李 浩，侯守武，仝 允

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

摘要：为解决机动式系留气球超静定锚泊底盘结构采用传统力学方法难以精确计算的问题，通过ABAQUS软件对机动式锚泊底盘车架和支撑腿进行有限元分析，采用壳单元及自由度耦合技术建立有限元分析模型，对底盘典型工况进行分析获得应力及位移分布规律。经验证此底盘结构稳定可靠，该研究对类似超静定底盘结构设计具有一定的参考意义。

关键词：超静定；底盘；自由度耦合；有限元分析

中图分类号：V241   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0015-04

锚泊底盘是机动式系留气球地面系留设施的重要组成部分，直接影响地面系留设施的安全性、可靠性、抗风稳定性及调平精度。大型机动式系留气球锚泊底盘为多余约束的超静定结构，内力和变形比较均匀，结构自身具有较好的承载能力和稳定性，其承力骨架为高强度钢板焊接而成的箱型、工字型或U型结构，构造复杂，传统的校核计算方法大多将底盘车架简化为梁结构，计算量较大且存在较大误差。文献给出了一种五支腿起重机支腿力的近似计算方法，可作为车架及支腿设计的参考，但存在着计算复杂、有限元模型工况简化过多的缺点。

为此，本文采用节点自由度耦合技术，在抗倾覆支撑腿根部限位止口与车架梁限位连接处，将对应节点的自由度耦合起来，使该处的节点具有相同位移，有效提高了有限元校核分析精度和准确性。

1 底盘结构设计

1.1 设计要求

综合系留气球锚泊底盘使用工况——自重、地面系留、空中系留及地面运输，确定该底盘的设计要求如下。

1）功能要求：气球地面系留时，可支撑回转上装360°自由顺桨；行车运输状态可实现机动转移，同时确保回转上装与底盘有效锁定。

2）刚强度要求：底盘应具有足够的刚强度，可承受系留气球的净浮力、风载荷和冲击载荷，底盘结构安全系数不小于1.5。

3）轻量化设计要求：底盘结构应采用集成优化布局及模块化设计，尽可能采用轻质高强度材料，实现各零部件轻量化设计。

4）抗倾覆及抗风防滑安全性要求：底盘工作时，其与上装总自重产生的稳定力矩应大于所有外力产生的倾覆力矩；底盘支撑腿与地面摩擦力应不小于系留气球对锚泊车最大水平拉力。

5）快速组装及运输要求：底盘结构应采用模块化可重组快速连接设计，装配工序简便高效，拆卸后满足三级公路运输要求。

1.2 结构详细设计 

系留气球锚泊底盘由底盘纵梁、底盘横梁、抗倾覆支撑腿、承重支撑腿和回转支承支座组成。其中纵梁和横梁为Domex700MCD高强度钢，含有更高的铌、钛及钒等合金化元素，在高强度条件下具有良好的可成形性、可焊接性和高冲击强度。底盘结构材料力学性能参数见表1，底盘结构示意图如图1所示。

表1 底盘结构材料力学性能参数略

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作者简介：李浩（1986—），男，工程师，硕士，主要从事浮空器结构总体设计工作，hqcetc38@163.com.