CN100484849C - 用于将堆叠的集装箱相互锁定的集装箱锁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱锁(1)，该集装箱锁包括第一锁定元件和第二锁定元件，第一锁定元件和第二锁定元件能被连接到毗连的集装箱角部上的对应的锁定部(4、5)上，并能转动，以便以锁定方式与集装箱角部衔接。第二锁定元件具有轴(6)，该轴可移动地被安装在与第一锁定元件相连接的外壳(7)内，致使当第二锁定元件压向其对应的集装箱角部时，轴(6)能沿轴向移动。当轴(6)沿轴向移动时，轴(6)和外壳上的引导部(10、11、12、13)可使轴(6)转动，使得轴(6)的轴向移动引起第二锁定元件相对于外壳(7)转动。具有下切凹口(14)和锁定臂(16)的轴(6)被设置成与凹口(14)啮合，并可防止轴(6)转动。

Description

用于将堆叠的集装箱相互锁定的集装箱锁

技术领域

本发明涉及一种用于将堆叠的集装箱相互锁定的集装箱锁或集装箱耦联用具(coupling tool)。这种集装箱锁包括第一和第二锁定元件，可将第一和第二锁定元件结合(joined)到毗连的集装箱角部上的对应锁定部分上，以便以锁定方式与集装箱角部衔接(engage)。

背景技术

用于陆路和海路货物运输的货运集装箱设有不同的标准尺寸。本发明涉及一种用于把相互堆叠的货运集装箱耦联的集装箱锁。在运输货运集装箱的过程中，这些货运集装箱通常被相互堆叠起来。尤其是利用船舶运输这些集装箱时更是如此。每一集装箱通过集装箱锁(集装箱耦联用具)被锁定到紧挨着的上面和下面的集装箱上，顶部的集装箱可以被固定到船舶的舱面上。已被提出的一种集装箱锁是扭转锁(twistlock)，这种扭转锁通常包括外壳，该外壳具有轴颈式地(joumalled)穿过外壳的轴，并且在轴的对置的端部上具有凸耳或锥体。外壳位于相邻的集装箱之间，锥形凸耳被锁定在对应的角部铸件内。可将凸耳插过集装箱角部的细长狭槽(slot)，然后转动凸耳，以便以锁定方式与集装箱角部衔接。在美国专利5012560号、6164862号和6334241号中披露了这种集装箱锁或耦联用具。在美国专利6334241号中，公开了一种集装箱锁，这种集装箱锁具有上锁定凸耳和下锁定凸耳。下锁定凸耳可移动地被安装于与上凸耳相连的外壳内，并具有能沿轴向有限移动的轴。在外壳和轴之间具有一些引导机构，在轴向上移动时，这些引导机构可使下凸耳锁定转动(locking rotation)。轴具有头部，该头部具有用于接收邻接部的盲孔，该邻接部形成用于螺旋弹簧的对中邻接。组装集装箱锁时，螺旋弹簧沿向下方向张力驱动轴和下锁定凸耳。在外壳中，设置有锁定装置，该锁定装置包括一些弹簧驱动的臂，这些臂能被枢转到位于轴的头部下方的位置，借此可防止轴发生轴向移动。当这些弹簧驱动的臂锁定住轴以防止其轴向移动时，下凸耳就不能从与对应的集装箱角部锁定衔接中转动离开。为了脱开凸耳与集装箱角部的锁定衔接，可拉出与这些臂相连接的操作杆，从而使这些臂展开。通过摆动U形件可对操作杆施加作用力。当集装箱锁处于两个毗连的集装箱角部之间的位置时，通过该U形件就能开启和关闭集装箱锁。然而，把下凸耳从集装箱角部的底部提升起来时将使螺旋弹簧向下压轴的头部，使其抵靠弹簧驱动的臂，并使得操作机械自锁。

在货运集装箱卸货期间，集装箱锁必须开启，以便能提升上面的集装箱使之与下面的集装箱分开。然而，由于某些原因会发生这样的情况：即，当上面的集装箱被提升时，一个或几个集装箱锁未开启，结果将发生两个集装箱彼此被一起提升起来的情况。尤其是在这种状态下集装箱锁被突然开启，则将引发事故。此外，当对货运集装箱进行卸货时，开启集装箱锁是一项既费时又艰苦的工作。对负责卸货工作的人员而言，这种卸货操作将具有一定的危险性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能使集装箱彼此锁定的、改进的用于货运集装箱的集装箱锁。本发明的另一目的是提供一种集装箱锁，这种集装箱锁能减小一个集装箱与另外一个集装箱被一起提升并突然被松开以致集装箱掉下的危险。本发明的再一目的是提供一种集装箱锁，这种集装箱锁在机械上可靠，并且具有少量的活动部件。本发明的又一目的是提供一种在短时间内能方便地开启的集装箱锁。

