電力通信指揮車的行駛安全性及溫控核算

倪 軍

電力通信指揮車的行駛安全性及溫控核算

倪 軍

（四創(chuàng)電子股份有限公司，安徽 合肥 230041）

研究電力通信指揮車的行駛安全性及溫控核算是為了在保障改裝后指揮車輛行駛機(jī)動(dòng)能力的同時(shí)兼顧內(nèi)部工作空間的舒適性。文章從工程實(shí)例出發(fā)，以理論計(jì)算為前提，以整車性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)為佐證，闡述了一種電力通信指揮車的行駛安全性及溫控核算的設(shè)計(jì)全過(guò)程。通過(guò)產(chǎn)品車輛的整備性能實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了前期方案設(shè)計(jì)的合理性，為該類中型通信指揮車的整車穩(wěn)定性設(shè)計(jì)工作提供了一種設(shè)計(jì)參考思路，同時(shí)也為特種車輛改裝的性能設(shè)計(jì)工作提供了參考思路。電力通信指揮車是先進(jìn)的應(yīng)急通信設(shè)備，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的車輛行駛安全性及溫控核算是保障指揮車基礎(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)的必要前提，具有重要的研究意義。

配重計(jì)算；行駛安全性；溫控計(jì)算；通信指揮車；電力通信

電力通信指揮車可在不依賴電信基站傳輸信號(hào)的前提下，依靠自身的功能體系，實(shí)現(xiàn)短波通信、微波通信、衛(wèi)星通信等多種通信方式。將應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的音視頻信息傳送到后方指揮大廳及系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，短時(shí)間內(nèi)同地面指揮所、機(jī)動(dòng)指揮平臺(tái)間迅速搭建起一套互聯(lián)互通的應(yīng)急指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議及語(yǔ)音通信等功能，在處理突發(fā)事件過(guò)程中，顯示出特殊用途。應(yīng)急通信指揮車目前在電力應(yīng)急、人民防空、公共安全等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。

行駛安全性核算及車內(nèi)溫控核算，是通信指揮車機(jī)動(dòng)可靠性和工作穩(wěn)定性的重要保障，是特種車改裝設(shè)計(jì)的重要工作內(nèi)容。通信指揮車行駛安全性及車內(nèi)溫控核算研究的難點(diǎn)在于如何在有限的載車平臺(tái)中，依據(jù)車輛自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理地規(guī)劃設(shè)備的安裝位置，保證整個(gè)車載系統(tǒng)的功能可靠性。本文以工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，對(duì)某型號(hào)的電力通信指揮車進(jìn)行配重計(jì)算、行駛穩(wěn)定性計(jì)算來(lái)驗(yàn)證改裝車輛的行駛安全性，對(duì)車載空調(diào)的制冷、制熱能力核算來(lái)驗(yàn)證車內(nèi)工作溫度設(shè)計(jì)的合理性，為該類特種車輛的改裝設(shè)計(jì)工作提供借鑒依據(jù)。

1 行駛安全性核算

1.1 車輛的改裝要求

1.安全性要求

電力通信指揮車的改裝設(shè)計(jì)工作應(yīng)符合《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258—2017）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)規(guī)范。車輛改裝過(guò)程中，不改動(dòng)底盤(pán)車的駕駛操縱性、車輛傳動(dòng)系統(tǒng)、車輛承載性等主要基礎(chǔ)性能，不影響整車行駛的安全性。改裝后指揮車的車速、轉(zhuǎn)彎半徑、爬坡度、越壕寬度、接近角、離去角、涉水深度等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)與原底盤(pán)車指標(biāo)趨同。改裝后車輛進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)及測(cè)試，以驗(yàn)證整車的安全性與規(guī)范性。

2.合理性

車輛改裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)整車加載設(shè)備情況及人員工作空間要求，明確功能區(qū)域，合理進(jìn)行配重設(shè)計(jì)。既要做到車輛前后軸配重合理，車軸不超重，又要充分考慮車輛左右配重，保證車輛左右載重勻衡性。改裝后，整車重量不超原底盤(pán)車最大載重，軸載荷質(zhì)量不應(yīng)超過(guò)原底盤(pán)車最大軸載荷質(zhì)量的3%[3]。

