一種仿生大抓力錨的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿生大抓力錨，屬于造船領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]船錨是一種用于停泊的專用器具，它具有特定的形狀。使用時將錨拋入水中，入水后的錨能夠嚙入底土，并通過其頂端所系的錨鏈或纜繩提供抓力，將船舶或其他浮體系留在預(yù)定水域。船舶是一種移動的載體，特別是海洋運(yùn)輸業(yè)的大型船舶航程很遠(yuǎn)。因停靠的碼頭港口地理位置不同，其水下地質(zhì)狀況差異性很大。對于軟質(zhì)或中性地質(zhì)的海底，深水大抓力錨只要錨爪嵌入就能滿足船舶定位要求。而對于砂礫石質(zhì)的海底因地質(zhì)較硬，常規(guī)的深水大抓力錨入土能力較差，錨的抗翻轉(zhuǎn)性能差，極易發(fā)生走錨危險。需要改善錨爪構(gòu)造使其易于入土，提高錨的定位能力。
[0003]對于在硬質(zhì)土層工作的大抓力銷，現(xiàn)有技術(shù)同樣通過對爪頭結(jié)構(gòu)改進(jìn)來改善銷的工作性能，諸如將錨爪爪頭改為刀刃形、在錨爪下部增加凸齒、改進(jìn)錨桿構(gòu)造、改變錨桿與錨爪之間的角度等。然而這些改進(jìn)對錨在硬質(zhì)土層的抓地能力改善并不明顯，錨對土層切削力提高的不明顯，錨桿與錨爪之間角度固定不變使得船在收錨的過程中與大抓力錨發(fā)生碰撞導(dǎo)致船體破壞。
[0004]犁頭鰩主要棲息在淺灘，屬于食底泥動物，吻長面鈍尖，側(cè)緣稍凹，常鉆入海底泥土和沙子底下依靠捕食，通過對其吻面仿生設(shè)計出大抓力錨的爪頭可以具有較好的入土能力。犁頭鰩兩側(cè)胸鰭扁平而光滑，這樣的構(gòu)造使其在游動中受到阻力小，并且能保持身體平衡。通過對其胸鰭仿生獲得的平衡翼這一構(gòu)造能保證大抓力錨具有較強(qiáng)的抗翻轉(zhuǎn)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種仿生大抓力錨，具有極高入土能力、抗翻轉(zhuǎn)性能強(qiáng)。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種仿生大抓力錨，包括錨桿、與錨桿一端軸接的吊扣和與錨桿另一端鉸接的錨爪，所述錨爪的前端延伸有若干個等距離排列的爪頭，錨爪兩側(cè)設(shè)有魚鰭狀流線型的平衡翼；所述爪頭為包含一平面?zhèn)缺诤蛢汕鎮(zhèn)缺诘念惾清F形，所述平面?zhèn)缺跒榈妊切?，兩曲面?zhèn)缺跒楣饣?，兩個光滑曲面關(guān)于平面?zhèn)缺诘姆ㄆ矫鎸ΨQ。
[0007]作為優(yōu)選，所述爪頭包含第一半爪和第二半爪，第一半爪和第二半爪關(guān)于平面?zhèn)缺诘姆ㄆ矫鎸ΨQ，所述第一半爪的入土角22° <θ〈40°，翻土角β呈非線性增大，在錨爪爪頭末端達(dá)到最大值且25° <β〈75°，第一半爪的推土角α不小于15°，其中，法平面與平面?zhèn)缺诘慕痪€為1軸，在法平面中垂直1軸的為ζ軸，平面?zhèn)缺诘牡走呏悬c(diǎn)為零點(diǎn)0，根據(jù)右手法則，建立0ΧΥΖ坐標(biāo)系，曲面?zhèn)缺谂cΧ0Ζ平面的交線的切線與0Χ軸的夾角為翻土角β，曲面?zhèn)缺谂c法平面的交線與0Υ軸的夾角為入土角Θ，平面?zhèn)缺诘捻斀堑亩种粸橥仆两铅痢?br>[0008]作為優(yōu)選，所述第一半爪與Χ0Ζ平面的交線的方程為
