一种锚链及其链环和链环的加工装置的制作方法

1.本发明涉及系泊结构技术领域，特别涉及一种锚链及其链环和链环的加工装置。


背景技术：

2.漂浮式风机的系泊系统占整台漂浮式风机的造价约30％-35％。系泊系统的优化和降本，直接影响漂浮式风机技术方向和产业链的发展。
3.其中，锚链是连接锚和船体并传递锚抓力的专用链条。常由锚端链节、中间链节和末端链节等组成。按链环的结构，可分为有档锚链和无档锚链两种，前者的强度比后者大。在锚链设计中，需要考虑锚链的极限强度破坏失效模式以及疲劳强度失效破坏模式。
4.目前，锚链的链环大部分由2个半圆段和2个直线段相间依次连接构成环形结构。但是，在半圆段会出现使用过程中应力集中的现象，也是容易发生破坏的关键点。
5.因此，在保证强度满足要求的情况下，尽量减小链环的应力集中问题，以保证链环的使用寿命，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种锚链的链环，减小应力集中的问题，以保证链环的使用寿命。此外，本发明还提供了一种具有上述链环的锚链和上述链环的加工装置。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种锚链的链环，其包括：曲线段和直线段，所述曲线段包括上下对称布置的两段弧形段，且所述曲线段的轮廓公式为(x/e)^m (y/d)^n＝1，
9.其中，x为所述曲线段在x轴上的坐标，y为所述曲线段在y轴上的坐标，e为所述曲线段在x轴方向宽度的一半，d为所述曲线段在y轴方向宽度的一半，且e≠d，1.80≤m≤1.95，1.80≤n≤1.95；
10.两段所述弧形段与所述直线段依次相间连接形成环形结构。
11.优选的，上述的链环中，所述链环为卷制成型件。
12.优选的，上述的链环中，所述链环的接头位于其中一个所述直线段，并通过焊接连接。
13.优选的，上述的链环中，所述直线段的长度h小于所述弧形段沿y轴的长度d。
14.一种锚链，包括依次相扣的链环，其中，所述链环为上述任一项所述的链环。
15.一种锚链的链环的加工装置，用于加工上述任一项所述的链环，其包括：
16.承压件，所述承压件的周向具有用于放置待加工链环件的环形凹槽部，所述环形凹槽部的外轮廓形状与所述链环的形状相同；
17.挤压件，所述挤压件能够与所述环形凹槽部适配。
18.优选的，上述的加工装置中，所述承压件包括：
19.内滚子，所述内滚子的外轮廓与所述链环的形状相同，并用于与所述挤压件适配；
20.外滚子，所述外滚子为两个并分布在所述内滚子的两侧，所述外滚子径向突出所
述内滚子的边缘并形成所述环形凹槽，所述内滚子与至少一个所述外滚子可拆卸连接。
21.优选的，上述的加工装置中，所述内滚子的外表面的横截面为向中心凹陷的弧形面或平面，且所述弧形面能够与所述待加工链环件贴合。
22.优选的，上述的加工装置中，所述挤压件为圆柱棒。
23.优选的，上述的加工装置中，所述内滚子与所述外滚子螺纹连接，且所述内滚子的端部具有外螺纹，所述外滚子具有与所述外螺纹适配的内螺纹。
24.本发明提供了一种锚链的链环，链环的曲线段为超椭圆段，相较于圆形曲线，可减小应力集中的问题，保证锚链的强度和使用寿命。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例中公开的锚链的结构示意图；
27.图2为本发明实施例中公开的锚链的链环的结构示意图；
28.图3为本发明实施例中公开的锚链的链环的曲线段的形状示意图；
29.图4为本发明实施例中公开的锚链的具有断口的链环的结构示意图；
30.图5为本发明实施例中公开的锚链的链环的加工装置的结构示意图。
具体实施方式
31.本发明公开了一种锚链的链环，减小应力集中的问题，以保证链环的使用寿命。此外，本发明还公开了一种具有上述链环的锚链和上述链环的加工装置。
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
34.如图1所示，公开了一种锚链的结构，目前的锚链为连接锚和船体(或海上风机)的专用链条。实际中锚链通常包括锚端链节、中间链节和末端链节，其中，锚端链节通常为圆环也可为将锚端链节和中间链节设置为相同。锚链包括多个链环1，并且相邻的链环1扣接在一起，形成链条结构。图1中示出，链环1为环形结构件。
35.图2公开了链环1的具体结构，具体的，该链环1包括上下对称的弧形段11和连接两个弧形段11之间的直线段12，通过弧形段11和直线段12的相间连接形成环形结构。其中，两个直线段12平行且相对布置，而两个弧形段11关于两个直线段12的中心连线对称。
36.以整个链环1的水平对称轴为x1方向，此时，bc＝cd＝b’c’＝c’d’＝h/2。
37.图3中示出了链环1的两个弧形段11的轮廓公式，图3中将两个弧形段11连接形成
曲线段，并且该曲线段的公式为(x/e)^m (y/d)^n＝1，
38.其中，x为曲线段在x轴上的坐标，y为曲线段在y轴上的坐标，e为曲线段在x轴方向宽度的一半，d为曲线段在y轴方向宽度的一半，且e≠d，1.80≤m≤1.95，1.80≤n≤1.95。