1.2 配重計(jì)算

以原底盤(pán)車前橋中心點(diǎn)在水平面上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，車長(zhǎng)方向?yàn)檩S，車寬方向?yàn)檩S，車高方向?yàn)檩S，建立一個(gè)如圖1所示的三維空間坐標(biāo)系，將指揮車中的主要設(shè)備和人員的質(zhì)心坐標(biāo)對(duì)應(yīng)到該坐標(biāo)系中。

圖1 車輛質(zhì)心分布坐標(biāo)系

原車載底盤(pán)質(zhì)心在坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)值為a= 2 380 mm，a=0 mm，a=1 100 mm。依據(jù)改裝車輛三維模型圖，測(cè)得車載主要設(shè)備及人員的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算出設(shè)備及人員在各坐標(biāo)軸的力矩。設(shè)備質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)心等效坐標(biāo)及設(shè)備在各坐標(biāo)軸上的對(duì)應(yīng)力矩如表1所示[3-4]。

表1 設(shè)備質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)及各軸對(duì)應(yīng)力矩

部件名稱Gi/kgXi/mmZi/mmYi/mmGi×Xi/（N·m）Gi×Zi/（N·m）Gi×Yi/（N·m） 底盤(pán)質(zhì)量3 8002 3801 10009 040 2004 180 0000 車頂平臺(tái)802 8002 8500224 000228 0000 長(zhǎng)排警燈23-2332 5580-5 35958 8340

表1 （續(xù)）

反射平臺(tái)351 4303 121?48150 050109 235?16 835 設(shè)備機(jī)柜3506201 657265217 000579 95092 750 指揮桌椅303 8611 1950115 83035 8500 顯示墻604 7911 5770287 46094 6200 換氣扇102 3123 067023 12030 6700 打印設(shè)備142 4511 422?72634 31419 908?10 164 后艙設(shè)備605 4331 450401325 98087 00024 060 前攝像機(jī)81253 10001 00024 8000 后攝像機(jī)85 4663 100043 72824 8000 衛(wèi)星天線1004 5703 2100457 000321 0000 附加油箱404 690917-726187 60036 680-29 040 線纜盤(pán)305 6901 608-372170 70048 240-11 160 會(huì)議沙發(fā)503 8611 2450193 05062 2500 駕駛員80-5001 292650-40 000103 36052 000 操作員801 5551 278-470124 400102 240-37 600 指揮人員4803 8611 28001 853 280614 4000

注：G為各部件質(zhì)量；X、Y、Z為各部件等效質(zhì)心在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸的值；G×X、G×Y、G×Z為各部件在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸的等效力矩。

