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一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统

阅读：1030发布：2020-12-06

专利汇可以提供一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及巨型射电望远镜反射面维护技术领域，尤其是涉及一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统，包括：若干个微重力蜘蛛人和索道搭建机构。本实用新型能够满足巨型射电望远镜反射面检查维护时具有较高的效率、重量轻且不会损伤反射面单元面板、作业人员可亲自从反射面上表面近距离检查反射面单元面板、反射面节点盘、节点盘上所安装的反射面单元连接机构、靶标等零部件以及其它需要检查的部位，并携带必要的工具对这些零部件及部位进行必要的人工维护，从而实现对巨型射电望远镜反射面比较可靠的检查和维护。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，包括：若干个微重力蜘蛛人和索道搭建机构；
所述微重力蜘蛛人包括：球体、充放气单元、集索装置以及吊挂索具；所述球体包括：主气囊、副气囊、锚泊索具、系留索具、锚泊蝴蝶结、系留蝴蝶结、碰撞防护带和观察窗；所述主气囊的内部充氦气，所述副气囊设置于所述主气囊的内部，所述副气囊的内部充空气，所述主气囊外侧下部环向间隔布置有9个系留蝴蝶结，所述系留索具的上端分别与对应的系留蝴蝶结连接，所述系留索具的下端与集索装置连接；所述主气囊外侧中部环向间隔布置有6个锚泊蝴蝶结，所述锚泊索具的上端分别与对应的所述锚泊蝴蝶结连接；所述碰撞防护带设置于所述主气囊的中部以及下部；所述观察窗设置于所述主气囊的外侧；所述充放气单元包括：主气囊充氦口和副气囊充气口，所述主气囊充氦口设置于所述主气囊的中下部，作为所述主气囊充放氦气的接口；所述副气囊充气口设置于所述主气囊的底部，作为所述副气囊的充放空气的接口；所述吊挂索具的一端与所述集索装置连接，所述集索装置上设置有配重单元；
所述索道搭建机构包括：索支撑柱、滑车平台、第一索道、第二索道和第三索道，所述索支撑柱分别设置于圈梁的内外圈位置，所述滑车平台设置于圈梁的轨道上，所述滑车平台与圈梁马道之间设置有直梯，第一索道的一端与圈梁外圈的索支撑柱连接，第一索道的另一端锚固在混凝土平台，第二索道搭建在两个索支撑柱之间，第三索道的一端与圈梁内圈的索支撑柱连接，第三索道的另一端固定在反射面内的一个测量基墩上，所述微重力蜘蛛人的吊挂索具能够分别与第一索道、第二索道和第三索道可拆卸地连接。
2.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，还包括三向牵引设备；
所述三向牵引设备包括：三根牵引索和三个绞盘，所述三个绞盘分别固定在三个测量基墩，三根牵引索用于与球体上锚泊索具连接，其自由端分别与位于三个测量基墩上的绞盘连接，通过绞盘控制三根牵引索的长度实现球体的辅助移动或限制球体移动。
3.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，还包括充抽气设备；
所述充抽气设备包括：充气管路和充抽气机，所述充气管路包括依次相连的高压软管、转接头以及快装充气管；当架设过程中充氦或工作过程中补氦时，所述高压软管一端与氦气集装格相连接，所述快装充气管与球体气囊充氦口相连接以开展相应充气动作；当工作过程中需要对副气囊补充空气时，所述快装充气管单独拆下并与充抽气机和副气囊充气口对接，以实现对副气囊补充空气的功能；撤收时，所述快装充气管与充抽气机和主气囊充氦口对接以实现对主气囊抽真空。
4.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，还包括地面锚泊设备；
所述地面锚泊设备包括：6个地锚和球体基座，所述地锚均布在直径为11m的环形地面上，所述球体基座位于球体正下方，其上部与球体接触的部位为光滑无毛刺。
5.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，还包括放飞回收设备；
所述放飞回收设备包括：索道滑轮、地面绞车、无人机和放飞回收保护绳；所述索道滑轮为球体在索道上的移动工具，所述索道滑轮上设置有挂钩，所述挂钩能与球体的吊挂索具连接；所述地面绞车设置于架设点的周围，用于索道及放飞回收保护绳的贮存、释放及回收；所述无人机为牵引绳的运输设备，所述牵引绳用于牵引第三索道或者牵引索；所述放飞回收保护绳通过快卸环与锚泊索具连接。
6.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，所述球体上设置有安全单元，所述安全单元包括：空气阀和测压组件；所述空气阀设置于所述副气囊的底部，所述空气阀在副气囊压力700Pa以下具备自密封功能，当所述空气阀的阀芯两侧压力大于预设阈值时，阀芯在压力作用下自动开启，以释放副气囊内部的部分空气；所述测压组件设置于作业服上，用于监测主气囊的压力。
7.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，所述集索装置包括：集索环、轴承座、推力轴承、旋转接头和轴承座端盖；所述集索环均布18个限位片，为系留索具提供连接接口；所述轴承座安装于所述集索环的底部中心位置；所述推力轴承设置于所述轴承座的内部；所述旋转接头的上端安装于所述推力轴承中；所述旋转接头的下端通过吊挂索具与作业服连接。
8.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，所述配重单元包括：放飞回收配重和配重水箱，所述放飞回收配重采用沙袋，所述配重水箱采用配重水箱。
9.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，所述锚泊索具采用锦丝绳；所述锚泊索具采用两段式结构，且上段与下段之间通过快卸环连接；所述锚泊索具的上端与锚泊蝴蝶结相连接；所述锚泊索具的下端与地面锚泊设备连接。
10.根据权利要求1所述的巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其特征在于，所述系留索具采用锦丝绳；所述系留索具的上端与系留蝴蝶结连接，所述系留索具的下端与集索装置连接。

