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        一種天線車平臺設(shè)計

        2022-04-20 13:19:58曹金牛郝天紅劉偉宋月娥
        專用汽車 2022年4期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        曹金牛 郝天紅 劉偉 宋月娥

        摘要:為滿足天線架設(shè)后精度工作和具備轉(zhuǎn)場機(jī)動運(yùn)輸要求,研制了一種天線車平臺。闡述了天線車平臺基本功能及使用要求,介紹了天線車平臺組成、適應(yīng)的環(huán)境,對主要關(guān)鍵系統(tǒng)中的車架剛強(qiáng)度、固有頻率、扭轉(zhuǎn)角、抗風(fēng)載傾覆進(jìn)行了模擬分析,并對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算和運(yùn)輸性能校核。

        關(guān)鍵詞:天線車平臺;設(shè)計;模擬分析

        中圖分類號:U273收稿日期:2022-03-20

        DOI: 10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.04.010l前言

        伴隨天線技術(shù)的發(fā)展,天線的外形越來越大,自身質(zhì)量越來越高,對天線架設(shè)精度、機(jī)動運(yùn)輸要求越來越高。目前,機(jī)動式雷達(dá)天線運(yùn)輸方式主要有自行式和拖掛式兩種,根據(jù)天線質(zhì)量、駐扎工作時問的長短、架設(shè)精度等要求確定雷達(dá)天線運(yùn)輸方式。

        由于所安裝的天線質(zhì)量較人、架設(shè)后駐扎時間較長、對天線架設(shè)后的精度指標(biāo)要求較高,故研制的天線車平臺采用拖掛方式,可完成天線的野外精度架設(shè)、短距離移動等任務(wù),能滿足機(jī)動運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸要求。2天線車平臺基本功能與使用要求

        天線車平臺主要作為天線架設(shè)的作業(yè)平臺,用于天線的白動架設(shè)與撤收,可完成設(shè)備天線的路面(空運(yùn))運(yùn)輸、短距離運(yùn)輸?shù)雀黜椚蝿?wù)。

        根據(jù)天線使用性能,該平臺要求6級風(fēng)載荷下工作時,平臺支撐天線支座水平精度為20"(即天線安裝后,在6級風(fēng)載荷下,平臺天線架設(shè)支座處支撐基面的傾斜小于20"),天線基座安裝平臺架設(shè)狀態(tài)的系統(tǒng)固有頻率不小于10 Hz。此外,平臺抗風(fēng)能力要求6級風(fēng)時保證設(shè)備正常工作,10級時設(shè)備不損壞,2 min中內(nèi)完成天線白動架設(shè)或撤收。

        3關(guān)鍵系統(tǒng)及運(yùn)輸

        天線車平臺采用某型越野車作為主牽引的全掛列車,主要由車架平臺、調(diào)平系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及附屬設(shè)備、設(shè)施等組成,天線車平臺的整體布局見圖1。

        該平臺的車架結(jié)構(gòu)、制動系統(tǒng)、調(diào)平系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)都屬于關(guān)鍵系統(tǒng),為保證使用性能要求,均進(jìn)行設(shè)計分析及計算。同時,為保證該平臺滿足公路、鐵路運(yùn)輸要求,進(jìn)行了運(yùn)輸性校核。

        3.1 車架平臺

        車架平臺的主要構(gòu)成包括車架、懸掛、制動、牽引、轉(zhuǎn)向等,現(xiàn)對車架及制動系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。

        3.1.1 車架

        3.1.1.1 車架結(jié)構(gòu)

        車架是天線架設(shè)的承載平臺,下端與車橋、千斤頂連接固定,上端通過基座和天線連接,承受平臺14.7 t垂直載荷、風(fēng)載荷及旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動力矩,需具備足夠的豎直彎曲剛度和水平扭轉(zhuǎn)剛度。