本发明提供的集装箱锁包括第一和第二锁定元件，第一锁定元件和第二锁定元件能被结合到毗连的集装箱角部上的对应的锁定部上并能转动，以便以锁定方式与集装箱角部衔接。第二锁定元件具有轴，该轴以可移动的方式被安装在与第一锁定元件相连的外壳内，使得当第二锁定元件压向其对应的集装箱角部时，轴能沿轴向移动。在轴和外壳之间设有引导部，以便当轴沿轴向移动时使轴转动，使得轴的轴向移动引起第二锁定元件相对于外壳转动。轴具有被突起覆盖的下切凹口(undercut recess)。为了锁定轴以防止其转动，这种集装箱锁在外壳中还具有锁定臂。该锁定臂能朝轴转动，也能转动离开所述轴，因此，当轴处于第一角位置且第二锁定元件压向它对应的集装箱角部时，锁定臂能与下切凹口啮合或脱离下切凹口，但是，当轴处于第二锁定元件以锁定方式衔接其对应的集装箱角部的第二角位置时，突起能防止锁定臂转动离开所述凹口。在这个位置，锁定臂能防止轴转动到第二锁定元件不与其对应的集装箱角部衔接的角位置。

第一和第二锁定元件可以是凸耳，位于集装箱角部上的对应的锁定部可以被成形为具有狭槽，凸耳能穿入这些狭槽并且能转动，以便能以锁定方式与集装箱角部衔接。在一优选实施方式中，第一锁定元件是上凸耳，第二锁定元件是下凸耳。在一有益的实施方式中，利用外壳中的弹性元件使锁定臂朝轴偏置。在外壳中还可设置传感器，以便检测锁定臂的位置。

优选在外壳中设置致动器，以便在致动器受电信号驱动时转动锁定臂，使其离开下切凹口。致动器优选是形状记忆合金致动器。在一优选实施方式中，外壳中装有电池，以便向致动器供电。