说明书全文

一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及巨型射电望远镜反射面维护技术领域，尤其是涉及一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统。

背景技术

[0002] 500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST)是我国十一五期间的重大科学装置，是全球最大、也是在其观测频段范围内最灵敏的单口径射电望远镜。它拥有三项自主创新技术，整个望远镜系统包括台址开挖与基地建设系统、主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端系统等。

[0003] FAST主动反射面系统是一项庞大的工程，包括设备基础、圈梁格构柱、索网、促动器和反射面单元等。其中圈梁格构柱是索网的主体承载桁架结构；2225个液压式促动器通过协同控制可驱动索网实现主动变形，从而带动连接于索网上的4450块反射面单元面板从球面拟合转变为抛物面拟合，完成望远镜对特定指向的电波信号的实时聚焦功能。索网包括6670根主索、2225个索网节点盘和2225根下拉索，是反射面能够实现主动变形拟合的关键部件。每块反射面单元边长约11米，重约480公斤，为全铝合金结构，通过3个端部的连接机构分别与对应的节点盘固定连接并可实现在节点盘上的自由滑动，从而避免索网变形时单元结构内部产生附加内力。

[0004] 在反射面口径范围内建有属于测量和控制系统的23个测量基墩，且每个索网节点盘中央安装有测量靶标。每个基墩上安装有2台激光全站仪，测量反射面的面形精度，便于反射面主动变形的控制。每个测量基墩露出反射面1-5米，其顶部的操作平台直径约2.7米，边缘有0.9米高由钢管焊制的护栏。FAST主动反射面系统跨度巨大，所涉及的零部件数量众多，种类庞杂，且索网和反射面单元均悬置于高空，离地面竖直高度均在4米以上，边缘区甚至超过50米。这样一项庞大复杂的机械结构系统在今后望远镜的运行维护过程中面临极其严峻的挑战。特别地，构成索网的6670根主索、2225个节点盘均在高空承受往复疲劳加载，与索网节点盘通过连接机构进行固定的4450块反射面单元亦在节点盘进行往复滑动。这些关键部件的状态需要定期巡检，了解其结构健康状态和机构润滑状态，并定期维护，以免零部件失效的情况发生。此外，在每个节点盘中央的测量靶标经过长期的使用后反射激光性能下降，需要定期更换。由于反射面单元重量轻巧，无法承受成年人的体重，且在边缘单元倾角达到60°作业，检查维护作业人员无法近距离靠近需要作业的区域(如索网节点盘)直接进行作业。一些现有的设备，如各种吊车和升降机器人等，受制场地地形和反射面跨度的约束，或者无法使用，或者效率极低，无法高效地完成“FAST反射面检查维护”这样一项既繁重又需要攻克技术性难题的重大任务。

[0005] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。实用新型内容

[0006] 本实用新型的目的在于提供一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

[0007] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

[0008] 本实用新型提供一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其包括：若干个微重力蜘蛛人和索道搭建机构；

[0009] 所述微重力蜘蛛人包括：球体、充放气单元、集索装置以及吊挂索具；所述球体包括：主气囊、副气囊、锚泊索具、系留索具、锚泊蝴蝶结、系留蝴蝶结、碰撞防护带和观察窗；所述主气囊的内部充氦气，所述副气囊设置于所述主气囊的内部，所述副气囊的内部充空气，所述主气囊外侧下部环向间隔布置有9个系留蝴蝶结，所述系留索具的上端分别与对应的系留蝴蝶结连接，所述系留索具的下端与集索装置连接；所述主气囊外侧中部环向间隔布置有6个锚泊蝴蝶结，所述锚泊索具的上端分别与对应的所述锚泊蝴蝶结连接；所述碰撞防护带设置于所述主气囊的中部以及下部；所述观察窗设置于所述主气囊的外侧；所述充放气单元包括：主气囊充氦口和副气囊充气口，所述主气囊充氦口设置于所述主气囊的中下部，作为所述主气囊充放氦气的接口；所述副气囊充气口设置于所述主气囊的底部，作为所述副气囊的充放空气的接口；所述吊挂索具的一端与所述集索装置连接，所述集索装置上设置有配重单元；

[0010] 所述索道搭建机构包括：索支撑柱、滑车平台、第一索道、第二索道和第三索道，所述索支撑柱分别设置于圈梁的内外圈位置，所述滑车平台设置于圈梁的轨道上，所述滑车平台与圈梁马道之间设置有直梯，第一索道的一端与圈梁外圈的索支撑柱连接，第一索道的另一端锚固在混凝土平台，第二索道搭建在两个索支撑柱之间，第三索道的一端与圈梁内圈的索支撑柱连接，第三索道的另一端固定在反射面内的一个测量基墩上，所述微重力蜘蛛人的吊挂索具能够分别与第一索道、第二索道和第三索道可拆卸地连接。

[0011] 作为一种进一步的技术方案，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括三向牵引设备；所述三向牵引设备包括：三根牵引索和三个绞盘，所述三个绞盘分别固定在三个测量基墩，三根牵引索用于与球体上锚泊索具连接，其自由端分别与位于三个测量基墩上的绞盘连接，通过绞盘控制三根牵引索的长度实现球体的辅助移动或限制球体移动。

[0012] 作为一种进一步的技术方案，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括充抽气设备；所述充抽气设备包括：充气管路和充抽气机，所述充气管路包括依次相连的高压软管、转接头以及快装充气管；当架设过程中充氦或工作过程中补氦时，所述高压软管一端与氦气集装格相连接，所述快装充气管与球体气囊充氦口相连接以开展相应充气动作；当工作过程中需要对副气囊补充空气时，所述快装充气管单独拆下并与充抽气机和副气囊充气口对接，以实现对副气囊补充空气的功能；撤收时，所述快装充气管与充抽气机和主气囊充氦口对接以实现对主气囊抽真空。