        為保證車架能夠承受天線工作狀態(tài)的垂直載荷、風(fēng)載荷及旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動力矩,車架縱梁截面采用“口”字形結(jié)構(gòu),上下翼板為16 mn鋼板,中問腹板為16 mm鋼板;橫梁I截面采用“口”字形結(jié)構(gòu),板材為12 mm鋼板;橫梁II截面采用“工”字形結(jié)構(gòu),板材為12 mm鋼板;車架的其余加強(qiáng)橫梁采用“凹”字形結(jié)構(gòu),板材為8 mm鋼板。車架所有構(gòu)件梁均采用Q345優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度碳鋼組焊成一體,車架外形尺寸(長×寬×高):7 860 mmx2 400 mmx300 mm,骨架外形如圖2所示。

        3.1.1.2 車架有限元計算

        天線架設(shè)狀態(tài)時,車架受縱向風(fēng)和橫向風(fēng)影響剛強(qiáng)度、固有頻率。為保證車架能夠滿足六級風(fēng)載工況下天線底座支撐基面處扭轉(zhuǎn)變形小于20",固有頻率在10階以內(nèi)不小于10 Hz,以及1 0級風(fēng)載工況下天線平臺不傾覆等使用要求,采用ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行理論分析,步驟如下:

        a.建立模型。依據(jù)要求,車架平臺采用SOLIDWORKS軟件建立模型(圖3),建模時使各部分的質(zhì)量與實(shí)際基本一致。

        b.模型導(dǎo)入。將模型導(dǎo)入ABAQUS有限元分析軟件,定義材料和界面屬性,優(yōu)質(zhì)Q345材質(zhì)高強(qiáng)度碳鋼的屈服強(qiáng)度為345xl0 6N/m2,安全系數(shù)取1.5時,[

        ]=230xl0 6N/m2。鋼質(zhì)材料彈性模量為209xl0 9 N/m2,泊松比為0.3,密度為7 850 kg/m3。[1]。

        c.邊界條件。將車架平臺各支腿的底部進(jìn)行全約束,分別在天線中心施加縱向風(fēng)載和橫向風(fēng)載(圖4)。

        d.劃分網(wǎng)格。對車架平臺進(jìn)行劃分網(wǎng)格(圖5)。

        e.計算結(jié)果。

        對強(qiáng)度進(jìn)行分析:縱向風(fēng)時,車架平臺承受載荷最人應(yīng)力為21l.8x10 6 N/m 2(圖6),小于材料的許用應(yīng)力345x106 N/m 2,最人變形量為1.028 mm(圖7);橫向風(fēng)時,車架平臺承受載荷最人應(yīng)力為152.1 Xl06 N/m2(圖8),小于材料的許用應(yīng)力345xl06 N/m2,最人變形量為0.756 mm(圖9)。因此,車架受縱向風(fēng)和橫向風(fēng)時,車架剛強(qiáng)度均滿足使用要求,所產(chǎn)生的變形為彈性變形。

        對固有頻率進(jìn)行分析:車架平臺前20階最小固有頻率為10.544 Hz(表1),固有頻率不小于10 Hz,滿足使用要求。

        天線底座變形分析結(jié)果如下:經(jīng)分析計算,縱向風(fēng)時(路徑設(shè)置如圖10所示,位移曲線如圖ll所示,各點(diǎn)位置值見表2),車架平臺支座處支撐基面變形扭轉(zhuǎn)角為6.3";橫向風(fēng)時(路徑設(shè)置如圖12所示,位移曲線見圖1 3所示,各點(diǎn)位置值見表3),車架平臺支座處支撐基面變形扭轉(zhuǎn)角為4.7",兩工況變形扭轉(zhuǎn)角均小于20",滿足使用要求。依據(jù)風(fēng)載荷計算公式:

        F=KAv2/16

        (1)泵氣室沒有足夠氣壓,緊急繼動閥無法止常工作,天線車平臺不能實(shí)現(xiàn)短距離移動。制動系統(tǒng)中通過制動閥選擇超前緊急繼動閥來實(shí)現(xiàn)汽車列車合理的制動抱死順序。

        本系統(tǒng)設(shè)置手動閥和兩位三通閥,可直接利用儲氣簡直接進(jìn)行充氣,以滿足天線車平臺短距離移動的需要。為杜絕平臺經(jīng)陸地長時問停放后,儲氣筒氣壓下降,不能實(shí)現(xiàn)平臺短距離移動狀況發(fā)生,本平臺配備一根備用管路為掛車儲氣筒進(jìn)行充氣,進(jìn)而使緊急繼動閥止常工作,制動分泵氣室打開,天線車平臺即可移動。5FD3B7F4-E4D7-438E-ABC8-CB991A41398C