[0009]ζ = 76.72-0.82x~0.198xL5+0.034χ2_0.00112χ2.5。
[0010]作為優(yōu)選，所述爪頭有三個，三個爪頭等間距排列。
[0011]作為優(yōu)選，所述錨桿為人字形，相鄰爪頭之間設(shè)有軸孔，軸孔內(nèi)安裝有連接錨桿的鉸軸，在錨爪上設(shè)有限制鉸軸運(yùn)動的銷軸。
[0012]作為優(yōu)選，所述錨爪的長寬高之比處在1.5?1.8內(nèi)，其中，錨爪的長度為平衡翼端點(diǎn)到另一側(cè)平衡翼端點(diǎn)的距離，寬度為爪頭的頂點(diǎn)到錨爪一端的距離，高度為錨爪的厚度。
[0013]有益效果:本發(fā)明的仿生大抓力錨，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、錨爪為三爪仿生爪頭結(jié)構(gòu)，仿生犁形爪頭對土層的切削力大，特定形狀和角度的設(shè)計使得錨在工作過程中尤其在硬質(zhì)土層中入土能力更強(qiáng)，三爪結(jié)構(gòu)增大錨與土層接觸面積，使錨獲得更大抓力。
[0015]2、錨爪兩側(cè)設(shè)有仿生平衡翼，在錨拋射入水過程中避免主體完全翻轉(zhuǎn)并保證錨以正確工作角度達(dá)到土層；錨的縱向尺寸增大，顯著提高錨在土層中抗翻轉(zhuǎn)性能，減少走錨風(fēng)險。
[0016]3、錨桿為人字形桿，錨桿縱向?qū)挾蕊@著增加，在硬質(zhì)土中與錨主體形成嵌入條件，錨的定位能力顯著提高。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的主視圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0019]圖3為圖1中錨爪主視圖。
[0020]圖4為圖3中Β-Β面剖視圖。
[0021]圖5為本發(fā)明的俯視圖。
[0022]圖6為錨桿與錨爪連接部位示意圖。
[0023]圖7為仿生導(dǎo)曲線圖。
[0024]圖8為錨爪三維視角示意圖。
[0025]圖9位錨爪結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖1至圖9所示，本發(fā)明的一種仿生大抓力錨，包括錨桿3、與錨桿3 —端軸接的吊扣1和與錨桿3另一端鉸接的錨爪4，吊扣1通過吊扣軸2與錨桿3軸接，所述錨爪4的前端延伸有若干個等距離排列的爪頭5，優(yōu)選選用三個，三個爪頭5等間距排列，錨爪4兩側(cè)設(shè)有錨爪兩側(cè)設(shè)有魚鰭狀流線型的平衡翼6，錨桿3有兩個，相鄰爪頭5之間設(shè)有軸孔，軸孔內(nèi)安裝有連接錨桿3的鉸軸7，在錨爪4上設(shè)有限制鉸軸7運(yùn)動的銷軸；所述爪頭為包含一平面?zhèn)缺贏BC和兩曲面?zhèn)缺贏BD、ACD的類三角錐形，所述平面?zhèn)缺贏BC為等腰三角形，兩曲面?zhèn)缺贏BD、A⑶為光滑曲面，兩個光滑曲面ABD和A⑶關(guān)于平面?zhèn)缺贏BC的法平面A0D對稱。爪頭包含第一半爪AB0D和第二半爪AC0D，第一半爪AB0D和第二半爪AC0D關(guān)于法平面A0D對稱，保證第一半爪AB0D的入土角Θ e (22° ,40° )，翻土角β呈非線性增大，在錨爪爪頭末端達(dá)到最大值且β e (25° ,75° )。