CN112031166A - 一种能完全铺平的开放式天文圆顶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能完全铺平的开放式天文圆顶，包括：固定到地面上的固定圈，马蹄形桁架，防锁死立柱，具有停机锁紧功能的卷扬机构，无骨架的结构膜，柔性索；两个桁架相邻设置，桁架的两端可转动地固定在固定圈的中部，桁架和与其邻近的半圈固定圈边缘之间固定结构膜；卷扬机构包括卷扬机和安装在桁架上的转动轮，转动轮的投影靠近固定圈，相邻桁架上的相邻转动轮之间安装传动绳索，卷扬机与经过转动轮的传动绳索的一端连接；防锁死立柱设置在传动绳索的下方；柔性索的一端固定到桁架顶端，结构膜的上部设置若干挂套，柔性索的另一端穿过挂套通过地锚固定到该侧结构膜开启方向的地面上；两侧的结构膜闭合时，柔性索和挂套均处于张紧状态。

Description

一种能完全铺平的开放式天文圆顶

技术领域

本发明涉及天文设备领域，尤其是一种能完全铺平的开放式天文圆顶，可以完全展平，无需将望远镜垫高，减少地面结构对望远镜观测的遮挡。

背景技术

天文圆顶是保护天文望远镜免受恶劣气候损害的防护装置。通常的天文圆顶跟随天文望远镜转动，在处于高海拔等恶劣环境时，天文圆顶容易发生运行不稳定的情况，会影响天文望远镜的观测。能够完全开放的天文圆顶不影响天文望远镜的观测，即在使用天文望远镜观测时，天文圆顶完全开放，天文望远镜进行独立的转动和观测，但是现有的完全开放式的天文圆顶可能对天文望远镜观测产生遮挡，导致天文望远镜的观测范围受限，且其在开合方式上较复杂，安全可靠性也较低，例如，两个类似半球形的圆顶从双侧平移开启的形式需要较长的轨道；带开启门的圆顶从单侧平移的开合形式存在着安全隐患；而采用翻转形式开合的天文圆顶很难用于较大的天文望远镜。

由于天文望远镜必须建在适合观测的地点，通常的天文圆顶不便运输与安装。这些地点往往海拔高、交通不便、偶尔有极端天气如大风的损害。天文圆顶的材质通常结构刚性，尺寸较大，不易分块与堆叠，这就大大增加了材料成本和运输成本，且也增加了现场安装用吊装设备运输的负担，尤其在天文望远镜较大时，天文圆顶的表面积就会越大，上述缺点就表现得更加突出。此外，天文圆顶通常对地基要求高，不仅是一笔成本，如果地基不稳固，例如，地基建在冻土上，地基沉降可导致圆顶结构产生变形，可能造成运动件卡死或阻塞，导致天文圆顶不能正常运行，上述通过轨道实现开合的天文圆顶在地基变形后其运动会受到不可预知的影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能完全铺平的开放式天文圆顶，避免遮挡天文望远镜导致其观测范围受限，采用索膜结构制造的轻质天文圆顶，质量轻，节省了天文圆顶的材料和运输成本，便于安装，且易于提高天文圆顶整体的开合可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种能完全铺平的开放式天文圆顶，包括：固定到地面上的固定圈，马蹄形桁架，防锁死立柱，具有停机锁紧功能的卷扬机构，无骨架的结构膜，柔性索；

两个所述桁架相邻设置，所述桁架的两端可转动地固定在所述固定圈的中部，所述桁架和与其邻近的半圈所述固定圈边缘之间固定所述结构膜；

所述卷扬机构包括卷扬机和安装在所述桁架上的转动轮，所述转动轮的投影靠近所述固定圈，相邻所述桁架上的相邻所述转动轮之间安装传动绳索，所述卷扬机与经过所述转动轮的所述传动绳索的一端连接；