由表1可知，改裝車總質(zhì)量：

式中，為底盤(pán)最大質(zhì)量，取6 000 kg。

指揮車等效質(zhì)心在各坐標(biāo)軸上至原點(diǎn)距離為

1.3 穩(wěn)定性核算

根據(jù)GJB 2225.6—1994的要求，通信指揮車改裝后，首先要滿足載荷分布均衡性，其次符合車輛行駛穩(wěn)定性。

1.載荷分布均衡性

（1）前后軸載荷分布。指揮車靜載時(shí)的等效受力模型如圖2所示，由理論力學(xué)中力與力矩的關(guān)系可知

2=–1=2 012.16 kg <前（6）

式中，a為車輛軸距，取4 000 mm；前為前橋軸荷，取2 340 kg；后為后橋軸荷，取3 570 kg；1為指揮車后橋等效承重；2為指揮車前橋等效承重。

圖2 車輛靜載等效受力模型

（2）整車載荷余量為

由以上計(jì)算可知，底盤(pán)車改裝后，前后橋載荷不超重，整車質(zhì)量不超重，整車載荷余量為11.03%。

（3）左右輪胎載荷分布。由表1計(jì)算可知，改裝后整車重心向左偏11.93 mm，故要驗(yàn)證車輛重心偏移對(duì)左右輪胎載荷分布的影響。

（4）指揮車左右載荷計(jì)算：

4=-3=2 631.54 kg （8）

式中，為綜合輪距，取1 700 mm；3為指揮車右側(cè)等效承重；4為指揮車左側(cè)等效承重。

計(jì)算結(jié)果表明，通信指揮車左右輪胎載荷分布滿足改裝車左右平衡性行業(yè)要求[3]。

2.車輛行駛穩(wěn)定性

（1）縱向行駛穩(wěn)定性。指揮車質(zhì)心到前軸距離為=2 492.20 mm，質(zhì)心到后軸距離=a-= 1 507.80 mm?？梢?jiàn)指揮車質(zhì)心偏向后軸，故車輛縱向行駛穩(wěn)定性只計(jì)算爬坡階段即可。指揮車爬坡模型分析如圖3所示。整車爬坡行駛時(shí)，其縱向穩(wěn)定性應(yīng)滿足

式中，L為指揮車質(zhì)心距后橋中心距離；H為指揮車質(zhì)心距離地面高度。

計(jì)算結(jié)果表明，改裝后，指揮車縱向行駛穩(wěn)定性滿足行業(yè)要求。

（2）橫向行駛穩(wěn)定性。車輛橫向穩(wěn)定性是指車輛抵抗側(cè)滑和側(cè)翻的能力。指揮車側(cè)坡行駛模型分析如圖4所示。整車側(cè)坡行駛時(shí)，其橫向行駛穩(wěn)定性應(yīng)滿足

式中，為改裝車質(zhì)心距離地面高度；為綜合輪距。

計(jì)算結(jié)果表明，指揮車輛橫向穩(wěn)定性滿足行業(yè)要求。

1.4 車輛行駛安全性結(jié)論

經(jīng)過(guò)配重計(jì)算、載荷分布計(jì)算、行駛穩(wěn)定性計(jì)算可知，改裝車輛重心位置合理，車輛前后軸均不超重，整車總重量較原底盤(pán)車最大質(zhì)量尚有11.03%余量，車輛左右載荷分布均勻，縱向及橫向穩(wěn)定性滿足行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范。故經(jīng)理論分析與計(jì)算知，改裝后的通信指揮車整車行駛安全性符合行業(yè)要求和國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范[3]。

圖4 車輛側(cè)坡行駛示意圖

2 溫控核算

通信指揮車內(nèi)部工作環(huán)境溫度的舒適性，既是對(duì)作戰(zhàn)指揮人員的保障，也是對(duì)車內(nèi)工作設(shè)備的保障。車內(nèi)溫控環(huán)境的核算，主要從車載系統(tǒng)的制冷能力、制熱能力兩個(gè)方面展開(kāi)。指揮車內(nèi)部工作空間分區(qū)設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 車內(nèi)工作空間設(shè)計(jì)圖

2.1 制冷能力計(jì)算

指揮車配備了一臺(tái)制冷量為14 000 kcal/h的車載空調(diào)，經(jīng)過(guò)換算知車載空調(diào)功率車=16.28 kW。

在高溫環(huán)境下，整車的熱負(fù)荷包括太陽(yáng)對(duì)車體的輻射熱、外界環(huán)境對(duì)車體的傳熱、車內(nèi)電子設(shè)備的散熱和工作人員的散熱。

以外界環(huán)境溫度為46 ℃，預(yù)保持車內(nèi)環(huán)境溫度為20 ℃，進(jìn)行初步的熱負(fù)荷計(jì)算。

太陽(yáng)對(duì)車體的輻射熱為

式中，為車體壁的傳熱系數(shù)，取1.5 W/（m2·℃）；△1為太陽(yáng)直射車頂?shù)恼丈涿娣e，m2；為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。太陽(yáng)正午直射時(shí)最高值，取1 120 W/ m2；A為車體對(duì)太陽(yáng)的吸收率，取0.75。

環(huán)境對(duì)車體的傳熱為

式中，為車體壁的傳熱系數(shù)，取1.5 W/（m2·℃）；△2為車體傳熱幾何面積，m2；△2為車體內(nèi)外最大溫差，℃。

表2 車內(nèi)各系統(tǒng)熱功率

名稱顯示系統(tǒng)會(huì)議系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信系統(tǒng)輔助系統(tǒng)合計(jì) 功率P/W4359803401 2005003 455

