一种天线车平台设计

曹金牛 郝天红 刘伟 宋月娥

摘要：为满足天线架设后精度工作和具备转场机动运输要求，研制了一种天线车平台。阐述了天线车平台基本功能及使用要求，介绍了天线车平台组成、适应的环境，对主要关键系统中的车架刚强度、固有频率、扭转角、抗风载倾覆进行了模拟分析，并对液压系统进行设计计算和运输性能校核。

关键词：天线车平台;设计;模拟分析

中图分类号：U273收稿日期：2022-03-20

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

伴随天线技术的发展，天线的外形越来越大，自身质量越来越高，对天线架设精度、机动运输要求越来越高。目前，机动式雷达天线运输方式主要有自行式和拖挂式两种，根据天线质量、驻扎工作时问的长短、架设精度等要求确定雷达天线运输方式。

由于所安装的天线质量较人、架设后驻扎时间较长、对天线架设后的精度指标要求较高，故研制的天线车平台采用拖挂方式，可完成天线的野外精度架设、短距离移动等任务，能满足机动运输、铁路运输要求。2天线车平台基本功能与使用要求

天线车平台主要作为天线架设的作业平台，用于天线的白动架设与撤收，可完成设备天线的路面（空运）运输、短距离运输等各项任务。

根据天线使用性能，该平台要求6级风载荷下工作时，平台支撑天线支座水平精度为20"（即天线安装后，在6级风载荷下，平台天线架设支座处支撑基面的倾斜小于20"），天线基座安装平台架设状态的系统固有频率不小于10 Hz。此外，平台抗风能力要求6级风时保证设备正常工作，10级时设备不损坏，2 min中内完成天线白动架设或撤收。

3关键系统及运输

天线车平台采用某型越野车作为主牵引的全挂列车，主要由车架平台、调平系统、制动系统、液压系统及附属设备、设施等组成，天线车平台的整体布局见图1。

该平台的车架结构、制动系统、调平系统、液压系统都属于关键系统，为保证使用性能要求，均进行设计分析及计算。同时，为保证该平台满足公路、铁路运输要求，进行了运输性校核。

3.1 车架平台

车架平台的主要构成包括车架、悬挂、制动、牵引、转向等，现对车架及制动系统进行介绍和分析。

3.1.1 车架

3.1.1.1 车架结构

车架是天线架设的承载平台，下端与车桥、千斤顶连接固定，上端通过基座和天线连接，承受平台14.7 t垂直载荷、风载荷及旋转时的转动力矩，需具备足够的竖直弯曲刚度和水平扭转刚度。

为保证车架能够承受天线工作状态的垂直载荷、风载荷及旋转时的转动力矩，车架纵梁截面采用“口”字形结构，上下翼板为16 mn钢板，中问腹板为16 mm钢板;横梁I截面采用“口”字形结构，板材为12 mm钢板;横梁II截面采用“工”字形结构，板材为12 mm钢板;车架的其余加强横梁采用“凹”字形结构，板材为8 mm钢板。车架所有构件梁均采用Q345优质高强度碳钢组焊成一体，车架外形尺寸（长×宽×高）：7 860 mmx2 400 mmx300 mm，骨架外形如图2所示。

3.1.1.2 车架有限元计算

天线架设状态时，车架受纵向风和横向风影响刚强度、固有频率。为保证车架能够满足六级风载工况下天线底座支撑基面处扭转变形小于20"，固有频率在10阶以内不小于10 Hz，以及1 0级风载工况下天线平台不倾覆等使用要求，采用ABAQUS有限元分析软件进行理论分析，步骤如下：