在保證曲面ABD形狀的條件下，第一半爪ABOD的推土角α不小于15°，其中，法平面AOD與平面?zhèn)缺贏BC的交線為y軸，在法平面AOD中垂直y軸的為ζ軸，平面?zhèn)缺贏BC的底邊中點(diǎn)為零點(diǎn)0，根據(jù)右手法則，建立0ΧΥΖ坐標(biāo)系，其中，曲面?zhèn)缺贏BD(和/或ACD)與Χ0Ζ平面的交線的切線與0X軸的夾角為翻土角β，曲面?zhèn)缺贏BD (和/或ACD)與法平面A0D的交線AD與0Υ軸的夾角為入土角Θ，平面?zhèn)缺贏BC的頂角的二分之一為入土角α。
[0027]本實施例中，錨爪3前端為三個縱向并列的仿生爪頭5，爪頭5截面如圖4所示，爪頭5三維造型如圖8所示為對犁頭鰩頭部仿生造型所得，錨爪4兩側(cè)平衡翼6通過對犁頭鰩兩側(cè)流線型胸鰭仿生得到，并在縱向上增加了錨的截面尺寸，使得錨受到的翻轉(zhuǎn)力減少，錨的整體抗翻轉(zhuǎn)性能提高，走錨風(fēng)險大大減少。如圖4所示錨爪4的上下兩面為斜面構(gòu)造，使得所述仿生大抓力錨在起錨過程中受到較小阻力。
[0028]大抓力錨仿生犁形爪頭5導(dǎo)曲線如圖7所示，依照曲線方程(1)所得；如圖3內(nèi)曲線3-1滿足曲線方程(1)，依照該曲線為導(dǎo)曲線構(gòu)造如圖8錨爪爪頭5曲面結(jié)構(gòu)，圖9所示爪頭5曲面為錨爪工作面，為水平直元法構(gòu)造的曲面，包括入土角Θ，翻土角β，推土角α。入土角Θ隨曲面高度的增長越快碎土性能越好，翻土角β呈非線性增大，在錨爪爪頭末端達(dá)到最大值，其值越大，翻土性能越好。當(dāng)錨爪工作時，錨爪4以入土角Θ及推土角α進(jìn)入到土壤中破土，土壤沿著主切削面向翻拋曲面翻滾，扭轉(zhuǎn)直到覆蓋前一行程。如圖9所示，仿生獲得的錨爪切削面，使得翻土角β非線性增長，并在爪頭5末端獲得極大值，保證切削曲面ABD形狀的情況下，Θ e (22° ,40° )，β e (25° ,75° )，同時錨爪有較大入土腳α不小于15°，這兩個特性使得錨爪在土層中尤其是在硬質(zhì)土層中具有良好的入土能力。三個爪頭5為等間距排列、尺寸相同。并列的三個爪頭相比于普通大抓力錨的兩爪頭具有更好的抗翻轉(zhuǎn)性能。
[0029]ζ = 76.72-0.82x~0.198xL5+0.034χ2_0.00112χ2.5 (1)
[0030]本實施例中，人字形錨桿3通過整體鑄造獲得，相比于普通的大抓力錨直桿形的錨桿，人字形錨桿3截面的縱向?qū)挾仍龃螅谒鋈俗中五^桿的參與下，形成主體嵌入條件，增加錨著力，提高錨定位能力。仿生結(jié)構(gòu)錨爪5與所述人字形錨桿3通過鉸接裝配。如圖6，鉸連接通過鉸軸7實現(xiàn)。如圖6所示鉸軸7與錨爪4內(nèi)部軸孔8相配合，鉸軸7通過圖6所示銷軸9固定，銷軸9與軸孔8限制鉸軸7的徑向自由度，軸孔尺寸漸變來限制鉸軸7的軸向自由度。在整體實現(xiàn)中首先將所述人字形錨桿3與錨爪4通過鉸軸7鉸接，并通過銷軸9固定。所述人字形錨桿3前端連接處位于錨爪4中心上方，避免了錨在入水過程中發(fā)生翻轉(zhuǎn)情況，保證錨以圖2所示角度進(jìn)行工作。一種仿犁形的三爪大抓力錨尺寸比例如下，標(biāo)注如圖3、4所示:銷爪長高比L:H = 5:1，銷爪的長寬比L:S = 3:2，仿生爪頭比例D1:D2= 3:2ο