所述防锁死立柱设置在所述传动绳索的下方，用于所述桁架带动所述结构膜开启或关闭时对所述传动绳索进行支撑，通过保持拉力的张角，防止卷索力过大造成锁死；

所述柔性索的一端固定到所述桁架顶端，所述结构膜的上部设置若干挂套，所述柔性索的另一端穿过所述挂套通过地锚固定到该侧所述结构膜开启方向的地面上；两侧的所述结构膜闭合时，所述柔性索和所述挂套均处于张紧状态。

进一步，两侧的所述结构膜闭合时，每个所述桁架两端的两根所述柔性索的张紧方向与所述桁架旋转轴所在端面共面。

进一步，所述转动轮为滑轮，所述传动绳索为钢丝绳。

进一步，所述转动轮为链轮，所述传动绳索为链条。

进一步，所述传动绳索的投影靠近所述结构膜包覆空间的外侧边缘。

进一步，所述防锁死立柱设置在靠近两个所述桁架固定端的附近。

进一步，所述防锁死立柱的顶面为凸起且光滑的圆弧面，或者，所述防锁死立柱的顶端设置滚轮。

进一步，所述固定圈通过地锚固定到地面。

本发明的完全开放式天文圆顶，对地基要求较低，地面平整后，通过地锚点状的布置将固定圈固定，并将用于固定柔性索的地锚固定即可。整个天文圆顶只有两个桁架需要刚性落地，且仅为两个支点，马蹄形的桁架还允许存在适度变形，因此即使地基变形，并不会对天文圆顶的开合造成影响。

结构膜的重量轻、可折叠、价格低、方便运输。由于结构膜的重量轻，还有增强桁架刚度的柔性索，可开合的桁架也可以重量轻，易于将设计更大尺寸的圆顶，降低了桁架结构的材料费。

天文圆顶的开合采用两侧结构膜进行开合，可以完全展平，减少望远镜观测遮挡；其开合机构运动环节少，减少了故障发生的几率，提高了运行可靠性。

天文圆顶采用卷扬方式开合，在桁架对应的位置处均设置卷扬机构，通过冗余设计提高了天文圆顶整体的可靠性。在天文圆顶开合过程中，桁架与望远镜的动作轨迹不发生重叠，在天文圆顶发生控制故障时不会碰撞望远镜。另外结构膜柔软，即使碰触到望远镜，也不会对望远镜造成伤害。

安装过程可以不使用起重设备。只要在平铺状态下，将柔性索、结构膜等与地锚、地面固定圈和桁架结构组合好，利用卷扬机构和传动绳索就可以将天文圆顶竖立并闭合。

附图说明

图1为本发明示例中能完全铺平的开放式天文圆顶的结构示意图；

图2为本发明示例中能完全铺平的开放式天文圆顶的桁架闭合状态示意图；

图3为本发明示例中能完全铺平的开放式天文圆顶的桁架第一开启姿态示意图；

图4为本发明示例中能完全铺平的开放式天文圆顶的桁架第二开启姿态示意图；

图5为本发明示例中能完全铺平的开放式天文圆顶的桁架完全开启姿态示意图；

图6 为本发明示例中辅助支撑结构膜外形轮廓的挂套示意图；

图中：

1、固定圈；2、桁架；3、防锁死立柱；4、卷扬机构；4-1、转动轮；5、结构膜；5-1、挂套；6、传动绳索；7、柔性索；8、地面；9、地锚。

具体实施方式

为清楚地说明本发明的设计思想，下面结合示例对本发明进行说明。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合本发明示例中的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例仅仅是本发明的一部分示例，而不是全部的示例。基于本发明的中示例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施方式都应当属于本发明保护的范围。

在本实施方式的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区别类似的对象，而不能理解为特定的顺序或先后次序，应该理解这样的使用在适当情况下可以互换。

