Tähtitornin kupolin käännön modernisointi

Abstract

Työssä suunniteltiin Oulun Arktosin tähtitornin kupolin kääntö toimilaitteilla tapahtuvaksi ja automaattiseurantakelpoiseksi. Työssä selvitettiin myös kupolin kääntöön liittyvää toiminnallista häiriötä, joka kasvattaa pyöritykseen tarvittavaa voimaa ja aiheuttaa epätasaista pyörimisliikettä kupolin kannatinrullien päällä. Lisäksi käsiteltiin kupolin luukun mekanisointia sekä täysin etähallittavan observatorion toteutuksen mahdollisuutta.

Oulun Arktos Ry:llä on Puolivälinkankaan vesitornin päällä oma tähtitorni, jonka kupolin kääntö tapahtuu nykyisin manuaalisesti eli käsin pyörittämällä. Tornin käyttäjän tulee huolehtia, että kupoli pysyy kaukoputken tahdissa, kun putkessa on päällä automaattiseuranta.

Työssä selvitettiin empiirisesti kääntöön tarvittava voima, jota mitattiin erityisesti kahdessa pyörityksen kohdassa, joissa vastusta syntyy eniten. Suunnittelun kannalta tähtitornin tärkeimmät rakenteelliset mitat otettiin muistiin. Tähtitornin kupolin kääntö voidaan toteuttaa joko kitkaan perustuvalla vetopyörämenetelmällä tai hammasratastuksella. Molemmat menetelmät vaativat käyttölaitteen, joka on useimmiten sähkömoottori. Lisäksi moottorille täytyy suunnitella olosuhteisiin nähden sopiva tuenta.

Kupolin kääntö suunniteltiin polyuretaanilla päällystettävän ja sähkömoottorin päähän kiinnitettävän vetopyörän avulla tapahtuvaksi. Pyörä painetaan jousikuormitteisesti kupolin alarakenteen U-palkkia vasten muodostamaan kitkan avulla vetoa moottorin pyöriessä. Sovellukseen valittiin kaksi moottoria ja ne sijoitetaan pyörimään vastakkaisille puolille toisistaan jakamaan kuormaa ja lisäämään toimintavarmuutta. Suunnittelussa käytettiin apuna systemaattisia menetelmiä, joilla päädyttiin lopulliseen ratkaisumalliin. Kupolin alarakenteen U-palkin ja kannatinrullien väärästä asennosta seuraa toiminnallisia häiriöitä, jotka kasvattavat kääntöön tarvittavaa voimaa. Luukun mekanisointi on mahdollista toteuttaa, mutta etäohjattava observatorio on vaikea ylläpitää Suomen olosuhteissa. Työ mahdollistaa projektin etenemisen moottoreiden sähköistämiseen ja varsinaiseen kupolin automatisointiin.

The subject of this thesis was to invent the Oulu Arktos observatory dome to turn with actuators and to be qualified for automation. The thesis also included explanation for a functional disorder associated with the dome rotation system which increases a force required to turn the dome and causes an uneven rotation on top of the rollers. Also a fully remote controlled observatory possibility was researched.

Oulu Arktos has its own observatory on top of the water tower in Puolivälinkangas. At a time the dome needs to be rotated manually, and that is, by hand. The observatory user must turn the dome as the telescope follows its target.

The thesis included measurement of the force required to turn the dome and investigation for different ways to mechanize the dome. The dome rotation can be implemented either with a friction drive wheel or a cogwheel. Both methods require an actuator which is usually an electric motor. The Motor also needs an appropriate support structure.

As a method of mechanization a polyurethane drive wheel and suitable sized electric motor was selected. The Wheel is spring-loaded to the dome U-beam structure to form a friction and a rotation when the motor is running. Two similar motors were chosen and they are placed opposite each other to share a load and to increase operational reliability. The support to the motor was designed in association with the motor structure and the method of mechanization.

As a result of the thesis the mechanization unit was designed to work with the friction drive wheel in the DC-motor shaft. The Support to the motor was designed with a help of systematic methods and 3D modeling software. The dome functional disorder is caused by the dome rollers incorrect position in relation to the dome structure. The fully remote controlled observatory is possible to implement but difficult to maintain. The thesis allows the project to continue to motor electrification and to the dome automation.