CN109760700A - 一种车载集装箱智能锁 - Google Patents
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Abstract
一种车载集装箱智能锁，包括结构部分和控制部分，所述控制部分安装在结构部分内，所述结构部分包含锁座、锁体和传动机构；所述锁座包含框架、平台、底座，平台、底座均位于框架内；所述锁体包含锁头、锁肩及导管，导管紧连着锁肩，导管转动的时候，带着锁肩一起转动；该智能锁将原连接车载平台和集装箱的锁从完全机械化升级到自动化和智能化，极大的提升了工作效率，是大幅提升集装箱运输行业的自动化和信息化水平的核心部件，填补了行业技术空白。
Description
技术领域
本发明涉及智能锁领域，尤其是一种车载集装箱智能锁。
背景技术
目前集装箱陆地运输时多采用火车或者货车(以下统称“车载平台”)，集装箱和车载平台之间主要靠FTR锁将集装箱和车载平台连接，运输过程中保持集装箱处于稳定的状态，火车运输时每节车共有8个锁座(见图21)，分别为：1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#，8#，集装箱主要有20英尺和40英尺两种规格，运输两个20英尺集装箱可分别使用1#，2#，7#，8#和3#，4#，5#，6#各四个锁，运输1个40英尺集装箱使用1#，4#，5#，8#共四个锁，此时2#，3#，6#，7#四个锁需收缩到锁座内部或翻转到平台底部，目前这两种方案的集装箱装锁均为纯机械方式，装卸时开锁闭锁均由工人手动来完成，主要存在两个弊端，一、工作效率低；二、在运输过程中，这些锁的实时状态无法监控，如有损坏而没及时发现，集装箱运输过程中存在脱扣甚至有掉箱事故发生。
因此需要重新设计一种能满足同一承载平台分别运输(或混合运输)40英尺和20英尺集装箱业务的需求。
本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种能实现自动升降，实时监控锁体和集装箱的状态，可广泛应用于车载平台，满足同一平台分别或混合运输集装箱业务需求的自动升降的车载集装箱智能锁。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种车载集装箱智能锁，包括结构部分和控制部分，所述控制部分安装在结构部分内，所述结构部分包含锁座、锁体和传动机构；
所述锁座包含框架、平台、底座和导槽，平台、底座和导槽均位于框架内；
所述锁体包含锁头、锁肩及导管，导管紧连着锁肩；
传动机构包含联轴器和电机，锁头和电机之间设置有丝杆轴承，所述电机的驱动轴通过联轴器与丝杆相连；
所述控制部分包含传感器、电源系统和单元控制器，电源系统和单元控制器安装在底座上；
所述平台包含第一层平台和第二层平台，第一层平台位于第二层平台的上端，所述框架的最顶端设置有锁孔，第一层平台位于锁孔的下方；
所述电源系统和单元控制器均安装在第一层平台的下方，单元控制器和电源系统分别位于第二层平台的两侧；
进一步的，所述第二层平台的剖面为长方形，第二层平台的长边两端与框架相连；
更进一步的，所述框架内还设置有孔，所述孔包含走线孔、第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔，第一排水孔位于底座的四周，第二排水孔位于框架的底端四周，第三排水孔位于第一层平台上；
所述底座位于框架的底部，框架的内侧设置有衬垫；
所述导槽安装在第一层平台上，所述走线孔与导槽安装在第一层平台上；
所述第一层平台的中心位置设置有圆孔，所述圆孔位于导槽之间；
具体的，所述锁孔呈长方形结构；
所述锁头位于锁肩的上端，锁头和锁肩呈长方体结构，锁头能插入至锁孔中，导管能插入至圆孔中；
所述衬垫设置在底座和框架之间，衬垫的材质为柔性隔热材料；
其中，走线孔设置有2个，第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔均设置有4个，导槽设置有2个，螺栓若干，螺栓设置有第一螺栓和第二螺栓，所述底座、衬垫和锁座通过第一螺栓连接在框架上，衬垫主要是为了保温和减振，底座和框架底端的排水孔用于排第二平台以下的积水，主要用于保护电机、电源以及单元控制器系统；电机的底部与底座固定，底座通过衬垫后与框架的底端连接。
第一层平台主要承载锁头，第二层平台主要承载导管和传感器，走线孔用于位于第一层平台的元器件的信号线、电源线和位于底部的单元控制器、电源系统之间的连线。
