.卡具；8-1.上輛塊； 8-2.下輛塊；9. U型卡具；9-1. U型螺栓；9-2.壓塊。

【具體實施方式】
[0化1] 為更進一步闡述本實用新型為達到預定發明目的所采取的技術手段及功效，W下 結合附圖和較佳實施例，對本實用新型的結構、特征w及功效詳細說明如后。
[0052] ( -）FAST反射面單元
[0化引本實用新型所應用的FAST射電望遠鏡空間五等分反射面單元，結構如圖1、圖2、 圖3、圖4所示，具體包括雙層背架，背架整體呈=角形，每層均由若干個=角形結構單元組 成，=角形結構單元由支撐桿通過關節球連接構成，上層每條邊為五等分，下層每條邊為四 等分，兩層中間設置有腹桿斜支撐，腹桿也連接在關節球上。
[0化4] 其中的支撐桿、關節球、腹桿均采用侶合金制造。支撐桿、腹桿的侶合金型號為 6061-T6 ;關節球的侶合金型號為2A12,當然也可W根據實際需要選用其他侶合金型號。支 撐桿、腹桿均為侶合金圓管，總數120根，截面尺寸為040mm X 2左右。
[0化5] 背架上層即圖1中的背架上弦1，共包括25個S角形結構單元，部分支撐桿1-1和 全部關節球1-2在=角形結構單元之間是共用的，所謂的空間五等分即是指背架上層每條 邊為五等分，因為W背架上層為基座安裝有若干個面板子單元，背架上層是直接支撐結構。 背架下層即圖2中的背架下弦2,共包括16個=角形結構單元，部分支撐桿2-1和全部關節 球2-2在S角形結構單元之間是共用的。
[0化6] 為什么不選擇空間四等分或空間六等分的侶合金背架反射面單元？經仿真計算 四等分的剛度小，變形大，不能滿足使用要求，而六等分的雖然在剛度、強度上好于五等分， 但其支撐桿件數及螺栓關節球數目及種類增加很多，該樣會使制造費用和安裝費用等增加 很多，而五等分綜合性能最好，是最優選擇。
[0057] 發明人針對空間五等分侶合金背架反射面單元分別制造了等邊的和不等邊的樣 機各一個，且對樣機進行了安裝及面形精度調整試驗，加載、卸載試驗及不同傾角的變形試 驗。試驗結果均滿足FAST使用要求。
[0化引如圖5、圖6、圖11所示，W背架上層為基座安裝有若干個面板子單元5,面板子單 元5呈=角形，面板子單元5通過支撐調整裝置固定安裝在背架上層的支撐桿和關節球上， 支撐調整裝置可調節對面板子單元5的支撐高度，面板子單元5采用侶合金制造。
[0化9] 如圖7、圖8所示，面板子單元5設置有=角形侶合金穿孔面板5-1，穿孔面板5-1 背面沿著的每條邊均設置有支撐標條5-2,標條5-2為侶合金矩形管，穿孔面板5-1通過侶 合金馴釘5-4固定在標條5-2管壁上，相鄰標條5-2在穿孔面板5-1頂角處設置侶合金連 接板5-3連接。穿孔面板5-1上的穿孔直徑5mm，兩孔中屯、距6. 7mm。
[0060] 穿孔面板5-1也可W采用侶合金網代替。穿孔面板、侶合金網的侶合金型號為 5050 ;連接板5-3的侶合金型號為3003,當然也可W根據實際需要選用其他侶合金型號。 [006U 在FAST反射面單元中，背架頂角處伸出端桿（未圖示）連接射電望遠鏡主索網， 端桿外端還需要設置軸承、軸承座等部件，固定或活動連接在主索網的總關節處。該端桿也 連接在背架中的關節球上，端桿尺寸和材質可參考背架的支撐桿設置。
[0062] (二）支撐調整裝置
[0063] 本實用新型如圖11所示，包括侶合金托盤6,托盤6為侶合金圓盤，參考厚度4mm， 托盤6下方設置高度可調節的支撐座，該支撐座與背架上層的支撐桿和關節球連接固定； 托盤6上設置若干連接孔，具體為中部設置有1個連接孔，圍繞圓屯、又均布了 6個連接孔， 分別連接支撐座和面板子單元5,每個托盤6同時連接3個或6個面板子單元5。具體地， 面板子單元5頂角處的連接板5-3與托盤6通過螺栓連接，該螺栓可W采用不誘鋼材料。
