CN107505700B - 大口径望远镜支撑***及跟踪架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径望远镜支撑***，轴系包括左立柱、右立柱和该支撑***，该支撑***包括：侧向支撑***和液压支撑***，液压支撑***包括油缸、静压泵、液压管路、节流阀、第一液压油垫组件和第二液压油垫组件；第一液压油垫组件与左立柱限定第一油腔并形成第一油膜，第二液压油垫组件与右立柱限定第二油腔并形成第二油膜，两个油腔连通；节流阀位于液压管路上，控制两个油腔的油压。本发明将液压支撑结构引入到俯仰轴轴系支撑***中，通过调节节流阀的开度，调节液压管路的油腔压力，并且两个油腔压力同步调节，使水平轴两侧轴头的均衡负载，降低了转台上表面的加工难度，减少了装调时间，有效降低望远镜的建设成本。

Description

大口径望远镜支撑***及跟踪架

技术领域

本发明涉及大口径望远镜的结构设计，更为具体的说，涉及一种大口径望远镜支撑***及跟踪架。

背景技术

大口径望远镜的安装结构又称跟踪架结构，现有的跟踪架结构形式多种多样，主要有地平式、极轴式、水平式、T形架结构以及六杆万向平台式等。前三种结构形式被广泛应用于大口径地基光电望远镜结构设计中。

三种典型跟踪架在结构设计上区别较大。地平式结构形式较为单一，组成跟踪架的两个轴系相互垂直，垂直地面的轴系称为方位轴系，水平安置且垂直于方位轴的轴系称为水平轴系(也称为俯仰轴)；极轴式跟踪架也有两个轴，分别为极轴和赤纬轴，其中极轴平行于天轴指向北极；水平式跟踪架也由两根相互垂直的旋转轴组成，一根指向南北称为经轴，另一根垂直于经轴，称为纬轴。

以地平式结构为例，俯仰轴系一般由三个部分组成：左立柱、右立柱以及四通。其中，在大型望远镜中，左立柱和右立柱中都包含有一个完整的轴系。当两者和四通集成后向转台安装时，由于安装平面不等高、平面度不好等因素的存在，会使得安装完成的俯仰轴轴线变形，导致观测精度下降。如果变形较大还有可能对俯仰轴的轴承寿命产生影响。

为解决这一问题，传统上，一般需要钳工以及检测人员一起通过研磨转台上表面，并使用自准直仪实时测量，以保证两侧轴头轴线走向一致。但随着望远镜口径的不断增加，望远镜跟踪架的跨度已达到10m以上量级。一方面，跨度的增加导致传统的检测手段难以达到既定的精度；另一方面，巨大的承载重量和跨度会在重力的作用下产生可观的弯沉，使得电机的负载有较大波动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大口径望远镜支撑***及跟踪架，通过将液压结构引入到俯仰轴轴系支撑***中，实现水平轴两侧轴头的均衡负载，降低水平轴载荷的力矩波动，提高望远镜***的低速跟踪能力以及指向跟踪精度。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种大口径望远镜支撑***，应用于跟踪架结构中的地平式结构的水平轴系以及水平式结构的纬轴轴系，所述轴系包括左立柱(61)、右立柱(62)和该支撑***，该支撑***包括：侧向支撑***(5)和液压支撑***，其中液压支撑***包括油缸(11)、静压泵(13)、液压管路(15)、节流阀(16)、第一液压油垫组件(31)和第二液压油垫组件(32)；

其中，所述第一液压油垫组件(31)位于所述左立柱(61)下方，所述左立柱(61)与第一液压油垫组件(31)共同限定了第一油腔(81)，所述第一液压油垫组件(31)与所述左立柱(61)相对的表面间形成第一油膜；所述第二液压油垫组件(32)位于所述右立柱(62)下方，所述右立柱(62)与第二液压油垫组件(32)共同限定了第二油腔(82)，所述第二液压油垫组件(32)与所述右立柱(2)相对的表面间形成第二油膜，所述第一油腔(81)与第二油腔(82)连通；

所述静压泵(13)用于将所述油缸(11)中的油泵入所述液压管路(15)，所述节流阀(16)位于所述液压管路(15)上，用于控制所述第一油腔(81)和第二油腔(82)的油压，以使所述第一油膜支撑所述左立柱(61)，所述第二油膜支撑所述右立柱(62)。

优选的，还包括：位于所述第一油腔(81)内的第一硬点机构(41)，以及位于所述第二油腔(82)内的第二硬点机构(42)。

优选的，所述第一硬点机构(41)和所述第二硬点机构(42)的结构相同，所述第一硬点机构(41)的长度沿重力方向不可伸缩。

优选的，所述第一硬点机构(41)包括固定长度的本体，以及至少设置于所述本体一端的压力传感器。

优选的，还包括控制器，用于根据所述第一硬点机构(41)和所述第二硬点机构(42)两端的受力情况，调节所述节流阀(16)的开度，以控制所述第一油腔(81)和第二油腔(82)的油压，使所述第一硬点机构(41)和所述第二硬点机构(42)两端的受力为零。

