一种基于小型应急通信车的基站装车设计

吴 蓉

(中国电子科技集团公司第二十八研究所， 江苏 南京 210007)

一种基于小型应急通信车的基站装车设计

吴 蓉

(中国电子科技集团公司第二十八研究所， 江苏 南京 210007)

文中介绍了小型应急通信车的设计原则，梳理了基于小型应急通信车的基站天线装车形式，创新性地提出了一种车尾外摆式升降杆基站天线的装车方案，对3种升降杆装车形式进行了归纳对比，并详细介绍了外摆式升降杆基站天线装载方式的结构设计过程和安全稳定性校核方法。

小型应急通信车；车尾外摆式；基站天线装车设计；安全性校核

引 言

近年来国内外发生了多起公共突发事件和重大自然灾害，小型应急通信车在事件或灾难现场的救援活动中快速、机动、灵活和高效，能最大限度地保障国家和人民的生命、财产安全。为保证有效的救援能力，需要在小型应急通信车有限的空间内对设备高度集成，因此对小型应急通信车的装车集成提出了更高的要求。作为机动通信系统中十分重要的一环，基站天线是连结基站收发信机与空间信号之间的纽带，对应急救灾现场通信网络的覆盖情况以及通话质量的高低具有直接的影响。因此，科学合理地安装和架设基站天线是对无线通信网络覆盖进行补盲和优化的重要支撑[1]。

在小型应急通信车的天线装车设计中，部分基站设备(如BTS天线、微波天线、避雷针等)需要在行驶过程中进行车内存放，使用时为获取大的覆盖范围和通视范围，需要快速架高使用。因此需要小型应急通信车随车配备升降杆，以满足使用要求。经过实际对比验证和梳理，给出了一种安全、高效的车尾外摆式升降杆基站天线装载模式。该模式在停车时通过旋转支架置于车右侧，保证后门上下开启；在行车时旋转收在车身后部固定，保证不超宽，有效地解决了后门打开和行车超宽的矛盾。

1 设计原则

小型应急通信指挥车基站天线装车设计的总原则是安全、可靠、适用和经济[2]。以研制任务书和相关国标、军标为设计依据，装车设计应贯彻以下原则：

1) 具备安全性。基站天线装车设计中选用的材料应无毒，阻燃性好，对可能给人身造成伤害的部位应进行安全性设计，且整车应具有良好的行驶稳定性、抗

风性。

2) 具备可靠性。为满足基站设备获取大的覆盖范围和通视范围，需要将天线可靠地架设到一定高度后使用。在产品设计、制造工艺、售后服务等方面都要进行安全可靠性设计。

3) 具备适用性。创造友好的人机工作环境，小型应急通信车基站天线应架设快捷，使用方便，满足人机工程，降低操作人员的疲劳程度(包括听觉、视觉、人的姿态等方面)，应充分考虑上装设备的安装、使用和维修。

4) 具备经济性。装车设计应综合考虑系统的性能和价格，使性能价格比在同类系统和条件下达到最优。

2 基站天线装车方案

2.1 底盘选型

根据应急通信车功能区域的划分，来确定载车上装设备选型和整车基本布局。再根据预选的上装设备尺寸和重量以及经济适用的原则进行底盘选型。

在小型应急机动通信领域，通常选用载重量为0.5 t的底盘。此类载车底盘通常选用长丰猎豹、一汽丰田陆地巡洋舰等作为载车平台，猎豹CFA2030和一汽丰田陆地巡洋舰4700的主要技术参数见表1。

表1 底盘参数(猎豹2030、丰田4700对比)

从表1可知，丰田4700在整车装备质量、涉水深度和最高车速等关键越野性能上明显优于猎豹2030，且丰田4700在使用可靠性方面有很大优势，故本设计方案采用丰田4700作为载车平台。