39.结合图2和图3可知，将下面的弧形段11与上面的弧形段11连接成一个整体进行限定形状。将图2和图3中的o2作为原点，并将过原点的水平方向设置为x轴，将过原点的竖直方向设置为y轴方向，如此，可以看出，该曲线段为关于x轴和y轴均对称的结构，并且由于e≠d，因此，可知该曲线段不是圆形，而是椭圆形。
40.此外，本技术中的曲线段的公式为超椭圆函数式，超椭圆函数式是基于椭圆函数提出的一种新的形状函数式，通过两个变量m和n能绘出包括椭圆在内的一族曲线，其中，根据超椭圆函数式绘出的曲线称为超椭圆曲线。
41.当m＝n＝2时，超椭圆曲线退化为标准椭圆曲线；当m＝n＝1时，超椭圆曲线退化为直线，当m＝n＝3时，超椭圆曲线退化为相对于标准椭圆外扩的曲线。在实际中，当m和n的取值位于2和1之间时，则为标准椭圆向直线内缩的曲线。
42.在实际中，当d＝1.25e时，m＝1.80～1.95，n＝1.80～1.95时，可取得较优的设计，根据本技术中的超椭圆公式计算得出的链环1在使用过程中可有效降低应力集中系数，本领域技术人员可以理解的是，对于采用超椭圆而减小应力集中的问题，可通过试验数据获取，而本技术的核心在于，采用超椭圆以替代圆形的曲线，从而解决链环1的应力集中问题，即超椭圆在链环1上的应用。
43.通过上述描述可知，本技术中公开的链环1的曲线段为超椭圆段，相较于圆形曲线，可减小应力集中的问题，保证锚链的强度和使用寿命。
44.在实际中生产中，本技术中链环1可为通过加工装置挤压待加工链环件使其卷制为上述的链环1。对于具体的卷制过程可通过机械结构也可通过人为操作，且均在保护范围内。
45.由于将待加工链环件卷制成链环1会存在断口14，如图4中所示出的断口14。为了进一步减小应力集中的问题，本技术中的断口14位于直线段12，即卷制过程中曲线段为完整的结构，而其中一个直线段12需要连接。在实际中，为了保证连接的强度，以保证正常使用，优选的，将断口14通过焊接连接。
46.在实际中该链环1还可通过压制成型，对于链环1的加工方式可根据不同的需要设置，且均在保护范围内。
47.优选的实施例中，本技术中将弧形段11沿x轴的长度设置为大于直线段12的长度h。对于弧形段11的长度与d的取值有关，而直线段12的长度h需要根据d的取值进行选择，需要保证h小于d。通过设置直线段12可延长链环1整体的长度，便于相邻的链环1的装配，并能够减小链环1的数量，从而减小链环1断裂的概率，此外，还可减小锚链的重量。
48.当锚链受到y向的对称拉力时，优化列式过程为：
49.首先，寻找合适的变量:m,n；
50.并优化目标参数：选择最小应力集中参数；
51.需要满足的约束函数为:d
lower
≤d≤d
upper
；e
lower
≤e≤e
upper
，对于具体的取值范围为实际要求中设定的取值，即为提前设定的具体参数范围。
52.通过上述优化过程，在受到y向拉力时，可确定链环的曲线形状。
53.上述过程可通过仿真优化设计完成。
54.此外，本技术中还保护了一种锚链，该锚链包括依次相扣的链环1，并且该链环1为上述实施例中公开的链环1，因此，具有该链环1的锚链也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。
55.本技术还公开了一种锚链的链环1的加工装置，具体包括：承压件和挤压件，其中，承压件用于承受挤压件施加的压力，从而将位于两者之间待加工链环件加工成所需形成的链环1。具体的，该承压件的周向具有环形凹槽部，并且该环形凹槽的外轮廓形状与上述实施例中公开的链环1的形状相同，而上述的挤压件能够与环形凹槽部适配。上述设置可将待加工链环件放置在承压件上，通过挤压件挤压待加工链环件，从而使其卷制成上述实施例中的公开的链环1。
56.如图5所示，在一具体实施例中，将上述的承压件设置为内滚子2和外滚子4，其中，内滚子2的外轮廓与链环1的形状相同，并用于与挤压件适配；而外滚子4为两个并分布在内滚子2的两侧，外滚子4径向突出内滚子2的边缘并形成上述环形凹槽，此处通过内滚子2和外滚子4拼接成上述的承压件，并通过外滚子4的限位防止待加工链环件位置发生偏移，而影响卷制效果。
57.为了便于将卷制后的链环1从加工装置上取下，并防止链环1变形，优选的，将内滚子2与至少一个外滚子4可拆卸连接，如此在将加工成环形的链环1取下时，可先将外滚子4和内滚子2分离，从而取消外滚子4对链环1的阻挡，通过推动链环1将其从内滚子2上取下。
58.优选的实施例中，将上述的内滚子2的外表面的横截面设置为向中心凹陷的弧形面或平面，并且弧形面能够与待加工链环件贴合。对于内滚子2的外表面的形状可根据链环1的外表面的形状进行设置，且均在保护范围内。
59.上述实施例中涉及到的挤压件为圆柱棒3，具体为钢筋结构，对于挤压件的动力可为机械驱动也可为人为驱动。
60.在实际中，内滚子2与外滚子4螺纹连接，并且内滚子2的端部具有外螺纹，并且外滚子4具有与外螺纹适配的内螺纹，装配时，通过外螺纹与内螺纹的装配实现连接。本领域技术人员可以理解的是，上述的内滚子2与外滚子4还可通过卡接或磁吸附连接，只要能够实现内滚子2与外滚子4可拆卸连接的方式均在保护范围内。
61.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
63.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。