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種仿生大抓力錨，其特征在于:包括錨桿、與錨桿一端軸接的吊扣和與錨桿另一端鉸接的錨爪，所述錨爪的前端延伸有若干個等距離排列的爪頭，錨爪兩側(cè)設(shè)有魚鰭狀流線型的平衡翼；所述爪頭為包含一平面?zhèn)缺诤蛢汕鎮(zhèn)缺诘念惾清F形，所述平面?zhèn)缺跒榈妊切?，兩曲面?zhèn)缺跒楣饣?，兩個光滑曲面關(guān)于平面?zhèn)缺诘姆ㄆ矫鎸ΨQ。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生大抓力錨，其特征在于:所述爪頭包含第一半爪和第二半爪，第一半爪和第二半爪關(guān)于平面?zhèn)缺诘姆ㄆ矫鎸ΨQ，所述第一半爪的入土角22° < Θ <40°，翻土角β呈非線性增大，在錨爪爪頭末端達(dá)到最大值且25° <β〈75°，第一半爪的推土角α不小于15°，其中，法平面與平面?zhèn)缺诘慕痪€為y軸，在法平面中垂直y軸的為z軸，平面?zhèn)缺诘牡走呏悬c(diǎn)為零點(diǎn)0，根據(jù)右手法則，建立0ΧΥΖ坐標(biāo)系，曲面?zhèn)缺谂cΧ0Ζ平面的交線的切線與0X軸的夾角為翻土角β，曲面?zhèn)缺谂c法平面的交線與0Υ軸的夾角為入土角Θ，平面?zhèn)缺诘捻斀堑亩种粸橥仆两铅痢?.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生大抓力錨，其特征在于:所述第一半爪與Χ0Ζ平面的交線的方程為 ζ = 76.72-0.82χ-0.198xL5+0.034χ2_0.00112χ2.5。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生大抓力錨，其特征在于:所述爪頭有三個，三個爪頭等間距排列。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生大抓力錨，其特征在于:所述錨桿為人字形，相鄰爪頭之間設(shè)有軸孔，軸孔內(nèi)安裝有連接錨桿的鉸軸，在錨爪上設(shè)有限制鉸軸運(yùn)動的銷軸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿生大抓力錨，包括錨桿、與錨桿一端軸接的吊扣和與錨桿另一端鉸接的錨爪，所述錨爪的前端延伸有若干個等距離排列的爪頭，錨爪兩側(cè)設(shè)有魚鰭狀流線型的平衡翼；所述爪頭為包含一平面?zhèn)缺诤蛢汕鎮(zhèn)缺诘念惾清F形，所述平面?zhèn)缺跒榈妊切?，兩曲面?zhèn)缺跒楣饣?，兩個光滑曲面關(guān)于平面?zhèn)缺诘姆ㄆ矫鎸ΨQ。本發(fā)明的仿生大抓力錨，錨爪兩側(cè)設(shè)有平衡翼，在錨拋射入水過程中避免主體完全翻轉(zhuǎn)并保證錨以正確工作角度達(dá)到土層；錨的縱向尺寸增大，顯著提高錨在土層中抗翻轉(zhuǎn)性能，減少走錨風(fēng)險。
【IPC分類】B63B21/34
【公開號】CN105416510
【申請?zhí)枴緾N201510863485
【發(fā)明人】唐文獻(xiàn), 吳文樂, 張建, 廖天岸, 孫澤, 王筱蓉, 李金泰, 張莉, 黃子瑒
【申請人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月1日