所述导管的底端设置有法兰，所述丝杆通过法兰进入到导管内部；
所述导管内部设置有螺帽，所述螺帽安装在丝杆的顶端，安装完成后的螺帽与丝杆保持牢固连接并相对静止，螺帽随着丝杆的转动而同步移动，法兰和导管之间通过第二螺栓连接。
所述电机为24V直流电机。
所述电源系统采用两种方案，其一是采用车载平台的电源，需要电源转换装置将电压变换为直流24V，其二采用独立电源，即配置蓄电池供智能锁系统使用，车载电源给蓄电池系统充电。
该智能锁匹配集装箱底部顶角的角件，在车载平台上与集装箱底部每个角件对应的部位分别设有一个本发明的智能锁，一个集装箱通过四个本发明的智能锁能够实现对集装箱的锁紧和实时监测。本发明通过线缆或无线信号连接车载集中控制器、通过无线信号连接远程控制中心。
工作原理为：单元控制器在检测到集装箱安装在指定位置前提下，控制锁体自动升起，并实现闭锁；单元控制器接收到系统开锁指令后，自动开锁，并锁体下降到锁座内；单元控制器实时监控锁运行状态和集装箱承载状态，一旦发现锁状态异常或者集装箱承载状态异常，立刻自动向车载集中控制器和远程控制中心报警。
本发明的有益效果在于：在单元控制器的作用下，实现锁体的自动升降、旋转，实现开锁闭锁，并实时监控锁体和集装箱的状态，可广泛应用于车载平台，满足同一平台分别或混合运输40英尺和20英尺集装箱业务需求；该智能锁将原连接车载平台和集装箱的锁从完全机械化升级到自动化和智能化，极大的提升了工作效率，是大幅提升集装箱运输行业的自动化和信息化水平的核心部件，填补了行业技术空白；锁头亦可以根据不同场景具体需求进行更换，锁座和锁体结构均不需要改变，即可适应不同场景中“智能锁”的功能需求。
附图说明
图1是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的锁座框架结构正视图。
图2是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的锁座框架结构侧视图。
图3是图1中A1-A1截面俯视图。
图4是图1中A2-A2截面俯视图。
图5是图1中A3-A3截面俯视图。
图6是图1中A4-A4截面俯视图。
图7是图1中A5-A5截面俯视图。
图8是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的锁体和传动机构的结构正视图。
图9是图8中A1-A1的俯视图。
图10是图8的侧视图。
图11是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的上锁状态传感器正视图。
图12是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的上锁状态传感器侧视图。
图13是图12中A1-A1截面俯视图。
图14是图12中A2-A2截面俯视图。
图15是图12中A3-A3截面俯视图。
图16是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的起始状态结构示意图。
图17是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的上锁状态结构示意图。
图18是图17中锁头旋转90度的结构示意图。
图19是本发明提出的一种车载集装箱智能锁的闭锁状态结构示意图。
图20是图19的侧视图。
图21是单节车载平台智能锁安装位置示意图。
图22是图8中A2-A2的俯视图。
图23是图8中A3-A3的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
参照图1～图10所示，该一种车载集装箱智能锁，包括结构部分和控制部分，所述控制部分安装在结构部分内，所述结构部分包含锁座、锁体和传动机构；
所述锁座包含框架1、平台、底座9和导槽10，平台、底座9和导槽10均位于框架1内；
所述锁体包含锁头31、锁肩32及导管33，导管33紧连着锁肩32；
传动机构包含联轴器40和电机42，锁头31和电机42之间设置有丝杆34和轴承38，所述电机42的驱动轴通过联轴器40与丝杆34相连；
所述控制部分包含传感器、电源系统和单元控制器，电源系统和单元控制器安装在底座9上；
所述平台包含第一层平台2和第二层平台3，第一层平台2位于第二层平台3的上端，所述框架1的最顶端设置有锁孔，第一层平台2位于锁孔的下方；