[0064] 對于使用在邊角處的托盤6,可W適當將形狀簡化，例如設置成半圓形或扇形，連 接孔也可W適當減少，例如圍繞圓屯、設置2個或3個連接孔即可。
[00化]上述支撐座有多種實施方式，首先看圖24所示，支撐座包括螺桿7-4,螺桿7-4軸 線垂直托盤6的盤體，通過成對螺母與托盤6連接，對螺母調節即可W調節螺桿7-4對托盤 6的支持高度，從而實現對反射面單元面形精度的調整；支撐座下方通過螺桿7-4連接關節 球，或者設置卡具連接背架上層的支撐桿。此處的螺桿、螺母可W采用不誘鋼材料。
[0066] 如圖11、圖12、圖26、圖27所示，支撐座還包括連接座7-2,該連接座7-2為侶合 金矩形管，矩形管上下管壁均設置連接孔，螺桿7-3通過成對螺母與連接座7-2下管壁連接 固定，托盤6通過螺栓7-1與連接座7-2上管壁連接固定，對螺母調節即可W調節螺桿7-3 對托盤6的支持高度。此處的螺桿、螺母可W采用不誘鋼材料。
[0067] 在圖24所示結構的基礎上，還可W在螺桿7-4上設置加強座7-8,如圖28所示，力口 強座7-8為侶合金矩形管，矩形管上下管壁設置連接孔，螺桿7-4通過螺母分別固定在加強 座7-8上、下管壁上，對螺母調節即可W調節螺桿7-4對托盤6的支持高度。
[0068] 如圖25所示，支撐座包括上螺桿7-6、下螺桿7-7,中間通過套筒7-5連接，套筒 7-5內壁上下兩端均帶有螺紋，對套筒7-5旋轉即可W調節螺桿對托盤6的支持高度，套筒 7-5外壁中部設置有卡接槽連接旋轉工具。此處的螺桿、套筒7-5可W采用不誘鋼材料。
[0069] 上述的卡具也有多種實施方式，首先如圖12、圖13、圖14、圖15、圖16所示，卡具 包括半圓形上輛塊8-1、下輛塊8-2,上、下輛塊通過螺栓連接，中間可夾緊支撐桿，上輛塊 中部設置有螺紋孔連接螺桿7-3。上、下輛塊優選侶合金型號2A12。
[0070] 或者如圖19、圖20、圖21所示，卡具包括U型螺栓9-1和壓塊9-2, U型螺栓9-1 和壓塊9-2通過螺母連接，中間可夾緊支撐桿，壓塊9-2相對U型螺栓9-1的一側設置有U 型槽。U型螺栓9-1和壓塊9-2可選用不誘鋼材料。
[0071] 當背架中設置有C型管等結構件時，還可W將卡具設置成適應的形狀，如圖29所 示，卡具包括上、下兩個平壓塊7-8,兩個平壓塊7-8的兩側均設置有連接孔，通過螺栓連 接，上平壓塊中部設置有螺紋孔或者螺母座連接螺桿7-4。
[0072] 對使用了本實用新型的反射面單元進行了拼裝試驗，調整前反射面單元面形精度 rms = 4. 9mm。試驗結論：通過調整，檢測結果表明：全侶反射面單元的面形誤差為rms = 2. 4mm，滿足了設計所要求的rms不超過2. 5mm的指標要求。因此該種調整裝置能夠方便的 應用于類似的反射面單元的面形調整中。
[0073] (=)實驗驗證
[0074] 本實用新型所應用的FAST反射面單元進行了大量的仿真分析計算，如自重變形 及應力、不同風載作用下的變形及應力、溫度作用下的變形及應力、各種荷載組合作用下的 變形及應力等，仿真計算結果證明能滿足FAST對反射面單元的各項技術要求。表1、表2為 11米等邊反射面單元的部分仿真分析計算結果，由于本實用新型采用全侶空間結構，較大 程度的降低了自重，因此降低了支撐結構的制造成本及其安裝、運輸成本；由于反射面單元 采用了侶合金材料，其本身具有良好的防腐能力，不需再進行其它防腐措施即可滿足FAST 的防腐要求。
