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        移動通信車天線升降桿的選用及抗風計算

        作者:俊東產品部日期:2016年3月30日 15:22

        作者:劉坤偉  濟南薩博特種汽車有限公司

        《商用汽車》20116

        說明: D:\Documents\My Pictures\8833_看圖王.jpg

        (圖為聯通應急通信車所使用的JDZG-15B)

         

         

            筆者綜合考慮了移動通信車天線升降桿的自重輕、加工工藝等因素,并結臺力學公式對移動通信車天線升降桿進行剛度和強度分析,從而得出了適合移動通信車工作環境的最終設計方案。

         

          移動通信車自身具有多個通信頻道,可以充分實現對現場話務量的吸收,從而能有效保證通信暢通,提高特定區域的移動通話容量和質量,解決大型會議、突發自然災害等環境下由因現場大量人群聚集,同一地點同一時間話務量極高而導致的通信不暢等問題。

          移動通信車在災害搶險等任務中需要應對惡劣的自然環境.因此整車系統的運行需要有較高的穩定性。天線塔作為應急通信車上最危險的部件,它的選擇夏抗風安全計算就顯得尤為重要。下面以15 m天線塔為例,介紹天線塔選擇的依據與抗風計算。

          目前通信系統和其他行業使用的天線升降桿裝置有多種類型。按起升結構形式分類大概有3種,即圓柱形、方柱型和人字塔形。按驅動形式分有氣動型、液壓型、電動型。不同形式的升降裝置有其各自的特點,根據使用條件、使用要求的不同有著各自的適應范圍。

          國內生產的圓柱形升降桿,一般起升高度都為15 m左右,起升負載重量不大于200kg,而且在風速超過一定值后必須通過拉風繩來保證升降桿的工作狀態。方形截面的慣性矩是圓形截面慣性矩的1.7倍。方形截面的各項性能指標均優于圓形截面,因此在安裝尺寸不變的情況下,升降桿可采用立式工作,工作是不需要采用鋼絲繩拉固,大大降低了升降桿對場地的要求,而且負載重量可達300 kg。而人字塔型升降桿,雖然起升高度較高、負載重量較重,但安裝空間較大,并且運動部件外露,維護性較差,不適用于空間相對狹小移動通信車。因此移動通信車一般均選擇自立式升降桿。

          以下選擇國產JDZG-15B型自立式升降桿進行抗風性能分析。根據通信天線及微波對天線升降桿的要求:承載量為300 kg時,升降塔在7級風下垂直晃動幅度應小于±2 2度,橫向偏移小于300mm。自立式升降桿采用自立式(不拉鋼絲繩)工作方式,所有載荷由桿體承受。筆者綜合者慮了升降扦的剛度、強度,自重輕、加工工藝性等因素后,對升降桿進行優化設計,得出了最終的設計方案?,F用力學公式計算如下:

         

        1. 自立式升降桿的剛度分析

          自立式升降桿的剛度是指升降桿頂部的偏移和轉角。升降桿頂部的偏移是由2部分疊加而成的:一是桿體受到外力后本身的剛性變形,二是各桿體之間存在間隙,會偏擺從而引起偏移。桿體的剛性變形又分為桿體的彎曲變形和由彎曲變形引起的撓度2種情況。綜合分析,各桿體會受到扭矩、均布載荷和集中載荷影響,這3種情況都會引起桿體的彎曲和扭轉變形。受力情況見圖1。

          各桿體的受力情況計算如下:

          由風載引起的桿體自身變形(8級風).根據力學理論,2個公式分別為:

          頂部變形:y=ML2/2EL+qL4/8EI+PL3/3EL

          撓度轉角:Q=ML/2EL+qL3/6EI+PL2/2EL

          其中:M=頂部載荷,本節桿體所受的風載分別對本節桿體所產生的扭矩+頂部載荷中心偏移對桿體所產生的扭矩(載荷中心理論偏移為零.固不考慮扭矩),Nm。

                  

              

          上式中:J為相應桿體的外露高度,mm;x為每2節桿體問的間隙,mm ; W為每2節桿體間的重合距離,mm。

          經計算得出y間隙=86 mm(桿體之間的間隙取值為0.8mm)。

          綜上:y偏移=y風載+y間隙2=211+86=297mm<300mm,滿足要求。

          由于上述計算中不計車體變形引起的偏擺。因此,實際使用時,總體應考慮這部分的附加變形。但是在底盤上裝載了自動調平機構時,此部分可不予考慮。

        2.自立式升降桿的強度分析

          在風速達到12級風時,天線載荷安裝在升降桿上,由于風載荷的影響,此時升降桿各構件處于受力最惡劣的狀態。風載荷見圖2。

          現考慮風速為36 m/s(12級風的上限),升降桿處于5。傾斜的狀態下,桿體材料為鋁合金,材料的屈服強度取值為150 Mpa,將各桿體的受力計算說明如下:  

         

          故自立式升降桿在受力情況處于最惡劣的條件下,也能保證自身桿體不被破壞。因此移動通信車天線塔的選型上,要根據具體的使用情況靈活選用。同時必須進行天線塔的剛度和強度分析,以滿足客戶的具體使用要求。

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