        3.2 調(diào)平系統(tǒng)

        為滿足天線車平臺整體質(zhì)量(14.7 t)、調(diào)平輪胎離地和調(diào)平精度20"的要求,平臺前后共選用四支承載為15 t的調(diào)平千斤頂作為主調(diào)平和支撐使用,支撐問距為2.15 m。

        為提高抗風(fēng)載荷傾覆安全性要求,在天線車平臺中問位置加裝2支(左右各1支)可外伸輔助支撐,增加平臺左右兩側(cè)的支撐點(diǎn)問距,輔助支撐問距為3.5 m,有效提高了天線平臺左右抗傾覆的安全性能。輔助支撐布置示意如圖16所示。

        為保證調(diào)平精度20"的要求,對手動雙速調(diào)平千斤頂要求精度較高,本平臺所選用的雙速調(diào)平千斤頂住不承載時采用高擋4 mm/r進(jìn)行伸縮,承載時采用低擋l mm/r進(jìn)行伸縮。由于天線車平臺的強(qiáng)度能夠滿足技術(shù)指標(biāo)要求,通過操作調(diào)平支腿,10 min中內(nèi)經(jīng)粗調(diào)、精調(diào)后,可使平臺調(diào)平到精度20"以內(nèi),達(dá)到平臺使用指標(biāo)要求,最人調(diào)平操作力矩為56 N·m,符合人機(jī)工程學(xué)中手動操作的主要數(shù)據(jù)要求。天線車平臺調(diào)平系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)20"如圖17所示。

        3.3 液壓系統(tǒng)

        天線起降機(jī)構(gòu)采用液壓支臂形式,液壓缸上鉸接點(diǎn)設(shè)在天線立柱上,下鉸接點(diǎn)設(shè)在裝載平臺上,裝載平臺在鉸接位置采取加強(qiáng)措施,受天線起降動作軌跡限制,經(jīng)過作圖和計算,確定天線起降支撐油缸為雙缸單級結(jié)構(gòu)(圖18)。

        3.3.1 液壓系統(tǒng)原理

        天線安裝需要解決的主要問題是起降的穩(wěn)定性、可靠性,本系統(tǒng)采用獨(dú)立液壓泵站提供動力源,其原理為液壓泵自油箱吸油,經(jīng)換向閥送入液壓缸,液壓缸回油返回油箱,液壓油可在油箱中冷卻及沉淀之后再進(jìn)入工作循環(huán)。系統(tǒng)原理如圖19所示。液壓泵啟動時為空載卸荷狀態(tài),以防止啟動負(fù)載過人對系統(tǒng)元件、電機(jī)的損害。

        由于天線重量人、體積人等原因,在天線俯仰回路中安裝有防爆閥、液控單向閥、平衡閥和單向節(jié)流閥以保證天線的穩(wěn)定和安全。防爆閥安裝在油缸的進(jìn)油口,當(dāng)管路發(fā)生爆裂等情況時,它直接從油缸油口鎖住油路,保證天線原來的工作狀態(tài)。液控單向閥使天線在俯仰過程中可以停住任意位置,鎖住油路。

        平衡閥除了可以使天線俯仰運(yùn)動平穩(wěn)外,還具有液壓鎖的功能。單向節(jié)流閥主要調(diào)節(jié)油缸伸縮的速度,使天線運(yùn)動平穩(wěn)。系統(tǒng)中安裝一臺手動泵,手動泵通過電液比例換向閥的手動操作手柄控制壓力油方向,實(shí)現(xiàn)天線俯仰動作。其作用是作為備用泵,當(dāng)電控不能止常工作時可依靠手動泵將天線展開和收攏(圖20-圖21)。

        3.3.2 液壓系統(tǒng)計算

        為保證液壓系統(tǒng)能夠在2 min內(nèi)完成天線白動架設(shè)或撤收要求,進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計計算。

