關(guān)于集裝箱聯(lián)動(dòng)鎖桿的研究分析

孫海燕，馬嘉啟，孟慶兵

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427；青島中集集裝箱制造有限公司，山東 青島 266599）

集裝箱是能裝載包裝或無(wú)包裝貨進(jìn)行運(yùn)輸，便于用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行裝卸搬運(yùn)的一種組成工具，廣泛地用于全球范圍內(nèi)的港口、船舶、公路等物流系統(tǒng)。集裝箱的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也很多。通常按照所裝貨物的種類(lèi)可以將集裝箱分為干貨集裝箱、散貨集裝箱、液體貨集裝箱、冷藏箱集裝箱以及一些特種專(zhuān)用的集裝箱等。其中，散貨集裝箱是用以裝載粉末、顆粒狀貨物等各種散裝的貨物的集裝箱。由于貨物形狀的不規(guī)則性以及貨物種類(lèi)的不確定性，散貨集裝箱在開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程中存在一定使用上的弊端，因此，設(shè)計(jì)一種在散貨集裝箱開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程中，箱內(nèi)貨物不會(huì)對(duì)人造成一定沖擊和傷害的機(jī)構(gòu)是十分重要的。

1 發(fā)展背景

目前，散貨作為一種較為常見(jiàn)的貨物，在海運(yùn)時(shí)，主要以散貨船以及散貨集裝箱的運(yùn)輸為主，散貨船的裝卸相比于現(xiàn)代化的集裝箱碼頭而言，其效率和成本是無(wú)法比擬的，不僅貨物周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，且裝卸船費(fèi)工費(fèi)時(shí)，同時(shí)，對(duì)碼頭的裝卸器械也有較高的要求。因此，相比而言，散貨集裝箱就成為一種發(fā)展趨勢(shì)，不僅貨物周轉(zhuǎn)快，同時(shí)，對(duì)日漸趨于標(biāo)準(zhǔn)化的集裝箱碼頭而言，處理類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)箱的散貨箱也是非常輕松的。但就目前市面上存在的散貨箱而言，大多采用與標(biāo)準(zhǔn)集裝箱類(lèi)似的結(jié)構(gòu)裝運(yùn)，尤其是門(mén)扇部分，采用對(duì)開(kāi)式或者上翻式的門(mén)扇。在卸載散貨時(shí)，對(duì)于對(duì)開(kāi)式的門(mén)扇，需要操作人員從正面開(kāi)啟，有被散貨沖擠的危險(xiǎn)。對(duì)于上翻式門(mén)扇而言，由于其鉸鏈在門(mén)扇上方，因此，需要增加橫向鎖桿來(lái)保證門(mén)扇在受到箱內(nèi)貨物擠壓時(shí)，變形量較小。這種門(mén)扇往往開(kāi)啟比較復(fù)雜，通常需要先打開(kāi)后端橫向鎖桿，再?gòu)膫?cè)面開(kāi)啟底部鎖桿。

本設(shè)計(jì)正是考慮到實(shí)際操作中的這些問(wèn)題，針對(duì)目前現(xiàn)有的散貨箱結(jié)構(gòu)，研究并開(kāi)發(fā)出一種更為先進(jìn)的鎖桿系統(tǒng)，操作人員僅需要從側(cè)面操作鎖桿把手，就能將門(mén)一次性開(kāi)啟，且貨物卸料時(shí)，不會(huì)給操作人員造成風(fēng)險(xiǎn)，其基本的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)方案圖

2 鎖桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鎖桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理為：鎖桿系統(tǒng)主要由把手、棘輪、螺桿、聯(lián)動(dòng)桿、鎖頭等部件組成。把手位于散貨集裝箱側(cè)部底架處，聯(lián)動(dòng)鎖桿也位于集裝箱側(cè)部，門(mén)扇設(shè)有兩個(gè)鎖頭，用于鎖緊門(mén)扇。當(dāng)需要開(kāi)啟集裝箱后門(mén)時(shí)，為了保證開(kāi)門(mén)者的安全，開(kāi)門(mén)者位于集裝箱側(cè)部進(jìn)行操作，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪把手，進(jìn)一步帶動(dòng)右側(cè)的螺桿系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿伸長(zhǎng)，推動(dòng)左側(cè)的三角機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步將運(yùn)動(dòng)傳遞到連桿上，帶動(dòng)連桿上下移動(dòng)。

當(dāng)連桿上移時(shí)，帶動(dòng)三角聯(lián)動(dòng)板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，待導(dǎo)向槽的鎖頭遠(yuǎn)離門(mén)扇，直到脫離鎖扣時(shí)，開(kāi)啟門(mén)扇。

從圖1中可以看出，此系統(tǒng)由兩組鎖頭機(jī)構(gòu)組成。這兩組鎖頭機(jī)構(gòu)與連桿之間形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了鎖頭開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)的動(dòng)作同步，同時(shí)，也增加了鎖緊點(diǎn)，減小了門(mén)扇受力時(shí)的外鼓、變形。

圖2 聯(lián)動(dòng)鎖桿機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)圖

為了更加清晰地展示該鎖桿系統(tǒng)，現(xiàn)將具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大展示，如圖3和圖4所示。

3 鎖桿的運(yùn)動(dòng)軌跡

通過(guò)鎖頭的形狀以及各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置的調(diào)整，對(duì)鎖頭開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使得鎖頭在關(guān)閉時(shí)允許門(mén)扇自然下垂的角度最大。通過(guò)SolidWorks軟件描述出鎖桿系統(tǒng)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)鎖頭的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5所示。

4 結(jié)論

本文針對(duì)散貨集裝箱開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中可能遇到的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了聯(lián)動(dòng)鎖桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)介紹了聯(lián)動(dòng)鎖桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)鎖桿在開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過(guò)對(duì)各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置的調(diào)整，對(duì)鎖頭開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，使得鎖頭在開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)，操作人員的動(dòng)作最省力。這種類(lèi)型的鎖桿不僅可以用在散貨集裝箱上，也可以用在任意從側(cè)部開(kāi)啟的門(mén)扇上，且可以通過(guò)多個(gè)點(diǎn)對(duì)門(mén)扇施力，保證箱體在裝貨后，門(mén)扇受到擠壓的情況下，門(mén)扇與門(mén)框之間的間隙在允許的范圍內(nèi)，防止箱內(nèi)貨物的泄漏。對(duì)此鎖桿系統(tǒng)的研究，可以更大程度地提高集裝箱的空間利用率，對(duì)于散貨集裝箱的進(jìn)一步普及使用具有重要的實(shí)際意義。

圖3 鎖頭部位詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

圖4 把手部位詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

圖5 鎖頭開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