[0013] 作为一种进一步的技术方案，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括地面锚泊设备；所述地面锚泊设备包括：6个地锚和球体基座，所述地锚均布在直径为11m的环形地面上，所述球体基座位于球体正下方，其上部与球体接触的部位为光滑无毛刺。

[0014] 作为一种进一步的技术方案，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括放飞回收设备；所述放飞回收设备包括：索道滑轮、地面绞车、无人机和放飞回收保护绳；所述索道滑轮为球体在索道上的移动工具，所述索道滑轮上设置有挂钩，所述挂钩能与球体的吊挂索具连接；所述地面绞车设置于架设点的周围，用于索道及放飞回收保护绳的贮存、释放及回收；所述无人机为牵引绳的运输设备，所述牵引绳用于牵引第三索道或者牵引索；所述放飞回收保护绳通过快卸环与锚泊索具连接。

[0015] 作为一种进一步的技术方案，所述球体上设置有安全单元，所述安全单元包括：空气阀和测压组件；所述空气阀设置于所述副气囊的底部，所述空气阀在副气囊压力700Pa以下具备自密封功能，当所述空气阀的阀芯两侧压力大于预设阈值时，阀芯在压力作用下自动开启，以释放副气囊内部的部分空气；所述测压组件设置于作业服上，用于监测主气囊的压力。

[0016] 作为一种进一步的技术方案，所述集索装置包括：集索环、轴承座、推力轴承、旋转接头和轴承座端盖；所述集索环均布18个限位片，为系留索具提供连接接口；所述轴承座安装于所述集索环的底部中心位置；所述推力轴承设置于所述轴承座的内部；所述旋转接头的上端安装于所述推力轴承中；所述旋转接头的下端通过吊挂索具与作业服连接。

[0017] 作为一种进一步的技术方案，所述配重单元包括：放飞回收配重和配重水箱，所述放飞回收配重采用沙袋，所述配重水箱采用配重水箱。

[0018] 作为一种进一步的技术方案，所述锚泊索具采用锦丝绳；所述锚泊索具采用两段式结构，且上段与下段之间通过快卸环连接；所述锚泊索具的上端与锚泊蝴蝶结相连接；所述锚泊索具的下端与地面锚泊设备连接。

[0019] 作为一种进一步的技术方案，所述系留索具采用锦丝绳；所述系留索具的上端与系留蝴蝶结连接，所述系留索具的下端与集索装置连接。

[0020] 采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

[0021] 本实用新型提供提供一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统，能够满足巨型射电望远镜反射面检查维护时具有较高的效率、重量轻不会损伤反射面单元面板、作业人员可亲自从反射面上表面近距离检查反射面单元面板、索网节点盘、节点盘上所安装的反射面单元连接机构、测量靶标等零部件以及其它需要检查的部位，并携带必要的工具对这些零部件及部位进行必要的人工维护，从而实现对巨型射电望远镜反射面比较可靠的检查和维护。附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本实用新型实施例提供的巨型射电望远镜反射面检查维护系统的结构示意图；

[0024] 图2为本实用新型实施例提供的索道搭建机构的结构示意图；

[0025] 图3为本实用新型实施例提供的巨型射电望远镜反射面检查维护系统的平面示意图；

[0026] 图4为本实用新型实施例提供的微重力蜘蛛人设备的固定状态示意图；

[0027] 图5为本实用新型实施例提供的微重力蜘蛛人设备的结构示意图；

[0028] 图6为本实用新型实施例提供的主气囊的裁片连接方式的示意图；

[0029] 图7为本实用新型实施例提供的副气囊的裁片连接方式的示意图；

[0030] 图8为本实用新型实施例提供的裙边连接方式的示意图；

[0031] 图9为本实用新型实施例提供的蝴蝶结的结构示意图；

[0032] 图10为本实用新型实施例提供的透明窗的结构示意图；

[0033] 图11为本实用新型实施例提供的脚部承力板总成的示意图；

[0034] 图12为本实用新型实施例提供的腿部承力板总成的示意图；

[0035] 图13为本实用新型实施例提供的前臂承力板总成的示意图；

[0036] 图14为本实用新型实施例提供的微重力蜘蛛人穿戴前臂、腿部以及脚部承力板的示意图。

[0037] 图标：1-球体；2-锚泊索具；3-系留索具；4-配重单元；5-集索装置；6-吊挂索具；7-小窝函混凝土地面；8-地面三角架；9-主气囊；10-副气囊；11-碰撞防护带；12-作业服；13-热合条；14-密封条；15-裁片；16-裙边；17-蝴蝶结；18-观察窗；20-微重力蜘蛛人；21-第一索道；22-第二索道；23-第三索道；24-滑车平台；25-测量基墩；26-圈梁；27-馈源支撑塔；28-格构柱；29-索支撑柱；30-直梯；31-反射面；32-脚腕系带；33-前脚面系带；34-脚尖以及前脚面承力板；35-鞋底板；36-承力板；37-前系带；38-后系带；39-后系带；40-前系带；41-承力板。

