中大科普中心天文台圓頂ProDome大修後記

自製和廠制天文台
Chanlunlun
夸克星
文章: 3833
註冊時間: 週四 09 10月, 2003 21:06

文章 Chanlunlun » 週一 27 2月, 2012 14:39

Dear Tsoi Sir,
蔡sir 寫: 以下皆為我在維修過程中得出的看法,沒有接觸過的人根本無法理解箇中的因由,當然擁有同類設備的各方友好,因應不同的客觀情況,在使用過程中,會有不同見解,各位不妨在本帖完結後提出來討論。 *
I am also an end user of the Pro-Dome. If you still remember you had paid a visit to our dome and had scrutinized its structure.

Our dome has been functioning for three years and is under rather heavy usage. On nearly every clear sunny days the dome will be opened up for sunspot recording and on many clear nights it served as a base for visual observation for planets and lunar surface. On some occasions the dome was remotely controlled from my home.

On whole we feel that mechanical structure of the dome is rather robust and its operation is astonishingly smooth ( as judged from its poor finishing ), though I have to agree with you that its craftsmanship is rather rough.

We do carry out a basic maintenance scheme to ensure the dome’s normal functioning. The tasks are simple – grease all the pulleys and wires at 6 months interval and on sunny days open the dome for an hour of sun-bathing. As we routinely carry out solar observation the dome has been actually under constant sun bathing.

The major problem of the dome lies on its software side rather than the hardware side. From time to time we face little bugs developed on the control software and we must devise ways to bypass them. But the defects are still minor, at least at the moment.

I guess that your difficulties were mainly based on the fact that the dome is totally lack of basic maintenance. Years of negligence will certainly lead to the accumulating effect of disastrous malfunctioning.
蔡sir 寫:
 首先我們對圓頂的狀態作一個初步分析。
ProDome : 直徑10呎,玻璃纖維結構,安裝年份不詳*,估計超過10年。
*
Yes, the dome is certainly over ten years of age. Our first visit to the dome was at the year 2001. By that time the shutter of the dome was already out of order.

蔡sir 寫:
…………………………..當圓頂開合或轉動時,整個圓頂簡直是山搖地動,因共鳴而產生大量噪音。 *
The base-ring of the dome is supported by a number of rubber pulleys. These pulleys also serve as bearing for rotation. The rotation of dome is very quiet and smooth – in our case we have to shout out to clear off nearby students. They can hardly hear the sound of the rotating dome.

If the dome is moving with great sound and heavy vibration it will be a clear sign of negligence in routine lubrication of the pulleys. It’s a maintenance problem rather than a design problem. .
蔡sir 寫: 2.水平方向無法轉動,連接support ring(承托整個圓頂的玻璃纖維圓環)的“橋”的─塑膠門鉸斷裂。 *
Agree with you. This is a foolish and the only foolish design. We have changed this stupid plastic hinge into a stainless steel one after two and half years usage, when it broke into two halves.
蔡sir 寫: 3.內部:拉動天窗的鋼索拉斷,部份轉向滑輪銹蝕或丟失 *
The steel wires have to be greased at regular intervals to avoid winding up itself. Nobody cared and leaded to later problems.
蔡sir 寫: ,水平轉動的驅動裝置裏的皮帶磨斷,大部份承托輪的固定螺絲和圓頂的緊固螺絲鬆脫,*
The belts are very durable even in our case - they still show no signs of wearing - even after 3 years of heavy usage. I can’t think of any reason for the fast wearing down of the driving belts.
蔡sir 寫: 電線跌滿一地(用膠紙黏在圍牆內?),連照明燈也掉在地上(也只是用玻璃膠固定),*
This was really poor electrical installation. It was a surprise that one could carry out safe observation inside the dome.
蔡sir 寫: 地板是一塊花鐵板,極可能有觸電的危險。 *
I also noticed that before. It’s a pity that they used steel floor. Wooden floor would be a better choice.

蔡sir 寫:
平心而論,這個圓頂的質素,只屬於家庭作坊的“土炮”水平,除玻璃纖維的圓頂稍好外,其他用料都很單薄,粗糙。事後總結,除圓頂外(圍牆和天窗不算),所有機械設計都極不合理和不專業(從未見有這樣設計,相信只此一家!)。*
Rouge craftsmanship – yes.