优选的，还包括：电磁溢流阀(14)，所述电磁溢流阀(14)的一端与所述油缸(11)相连，另一端连接于所述静压泵(13)和所述节流阀(16)之间的液压管路上。

优选的，还包括：油温表(7)，设置于所述第一油腔(81)和第二油腔(82)之间的液压管路上。

优选的，还包括：滤油器(12)，所述滤油器(12)的一端与所述油缸(11)连通，另一端与所述静压泵(13)相连。

优选的，所述第一油腔(81)和所述第二油腔(82)内的油压为100兆帕，所述第一油膜与所述第二油膜的刚度为几千兆帕。

优选的，对于直径为8m-10m口径的望远镜，所述支撑***的谐振频率为6HZ-8HZ，对于直径为2m-4m口径的望远镜，所述支撑***的谐振频率为15HZ-20HZ。

本发明实施例还公开了一种跟踪架，应用于大口径望远镜的安装，其特征在于，所述跟踪架包括方位轴系(1)、位于所述方位轴系(1)上方的转台(2)、及水平轴系结构，所述水平轴系结构设置于所述转台(2)上，所述水平轴系结构包括左立柱(61)、右立柱(62)、四通(7)、以及以上所述的大口径望远镜支撑***。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

本发明提供了一种大口径望远镜支撑***及跟踪架，将液压whiffle-tree结构引入到俯仰轴轴系支撑***中，使俯仰轴轴系的安装过程符合运动学定位原理，通过调节节流阀的开度，从而调节液压管路的油腔压力，并且，左右立柱下方的油腔是连通的，油腔压力同步调节，从而实现了水平轴两侧轴头的均衡负载，降低了转台上表面的加工难度，减少了装调时间，能够有效降低望远镜的建设成本。

并且，由于在左右立柱下方，由左右立柱和液压油垫共同限制的油腔内，设置有硬点机构，根据调节硬点机构的受力情况，来调节油腔压力，进一步减少了装调时间，并且足够的油腔压力保证了跟踪架的刚度，降低了水平轴载荷的力矩波动，提高了望远镜***的低速跟踪能力以及指向跟踪精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种跟踪架的主视图；

图2为本申请实施例提供的一种大口径望远镜支撑***的液压油路结构图；

图3为图2中的硬点机构的放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种大口径望远镜支撑***，下面结合应用该***的跟踪架的结构，对该支撑***的结构进行说明。该支撑***应用于跟踪架结构中的地平式结构的水平轴系以及水平式结构的纬轴轴系中，以水平轴系为例，参见图1，为跟踪架的主视图。

该跟踪架应用于大口径望远镜的安装，所述跟踪架包括方位轴系1、位于所述方位轴系1上方的转台2、及水平轴系结构。本实施例中的水平轴系结构设置于所述转台2上，所述水平轴系结构包括左立柱61、右立柱62、四通7、以及本实施例公开的大口径望远镜支撑***。

如图2所示，为该大口径望远镜支撑***的结构图，该支撑***包括以下结构：侧向支撑***5和液压支撑***，其中液压支撑***包括油缸11、静压泵13、液压管路15、节流阀16、第一液压油垫组件31和第二液压油垫组件32，各部件配合，起到对左立柱61、右立柱62及四通7的支撑作用。

其中，所述第一液压油垫组件31位于所述左立柱61下方，所述左立柱61与第一液压油垫组件31共同限定了第一油腔81，第一液压油垫组件31与所述左立柱61相对的表面间形成第一油膜；所述第二液压油垫组件32位于所述右立柱62下方，所述右立柱62与第二液压油垫组件32共同限定了第二油腔82，第二液压油垫组件32与所述右立柱2相对的表面间形成第二油膜，并且，所述第一油腔81与第二油腔82连通。

所述静压泵13与油缸11相连，用于将所述油缸11中的油泵入所述液压管路15，所述节流阀16位于所述液压管路15上，用于控制所述第一油腔81和第二油腔82的油压，以使所述第一油膜支撑所述左立柱61，所述第二油膜支撑所述右立柱62，具体的，通过调节节流阀16的开度，来调节一油腔81和第二油腔82的油压。

此外，该支撑结构还包括硬点支撑***，该硬点支撑***包括，位于所述第一油腔81内的第一硬点机构41，以及位于所述第二油腔82内的第二硬点机构42，第一硬点机构41和所述第二硬点机构42的结构相同，如图2和图3所示，其中图3为第一硬点机构41处的放大图。