a.建立模型。依据要求，车架平台采用SOLIDWORKS软件建立模型（图3），建模时使各部分的质量与实际基本一致。

b.模型导入。将模型导入ABAQUS有限元分析软件，定义材料和界面属性，优质Q345材质高强度碳钢的屈服强度为345xl0 6N/m2，安全系数取1.5时，[

]=230xl0 6N/m2。钢质材料弹性模量为209xl0 9 N/m2，泊松比为0.3，密度为7 850 kg/m3。[1]。

c.边界条件。将车架平台各支腿的底部进行全约束，分别在天线中心施加纵向风载和横向风载（图4）。

d.划分网格。对车架平台进行划分网格（图5）。

e.计算结果。

对强度进行分析：纵向风时，车架平台承受载荷最人应力为21l.8x10 6 N/m 2（图6），小于材料的许用应力345x106 N/m 2，最人变形量为1.028 mm（图7）;横向风时，车架平台承受载荷最人应力为152.1 Xl06 N/m2（图8），小于材料的许用应力345xl06 N/m2，最人变形量为0.756 mm（图9）。因此，车架受纵向风和横向风时，车架刚强度均满足使用要求，所产生的变形为弹性变形。

对固有频率进行分析：车架平台前20阶最小固有频率为10.544 Hz（表1），固有频率不小于10 Hz，满足使用要求。

天线底座变形分析结果如下：经分析计算，纵向风时（路径设置如图10所示，位移曲线如图ll所示，各点位置值见表2），车架平台支座处支撑基面变形扭转角为6.3";横向风时（路径设置如图12所示，位移曲线见图1 3所示，各点位置值见表3），车架平台支座处支撑基面变形扭转角为4.7"，两工况变形扭转角均小于20"，满足使用要求。依据风载荷计算公式：

F=KAv2/16

（1）泵气室没有足够气压，紧急继动阀无法止常工作，天线车平台不能实现短距离移动。制动系统中通过制动阀选择超前紧急继动阀来实现汽车列车合理的制动抱死顺序。

本系统设置手动阀和两位三通阀，可直接利用储气简直接进行充气，以满足天线车平台短距离移动的需要。为杜绝平台经陆地长时问停放后，储气筒气压下降，不能实现平台短距离移动状况发生，本平台配备一根备用管路为挂车储气筒进行充氣，进而使紧急继动阀止常工作，制动分泵气室打开，天线车平台即可移动。5FD3B7F4-E4D7-438E-ABC8-CB991A41398C

3.2 调平系统

为满足天线车平台整体质量（14.7 t）、调平轮胎离地和调平精度20"的要求，平台前后共选用四支承载为15 t的调平千斤顶作为主调平和支撑使用，支撑问距为2.15 m。

为提高抗风载荷倾覆安全性要求，在天线车平台中问位置加装2支（左右各1支）可外伸辅助支撑，增加平台左右两侧的支撑点问距，辅助支撑问距为3.5 m，有效提高了天线平台左右抗倾覆的安全性能。辅助支撑布置示意如图16所示。

为保证调平精度20"的要求，对手动双速调平千斤顶要求精度较高，本平台所选用的双速调平千斤顶住不承载时采用高挡4 mm/r进行伸缩，承载时采用低挡l mm/r进行伸缩。由于天线车平台的强度能够满足技术指标要求，通过操作调平支腿，10 min中内经粗调、精调后，可使平台调平到精度20"以内，达到平台使用指标要求，最人调平操作力矩为56 N·m，符合人机工程学中手动操作的主要数据要求。天线车平台调平系统扭转20"如图17所示。

3.3 液压系统

天线起降机构采用液压支臂形式，液压缸上铰接点设在天线立柱上，下铰接点设在装载平台上，装载平台在铰接位置采取加强措施，受天线起降动作轨迹限制，经过作图和计算，确定天线起降支撑油缸为双缸单级结构（图18）。

3.3.1 液压系统原理

天线安装需要解决的主要问题是起降的稳定性、可靠性，本系统采用独立液压泵站提供动力源，其原理为液压泵自油箱吸油，经换向阀送入液压缸，液压缸回油返回油箱，液压油可在油箱中冷却及沉淀之后再进入工作循环。系统原理如图19所示。液压泵启动时为空载卸荷状态，以防止启动负载过人对系统元件、电机的损害。

由于天线重量人、体积人等原因，在天线俯仰回路中安装有防爆阀、液控单向阀、平衡阀和单向节流阀以保证天线的稳定和安全。防爆阀安装在油缸的进油口，当管路发生爆裂等情况时，它直接从油缸油口锁住油路，保证天线原来的工作状态。液控单向阀使天线在俯仰过程中可以停住任意位置，锁住油路。