具体实施方式

[0038] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

[0039] 以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

[0040] 实施例一

[0041] 结合图1至图10所示，本实施例提供一种巨型射电望远镜反射面检查维护系统，其包括：若干个微重力蜘蛛人20和索道搭建机构；

[0042] 其中，微重力蜘蛛人20包括：球体1、充放气单元、集索装置5以及吊挂索具6；球体1包括：主气囊9、副气囊10、锚泊索具2、系留索具3、锚泊蝴蝶结、系留蝴蝶结、碰撞防护带11和观察窗；主气囊9的内部充氦气，副气囊10设置于主气囊9的内部，副气囊10的内部充空气，主气囊9外侧下部环向间隔布置有9个系留蝴蝶结，系留索具3的上端分别与对应的系留蝴蝶结连接，系留索具3的下端与集索装置5连接；主气囊9外侧中部环向间隔布置有6个锚泊蝴蝶结，锚泊索具2的上端分别与对应的锚泊蝴蝶结连接；碰撞防护带11设置于主气囊9的中部以及下部；观察窗设置于主气囊9的外侧；充放气单元包括：主气囊9充氦口和副气囊10充气口，主气囊9充氦口设置于主气囊9的中下部，作为主气囊9充放氦气的接口；副气囊
10充气口设置于主气囊9的底部，作为副气囊10的充放空气的接口；吊挂索具6的一端与集索装置5连接，集索装置5上设置有配重单元4；

[0043] 其中，索道搭建机构包括：索支撑柱29、滑车平台24、第一索道21、第二索道22和第三索道23，索支撑柱29分别设置于圈梁26的内外圈位置，滑车平台24设置于圈梁26(通过格构柱28支撑，当然对于例如反射面31、馈源支撑塔27、馈源仓等结构不再赘述)的轨道上，滑车平台24与圈梁26马道之间设置有直梯30，第一索道21的一端与圈梁26外圈的索支撑柱29连接，第一索道21的另一端锚固在混凝土平台，第二索道22搭建在两个索支撑柱29之间，第三索道23的一端与圈梁26内圈的索支撑柱29连接，第三索道23的另一端固定在反射面内的一个测量基墩25上，微重力蜘蛛人20的吊挂索具6能够分别与第一索道21、第二索道22和第三索道23可拆卸地连接。

[0044] 优选地，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括三向牵引设备；三向牵引设备包括：三根牵引索和三个绞盘，三个绞盘分别固定在三个测量基墩25，三根牵引索用于与球体1上锚泊索具2连接，其自由端分别与位于三个测量基墩25上的绞盘连接，通过绞盘控制三根牵引索的长度实现球体1的辅助移动或限制球体1移动。

[0045] 优选地，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括充抽气设备；充抽气设备包括：充气管路和充抽气机，充气管路包括依次相连的高压软管、转接头以及快装充气管；当架设过程中充氦或工作过程中补氦时，高压软管一端与氦气集装格相连接，快装充气管与球体1气囊充氦口相连接以开展相应充气动作；当工作过程中需要对副气囊10补充空气时，快装充气管单独拆下并与充抽气机和副气囊10充气口对接，以实现对副气囊10补充空气的功能；撤收时，快装充气管与充抽气机和主气囊9充氦口对接以实现对主气囊9抽真空。

[0046] 优选地，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括地面锚泊设备；

[0047] 地面锚泊设备包括：6个地锚和球体1基座，地锚均布在直径为11m的环形地面上，球体1基座位于球体1正下方，其上部与球体1接触的部位为光滑无毛刺。

[0048] 优选地，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括放飞回收设备；

[0049] 放飞回收设备包括：索道滑轮、地面绞车、无人机和放飞回收保护绳；索道滑轮为球体1在索道上的移动工具，索道滑轮上设置有挂钩，挂钩能与球体1的吊挂索具6连接；地面绞车设置于架设点的周围，用于索道及放飞回收保护绳的贮存、释放及回收；无人机为牵引绳的运输设备，牵引绳用于牵引第三索道23或者牵引索；放飞回收保护绳通过快卸环与锚泊索具2连接。

[0050] 优选地，球体1上设置有安全单元。该安全单元包括：空气阀和测压组件；空气阀设置于副气囊10的底部，空气阀在副气囊10压力700Pa以下具备自密封功能，当空气阀的阀芯两侧压力大于预设阈值时，阀芯在压力作用下自动开启，以释放副气囊10内部的部分空气；测压组件设置于作业服12上，用于监测主气囊9的压力。

[0051] 优选地，集索装置5包括：集索环、轴承座、推力轴承、旋转接头和轴承座端盖；集索环均布18个限位片，为系留索具3提供连接接口；轴承座安装于集索环的底部中心位置；推力轴承设置于轴承座的内部；旋转接头的上端安装于推力轴承中；旋转接头的下端通过吊挂索具6与作业服12连接。

[0052] 优选地，配重单元4包括：放飞回收配重和配重水箱，放飞回收配重采用沙袋，配重水箱采用配重水箱。

[0053] 优选地，锚泊索具2采用锦丝绳；锚泊索具2采用两段式结构，且上段与下段之间通过快卸环连接；锚泊索具2的上端与锚泊蝴蝶结相连接；锚泊索具2的下端与地面锚泊设备连接。

[0054] 优选地，系留索具3采用锦丝绳；系留索具3的上端与系留蝴蝶结连接，系留索具3的下端与集索装置5连接。

[0055] 优选地，减压单元包括护具和减压板，所述护具和减压板用于分散作业人员对反射面的压力。

[0056] 优选地，作业辅助设备包括：配置给作业人员的对讲机和风速风向仪。

[0057] 优选地，包装运输单元包括：包装运输箱及工辅具。

[0058] 进一步地，结合图11至图14所示，本实施例中，微重力蜘蛛人在反射面上部边缘爬行时，反射面板在150mm×150mm的面积上能承载30kg的力。为了确保处“微重力蜘蛛人”在反射面板上爬行和作业时不对反射面板造成损伤，在人员接触反射面处穿戴上特制的承力板，增加承力面积。