如图1-5所示的示例中，提供了本发明的能完全铺平的开放式天文圆顶，包括：固定到地面8上的固定圈1，马蹄形桁架2，防锁死立柱3，具有停机锁紧功能的卷扬机构4，无骨架的结构膜5，柔性索7；其中，固定圈1的中部用于安装天文望远镜，固定圈1可以连接掩埋结构，将掩埋结构埋于地下，从而实现固定圈1的固定；在本示例中，考虑到在如阿塔卡马、南极、青藏高原等极端台址的施工问题，通过地锚将固定圈1固定到地面8上，例如，采用常用的空心地锚，为中空的带外螺纹长钢管，在地面上钻一个孔，将这个带螺纹的长钢管插入，向长钢管的中心灌入水泥，水泥凝固后，该地锚和大地连在一起，地面露出一段外螺纹，通过在该外螺纹上套装带孔的板，将螺母拧紧到地锚的外螺纹上，将板固定，可以将固定圈1与板连接，或者板作为固定圈1的一部分；固定圈1也可以采用本领域技术人员所熟知的方式进行固定，这里不再赘述。

两个桁架2相邻设置，桁架2的两端可转动地固定在固定圈1的中部，如图1所示，桁架2和与其邻近部分的半圈固定圈1边缘之间安装结构膜5，其中，桁架2本身也被结构膜覆盖。桁架2的两端和固定圈之间可以通过轴连接，从而实现桁架2的转动。

卷扬机构4包括卷扬机和安装在桁架上的转动轮4-1，转动轮4-1的投影靠近固定圈1，转动轮4-1既可以设置结构5的包覆空间内，也可以设置在包覆空间外，相邻桁架2上的相邻转动轮4-1之间安装传动绳索6，卷扬机与经过转动轮4-1的传动绳索6的一端连接；具体地，可以设置两个卷扬机也可以设置四个卷扬机，当设置两个卷扬机时，可以是在相邻桁架2的一端设置一个卷扬机，传动绳索6的一端固定到一个转动轮4-1的轮轴上另一端跨过另一个转动轮4-1与卷扬机连接，同理，在相邻桁架2的另一端也设置一个卷扬机，传动绳索6固定的转动轮4-1的轮轴可以是安装在不同的桁架2上的；当设置四个卷扬机时，其设置的原理与设置两个卷扬机的原理相同，相邻桁架2上的同一侧两个转动轮4-1的轮轴上均固定传动绳索6的一端，传动绳索6的另一端跨过彼此向对应的转动轮4-1后，传动绳索6的另一端分别与一个卷扬机连接，四个卷扬机构4同时作用时，能够实现天文圆顶的同步对称地开合，即使其中有一个或两个卷扬机构4发生故障时，天文圆顶仍能开合。

卷扬机构4可以安装在桁架2上或者设置在地面上，可以位于结构膜5形成的包覆空间的内部，也可以设置在结构膜5形成的包覆空间的外部，卷扬机构4位于包覆空间内时，在天文圆顶关闭时，能够受到保护，有利于保证其使用寿命。当卷扬机构4安装在桁架2上时，卷扬机构4一般安装在比较靠下的位置，以节约重心升高带来的能量损失，但传动绳索6布置可以尽量靠上，传动绳索6越靠上天文圆顶闭合过程中所需拉力越小，但相应地，传动绳索6会越长，天文圆顶开合时间也会越长，本领域技术人员可以综合考虑天文圆顶的开合时间、天文圆顶闭合过程中所需拉力，对传动绳索6的设置位置进行调整，以便满足不同使用需求的天文圆顶的开合。通过转动轮4-1的设置实现传动绳索6的上述布置。在本实施方式中，转动轮4-1为滑轮，传动绳索6为钢丝绳；在另一实施方式中，转动轮4-1也可以是链轮，此时，传动绳索6为链条，以便减小转动轮4-1的直径。

卷扬机不工作时即保持锁紧状态，两个桁架2开合到任一位置，此时卷扬机断电后，桁架就保持当时的开合状态和开合角度。因此，当两个桁架2闭合接触时，仅需要将卷扬机断电即可保持天文圆顶闭合的状态。但是当需要开启天文圆顶时，卷扬机可以反向松开，以便桁架2反向转动，开启天文圆顶，同理，在天文圆顶开启的过程中，将卷扬机断电，桁架2也将保持在某一开启状态。