Non-functional – no !. Indeed the Pro-Dome is much cheaper and lighter than an equivalent metallic dome from China. It can handled robotic control and synchronize with Paramount seamlessly. Although I haven’t tried I guess that the dome will certainly communicate well with Meade LX series and Celestron Nexstar series. With little modification it will communicate with Takahashi EM series as well. China made metallic dome, at the moment, still incapable of doing this.

Indeed the Pro-Dome is widely used in many budgeted observatories worldwide. Although budget orientated, it provides quite stable performance. We had been doing some researches before buying this dome and, as an end-user for three years, we are still being satisfied by its performance.

I supply my views at the standpoint of an end-user. I can imagine how difficult it is to repair a dome so lack of maintenance. No wonder you have made a great job and I am more than happy to see another Home-dome is being brought back to life and another telescope is coming to serve the promotion of astronomy.

Best regards
Chan Yuk Lun

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週日 11 3月, 2012 18:11

對陳兄的看法暫不表意見,待完帖時再作討論。

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週五 16 3月, 2012 13:50

繼而是要更換驅動裝置的皮帶,這個驅動裝置的設計相當簡陋,造工也很粗糙,用料單薄。這裝置用一條同步帶(一種帶齒的傳動帶),跨在兩個尼龍造的驅動輪上,在下方由一個有齒的同步輪帶動(同步輪由一個帶減速箱的12V的直流馬達推動);驅動裝置經彈簧向上拉,通過基座的開口,以摩擦形式帶動support ring旋轉。
為了省成本、省工,兩個驅動輪竟然沒有銑齒,只是用摩擦力與同步帶偶合,以致效率很低(因不能有效傳遞馬達的力量)。
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蔡sir
白矮星
文章: 614
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文章 蔡sir » 週五 16 3月, 2012 13:57

換了皮帶,滿以為事情就是這樣簡單,驅動輪轉動了,圓頂就是不動,檢查發現,承托圓頂的二十多個滑輪只有不足三分之一承托著250磅重的圓頂(有三份二在空轉),在圓頂轉動的時侯,與圓頂接觸到的承托輪不斷變換,同時還伴隨著一定程度的跳動和噪音。圓頂的support ring不平直是原因之一,加上地台不平,圍牆的纖維牆身高低不均,引致base ring不同位置高低差異;後來在論壇的舊照片發現,早期圓頂的圍牆比現時低,即是說它是後來被加高了!雖然圍牆可以逐層加高,可是圍牆是手工製作的玻璃纖維組件,尺寸不是絕對規整,精度沒有保證,如果沒有仔細調整,胡亂安裝的話,base ring平面便會更不平均,加引上受力後引起變形等因素,圓頂運行起來的阻力便更大了。
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蔡sir
白矮星
文章: 614
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文章 蔡sir » 週五 16 3月, 2012 22:38

我們只有從滑輪入手,給滑輪加潤滑油和從新將之固定(很多都已鬆動),最終的結果是:成效不明顯,只有小許的改善;還是時走時停,而且在正反兩個方向都有不同的停頓位置,很明顯就是阻力過大和驅動輪的摩擦力不足。我們唯有放棄機械動力改用人力推動,希望能藉此找出問題所在,怎料跑不到兩圈,兩條簇新的同步帶同時被磨斷!真是禍不單行,原來我一時大意,忘記把拉著驅動器的彈簧卸下。經過檢查發現support ring的底部竟滿佈粗糙的砂粒──黏上砂粒用來增加摩擦力!驅動輪的輪沿已經磨蝕到跟同步帶同一水平,以致同步帶與砂粒直接磨擦,最後下場當然是壯烈犧牲,平白浪費了兩條同步帶。
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蔡sir
白矮星
文章: 614
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文章 蔡sir » 週五 16 3月, 2012 22:40

這是又是另一個荒謬設計的例證,基本上承托輪接觸的地方應該盡量平滑來降低摩擦力,好比一輛車走在崎嶇不平的路上,阻力必然較平直路面大。驅動輪的接觸面增大摩擦是合理的,可是兩者卻是跑在同一條軌道上,彼此要求的條件是互相抵觸,互相矛盾的,要使之很好地協調工作真的不容易。唯有盡量在現有的條件下挖掘改進的潛力。
  它不單是缺乏保養的問題,最重要是設計上的潛在缺陷,導至今天的情況,更多的荒謬設計將於後文向各位展示!