需要说明的是，硬点机构的作用是用来对大口径望远镜的水平轴进行定位，水平轴系初步安装完成后，需要确保硬点机构的两端不受力，在安装过程中，需要实时检测硬点机构两端的受力情况，从而可根据硬点机构两端的受力情况，调节第一油腔81和第二油腔82，即通过调节第一油腔81和第二油腔82内的油膜的支撑力，从而保证支撑***的刚度。

为了实现硬点机构的上述作用，硬点机构在相应的油腔内能够自由移动，且不能阻挡油路入口。并且，由于安装过程需要，现有技术中的硬点机构需沿重力方向可伸缩，而本实施例中的两个硬点机构在重力方向的长度为固定的，即第一硬点机构41和第二硬点机构42的长度沿重力方向不可伸缩。具体的，以第一硬点机构41为例，硬点机构包括固定长度的本体，以及至少设置于本体一端的压力传感器。在其它实施例中，为了更好的校准硬点机构两端的受力情况，第一硬点机构41中的压力传感器可设置于本体的两端。

需要说明的是，由于在调试过程中，硬点机构可能处于与左/右立柱接触且受压力的状态，也可能处于悬浮于油腔内，两端均远离左/右立柱的状态，因此，设置于硬点机构一端或两端的压力传感器需能够测量硬点机构与左/右立柱接触且受压力的状态下，末端所承受的压力的大小，同时还需能够检测到硬点机构在远离左/右立柱的状态下，末端拉伸力的大小。

并且，该液压支撑***还包括控制器(图中未示出)，用于根据所述第一硬点机构41和所述第二硬点机构42两端的受力情况，调节所述节流阀16的开度，以控制所述第一油腔81和第二油腔82的油压，使所述第一硬点机构41和所述第二硬点机构42两端的受力为零。

进一步的，为了确保液压***油压的稳定，本实施例中的液压支撑***还包括电磁溢流阀14，所述电磁溢流阀14的一端与所述油缸11相连，另一端连接于静压泵13和所述节流阀16之间的液压管路上。

并且，为了确保液压管路的安全性，该液压支撑***还包括设置于所述第一油腔81和第二油腔82之间的液压管路上的油温表17，来测量液压管路内的油温，以便及时控制液压管路的温度。

进一步的，为了确保液压管路内油的洁净，以确保***的稳定，该液压支撑***还包括滤油器12，滤油器12的一端与所述油缸11连通，另一端与所述静压泵13相连，将油缸11内的油过滤后，再输入静压泵13，提高了***的稳定性。

本实施例中的支撑***可用于直径为8m-10m口径的望远镜的安装和支撑，通过侧向支撑***5、液压支撑***、以及硬点支撑***的共同支撑和调节，主要由侧向支撑***5和液压支撑***中的油膜来承受望远镜水平轴系的重力，使得安装后的支撑***的谐振频率为6HZ-8HZ，此外，在后续完成望远镜整体支撑***的调试之后，所述支撑***的控制带宽大约能达到支撑***的谐振频率的二分之一到四分之一，优选能达到三分之一。

其中，液压支撑***中第一油腔81和所述第二油腔82内的油压为100兆帕，第一油膜与第二油膜的刚度可达到几千兆帕，油膜的这一刚度足以支撑大口径望远镜水平轴的重力。具体的，本实施例中液压油垫组件与左立柱/右立柱之间相对的表面面积可以为10cm×10cm，油腔的油压为几十兆帕，油腔与左右立柱的接触面积较大，此时，油膜的刚度可达几千兆帕。

同样的，本实施例中的支撑***，还可用于较小口径的望远镜的支撑，如对于直径为2m-4m口径的望远镜，所述支撑***的谐振频率可达15HZ-20HZ。

本实施例中的大口径望远镜水平轴的调节方式为，将大口径望远镜的水平轴的两端安装到左立柱61和右立柱62上之后，由左立柱61和右立柱62两端的侧向支撑***5起到支撑作用，之后通过监测第一硬点机构和第二硬点机构两端的压力传感器检测到的压力大小，调节节流阀16的开度以调节静压油腔的压力，进而调节油膜的受力情况，即调节油膜的刚度，从而使第一硬点机构和第二硬点机构两端不受力，即将第一油腔81和所述第二油腔82内的油膜刚度调整到合适范围，从而完成水平轴的调节。

并且第一油腔81和所述第二油腔82是连通的，根据连通器原理，二者的压力是相同的，且同步调节，并且该液压支撑结构的承载方向与方位轴线一致，能够保证水平轴两侧轴头受力均衡一致，最终保证俯仰轴系受力均衡同一，减少了调节过程的繁琐。