[0075] 表1 11米等邊反射面單元不同載荷作用下的變形
[0076]

【權利要求】
1. FAST射電望遠鏡反射面單元支撐調整裝置，其特征在于，所述支撐調整裝置固定安 裝在背架上層的支撐桿和關節球上，與支撐桿通過卡具連接，與關節球通過螺紋連接；所述 支撐調整裝置包括侶合金托盤，所述托盤下方設置高度可調節的支撐座，所述托盤上設置 若干連接孔，分別連接支撐座和面板子單元，通過調節支撐座的高度可調節對面板子單元 的支撐高度，從而調節反射面單元的面形精度。2. 如權利要求1所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述托盤為侶合金圓盤，中部設置 有1個連接孔，圍繞圓屯、均布了 6個連接孔，分別連接支撐座和面板子單元，每個托盤同時 連接3個或6個所述面板子單元。3. 如權利要求1所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述支撐座包括螺桿，螺桿軸線垂 直所述托盤的盤體，通過成對螺母與所述托盤連接，對所述螺母調節即可W調節螺桿對托 盤的支持高度，從而調節對面板子單元的支撐高度；所述支撐座下方通過所述螺桿連接所 述關節球，或者設置卡具連接所述背架上層支撐桿。4. 如權利要求3所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述支撐座還包括連接座，該連接 座為侶合金矩形管，矩形管上下管壁均設置連接孔，所述螺桿通過成對螺母與連接座下管 壁連接固定，所述托盤通過螺栓與連接座上管壁連接固定，對所述螺母調節即可W調節螺 桿對托盤的支持高度。5. 如權利要求3所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述螺桿分為上、下螺桿，中間通 過套筒連接，該套筒內壁上下兩端均帶有螺紋，旋轉所述套筒即可W調節螺桿對托盤的支 持高度，所述套筒外壁中部設置有卡接槽連接旋轉工具。6. 如權利要求3所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述卡具包括半圓形上、下輛塊， 上、下輛塊通過螺栓連接，上輛塊中部設置有螺紋孔連接所述螺桿。7. 如權利要求3所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述卡具包括U型螺栓和壓塊， U型螺栓和壓塊通過螺母連接，所述壓塊中部設置有螺紋孔連接所述螺桿，所述壓塊相對U 型螺栓的一側設置有U型槽。8. 如權利要求3所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述卡具包括上、下兩個平壓塊， 兩個平壓塊的兩側均設置有連接孔，通過螺栓連接，上平壓塊中部設置有螺紋孔或者螺母 座連接所述螺桿。9. 如權利要求3所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述螺桿上穿套有加強座，該加強 座為侶合金矩形管，矩形管上下管壁設置連接孔，所述螺桿上設置螺母分別固定在加強座 上、下管壁上，對所述螺母調節即可W調節螺桿對托盤的支持高度。10. 如權利要求1所述的支撐調整裝置，其特征在于，所述托盤通過螺栓連接所述面板 子單元頂角處的連接板。
【文檔編號】H01Q1-12GK204289682SQ201420734530
【發明者】趙保慶, 古學東, 趙清, 王啟明, 南仁東 [申請人]中國科學院國家天文臺