在一优选实施方式中，在外壳中设置有弹性元件，以对轴施加作用力而迫使第二锁定元件沿轴向离开外壳，借此转动第二锁定元件使之离开第二角位置。

附图说明

图1示出了已准备好将本发明的集装箱锁插入到上面的集装箱角部中的狭槽内的情况；

图2-4示出了将集装箱锁固定在上面的集装箱中以及把集装箱锁锁定在下面的集装箱角部中的情况；

图5为从下方看到的本发明的集装箱锁的透视图，应当注意的是，图5所示的实施方式不同于图1-4所示的实施方式；

图6为透视图，其示出了与图5所示相同的集装箱锁，但是从不同角度示出的透视图；

图7更详细地示出了本发明的集装箱锁的一部分；

图8更详细地示出了本发明的集装箱锁的另一部分；

图9是透视图，它示出了具有下切凹口和锁定臂的下锁定凸耳；

图10是透视图，它从不同角度示出了下锁定凸耳；

图11是从上方看到的示意图，它示出了用于锁住轴以防止转动的机械；

图12是从上方看到的示意图，其中，锁定臂已从下切凹口抽出的情况；

图13是从上方看到的示意图，其中，锁定臂与轴以及下切凹口的一部分相接触；

图14是从上方看到的示意图，其中，锁定臂已与下切凹口啮合，并可防止该锁定臂转动而离开所述凹口；

图15的示意图示出了集装箱锁被插入下部狭槽或锁定沟槽(groove)中的情况；

图16示出了图15所示的集装箱锁在被插入和被锁定的情况；

图17为通过处于插入位置的上锁定凸耳的剖面图；

图18是与图17相似的剖面图，其中，锁定凸耳处于被转动的锁定位置。

具体实施方式

在图5和图6中示出的集装箱锁1包括第一和第二锁定元件。在这些附图中，锁定元件被表示成锥形凸耳2、3，当然，锁定元件也可以具有不同形状。锁定元件与外壳7相连，在图5中，外壳7被表示成由相互连接的上壳部8和下壳部9构成。如图8中清楚地看到的那样，第一锁定元件与上壳部8形成为一整体。锁定元件能被结合到毗连的集装箱上对应的锁定部4、5上，并且能转动，以便以锁定方式与集装箱啮合。通常，集装箱锁1被结合到集装箱角部，但是，也可以想到，它也能被结合到集装箱的其它部分上。如可从图7、图9和图10中看到的那样，第二锁定元件具有轴6。轴6可平移地被安装在外壳7中，外壳7与第一锁定元件相连，使得轴6能沿轴向移入外壳7中或从外壳7移出。具体地说，当第二锁定元件压向它对应的集装箱或集装箱角部时，轴6就会沿轴向移动。从图7、图9和图10可以看出，轴6被成形为具有弯曲的引导部11和13。从图9和图10中可以看出，集装箱锁1也具有对应的弯曲引导部10和12，这些弯曲引导部与轴6上的弯曲引导部11和13配合。弯曲引导部10和12位于外壳7上，并且与外壳7形成一个整体。例如，从图10中可以看出，位于轴6和外壳7上的这些引导件或引导部10、11、12、13被设置成相互配合，以便当轴6沿轴向移动时，可使轴6转动，致使轴6的轴向移动可引起第二锁定元件相对于外壳7转动。例如，外壳7上的一上弯曲引导部10与轴6上的上弯曲引导部11配合。在图10中，当轴6沿轴向向上移动时，轴上的引导部11将贴着外壳7上的弯曲引导部10滑动，从而迫使轴6转动。从图9和图11-14可以非常清楚地看到，轴6具有被突起15覆盖的下切凹口14。集装箱锁1在外壳7中还具有锁定臂16。如图12所示，锁定臂16具有铰接部25，使得锁定臂16能朝轴6转动，也可远离轴6转动。于是，如图13所示，当轴6处于第一角位置且第二锁定元件压向它对应的集装箱或集装箱角部时，锁定臂16能与下切凹口14啮合或脱开。在图14中，表示出了轴6的第二角位置，在该位置，第二锁定元件以锁定方式与它的对应的集装箱角部衔接，覆盖着下切凹口14的突起15可防止锁定臂16转动远离所述凹口。在这个位置中，锁定臂16可防止轴6被转动到使第二锁定元件不与它的对应的集装箱角部衔接的角位置。可将外壳7中的弹性元件22设置成能作用在轴6上，以便迫使第二锁定元件沿轴向离开外壳7，从而使得第二锁定元件转动离开第二角位置。在图9和图10中，弹性元件22被表示成螺旋弹簧22。螺旋弹簧22的一端与轴6的一部分相连，螺旋弹簧22的另一端与外壳7相连。当将轴6压入外壳7时，必须克服螺旋弹簧22的力才能实现轴的这种轴向移动。当轴6已被压入外壳中时，螺旋弹簧22迫使轴6向下移动，从而使锁定元件相互推离。

在一优选实施方式中，第一和第二锁定元件是凸耳2、3，集装箱角部上对应的锁定部4、5被成形为具有狭槽17、18，凸耳2、3能进入和转入这些狭槽中，以便以锁定方式与集装箱角部衔接。但是，至少从原理上还可想像出一些实施方式，在这些实施方式中，第一和第二锁定元件被成形为凹入部，这些凹入部与集装箱上的凸出锁定部相啮合。尽管可以设想第一锁定元件是下凸耳3的一些实施方式，但是，第一锁定元件通常是上凸耳2，第二锁定元件是下凸耳3。

在从图9和图11-14中可以最清楚地看到的本发明一优选实施方式中，锁定臂16被弹性元件19朝轴6偏压。弹性元件19可以是处于外壳7中的螺旋弹簧19。在图11中表示出了螺旋弹簧19位于下壳部9中的情况。在本发明此实施方式中，如图9所示，在螺旋弹簧19的作用下，锁定臂16一直(constantly)压向轴6。外壳7中设有致动器20，该致动器被设置成当致动器20被电信号驱动时，该致动器20就使锁定臂16转动离开下切凹口14。

优选致动器20是形状记忆合金致动器20。这种形状记忆合金致动器可包括一系列叠置的平行导电板和一系列的形状记忆合金连接件，在一系列叠置的平行导电板中，每一导电板利用绝缘层与相邻的叠置的平行导电板分隔开，所述绝缘层被设置成在相邻的叠置的平行导电板之间提供电绝缘并且在相邻的导电板之间提供低摩擦滑动表面，所述一系列形状记忆合金连接件把所述叠置的平行导电板系列连接起来。此一系列形状记忆合金连接件能产生使沿相邻的叠置的平行导电板之间的绝缘层滑移的力。在美国专利US6574958中公开了一种合适的形状记忆合金致动器，该专利文献在此引为参考。市售的名称为“Nanomuscle致动器”(Nanomuscle actuator)适合用于本发明的集装箱锁的形状记忆合金致动器，这种形状记忆合金致动器可从位于美国安提俄克，CA，的Nanomuscle公司获得。