        3.3.2.1 所需流量計算

        根據(jù)天線白動架設(shè)時問2 min要求,已知天線展開過程中油缸所受最人負(fù)載力Fmax=1.3x105 N,選用缸徑D=(pl00 mm,活塞桿直徑d=cp70 mm的液壓缸,單缸受力F= 6.5xl04 N。依據(jù)油缸所需流量q公式:

        q =A·v

        (2)式中,A為液壓缸的有效面積,mm 2;v為液壓缸速度,mm/s。

        其中,A=7 850 mm2,v=6.22 mm/s,計算得出油缸所需流量q=2.93 L/min(單缸流量)。

        根據(jù)液壓泵流量qp-2q=5.86 L/min,選用流量為7.2L/mln的泵站可滿足系統(tǒng)使用。

        3.3.2.2 天線展開時間計算

        依據(jù)公式v=q/A,計算得出油缸桿伸出速度v=0.0076 m/s。

        由此可得天線展開時問t=s/v=1 .63 min。

        根據(jù)液壓泵的驅(qū)動功率P。計算公式:

        Pp=

        (3)式中,pp為液壓泵的最人工作壓力,p設(shè)定為14 MPa;q為液壓泵的流量,L/min;n為液壓泵的總效率,取礦=0.85。

        計算得出液壓泵的驅(qū)動功率Pp- 14x7.2/60x0.85-1.2 kW。

        3.3.2.3 手動泵架設(shè)時間計算

        手動泵排量:q=30 mL/r。

        依據(jù)人機(jī)工程學(xué)并結(jié)合工人實(shí)際操作,人力壓泵頻率N為50次imln;天線展開需油液總量V=11.71 L,天線收攏需油液總量V=5.97 L。

        根據(jù)t計算公式:

        t= V/q xN/1 000

        (4)

        計算得出天線展開時問t≈8 min,天線收攏時問t≈4 min。

        本系統(tǒng)動作狀態(tài)平穩(wěn),具備起重量大、管路防爆白鎖等功能,可住1.63 min內(nèi)完成白動架設(shè)或撤收,8 min內(nèi)完成手動架設(shè),4 min內(nèi)完成手動撤收,能夠滿足天線2 min架設(shè)白動或撤收要求,同時具備手動功能。3.4運(yùn)輸性

        天線車平臺外形最人外廓尺寸長×寬×高為:8 500 mmx2 500 mmx3 250 mm,滿足GB/T 1589_2016[4]所規(guī)定的公路運(yùn)輸要求。

        天線車平臺與牽引車形成列車后,全長尺寸20 m,最小回轉(zhuǎn)半徑≤12 m,列車能在同一個車輛通道圓內(nèi)通過,車輛通道圓的外圓直徑為25 m,內(nèi)圓直徑為10.6m,滿足GB 1589-2016道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值中4.1 .2.4的要求.如圖22所示。

        為縮短天線車平臺的長途運(yùn)輸時間,天線車平臺可采用鐵路運(yùn)輸。天線車平臺外形尺寸寬×高為2 500 mmx3 250 mm,小于GB 146.1-1983標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界[5]中機(jī)車車輛限界運(yùn)輸要求,滿足鐵路運(yùn)輸要求(圖23)。

        4 結(jié)語

        天線車平臺的結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜,通過改進(jìn)調(diào)平系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等,進(jìn)一步提升了其使用功能和性能。該天線車平臺現(xiàn)已研制成功,經(jīng)過各項性能試驗,系統(tǒng)各項性能穩(wěn)定可靠,相信今后會有很人的應(yīng)用空間。

        參考文獻(xiàn):

        [1]成大先機(jī)械設(shè)計手冊[M]6版北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016

        [2]張利平.液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006

        [3]吳際璋汽車構(gòu)造冊[M]北京:人民交通出版社,2002

        [4] GB/T 1589-2016汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值[S].

        [5] (JB 146.1-1983標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界[S]

        作者簡介:

        曹金牛,男,1985年生,工程師,研究方向為軍用特種車輛設(shè)計。5FD3B7F4-E4D7-438E-ABC8-CB991A41398C

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