本发明提供了一种大口径望远镜支撑***及跟踪架，其中的侧向支撑***以及硬点机构的作用，为大口径望远镜水平轴提供了足够的轴向和侧向刚度，并且将液压whiffle-tree结构(即液压支撑结构)引入到俯仰轴轴系支撑***中使俯仰轴轴系的安装过程符合运动学定位原理，通过调节节流阀的开度，从而调节液压管路的油腔压力，并且，左右立柱下方的油腔是连通的，油腔压力同步调节，从而实现了水平轴两侧轴头的均衡负载，降低了转台上表面的加工难度，减少了装调时间，能够有效降低望远镜的建设成本。

并且，由于在左右立柱下方，由左右立柱和液压油垫共同限制的油腔内，设置有硬点机构，根据调节硬点机构的受力情况，来调节油腔压力，进一步减少了装调时间，并且足够的油腔压力保证了跟踪架的刚度，降低了水平轴载荷的力矩波动，提高了望远镜***的低速跟踪能力以及指向跟踪精度。

该液压支撑结构为一静压支撑***，依靠液压垫上的油膜产生支撑力，具有刚度高、灵敏度大的特点，还能实时检测左右立柱在方位轴上的位移，从而通过调节节流阀的开度以保证硬点机构只起到监控位置的作用，而不产生支撑效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种大口径望远镜支撑***，其特征在于，应用于跟踪架结构中的地平式结构的水平轴系以及水平式结构的纬轴轴系，所述轴系包括左立柱(61)、右立柱(62)和该支撑***，该支撑***包括：侧向支撑***(5)和液压支撑***，其中液压支撑***包括油缸(11)、静压泵(13)、液压管路(15)、节流阀(16)、第一液压油垫组件(31)和第二液压油垫组件(32)；

其中，所述第一液压油垫组件(31)位于所述左立柱(61)下方，所述左立柱(61)与第一液压油垫组件(31)共同限定了第一油腔(81)，所述第一液压油垫组件(31)与所述左立柱(61)相对的表面间形成第一油膜；所述第二液压油垫组件(32)位于所述右立柱(62)下方，所述右立柱(62)与第二液压油垫组件(32)共同限定了第二油腔(82)，所述第二液压油垫组件(32)与所述右立柱(2)相对的表面间形成第二油膜，所述第一油腔(81)与第二油腔(82)连通，两者的压力是相同的；

所述静压泵(13)用于将所述油缸(11)中的油泵入所述液压管路(15)，所述节流阀(16)位于所述液压管路(15)上，用于同步控制所述第一油腔(81)和第二油腔(82)的油压，以使所述第一油膜支撑所述左立柱(61)，所述第二油膜支撑所述右立柱(62)。

2.根据权利要求1所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，还包括：位于所述第一油腔(81)内的第一硬点机构(41)，以及位于所述第二油腔(82)内的第二硬点机构(42)。

3.根据权利要求2所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，所述第一硬点机构(41)和所述第二硬点机构(42)的结构相同，所述第一硬点机构(41)的长度沿重力方向不可伸缩。

4.根据权利要求3所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，所述第一硬点机构(41)包括固定长度的本体，以及至少设置于所述本体一端的压力传感器。

5.根据权利要求4所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，还包括控制器，用于根据所述第一硬点机构(41)和所述第二硬点机构(42)两端的受力情况，调节所述节流阀(16)的开度，以控制所述第一油腔(81)和第二油腔(82)的油压，使所述第一硬点机构(41)和所述第二硬点机构(42)两端的受力为零。

6.根据权利要求5所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，还包括：电磁溢流阀(14)，所述电磁溢流阀(14)的一端与所述油缸(11)相连，另一端连接于所述静压泵(13)和所述节流阀(16)之间的液压管路上。

7.根据权利要求6所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，还包括：油温表(17)，设置于所述第一油腔(81)和第二油腔(82)之间的液压管路上。

8.根据权利要求7所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，还包括：滤油器(12)，所述滤油器(12)的一端与所述油缸(11)连通，另一端与所述静压泵(13)相连。

9.根据权利要求8所述的大口径望远镜支撑***，其特征在于，所述第一油腔(81)和所述第二油腔(82)内的油压为100兆帕，所述第一油膜与所述第二油膜的刚度为几千兆帕。

10.根据权利要求9所述的大口径望远镜支撑***，对于直径为8m-10m口径的望远镜，所述支撑***的谐振频率为6HZ-8HZ，对于直径为2m-4m口径的望远镜，所述支撑***的谐振频率为15HZ-20HZ。

11.一种跟踪架，应用于大口径望远镜的安装，其特征在于，所述跟踪架包括方位轴系(1)、位于所述方位轴系(1)上方的转台(2)、及水平轴系结构，所述水平轴系结构设置于所述转台(2)上，所述水平轴系结构包括左立柱(61)、右立柱(62)、四通(7)、以及权利要求1-9任一项所述的大口径望远镜支撑***。

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