如图11所示，优选外壳7可容纳用于向致动器20供电、尤其如果致动器20是形状记忆合金致动器时向其供电的电池21。

如图10、图11和图12所示，在外壳7中可设置传感器23，其用于检测锁定臂16的位置。

下面将参照图1-4和图15-16来描述本发明的集装箱锁1的功能。在图1中，所示出的集装箱锁1位于带有狭槽17的集装箱部分或集装箱角部4的下面。然后，相对于集装箱角部4移动集装箱锁1，使上锁定凸耳2通过槽17插入。上锁定凸耳2被成形为设有凹口27(见图5)，因此上锁定凸耳通过槽17插入后，它能沿图2中箭头所示方向转动。当集装箱锁1和上锁定凸耳2被转动时，上锁定凸耳2就以锁定方式与集装箱部分或集装箱角部4啮合。此时，集装箱锁不能从集装箱角部4移动，除非集装箱锁1先被再次转回。于是，上集装箱与集装箱锁1能被一起降下，并放置到下面的集装箱上，如图3所示。下面的集装箱具有带狭槽18的集装箱部分或集装箱角部5。此时通过狭槽18将下锁定凸耳3插入，如图3和图15所示。当下锁定凸耳3通过狭槽18插入时，最后达到邻近阻止凸耳3继续向下移动之处。此时，下锁定凸耳3与它的轴6以与轴6及外壳7相连的弹簧22的力相反的方向沿轴向被压入集装箱锁的外壳7内。当轴6在外壳7中沿轴向移动时，引导件10、11、12、13相互配合并迫使轴6转动。结果，与轴6成一体的下凸耳3将按图4和图16所示那样被转动至下凸耳3被锁定到集装箱部分5或集装箱角部5上的角位置。这样，这两个集装箱就被相互锁定了。轴6转动时，轴6上的下切凹口14将到达其能被锁定臂16啮合的位置，如图13所示。由于某种原因，如果需要沿相反方向转动轴6，在锁定臂16使轴6停止转动之前，轴6只能进行短距离的转动，如图14所示。在这个位置，突起15也阻止锁定臂16转回到它不阻止轴6转动的位置处。

为了防止外壳7相对于下面的集装箱角部5转动，下壳部9具有引导部26，该引导部与下面集装箱的集装箱角部5的狭槽18配合。引导部26与狭槽18相互配合，以防止外壳7转动。

应当注意的是，图5和图6示出的实施方式不同于图1-4中所示的实施方式。其区别如下。在图1-4中，上凸耳2以这样的方式被成形，即将上凸耳2如图2所示那样逆时针转动时，它将锁定到上部集装箱角部4。就此而言，由于图5和6所示的上凸耳被以这样的方式来成形，即将其顺时针转动时，它将锁定到上面的集装箱角部4，因此，图5和6所示的凸耳2是图1-4中所示凸耳2的镜像。在别的方面，这两个实施方式没有明显差别。

在卸载期间，当上面的集装箱被提升离开下面的集装箱时，致动器20被驱动，以便反向于弹簧19的力将锁定臂16拉离轴6。这只有在上面的集装箱仍然座落在下面的集装箱上而使得下凸耳3如图16所示那样压向下面的集装箱并且轴6处于图13所示的角位置时才能实现。由于某些原因，如果有人在集装箱锁1被卸下之前试图提升上面的集装箱，将发生下面的情况。下凸耳3将不再直接压向下面的集装箱。结果，弹簧22将使轴6产生短距离的轴向位移。轴6产生短距离的转动，直到它到达图14所示位置为止。在这个位置，锁定臂16阻止轴6进一步转动，突起15将锁定臂16锁定入位。在这个位置，由于下锁定凸耳还未转动到使它能通过狭槽18被卸下的位置，下锁定凸耳3将以锁定的方式与集装箱角部4衔接。

正常的卸载过程如下。首先，产生用于驱动致动器20的信号。致动器20把锁定臂16拉离轴6。在锁定臂16上具有唇部24，当锁定臂已被转动离开轴6时，该唇部与传感器23接触，如图11所示。当唇部24与传感器23接触时，可以产生表明上面的集装箱能被提升的信号。当上面的集装箱被提升起来时，由于下凸耳3不再压向下面的集装箱角部5，弹簧22向下推动轴6，下凸耳3被转动。然后，下凸耳3就能通过集装箱角部5中的狭槽18，集装箱锁1就能与下面的集装箱脱离开。