由表2可知，車內(nèi)各系統(tǒng)的發(fā)熱功率總和為 3 455 W；設(shè)3為車內(nèi)所有電子設(shè)備同時(shí)工作時(shí)的發(fā)熱功率，取3=3 500 W；Q為每位車內(nèi)工作人員人均的熱耗功率，取4=100 W[5]；車內(nèi)正常工作6人，最多時(shí)9人。所有的熱量總和為總，則

總=1+2+3+94=8 157 W<車（14）

因此，車輛的制冷系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)需求。

2.2 制熱能力計(jì)算

指揮車配置了三個(gè)獨(dú)立式暖風(fēng)機(jī)，每臺(tái)暖風(fēng)機(jī)的標(biāo)稱制熱功率為1=3.2 kW，整車三個(gè)暖風(fēng)機(jī)同時(shí)打開(kāi)的功率為總=31=9.6 kW。

以外界環(huán)境溫度為?25 ℃，預(yù)保持車內(nèi)環(huán)境溫度為20 ℃，進(jìn)行初步的熱負(fù)荷計(jì)算。此時(shí)，車體對(duì)外的傳熱為主要熱負(fù)荷，不考慮太陽(yáng)輻射、電子設(shè)備的發(fā)熱和車內(nèi)工作人員的發(fā)熱量。

則熱交換量

式中，為車體壁的傳熱系數(shù)，取1.5 W/（m2·℃）；△2為車體傳熱幾何面積，m2；△3為車體內(nèi)外最大溫差，℃。

顯然，總，因此，整車的制熱能力系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足要求，保證了在極端低溫環(huán)境下，車內(nèi)亦能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供一個(gè)舒適的工作環(huán)境[6]。

2.3 溫控計(jì)算結(jié)論

指揮車配置的制冷空調(diào)和獨(dú)立式暖風(fēng)機(jī)，能夠在高溫和低溫工況下為整車提供一個(gè)舒適的工況條件，滿足車載設(shè)備及工作人員的環(huán)境需求。

3 對(duì)標(biāo)試驗(yàn)與驗(yàn)證

按照《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258—2017）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)改裝車輛進(jìn)行稱重實(shí)驗(yàn)、前后軸荷分布檢驗(yàn)、跑車實(shí)驗(yàn)、環(huán)境性能實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算偏差在3%（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）以內(nèi)，說(shuō)明原設(shè)計(jì)合理。

4 總結(jié)

改裝車輛的行駛安全性及溫控核算十分重要，它是電力通信機(jī)動(dòng)指揮車能夠及時(shí)響應(yīng)突發(fā)事件，并提供現(xiàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)指揮空間的重要前提。車輛行駛安全性及內(nèi)部空間溫控核算的過(guò)程，既驗(yàn)證了車輛改裝設(shè)計(jì)的合理性，保證車輛與人員的安全，又為工作人員創(chuàng)建一個(gè)舒適的工作環(huán)境提供了理論依據(jù)。以上的論證過(guò)程，為電力通信指揮車的可靠性設(shè)計(jì)提供了一種可行的驗(yàn)證思路。

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Driving Safety and Temperature Control Calculation of an Electric Power Communication Command Vehicle

NI Jun

( Sun Create Electronics Company Limited, Hefei 230041, China )

To study the driving safety and temperature control accounting of the electric communi- cation command vehicle is to ensure the driving ability of the modified command vehicle while taking into account the comfort of the inner working space. In this paper, the whole design process of running safety and temperature control accounting of an electric communication command vehicle is described based on the theoretical calculation and the whole vehicle performance test. The reasona- bleness of the preliminary design is verified by the test of the vehicle's reassembly performance, which provides a design reference for the whole vehicle stability design of this kind of medium communication command vehicle, and also provides a reference for the performance design of special vehicle refitting. Electric communication command vehicle is an advanced emergency communication equipment. The vehicle running safety and temperature control accounting in the product design stage are the necessary prerequisites to ensure the realization of basic functions of the command vehicle, which has important research significance.

Counterweight calculation;Driving safety;Temperature control calculation;Commu- nication command vehicle;Electric power communication

U462.3

A

1671-7988(2022)21-81-05

TH12；TN91

A

1671-7988(2022)21-81-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.015

倪軍（1988—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)，E-mail:593376353@qq.com。