2.2 天线升降杆装车方案

2.2.1 升降杆装载形式对比

现有升降杆的小型车装载方式有车顶横卧式、车内直立式和车尾外摆式3种装载方式。

车顶横卧式一般指在车辆行驶过程中将升降杆固定在车顶，驻车后，多人协作将升降杆架设后使用。该方式多被传统的应急通信车采纳，均在驻车情况下才能展开工作，无法满足一些突击抢险任务的通信保障要求[3]。但此安装方式具有结构件加工简单的优点，仅需在车顶平台上安装结构件固定升降杆，且无需破坏车顶结构，不影响整车的密封性能。该方式的缺点是使用麻烦，需依靠多人协作架设后方能使用，且运输过程中升降杆占据了车顶空间，影响了整车的承载。其装载形式如图1所示。

图1 车顶横卧式

车内直立式一般用于在行驶过程中升降杆仍需架设使用的情况。考虑到车的行驶稳定性，将升降杆固定在车内第2排2个座椅中间，在车顶相应处开孔，使用时升降杆展开架设即可。车内升降杆固定件简单，故此种方式具有安装、使用方便的优点，但会破坏车顶结构，影响密封性能，且占用车内、车顶空间，影响了整车的承载。其装载形式如图2所示。

图2 车内直立式

车尾外摆式一般用于应急通信车系统功能繁复、上装设备多、整车承载趋于极限的情况。升降杆在行驶过程中固定在车尾，停车后将升降杆托盘旋转支架旋转一定角度后通过拉杆固定于车尾右侧。此方式升降杆固定结构件繁多，加工精度要求高，安装过程复杂，但不占用车内及车顶空间，整车的承载范围能力较大，且无需破坏车顶结构。其装载形式如图3所示。

图3 车尾外摆式

近年来，小型应急通信车功能多元化的需求愈发强烈，故需在有限的空间内对设备高度集成。结合多年的工程实际经验，车尾外摆式能保证载车有较大的承载空间，故本方案选择车尾外摆式升降杆安装形式。

2.2.2 升降杆车尾外摆式原理

在车辆行驶过程中，车尾外摆式升降杆的旋转支架固定于车身后部，停车使用时旋转支架摇摆一定角度后固定于车右侧后使用，如图4所示。车尾外摆式升降杆承载天线多，且不占用车顶和车内空间。为保证桅杆的稳定性和天线架设的可操作性，桅杆闭合高度与车身等高，桅杆距离地面高度满足离地间隙和离去角要求，手摇装置距离地面高度应便于人员站立操作。

图4 车尾外摆式升降杆结构形式

2.2.3 升降杆车尾外摆式支架设计

车尾外摆式支架设计需在桅杆下部配托盘，桅杆顶部除用旋转拉杆固定外，还用另一拉杆将桅杆顶部与车顶平台固定。安装桅杆上下部支撑件采用高强度合金钢制作，在行驶和展开式时桅杆和车通过固定拉杆采用不锈钢定位销锁定。桅杆上的天线底座采用防锈铝合金材料制作，所有紧固件采用不锈钢材质制造。

2.2.4 升降杆车尾外摆式安装

(1)桅杆和天线安装

在车体右侧后部拐角处通过旋转支架垂直安装1根手动桅杆，行车时旋转收在车身后部固定，保证不超宽；停车时通过旋转支架置于车右侧，保证后门上下开启。

(2)天线和避雷针安装

行车时，基站天线、馈线和避雷针固定在车尾行李舱，停车架设时固定在桅杆顶端。

(3)接口窗

在车体右侧安装一外电源信号接口窗，在接口窗设置有电源输入插座、微波接线柱、基站天线插座和接地柱等。停车展开时通过该接口窗实现车内外的电源信号对接，同时保证车身的密闭性。