结构膜5是建筑膜材料经剪裁缝制或焊接后形成所需轮廓的柔性结构，由于结构膜5材质柔软具有垂性，在绷紧时形成包覆望远镜的空间，松弛后可以摊铺堆叠到地面上，形成较薄的一层。

防锁死立柱3设置在传动绳索6的下方，用于桁架2带动结构膜5开启或关闭时对传动绳索6进行支撑，防锁死立柱3的作用是防止传动绳索6受力方向与经过桁架旋转轴（或者在摩擦角范围里），桁架2无法旋转的现象，避免天文圆顶开启到一定角度后卷扬机构4无法对传动绳索提供足够的闭合力发生锁死而不能再次将天文圆顶闭合的情况。

柔性索7的一端固定到桁架2顶端，结构膜5的上部设置若干挂套5-1，具体地，挂套5-1由柔性的细索或结构膜制成，通过缝制、焊接等方式固定到结构膜5上，柔性索7的另一端穿过挂套5-1通过地锚9固定到该侧结构膜开启方向的地面上；两侧的结构膜5闭合时，柔性索7和挂套5-1均处于张紧状态，其中，柔性索7形成类似梁的结构，挂套5-1类似悬索或腹板，二者共同作用支撑结构膜5，提供侧拉力，有利于结构膜5的外形加固与整体抗侧翻，能够提升天文圆顶的抗风能力，并且，结构膜5的内部不设置支撑骨架，因此，柔性索7和挂套5-1还能辅助张紧结构膜5的轮廓形状，避免结构膜5影响其内部的望远镜。

如图6所示，为结构膜5上一种优选地挂套5-1设置位置和设置形式，图中展示的是结构膜的张紧状态，挂套5-1和柔性索7的设置对结构膜5的局部形成三角形支撑，其能够保证结构膜5圆顶部分外形轮廓的全面张紧和支撑加固，进一步提升天文圆顶的抗风能力。

在本实施方式中，两侧的结构膜5闭合时，每个桁架2两端的两根柔性索7的张紧方向与桁架2的旋转轴所在端面共面。与桁架2共面的柔性索7，不随桁架2旋转而松弛，对桁架2增加桁架刚度，起加强作用，而桁架2侧面的柔性索，在桁架2竖起时张紧，对结构膜5起加强作用，在桁架2放倒时松弛，使得结构膜5松弛摊铺到地面。

优选地，传动绳索6的投影靠近结构膜包覆空间的外侧边缘，以便在天文圆顶开合的过程中，避免传动绳索6对结构膜5包覆空间内的望远镜造成剐蹭。

本示例中的防锁死立柱3设置在靠近两个桁架2固定端的附近，以便对传动绳索6的中部进行支撑。具体地，防锁死立柱3的顶面凸起且光滑的圆弧面，或者，防锁死立柱3的顶端设置滚轮，在对传动绳索6支撑时，可以平衡支撑处两端传动绳索6的受力，优选地，防锁死立柱3设置的足够厚或者在防锁死立柱3的两侧面设置凸缘，防止传动绳索6从防锁死立柱3的顶面滑脱。

下面结合附图1-5说明桁架2的开合过程：

如图1所示为能完全铺平的开放式天文圆顶整体结构示意图，此时，两侧的桁架2和结构膜5处于闭合状态，结构膜5包覆空间内的望远镜处于被保护的状态；

如图2-5所示，显示了两侧的桁架2逐渐开启的过程，图2中，两个桁架2处于完全闭合的状态，卷扬机构4逐渐放开传动绳索6，使传动绳索6的长度变长，桁架2在自身和结构膜5重力的作用下绕轴转动，图3为两个桁架2刚刚开启的姿态，图4为两个桁架2接近完全开启的姿态，此时，设置在两根传动绳索6下方的防锁死立柱3已对传动绳索6提供支撑，图5为两个桁架2完全开启的状态。