平衡阀除了可以使天线俯仰运动平稳外，还具有液压锁的功能。单向节流阀主要调节油缸伸缩的速度，使天线运动平稳。系统中安装一台手动泵，手动泵通过电液比例换向阀的手动操作手柄控制压力油方向，实现天线俯仰动作。其作用是作为备用泵，当电控不能止常工作时可依靠手动泵将天线展开和收拢（图20-图21）。

3.3.2 液压系统计算

为保证液压系统能够在2 min内完成天线白动架设或撤收要求，进行了系统的设计计算。

3.3.2.1 所需流量计算

根据天线白动架设时问2 min要求，已知天线展开过程中油缸所受最人负载力Fmax=1.3x105 N，选用缸径D=（pl00 mm，活塞杆直径d=cp70 mm的液压缸，单缸受力F= 6.5xl04 N。依据油缸所需流量q公式：

q =A·v

（2）式中，A为液压缸的有效面积，mm 2;v为液压缸速度，mm/s。

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

根据液压泵流量qp-2q=5.86 L/min，选用流量为7.2L/mln的泵站可满足系统使用。

3.3.2.2 天线展开时间计算

依据公式v=q/A，计算得出油缸杆伸出速度v=0.0076 m/s。

由此可得天线展开时问t=s/v=1 .63 min。

根据液压泵的驱动功率P。计算公式：

Pp=

（3）式中，pp为液压泵的最人工作压力，p设定为14 MPa;q为液压泵的流量，L/min;n为液压泵的总效率，取矿=0.85。

计算得出液压泵的驱动功率Pp- 14x7.2/60x0.85-1.2 kW。

3.3.2.3 手动泵架设时间计算

手动泵排量：q=30 mL/r。

依据人机工程学并结合工人实际操作，人力压泵频率N为50次imln;天线展开需油液总量V=11.71 L，天线收拢需油液总量V=5.97 L。

根据t计算公式：

t= V/q xN/1 000

（4）

计算得出天线展开时问t≈8 min，天线收拢时问t≈4 min。

本系统动作状态平稳，具备起重量大、管路防爆白锁等功能，可住1.63 min内完成白动架设或撤收，8 min内完成手动架设，4 min内完成手动撤收，能够满足天线2 min架设白动或撤收要求，同时具备手动功能。3.4运输性

天线车平台外形最人外廓尺寸长×宽×高为：8 500 mmx2 500 mmx3 250 mm，满足GB/T 1589_2016[4]所规定的公路运输要求。

天线车平台与牵引车形成列车后，全长尺寸20 m，最小回转半径≤12 m，列车能在同一个车辆通道圆内通过，车辆通道圆的外圆直径为25 m，内圆直徑为10.6m，满足GB 1589-2016道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值中4.1 .2.4的要求.如图22所示。

为缩短天线车平台的长途运输时间，天线车平台可采用铁路运输。天线车平台外形尺寸宽×高为2 500 mmx3 250 mm，小于GB 146.1-1983标准轨距铁路机车车辆限界[5]中机车车辆限界运输要求，满足铁路运输要求（图23）。

4 结语

天线车平台的结构布局复杂，通过改进调平系统、制动系统、液压系统等，进一步提升了其使用功能和性能。该天线车平台现已研制成功，经过各项性能试验，系统各项性能稳定可靠，相信今后会有很人的应用空间。

参考文献：

[1]成大先机械设计手册[M]6版北京：化学工业出版社，2016

[2]张利平.液压控制系统及设计[M]北京：化学工业出版社，2006

[3]吴际璋汽车构造册[M]北京：人民交通出版社，2002

[4] GB/T 1589-2016汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值[S].

[5] （JB 146.1-1983标准轨距铁路机车车辆限界[S]

作者简介：

曹金牛，男，1985年生，工程师，研究方向为军用特种车辆设计。5FD3B7F4-E4D7-438E-ABC8-CB991A41398C