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移动通信车天线升降杆的选用及抗风计算

作者:俊东产品部日期:2016年3月30日 15:22

作者:刘坤伟  济南萨博特种汽车有限公司

《商用汽车》20116

说明: D:\Documents\My Pictures\8833_看图王.jpg

(图为联通应急通信车所使用的JDZG-15B)

 

 

    笔者综合考虑了移动通信车天线升降杆的自重轻、加工工艺等因素,并结台力学公式对移动通信车天线升降杆进行刚度和强度分析,从而得出了适合移动通信车工作环境的最终设计方案。

 

  移动通信车自身具有多个通信频道,可以充分实现对现场话务量的吸收,从而能有效保证通信畅通,提高特定区域的移动通话容量和质量,解决大型会议、突发自然灾害等环境下由因现场大量人群聚集,同一地点同一时间话务量极高而导致的通信不畅等问题。

  移动通信车在灾害抢险等任务中需要应对恶劣的自然环境.因此整车系统的运行需要有较高的稳定性。天线塔作为应急通信车上最危险的部件,它的选择夏抗风安全计算就显得尤为重要。下面以15 m天线塔为例,介绍天线塔选择的依据与抗风计算。

  目前通信系统和其他行业使用的天线升降杆装置有多种类型。按起升结构形式分类大概有3种,即圆柱形、方柱型和人字塔形。按驱动形式分有气动型、液压型、电动型。不同形式的升降装置有其各自的特点,根据使用条件、使用要求的不同有着各自的适应范围。

  国内生产的圆柱形升降杆,一般起升高度都为15 m左右,起升负载重量不大于200kg,而且在风速超过一定值后必须通过拉风绳来保证升降杆的工作状态。方形截面的惯性矩是圆形截面惯性矩的1.7倍。方形截面的各项性能指标均优于圆形截面,因此在安装尺寸不变的情况下,升降杆可采用立式工作,工作是不需要采用钢丝绳拉固,大大降低了升降杆对场地的要求,而且负载重量可达300 kg。而人字塔型升降杆,虽然起升高度较高、负载重量较重,但安装空间较大,并且运动部件外露,维护性较差,不适用于空间相对狭小移动通信车。因此移动通信车一般均选择自立式升降杆。

  以下选择国产JDZG-15B型自立式升降杆进行抗风性能分析。根据通信天线及微波对天线升降杆的要求:承载量为300 kg时,升降塔在7级风下垂直晃动幅度应小于±2 2度,横向偏移小于300mm。自立式升降杆采用自立式(不拉钢丝绳)工作方式,所有载荷由杆体承受。笔者综合者虑了升降扦的刚度、强度,自重轻、加工工艺性等因素后,对升降杆进行优化设计,得出了最终的设计方案。现用力学公式计算如下:

 

1. 自立式升降杆的刚度分析

  自立式升降杆的刚度是指升降杆顶部的偏移和转角。升降杆顶部的偏移是由2部分叠加而成的:一是杆体受到外力后本身的刚性变形,二是各杆体之间存在间隙,会偏摆从而引起偏移。杆体的刚性变形又分为杆体的弯曲变形和由弯曲变形引起的挠度2种情况。综合分析,各杆体会受到扭矩、均布载荷和集中载荷影响,这3种情况都会引起杆体的弯曲和扭转变形。受力情况见图1。

  各杆体的受力情况计算如下:

  由风载引起的杆体自身变形(8级风).根据力学理论,2个公式分别为:

  顶部变形:y=ML2/2EL+qL4/8EI+PL3/3EL

  挠度转角:Q=ML/2EL+qL3/6EI+PL2/2EL

  其中:M=顶部载荷,本节杆体所受的风载分别对本节杆体所产生的扭矩+顶部载荷中心偏移对杆体所产生的扭矩(载荷中心理论偏移为零.固不考虑扭矩),Nm。

          

      

  上式中:J为相应杆体的外露高度,mm;x为每2节杆体问的间隙,mm  W为每2节杆体间的重合距离,mm

  经计算得出y间隙=86 mm(杆体之间的间隙取值为0.8mm)。

  综上:y偏移=y风载+y间隙2=211+86=297mm<300mm,满足要求。

  由于上述计算中不计车体变形引起的偏摆。因此,实际使用时,总体应考虑这部分的附加变形。但是在底盘上装载了自动调平机构时,此部分可不予考虑。

2.自立式升降杆的强度分析

  在风速达到12级风时,天线载荷安装在升降杆上,由于风载荷的影响,此时升降杆各构件处于受力最恶劣的状态。风载荷见图2

  现考虑风速为36 m/s(12级风的上限),升降杆处于5。倾斜的状态下,杆体材料为铝合金,材料的屈服强度取值为150 Mpa,将各杆体的受力计算说明如下:  

 

  故自立式升降杆在受力情况处于最恶劣的条件下,也能保证自身杆体不被破坏。因此移动通信车天线塔的选型上,要根据具体的使用情况灵活选用。同时必须进行天线塔的刚度和强度分析,以满足客户的具体使用要求。

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