Chanlunlun
夸克星
文章: 3833
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文章 Chanlunlun » 週五 16 3月, 2012 23:50

蔡sir 寫:這是又是另一個荒謬設計的例證,基本上承托輪接觸的地方應該盡量平滑來降低摩擦力,好比一輛車走在崎嶇不平的路上,阻力必然較平直路面大。驅動輪的接觸面增大摩擦是合理的,可是兩者卻是跑在同一條軌道上,彼此要求的條件是互相抵觸,互相矛盾的,要使之很好地協調工作真的不容易。唯有盡量在現有的條件下挖掘改進的潛力。
  它不單是缺乏保養的問題,最重要是設計上的潛在缺陷,導至今天的情況,更多的荒謬設計將於後文向各位展示!
Dear Mr. Tsoi,

Your hard working is fully appreciated.

Our dome (a bigger version, 15 feet diameter ) has exactly the same design. The under side of the base ring is also coated with rough sands. When the motor turns, it make the timing belts move and the movement of the timing belt translate to rotation of the dome. The surface must be rough otherwise skidding may ocur.

In our case after 3 years of running the timing belts still look like as new. There is very little signs of wearing, though they run against a very rough sandy surface of the base ring.

Another thing :- while the dome rotates, it runs very smoothly and silently. Actually there is a simple test - dismantle all the motors and driving belts and rotate the dome by hand. If every thing is correct the dome should moves easily and smoothly even by small applied force from our hands.

While installing the dome we had perfomed this test before installation of dome rotation motors. Hope this help.

Best regards
Chan Yuk Lun

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週一 19 3月, 2012 13:41

可能各位也有這樣的經驗,拉著有輪的行李箱在不平坦的路上走,一定較在平路上吃力和嘈吵,我們這個圓頂就好像走在一條顛簸不平的路上一樣,加上圓頂本身的空間較小,圓頂就好像共鳴箱一樣,處於其中感受到的噪音可想而知。base ring不但高低不平,甚至有輕微傾斜趨勢,推起來有一種上坡下坡的感覺。

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週一 19 3月, 2012 13:42

同步帶的背面是不應參與驅動作用,事後我對四個尼龍驅動輪的皮帶槽用車床加深,被免同步帶受到磨擦,但是繼之而來的問題就是驅動輪與support ring間的摩擦力進一步下降,根本無法負起推動作用。我嘗試在驅動輪的輪沿上刻槽,未見有明顯改善。在偶然的情況下,在中心的貯物柜裏找到幾個用承托輪相同的膠輪改造的驅動輪,估計是以前用過,可能是某些原因而棄用。我將之在車床修整後裝上使用,但效果都是一樣,反而磨損速度較尼龍造的快得多,怪不得棄之不用了。但後來我在Homedome網上見到的配件卻是這東西。至於這東西是否可行?真是見人見智了,但是在這裏就是不行。是摩擦力不足?或者是其他的緣故,一時間我還難以判定,但是既然以前曾經運行過,也許我們應再從圓頂的base ring入手?
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MythPlayer
主序星
文章: 233
註冊時間: 週二 30 12月, 2008 19:46
來自: 痿大天朝

文章 MythPlayer » 週一 26 3月, 2012 12:57

蔡sir 寫:å￾Œæ­¥å¸¶çš„背é￾¢æ˜¯ä¸￾應å￾ƒèˆ‡é©…動作用,事後我å°￾四個尼é¾￾驅動輪的皮帶槽用車床加深,被å…￾å￾Œæ­¥å¸¶å￾—到磨擦,但是繼之而來的å•￾題就是驅動輪與support ring間的摩擦力進一步下é™￾,根本無法負起推動作用。我嘗試在驅動輪的輪沿上刻槽,未見有明顯改善。在å￾¶ç„¶çš„情æ³￾下,在中心的貯物柜è£￾找到幾個用承托輪相å￾Œçš„膠輪改造的驅動輪,估計是以å‰￾用é￾Žï¼Œå￾¯èƒ½æ˜¯æŸ￾些原因而棄用。我將之在車床修整後è£￾上使用,但效果都是一樣,å￾￾而磨æ￾￾速度較尼é¾￾造的快得多,怪ä¸￾得棄之ä¸￾用了。但後來我在Homedome網上見到的é…￾件å￾»æ˜¯é€™æ￾±è¥¿ã€‚至於這æ￾±è¥¿æ˜¯å￾¦å￾¯è¡Œï¼ŸçœŸæ˜¯è¦‹äººè¦‹æ™ºäº†ï¼Œä½†æ˜¯åœ¨é€™è£￾就是ä¸￾行。是摩擦力ä¸￾足?或者是其他的緣故,一時間我還難以判定,但是既然以å‰￾曾經é￾‹è¡Œé￾Žï¼Œä¹Ÿè¨±æˆ‘們應å†￾從圓頂的base ring入手?
這種解決方法ä¸￾治本å￾§ï¼Ÿç£¨æ￾￾ä¾￾舊存在 :shock:

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週二 27 3月, 2012 13:54

你說得對,原來不想作太大的改變,但是問題始終解決不了;最終還是要驚筋動骨,無可避免給它做了大手術,稍後會陸續介紹。

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鄧登凳
夸克星
文章: 9497
註冊時間: 週一 03 8月, 2009 17:15
來自: 3rd planet of solar system

文章 鄧登凳 » 週二 27 3月, 2012 14:11

一個小觀察:

這兩個輪子是成一直線的, 但所行的圓頂軌道是彎的(圖型的一部份), 基本上好像單車不許轉軚但要跑圓圈 :? ....在直線雙輪跑圓型下, 輪和軌道之間必須容許橫向滑動(sideway slip), 不然是跑不動的, 但輪子要容許橫向滑動, 郤不容許逕向的滑動, 因有逕向滑動就只有很少的推力傳至圓頂, 似乎很難有這樣的一種輪子。

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MythPlayer
主序星
文章: 233
註冊時間: 週二 30 12月, 2008 19:46
來自: 痿大天朝

文章 MythPlayer » 週三 28 3月, 2012 13:29

鄧登凳 寫:一個å°￾觀察:

這兩個輪å­￾是æˆ￾一直線的, 但所行的圓頂軌é￾“是彎的(圖型的一部份), 基本上好åƒ￾單車ä¸￾許轉軚但è¦￾跑圓圈 :? ....在直線雙輪跑圓型下, 輪和軌é￾“之間必須容許橫å￾‘滑動(sideway slip), ä¸￾然是跑ä¸￾å‹•çš„, 但輪å­￾è¦￾容許橫å￾‘滑動, 郤ä¸￾容許逕å￾‘的滑動, 因有逕å￾‘滑動就å￾ªæœ‰å¾ˆå°‘的推力傳至圓頂, 似乎很難有這樣的一種輪å­￾。
使用斜邊輪「是這個詞彙嗎ã€￾或者圓邊輪按一定角度斜è£￾? :shock:

蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週三 28 3月, 2012 13:58

在圓頂轉動時大部份阻力都是來自承托輪,安裝誤差源自承托輪在base ring 的安裝精度。由於support ring 的遮掩和赤道儀的阻礙,我們無法量度各承托輪的高低。
我竟然想出了一個餿主意:承托輪就是好比坦克車的負重輪,坦克行進時,每個負重輪的懸掛系統會隨著地形調節負重輪的高低,使坦克能順利通過,同時分擔了車体的重量。我想如果模仿坦克負重輪的原理,利用槓桿形式,借助彈簧的張力使承托輪產生向上彈性承托力(這是想當然的構想,經實踐證明是有問題的,不竟它不是一輛車!)。
我利用強力的拉力彈簧──伸長量為約10kg-cm,加上6061鋁型材造的槓桿組成;估計side roller有20個左右已經足夠承起整個轉動部分。
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蔡sir
白矮星
文章: 614
註冊時間: 週日 27 7月, 2003 22:06

文章 蔡sir » 週三 28 3月, 2012 14:00

開始改造了三分一,效果顯著,只是在某些位置出現明顯阻力而停頓。改裝到差不多所有承托輪都向上抵著support ring時,滿以為成功在望,怎料愈改愈糟,當天窗完全打開時,在某些方向base ring竟傾斜刮著 support ring(即是一邊高一邊低),我在設計時竟然沒有考慮重心的問題!
原來這與天窗的結構有關,天窗活門由兩塊可分離的滑動板組成,當天窗全開時,兩塊滑動板疊起移到圓頂開口的對面,重心因而失去平衡,全偏到圓頂的後方,這是我始料不及,自作聰明,給自己製造問題。
Wong sir提議,不如撤去所有彈簧,換上“花藍”( 花藍螺絲:一種索具,俗稱花藍,用於縮短/收緊鋼索的東西 ),把彈性承托改為剛性承托。藉著調校花藍長短,使承托輪逐一頂托著support ring。
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