[0059] 该巨型射电望远镜反射面检查维护系统还包括：脚部承力板总成、腿部承力板总成和前臂承力板总成。脚部承力板总成包括：设置在鞋底板35上的脚尖以及前脚面承力板34、前脚面系带33和脚腕系带32，脚尖以及前脚面承力板34与鞋底板35之间铰接，脚部承力板总成在人员穿鞋的情况下使用，先系前脚面系带34，再系脚腕系带32。腿部承力板总成包括：设置在承力板36的前系带37和后系带38。前臂承力板总成包括：设置在承力板41的前系带40和后系带39。

[0060] 综上，该巨型射电望远镜反射面检查维护系统能够满足巨型射电望远镜反射面检查维护时具有较高的效率、重量轻不会损伤反射面单元面板、作业人员可亲自从反射面上表面近距离检查反射面单元面板、索网节点盘、节点盘上所安装的反射面单元连接机构、测量靶标等零部件以及其它需要检查的部位，并携带必要的工具对这些零部件及部位进行必要的人工维护，从而实现对巨型射电望远镜反射面比较可靠的检查和维护。

[0061] 实施例二

[0062] 结合图4至图10所示，本实施例二提供一种具体的微重力蜘蛛人设备，其包括：球体1、充放气单元、集索装置5、作业服12以及吊挂索具6。球体1包括：主气囊9、副气囊10、锚泊索具2、系留索具3、锚泊蝴蝶结、系留蝴蝶结、碰撞防护带11和观察窗18；主气囊9的内部充氦气，副气囊10设置于主气囊9的内部，副气囊10的内部充空气，主气囊9外侧下部环向间隔布置有9个系留蝴蝶结，系留索具3的上端分别与对应的系留蝴蝶结连接，系留索具3的下端与集索装置5连接；主气囊9外侧中部环向间隔布置有6个锚泊蝴蝶结，锚泊索具2的上端分别与对应的锚泊蝴蝶结连接；碰撞防护带11设置于主气囊9的中部以及下部；观察窗18设置于主气囊9的外侧；充放气单元包括：主气囊9充氦口和副气囊10充气口，主气囊9充氦口设置于主气囊9的中下部，作为主气囊9充放氦气的接口；副气囊10充气口设置于主气囊9的底部，作为副气囊10的充放空气的接口；吊挂索具6的一端与集索装置5连接，吊挂索具6的另一端与作业服12连接，集索装置5上设置有配重单元4。本实施例采用一个氦气球吊挂一个操作者和配重等，将设备总重通过配重调节到5-15kg，进入到FAST反射面内，操作者可以在反射面内移动，对反射面的机构、结构进行检查维护。

[0063] 本实施例中，优选地，主气囊9包括：18块裁片15、密封条14、热合条13和堵头；主气囊9的蒙布采用18块裁片15热合对接以形成圆形球体1结构；位于主气囊9的内侧，相邻裁片15之间通过热合条13连接；位于主气囊9的外侧，相邻裁片15之间通过密封条14连接；裁片
15在其上下两端分别形成工艺开口，堵头封装于工艺开口。

[0064] 本实施例中，优选地，副气囊10包括：18块裁片15、密封条14、热合条13、堵头和裙边16；副气囊10设置于主气囊9的内部，副气囊10的蒙布采用18块裁片15热合对接以形成圆形球冠结构；位于副气囊10的内侧，相邻裁片15之间通过热合条13连接；位于副气囊10的外侧，相邻裁片15之间通过密封条14连接；裁片15在其上端形成工艺开口，堵头封装于工艺开口；裙边16的上端与副气囊10蒙布采用热合连接，裙边16的下端与主气囊9的蒙布采用T型结构热合连接。

[0065] 具体而言，球体1细节设计如下：

[0066] 一)主气囊9设计

[0067] 主气囊9综合考虑了诸多符合材料工程应用因素，如加工工艺性、受力传力合理性、材料的利用率等。按主气囊9长度方向(材料经向)对接，则主气囊9沿圆周方向(材料纬向)分为18块柳叶型裁片15。这样气囊受力形式合理，气囊材料也可以得到充分利用。

[0068] 主气囊9裁片15间的连接采用热合对接形式，主囊体内侧采用60mm宽的HVH-700热合条13将相邻的裁片15连接起来，外侧粘贴40mm宽的MF01密封条14。由于主气囊9裁片15的两端宽度较小，热合比较困难，为便于气囊加工，在其两端各开一个φ700mm的工艺开口，并设计堵头进行密封。此外，在主气囊9表面设置有观察窗18、主气囊9充氦口、副气囊10充气口、空气阀等组件，根据安装设备的尺寸在气囊上开口，并在气囊内部设计衬布进行加强。

[0069] 二)、副气囊10设计

[0070] 副气囊10主要调节气囊的压力和维持气囊外形。副气囊10的蒙布选用高性能涂层织物材料，材料具有重量轻、耐揉搓、透气率低等优点。副气囊10由18片裁片15对接热合而成，裁片15是由圆球形分瓣后按照曲面展开方法而成的平面零件。为了使副气囊10与气囊更加贴合紧密，副气囊10蒙布下端布置裙边16。裙边16与副气囊10蒙布采用热合对接连接，与气囊蒙布间采用T型结构热合连接。

[0071] 三)、材料的选择

[0072] 根据气囊结构的特点，气囊、副气囊10材料选择软式复合材料，要求材料能满足强度、气密性、重量以及寿命的要求，同时材料品种规格应尽量少，价格适宜，工艺方便。通过对国内材料厂家的走访调研，最终确定选用囊体材料，气囊材料为OP22-1000，副气囊10材料为HPH-300，热合布材料为HVH-700，密封条14材料为MF01。其性能指标分别见下表。