同理，图5-2的顺序亦可以作为两个桁架2闭合的过程，在图5-4的闭合过程中防锁死立柱3提供倾斜向上的提升力，对传动绳索6提供支撑，以便在卷扬机构4缩短传动绳索6长度，两个桁架2能够顺利闭合，两个桁架2将两侧的结构膜5提起，与两侧的柔性索7共同作用，将结构膜5撑起来，形成用于容纳望远镜的密闭的包覆空间。

本示例中的开放式天文圆顶，对地基要求较低，将固定圈1向地面固定时，仅需对地面简单平整，便于与固定望远镜的地基进行配合。天文圆顶的两个桁架2刚性落地时，仅是两个支点，马蹄形的桁架2具有开口允许存在适度变形，因此即使地基变形，并不会对天文圆顶的开合造成影响。

结构膜5的重量轻、可折叠、价格低、方便运输。由于结构膜5的重量轻，还有增强桁架刚度的柔性索7，可开合的桁架2也可以重量轻，降低了桁架2结构的材料费。

桁架2可以采用组合形式的可装配桁架，方便运输。

天文圆顶的开合采用卷扬机4带动桁架2旋转进行，仅是一个开合运动，整体上的运动环节数量少，且卷扬机、传动绳索6均有冗余，提高了圆顶整体的系统可靠性。

在天文圆顶开合过程中，桁架2与望远镜的动作轨迹不发生重叠，即使在天文圆顶开合中发生控制故障时也不会碰撞望远镜。另外结构膜5柔软，即使碰触到望远镜，也不会对望远镜造成伤害。提高了望远镜的安全性。

安装过程可以不使用起重设备，只要在平铺状态下组合好，利用卷扬机构4和传动绳索6就可以将桁架2竖起实现天文圆顶的闭合。

需要说明的是，为了防止结构膜5因重量轻、或垂度不足以及风载造成的局部没有铺平，结构膜5上可以局部镶嵌一些有一定重量的小质量块，在天文圆顶完全打开时，利用小质量块的重力将结构膜5压平到地面上，防止结构膜未铺平的部分遮挡望远镜对某一方向的观测。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种能完全铺平的开放式天文圆顶，其特征在于，包括：固定到地面上的固定圈，马蹄形桁架，防锁死立柱，具有停机锁紧功能的卷扬机构，无骨架的结构膜，柔性索；

两个所述桁架相邻设置，所述桁架的两端可转动地固定在所述固定圈的中部，所述桁架和与其邻近的半圈所述固定圈边缘之间固定所述结构膜；

所述卷扬机构包括卷扬机和安装在所述桁架上的转动轮，所述转动轮的投影靠近所述固定圈，相邻所述桁架上的相邻所述转动轮之间安装传动绳索，所述卷扬机与经过所述转动轮的所述传动绳索的一端连接；

所述防锁死立柱设置在所述传动绳索的下方，用于所述桁架带动所述结构膜开启或关闭时对所述传动绳索进行支撑；

所述柔性索的一端固定到所述桁架顶端，所述结构膜的上部设置若干挂套，所述柔性索的另一端穿过所述挂套通过地锚固定到该侧所述结构膜开启方向的地面上；两侧的所述结构膜闭合时，所述柔性索和所述挂套均处于张紧状态。

2.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，两侧的所述结构膜闭合时，每个所述桁架两端的两根所述柔性索的张紧方向与所述桁架旋转轴所在端面共面。

3.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，所述转动轮为滑轮，所述传动绳索为钢丝绳。

4.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，所述转动轮为链轮，所述传动绳索为链条。

5.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，所述传动绳索的投影靠近所述结构膜包覆空间的外侧边缘。

6.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，所述防锁死立柱设置在靠近两个所述桁架固定端的附近。

7.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，所述防锁死立柱的顶面为凸起且光滑的圆弧面，或者，所述防锁死立柱的顶端设置滚轮。

8.根据权利要求1所述的开放式天文圆顶，其特征在于，所述固定圈通过地锚固定到地面。

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