大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置的制作方法

1.本发明涉及隔震装置，具体涉及一种大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置。


背景技术：

2.地震灾害造成的损坏风险是任何大型望远镜设计的考虑因素之一，尤其是对新一代超大望远镜，其相对于较小的传统望远镜，损坏风险更大，需要解决方案来提供抗震保护。大型地基光学望远镜的隔震系统可以分为二维隔震和三维隔震。传统建筑几乎都采用二维隔震系统，例如25mgmt、30mtmt望远镜即采用了二维隔震系统方案。二维隔震由沿平面正交轴的隔震装置和垂直方向的无隔震装置组成，主要采用层叠橡胶垫、摩擦摆以及弹簧阻尼器等可以产生水平滑动的装置。因为在结构的垂直方向上没有隔震效果，这不可避免地意味着垂直地面激励在很大程度上是不衰减的。但是，据地震中采集的数据显示，垂直加速度和水平加速度近乎一致，因此垂直地震加速度对大型望远镜的潜在危害不可以忽略。三维系统涉及沿所有三个主轴的隔离，这项技术有优点，但也面临挑战。在过去几年中，布法罗大学等研究机构取得了重大进展，这证明了该技术的有效性，但该方法尚未达到成熟阶段和广泛实施。因此，为大型望远镜实施这样一个系统仍然面临挑战。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置。
4.实现本发明目的的技术解决方案为：一种大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置，包括节流止回阀以及囊式蓄能器，所述囊式蓄能器通过节流止回阀连接望远镜方位轴向静压油垫的液压油路组成一个完整的液压系统，当地震荷载超过预设值时，节流止回阀自动打开将囊式蓄能器接入静压油垫内的液压回路，此时囊式蓄能器开始改变望远镜系统的刚度阻尼，使得望远镜主结构共振频率避开反应谱的危险加速度峰值。
5.进一步的，所述静压油垫、节流止回阀以及囊式蓄能器通过液压油管连接。
6.一种大型地基光学红外望远镜，包括方位轴向静压油垫，以及所述大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置。
7.进一步的，所述静压油垫为6个，固定在望远镜方位轴结构上。
8.一种大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置的装配方法，包括如下步骤：
9.首先将每个静压油垫1固定在望远镜方位轴结构上；
10.然后先将手动切断阀安装在静压油垫的出油口处防止液压油外泄，通过液压油管将节流止回阀和预加载的囊式蓄能器组成的直列式总成固定到望远镜方位轴结构上；
11.最后拆卸手动切断阀将液压油管连接到静压油垫的出油口处，组成一个完整的液压油路控制系统。
12.本发明与现有技术相比，其显著优点为：在观测过程中，方位轴系在平面内和平面
外都是刚性的；而在地震过程中，方位轴系在平面内和平面外都是柔性的。因此，构建的地震隔震系统能够在望远镜观测期间满足高跟踪和引导性能，并且还能够满足光学仪器和观测仪器的允许加速度极限以及强度要求。
附图说明
13.图1为本发明望远镜方位轴静压油垫布局方式的示意图。
14.图2为本发明地震隔震系统的示意图。
15.图中，静压油垫1，液压油管2，节流止回阀3，囊式蓄能器4。
具体实施方式
16.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
17.大型望远镜一般由静压轴承支撑。液体静压轴承是靠外部供给压力油，在轴承内建立静压承载油膜，实现液体润滑的滑动轴承。由于液体静压轴承从起动到停止始终在液体润滑下工作，所以没有磨损，使用寿命长，起动功率小，在极低(甚至为零)的速度下也能应用。此外，这种轴承还具有旋转精度高、油膜刚度大、能抑制油膜振荡、刚性较高、转动平稳、无振动的特点。因此，望远镜中的静压轴承广泛采用多油垫或多油腔的设计，这不仅是为了能承受方向变化的轴向载荷，更重要的是为了能获得较大的刚度和较好的回转精度。图1显示了望远镜方位轴系采用的六个静压油垫的布置方式，他们均安装在望远镜方位轴结构上。
18.为了提供垂直液压阻尼隔震，本发明将一套附加液压阻尼装置嵌入方位轴向静压油垫中。为了避免望远镜在地震中可能损坏电路导致停电的状况，液压阻尼垂直隔震装置仅使用被动装置而且必须简单可靠，能够迅速响应。所述液压阻尼垂直隔震装置由囊式蓄能器和节流止回阀组成，其中囊式蓄能器通过节流止回阀连接到液压回路。如果地震荷载超过预设值，则节流止回阀自动打开将囊式蓄能器接入静压油垫内的液压回路，此时囊式蓄能器开始改变望远镜系统的刚度阻尼，使得望远镜主结构共振频率避开反应谱的危险加速度峰值，进而望远镜从正常观测状态自动转换到触发状态。
19.附加液压阻尼装置的隔震原理是通过改变望远镜方位轴向静压油垫中的油量来限制从基墩传递到望远镜的地震力。当发生高等级地震，望远镜达到规定的最大力阈值时，望远镜静压油垫中的液压油将被释放到附加液压阻尼装置，进而形成一个新的液压回路系统。从技术上讲，力阈值是由囊式蓄能器的氮气压力预载施加的，囊式蓄能器通过节流止回阀连接到液压回路。如果不将释放出的液压油再次返回到望远镜液压系统中，望远镜轴向支撑将在几秒钟内降到静压轴承的硬行程极限。因此，在低压(即触发后的低加速度)状态下，积聚在囊式蓄能器中的液压油会流回方位轴向液压系统，并且回流受到止回阀门节流的限制。从动态角度看，将油释放到囊式蓄能器相当于方位轴向静压油垫(非线性弹簧)刚度的变化。
20.本发明还提出一种大型地基光学红外望远镜液压阻尼垂直隔震装置的装配方法，首先，将静压油垫1固定在望远镜方位轴结构上。然后先将手动切断阀(仅安装维护使用未
示出)安装在静压油垫的出油口处防止液压油外泄。通过液压油管2将节流止回阀3和预加载的囊式蓄能器4组成的直列式总成固定到望远镜方位轴结构上。最后拆卸手动切断阀将液压油管2连接到静压油垫的出油口处，组成一个完整的液压油路控制系统。每个静压油垫处都嵌入一套上述的液压阻尼隔震装置(见图1)。
21.上述手动切断阀允许将液压阻尼垂直隔震装置与望远镜静压油垫液压系统隔离，以便望远镜在没有该附加阻尼系统的情况下仍然可以继续使用，比如附加阻尼系统进行维护时而不影响正常的观测。在运行系统中，手动切断阀的手柄已拆除。它们是减震系统维护工具的一部分。
22.实施例
23.为了验证本发明方案的有效性，进行如下实验设计。
24.本实施例的大型地基光学红外望远镜包括一组静压油垫、节流止回阀以及囊式蓄能器，通过液压油管连接起来组成一个完整的液压系统。为了避免望远镜在地震中可能损坏电路导致停电的状况，液压阻尼垂直隔震装置仅使用被动装置而且必须简单可靠，能够迅速响应。
25.本实施例中，所述液压阻尼隔震系统的蓄能器的标称容积为9.3升，在望远镜正常操作期间，蓄能器内不会储存机油。对于节流止回阀，通过模拟建议节流设定为10
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15％，以抑制液压管路中的高频振动。
26.基于上述的系统，使用有限元fea模型进行时程加速度和位移的动态分析，分析结果表明未设置垂直隔震系统的地震反应与相同地震灾害条件下使用垂直隔震系统后地震反应相比，最大地震垂直响应加速东可减小96％。这满足了设计的要求，以避免损坏光学元件。
27.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
28.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。