[0073] 表1气囊材料主要技术性能

[0074]

[0075]

[0076] 本实施例中，优选地，锚泊索具2采用锦丝绳；锚泊索具2采用两段式结构，且上段与下段之间通过快卸环连接；锚泊索具2的上端与锚泊蝴蝶结相连接；锚泊索具2的下端与地面锚泊设备(例如：小窝函混凝土地面7的地面三角架8)连接。本实施例中，优选地，系留索具3采用锦丝绳；系留索具3的上端与系留蝴蝶结连接，系留索具3的下端与集索装置5连接。

[0077] 具体而言，索具按功能分为两组，一组为系留索具3，用于将载人分系统吊挂在气球分系统上。另一组为锚泊索具2，用于系统的地面锚泊。

[0078] 系留索具3采用φ6mm的锦丝绳，索具的上端与系留蝴蝶结连接，下端与集索装置5连接；锚泊索具2采用φ9mm的锦丝绳，锚泊索具2采用两段式结构，采用φ6的不锈钢快卸环连接。上端与锚泊蝴蝶结相连接，下端与地锚连接。正常工作状态时，锚泊索具2从快卸环处分离，锚泊索具2上段中的3根固定于系留索具3快卸环上，另外3根与三向牵引设备连接，锚泊索具2下段放置于地面。系留索具3通过快卸扣与集索环相连。集索环由304钢管弯曲焊接而成，是重要的承力连接件。9个连接耳片均匀分布在钢管的圆周上。整个吊挂重量共计1205.4N，单根索具载荷为133.9N。系留索具3采用的是强度极限为5000N的φ6锦丝绳，快卸环及系留蝴蝶结的强度极限为8000N。考虑索具的光老化系数0.8，以及打结系数0.85，因此，系留索具3的安全系数为25.4，满足10倍安全系数的要求；快卸环及系留蝴蝶结安全系数为59.7，满足10倍安全系数的要求。

[0079] 单根锚泊索具2最大载荷为1676.8N。锚泊索具2φ9锦丝绳的强度极限为10000N，快卸环及锚泊蝴蝶结的强度极限为8000N。考虑索具的光老化系数0.8，以及打结系数0.85，因此，锚泊索具2的安全系数为4.06，满足4倍安全系数的要求；快卸环及锚泊蝴蝶结的安全系数为4.77，满足4倍安全系数的要求。

[0080] 表2索具载荷计算结果

[0081]

[0082] 本实施例中，优选地，气囊外侧下部位置布置9个系留蝴蝶结，并与系留索具3相连接，来传递微重力蜘蛛人的集中载荷；在系留蝴蝶结上方圆周上，均布有6个锚泊蝴蝶结，用于地面锚泊时固定球体1。根据载荷计算，单个蝴蝶结的强度极限要求为6707.2N。蝴蝶结由两层衬布以及承力绳组成，衬布用于固定承力绳以及与囊体连接，承力绳与索具连接传递集中载荷。

[0083] 本实施例中，优选地，球体1上设置有安全单元，该安全单元包括：空气阀和测压组件；空气阀设置于副气囊10的底部，空气阀在副气囊10压力700Pa以下具备自密封功能，当空气阀的阀芯两侧压力大于预设阈值时，阀芯在压力作用下自动开启，以释放副气囊10内部的部分空气；测压组件设置于作业服12上，用于监测主气囊9的压力。

[0084] 其中，在球体1作业过程中，为适应外界大气压力变化、太阳热辐射等因素，保持囊体内外压差不超出规定的压力值，需通过空气阀对副气囊10进行排空气，达到对球体1降压的目的。该空气阀的排空气方式有两种：机械式自动排空气和手动排空气。另一方面，当副气囊10内的空气排空后整个气囊仍然超出规定的安全压差范围，则通过充氦口手动排放气囊内的氦气来实现球体1降压。

[0085] 空气阀的工作压力上限应不大于球体1空中工作状态时气囊设计最大应力对应的球体1压力值，空气阀的工作压力下限依据经验应为球体1工作压力的中间值，即气囊压力高于空气阀工作压力上限时开启空气阀放空气，气囊压力低于空气阀工作压力下限时关闭空气阀。

[0086] 空气阀流通面积计算

[0087] a)总排气量Q

[0088]

[0089] 式中：

[0090] g——重力加速度，9.8m/s2；

[0091] R——空气气体常数，287.053m2/(s2·k)；

[0092] VQ——球体总体积，230m3；

[0093] ν——最大上升速度，2m/s；

[0094] TH——定点高度处大气温度。

[0095] b)总流通面积A；

[0096]

[0097] 式中：

[0098] μ——阀门的流量系数，0.5；

[0099] ρH——定点高度处大气密度，最大值为1.019kg/m3；

[0100] ΔPH——阀门开启超压值，700Pa。

[0101] 由以上方程计算得到副气囊空气阀的流通面积不小于0.0033m2。

[0102] 阀门密封压力分析

[0103] 为保证在受到风等因素扰动压力过大时，空气阀能够由副气囊10内气体顶开放气减压，确保气囊压力的相对安全；同时考虑副气囊10的相对气密性，选取副气囊10阀门的密封压力为700Pa。

[0104] 空气阀安装于气囊底部堵头，通过内外安装板与堵头相连。在副气囊10压力700Pa以下具备自密封功能，当阀芯两侧压力大于预设阈值时，阀芯在压力作用下自动开启，以释放部分空气。经计算，空气阀流通面积要求为0.0033m2，设计空气阀通径195mm、开度20mm可满足使用要求。