在本发明一实施方式中，锁1设置有当锁被锁定到上面的集装箱角部4上时用于抵抗上锁定凸耳2转动的机构。为了防止上锁定凸耳2太容易转动而脱开与上面的集装箱角部4的衔接，上锁定凸耳2可设有滚珠和沟槽锁定销，如图17和18所示。在上锁定凸耳2中具有一些通孔29，这些通孔开向凹口27内。销28被放置到通孔29中，并且利用弹簧加载的滚珠-沟槽结构以公知的方式将销28固定入位。如图17和18所示，销28具有沟槽30，这些沟槽能容纳滚珠31。滚珠31被弹簧32和螺母33以一种用于滚珠-沟槽锁定销的已知方式驱动。在美国专利US 6334241中也描述了这种锁定结构。

本发明的优点是，如果在集装箱锁被卸下之前上面的集装箱被提升起来，那么，集装箱锁不被脱离开，而下面的集装箱仍然被悬挂于上面的集装箱上。另一优点是，传感器可指出下面的凸耳何时能被脱离开。再一优点是，活动部件的数量少，这就降低了发生故障的危险性。由于所有的活动部件都被设置在外壳内部，因此，盐或冰对集装箱锁的功能造成影响的危险性不是很大。

如果利用形状记忆合金致动器来移动锁定臂，那么，所需的电力很小。这就意味着无需更换电池就能实现大量的开启次数。

Claims (9)

1.一种集装箱锁(1)，包括第一锁定元件和第二锁定元件，所述第一锁定元件和第二锁定元件被连接到毗连的集装箱角部上的对应的锁定部(4、5)上，并能转动，致使以锁定方式与所述集装箱角部衔接，所述第二锁定元件具有可移动地安装在与所述第一锁定元件相连接的外壳(7)内的轴(6)，致使当所述第二锁定元件压向其对应的集装箱角部时，所述轴(6)能沿轴向移动，所述轴(6)和所述外壳上的引导部(10、11、12、13)被设置成当所述轴(6)沿轴向移动时可使该轴(6)转动，使得该轴(6)的轴向移动引起所述第二锁定元件相对于所述外壳(7)转动，所述轴(6)具有被突起(15)覆盖的下切凹口(14)，所述集装箱锁(1)还包括设于所述外壳(7)中的锁定臂(16)，该锁定臂能朝向所述轴(6)转动，也能转动离开所述轴(6)，致使当所述轴(6)处于第一角位置且所述第二锁定元件压向它对应的集装箱角部时，所述锁定臂(16)能与所述下切凹口啮合或脱开，而当所述轴(6)处于所述第二锁定元件以锁定方式与其对应的集装箱角部衔接的第二角位置时，所述突起(15)能防止所述锁定臂(16)转动离开所述凹口，并且所述锁定臂(16)能防止所述轴(6)被转动到所述第二锁定元件不与其对应的集装箱角部衔接的角位置处。

2.根据权利要求1所述的集装箱锁，其特征在于，所述第一和第二锁定元件是凸耳(2、3)；所述集装箱角部上对应的锁定部(4、5)被成形为具有狭槽(17、18)，可使所述凸耳(2、3)穿入这些狭槽并转动，以便以锁定方式与所述集装箱角部衔接。

3.根据权利要求1所述的集装箱锁，其特征在于，所述锁定臂(16)在所述外壳(7)中的弹性元件(19)的作用下偏向所述轴(6)。

4.根据权利要求3所述的集装箱锁，其特征在于，在所述外壳(7)中设有致动器(20)，当所述致动器(20)被设置成当其被电信号驱动时，使所述锁定臂(16)转动离开所述下切凹口(14)。

5.根据权利要求4所述的集装箱锁，其特征在于，所述致动器(20)是形状记忆合金致动器(20)。

6.根据权利要求5所述的集装箱锁，其特征在于，所述外壳(7)容纳有电池，用于向所述致动器(20)供电。

7.根据权利要求2所述的集装箱锁，其特征在于，所述第一锁定元件是上凸耳(2)，所述第二锁定元件是下凸耳(3)。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的集装箱锁，其特征在于，在所述外壳(7)中设有弹性元件(22)，该弹性元件被设置成作用于所述轴(6)上，以便迫使所述第二锁定元件沿轴向离开所述外壳(7)，从而使所述第二锁定元件转动离开所述第二角位置。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的集装箱锁，其特征在于，在所述外壳(7)中设有传感器(23)，以便检测所述锁定臂(16)的位置。

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