2.3 天线升降杆装车安全性校核

2.3.1 展开工作时整车校核

以底盘前轴两轮与水平地面接触点连线的中点为坐标原点，以车头往后为X坐标正向，以车宽往右为Y坐标正向，以车高为Z坐标正向，建立空间三维坐标系。计算公式有：

L纵= (M1X1+M2X2+M3X3+…) /Mg

L横= (M1Y1+M2Y2+M3Y3+…) /Mg

Hg= (M1Z1+M2Z2+M3Z3+…) /Mg

式中：L纵为纵向重心位置，mm；L横为横向重心位置，mm；Mg为整车质量，kg；Hg为整车重心至地面的高度，mm；M1、M2、M3表示上装设备的质量，kg。

展开工作状态下车上装设备的质量和质心位置见表2(以丰田4 700为例)。由计算可知，整车质量3 075 kg < 3 300 kg，即集成后整车质量小于该车厂家最大允许总质量。其重心位置为：纵向重心位置即X坐标位置1 541 mm；横向重心位置即Y坐标位置6mm; 高度重心位置即Z坐标位置1083mm。前桥轴载N1=Mg×(轴距-L纵)/ 轴距=1412kg <1440kg，后桥轴载N2=Mg-N1=1 663 kg < 1 860 kg，均未超过厂家最大允许质量。右轮载荷为1547kg，左轮载荷为1528kg，左右偏差率1.2% < 3%。纵向和横向稳定性均满足行驶稳定性要求。

2.3.2 抗风稳定性校核

因基站天线和微波天线等迎风面较大，且距离地面高度较高，故整车需进行抗风稳定性校核。整车受风载荷作用，当风载荷为水平方向时，作用力最大。同时受重力作用，当重力相对于支点的力矩大于风载荷相对于支点的力矩时，整车不会翻倒。展开时整车抗风力受力分布如图5所示。

图5 展开时整车抗风力受力分布图

根据使用环境要求，抗风能力为：8级风正常工作；10级风设备不损。根据风速(这里取28 m/s)换算成风载荷:

F1=KρV2A1= 4 391.0 N

F2=KρV2A2= 229.8 N

F3=KρV2A3= 63.8 N

式中：F为风载荷，N；ρ为空气密度，ρ=1.226 kg/m3；V为风速，V= 28 m/s；A为迎风面积，m2；K为状态系数，K= 0.664。

重力G=mg=29 253 N (m为天线质量，g为重力加速度)；重力相对于支点的力矩W1=GS= 23 797 N·m(S为力臂，m)；风载荷相对于支点的力矩W2=F1S1+F2S2+F3S3= 6 729 N·m。从计算结果可知，重力相对于支点的力矩大于风载荷相对于支点的力矩，即风速小于28 m/s、桅杆高度小于6 m时，整车不会翻倒。

表2 展开工作状态下上装设备的质量和质心位置表

3 结束语

本文梳理了基于小型应急通信车的基站天线装车形式，创新性地提出了一种车尾外摆式升降杆装车方案，并详细介绍了其结构设计过程和安全稳定性校核方法。文中关于天线升降杆装车集成设计的理念已在小应急通信车装车集成设计中得到了广泛应用。随着应急通信领域竞争的激烈，应急通信车的设计研制周期已大幅度缩短，设计人员面临着用很短的时间设计生产出满足用户需求产品的问题，文中提供的一些经验可供他们参考。

[1] 杨荣丽. 基于移动通信基站天线技术方案的分析[J]. 科技创新与应用, 2013(25): 8.

[2] 阚剑平, 戴成岗, 毛勤俭. 小型机动指挥控制系统的装车集成设计[C]// 2009年机械电子学学术会议论文集. 太原: 中国电子学会电子机械工程分会, 2009.

[3] 刘琨伟, 郑兴义. 动中通应急通信车的设计[J].专用汽车与配件, 2011(4): 38-41.

吴 蓉(1983-)，女，工程师，主要从事结构设计工作和质量管理工作。

Base Station Antenna Mounting Design for Small Emergency Communication Vehicles

WU Rong

(The28thResearchInstituteofCETC,Nanjing210007,China)

The design principles and base station antenna mounting methods for small emergency communication vehicles are introduced in this paper. A creative solution is put forward for base station antenna mounting which uses swing-out in rear-end lifting rods. And three mounting methods of lifting rods are compared in this solution. The structural design process and safety & stability check method for base station antenna mounting using swing lifting rods are described in detail.

small emergency communication vehicle; swing-out in rear-end; base station antenna loading design; safety check

2014-04-20

TN82

A

1008-5300(2014)04-0038-04