[0105] 其中，测压组件主要由测压接口、硅胶管以及手持式测压表等三部分组成。测压接口由测压接头和压接螺母两部分组成，测压管与测压口相连并通过压接螺母固定，测压接头外形与充气口气密头类似，可与充气口无缝对接。测压表选用工业级货架产品，量程为10Kpa，精度为±5Pa，内置4.5VDC电池供电，数码液晶屏显示。测压表通过安装接口固定于作业服12上，方便工作人员实时观测主气囊9压力。

[0106] 本实施例中，优选地，集索装置5包括：集索环、轴承座、推力轴承、旋转接头和轴承座端盖；集索环均布18个限位片，为系留索具3提供连接接口；轴承座安装于集索环的底部中心位置；推力轴承设置于轴承座的内部；旋转接头的上端安装于推力轴承中；旋转接头的下端通过吊挂索具6与作业服12连接。

[0107] 本实施例中，优选地，球体1在坡面倾角达到60°的位置工作时，球体1上与坡面或圈梁马道距离最近的部位应设置柔性防护装置，以便于保护球体1和坡面。另外，通过对讲机协调三向牵引设备张紧也可以防止球体1与邻近的基礅、坡面或圈梁马道结构相撞。该柔性防护装置采用5mm厚的橡塑海绵材料，直接粘贴在气囊上指定的区域。按总体布置图要求，在球体1中部布置宽度600mm的碰撞防护带11，在球体1下部球体1与60°倾角坡面的理论接触位置布置宽度500mm的碰撞防护带11。

[0108] 本实施例中，优选地，为了便于观察副气囊10内部，在主气囊9上布置有观察窗18，观察窗18按气密结构设计，选用航空有机玻璃，并通过金属固定板、硅胶垫圈等与气囊蒙布用螺栓固定连接。

[0109] 本实施例中，优选地，主气囊9中下部的环形部位处设置防雨帘。具体地，微重力蜘蛛人有可能在阴雨天气进行作业，为防止作业人员遭遇雨淋，在球体1中下部直径为5.6m的环形部位处设置防雨帘。防雨帘高100mm，其与球体1连接的部位为T型结构，防雨帘与球体1的连接方式采用胶接。

[0110] 本实施例中，优选地，充放气单元包括主气囊9充氦口和副气囊10充气口两部分。主要作为主气囊9初始充氦气、地面锚泊时补充氦气以及回收氦气、副气囊10充空气的接口。也可作为球体1撤收时排放气囊中少量残余氦气的通道。主气囊9充氦口和副气囊10充气口除安装位置不同外，其他结构形式及安装方式完全相同。主气囊9充氦口及副气囊10充气口选用皮划艇用安全阀，该安全阀主要由阀体和气密头两部分组成，其中阀体通过螺纹连接+胶接方式与囊皮进行连接，主气囊9开口直径为40mm。主气囊9充氦口安装于主气囊9中下部，副气囊10充气口安装于主气囊9底部。

[0111] 本实施例中，优选地，主气囊9材料的面密度≤252g/m2，经向拉伸强度最小值≥26.7N/mm，纬向拉伸强度最小值≥26.7N/mm；副气囊10材料的面密度≤200g/m2，拉伸强度≥2.5N/mm；蝴蝶结的扩散半径≥150mm，抗拉强度≥6707.2N；系留索具3的抗拉强度≥
1339N；锚泊索具2的抗拉强度≥6707.2N。

[0112] 实施例三

[0113] 结合图1至图10所示，本实施例三还提供一种根据实施例一所述的巨型射电望远镜反射面检查系统的方法，其包括如下步骤：

[0114] S1、将微重力蜘蛛人20锚固在巨型射电望远镜反射面外侧的混凝土平台；

[0115] S2、搭建微重力蜘蛛人20进入至反射面的索道，包括：第一索道21、第二索道22和第三索道23，通过在圈梁26内外圈安装两个索支撑柱28，并在圈梁26的轨道上安装滑车平台24，将第一索道21搭建在混凝土平台与圈梁26外圈的索支撑柱28之间，将第二索道22搭建在两个索支撑柱28之间，将第三索道23搭建在圈梁26内圈的索支撑柱28与待检查的测量基墩之间；

[0116] S3、将微重力蜘蛛人20的整体浮力调整至第一预定值，在浮力的作用下，使得微重力蜘蛛人20沿第一索道21上升至圈梁26上的滑车平台24；在滑车平台24上将微重力蜘蛛人20的整体重量调整至第二预定值，将微重力蜘蛛人20从第一索道21转运至第二索道22，并沿第二索道22运转至第三索道23上，在重力的作用下，使得微重力蜘蛛人20沿第三索道23下降至反射面内待检查的测量基墩上；

[0117] S4、操作者在待检查的测量基墩上完成与微重力蜘蛛人20的吊挂索具6连接，并将微重力蜘蛛人20分别与三向定位的牵引索连接，将携带操作者的微重力蜘蛛人20的整体重量调整至第三预设值，在基墩护栏上系留有垂向反射面的辅助绳，操作者沿辅助绳下降到反射面，对反射面进行检查维护。

[0118] 可见，该方法能够满足巨型射电望远镜反射面检查维护时具有较高的效率、重量轻不会损伤反射面单元面板、作业人员可亲自从反射面上表面近距离检查反射面单元面板、索网节点盘、节点盘上所安装的反射面单元连接机构、测量靶标等零部件以及其它需要检查的部位，并携带必要的工具对这些零部件及部位进行必要的人工维护，从而实现对巨型射电望远镜反射面比较可靠的检查和维护。

[0119] 本实施例中，优选地，步骤S1中，将微重力蜘蛛人20锚固在巨型射电望远镜反射面外侧的混凝土平台包括：在巨型射电望远镜反射面外的混凝土平台上设置有地面锚泊设备；将微重力蜘蛛人20的三根锚泊索具2的下端分别通过O型登山扣与地面锚泊设备连接；将微重力蜘蛛人20下端的吊挂索具6通过O型登山扣与地面锚泊设备连接。

[0120] 本实施例中，优选地，步骤S2中，第一索道21的搭建包括：将第一索道21的一端与圈梁26外圈的索支撑柱28连接，第一索道21的另一端抛至反射面外侧的混凝土平台，并锚固在混凝土平台上的地面锚泊设备；第二索道22的搭建包括：将第二索道22的一端与圈梁26外圈的索支撑柱28连接，第三索道23的另一端与圈梁26内圈的索支撑柱28连接；第三索道23的搭建包括：在圈梁26的滑车平台24将第三索道23的工艺绳一端用无人机牵引至反射面内的待检查的测量基墩，由测量基墩处的人员接住工艺绳，圈梁26滑车平台24上的人员将第三索道23的工艺绳与第三索道23连接，测量基墩处的人员牵引工艺绳，将第三索道23的一端牵引至测量基墩处并与该测量基墩固定连接，滑车平台24处的人员将第三索道23圈梁26侧的一端与圈梁26内圈索支撑柱28顶端固定连接，保持第三索道23处于适当的垂度。

[0121] 本实施例中，优选地，步骤S2中，还包括三根牵引索的搭建，其包括；无人机在待检查的测量基墩放飞，带着第一根牵引索的工艺绳飞到与待检查的测量基墩临近的第一个测量基墩，该第一个测量基墩上的人员接住工艺绳，牵引工艺绳将第一根牵引索牵引到该第一个测量基墩处；无人机在待检查的测量基墩放飞，带着第二根牵引索的工艺绳飞到与待检查的测量基墩临近的第二个测量基墩，该第二个测量基墩上的人员接住工艺绳，牵引工艺绳将第二根牵引索牵引到该第二个测量基墩处；待检查的测量基墩设置有第三根牵引索，这三根牵引索构成三向定位的牵引索，这三个连接牵引索的测量基墩所包围的区域为微重力蜘蛛人20检查维护区域。

[0122] 本实施例中，优选地，步骤S3中，将微重力蜘蛛人20的整体浮力调整至第一预定值包括：通过调整配重单元4控制第一预定值为10～15Kg；断开微重力蜘蛛人20三根锚泊索具2与地面锚泊设备的连接，移动微重力蜘蛛人20至第一索道21处，将吊挂索的O型环登山扣套在第一索道21上，使微重力蜘蛛人20飘升至第一索道21的顶部。

[0123] 本实施例中，优选地，步骤S3中，在滑车平台24上将微重力蜘蛛人20的整体重量调整至第二预定值包括：通过调整配重单元4控制第二预定值为5Kg；在圈梁26的滑车平台24处的人员将微重力蜘蛛人20转移至滑车平台24，并将吊挂索的O型环登山扣套在滑车平台24的锚固座，调整微重力蜘蛛人20重量至5Kg，将微重力蜘蛛人20的吊挂索的O型环登山扣套在第二索道22上，将微重力蜘蛛人20移动至第三索道23，再将微重力蜘蛛人20的吊挂索的O型环登山扣套在第三索道23上，使微重力蜘蛛人20沿第三索道23下降至反射面内待检查的测量基墩上。

[0124] 本实施例中，优选地，步骤S3中，将携带操作者的微重力蜘蛛人20的整体重量调整至第三预设值包括：通过调整配重单元4控制第三预设值为15Kg；在待检查的测量基墩上，将三根牵引索分别与微重力蜘蛛人20三根锚泊索具2进行连接，在待检查的测量基墩的护栏面管的适当位置连接一根辅助绳，该辅助绳的另一端下垂至反射面板，微重力蜘蛛人20携带的操作者手握该根辅助绳下降至反射面内。

[0125] 本实施例中，优选地，步骤S4中，对反射面进行检查维护包括：微重力蜘蛛人20进入到反射面内爬行前进，在检查维护时，三个测量基墩上控制牵引索人员根据操作者爬行的位置选择收放牵引索，保持牵引索有适当垂度；当遇到突发状况以致微重力蜘蛛人20无法自主爬行定位时，三个测量基墩上控制牵引索人员收绳，使微重力蜘蛛人20的位置固定，待突发状况解除时，松开牵引索，使操作者能够继续自由爬行。

[0126] 本实施例中，优选地，步骤S4中，对反射面进行检查维护包括：当微重力蜘蛛人20在反射面上部边缘爬行时，处于反射面上部第三圈测量基墩外，三根牵引索的一根需要与圈梁26马道护栏相连接，其余两根牵引索在第三圈测量基墩临近的两个测量基墩上。

[0127] 本实施例中，优选地，该方法还包括步骤S5：当检查维护结束时，微重力蜘蛛人20回到第三索道23所在的测量基墩，操作者、三根牵引索与微重力蜘蛛人20断开连接，将微重力蜘蛛人20整体重量调整到浮力10Kg，将将微重力蜘蛛人20吊挂索的O型环登山扣套在第三索道23上，使微重力蜘蛛人20飘升至第三索道23的顶部，将微重力蜘蛛人20吊挂索的O型环登山扣套在第二索道22上，调整微重力蜘蛛人20的整体重量在10Kg，将微重力蜘蛛人20吊挂索的O型环登山扣套在第一索道21上，使微重力蜘蛛人20降落至第一索道21底部，再将微重力蜘蛛人20锚固在混凝土平台。

[0128] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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