所述电源系统和单元控制器均安装在第一层平台2的下方，单元控制器和电源系统分别位于第二层平台3的两侧；
进一步的，所述第二层平台3的剖面为长方形，第二层平台3的长边两端与框架1相连；
更进一步的，所述框架1内还设置有孔，所述孔包含走线孔4、第一排水孔5、第二排水孔6和第三排水孔11，第一排水孔5位于底座9的四周，第二排水孔6位于框架1的底端四周，第三排水孔11位于第一层平台2上；
所述底座9位于框架1的底端，框架1的内侧设置有衬垫7；
所述导槽10安装在第一层平台2上，所述导槽中有一凹槽，且导槽底部有一螺孔；所述走线孔4与导槽10安装在第一层平台2上；
所述第一层平台2的中心位置设置有圆孔，所述圆孔位于导槽10之间，所述圆孔的孔壁上端高于导槽(10)底部，所述圆孔的孔壁上部两侧各有一个螺孔；
具体的，所述锁孔呈长方形结构；
所述锁头31位于锁肩32的上端，锁头31和锁肩32呈长方体结构，锁头31能插入至锁孔中，导管33能插入至圆孔中；
所述导管33的底端设置有法兰36，所述丝杆34通过法兰36连接至锁肩32的底端；
所述导管33内部设置有螺帽35，所述螺帽35的底端固定安装在与锁肩32相连的丝杆34的顶端，螺帽35的顶端位于锁肩32的底端，螺帽35随着丝杆34的上下移动而移动，法兰36和锁肩32之间通过第二螺栓41连接，所述底座、衬垫和锁座通过第一螺栓8连接在框架上；
所述衬垫7设置在底座9和框架1之间，衬垫7的材质为柔性隔热材料。
导管33的管壁外表面带有四根垂直的凹槽，底部有一个圆形凹槽，垂直的凹槽通过圆形凹槽互相相连，导管外表面垂直凹槽位置见锁体和传动机构的结构正视图(见图8)中的截面A1-A1，形状见图9，圆形凹槽位置见(图8)截面A2-A2，形状见图22，法兰外表面有两个空槽，位置以及形状形状见图23。
第二螺栓41穿过导槽10及圆孔孔壁的螺孔，伸进导管33外表面的凹槽，用于引导导管33的上升、下降以及旋转。
所述传感器包含第一类传感器、第二类传感器、第三类传感器和第四类传感器，第一类为传感器51、传感器52，用于检测导管33在起始状态的精确定位，在导管33到达特定位置后，传感器发送信息给单元控制器，控制器以此得到锁头31在垂直方向底部的精确位置；
第二类为传感器53、传感器54，用于锁体在垂直方向上升时检测位置编码并上报给单元控制器，单元控制器将读取到的位置编码与预设状态编码(0/0)相比较，如一致，若判定锁体在垂直方向上升到指定位置，默认锁体此时水平面旋转起始位置为0度，开始在水平面旋转，传感器53、传感器54实时检测锁体在水平面内旋转时的精确定位；
第三类为传感器55、传感器56，用于检测锁肩32在升降过程中的精确位置，在锁肩32下降到导槽10中的凹槽位置后，传感器发送信息给单元控制器，控制器以此得到锁头31到达闭锁位置；
第四类传感器是称重传感器，检测车载集装箱的实时承载状态。
智能锁在上锁状态时内部传感器分布的正视图、侧视图及俯视图分别见图11～图15。
所述电源系统采用两种方案，其一是采用车载平台的电源，需要电源转换装置将电压变换为直流24V，其二采用独立电源，即配置蓄电池供智能锁系统使用，车辆给蓄电池系统充电；
第一层平台2设置有4个第三排水孔11，主要用于排第一层平台2的积水，底座9中设置有4个第一排水孔5，主要用于排出底座9上部的积水，锁座框架1的底端设置有4个第二排水孔6，主要用于将锁座内部的积水排到外部，实现了锁的排水功能。
所述单元控制器采用cortex-M系列内核的STM32型单片机，单元控制器配置有加速度计、温湿度传感器、GPS/北斗双模定位模块以及GPRS模块，控制功能如下：
(1)收集各传感器检测结果，判定锁体、锁头在垂直和水平位置的精确定位；
(2)收集各称重传感器检测结果，判断承载负荷；
(3)具体根据各传感器监测的结果判断锁体处于哪种状态；
(4)控制电机42的旋转，实现锁体的升降和旋转；
(5)实时收集车锁的GPS坐标信息；
(6)收集锁座内温湿度参数，一旦检测到低于阈值的温湿度结果，及时向车载集中控制器和远程控制中心预警；
(7)通过GPRS模块，实时上传锁运行状态相关参数到车载集中控制器和通过云端系统传到远程控制中心；
(8)接收来自云端或车载集中控制器的开锁指令，控制电机42的旋转，实现开锁。
单元控制器控制开锁的主要控制流程如下：
S1、单元控制器接收系统开锁指令，包含车载集中控制器(或远程控制中心)给出的开锁指令；
S2、称重传感器检测集装箱称重参数，如果未检测到参数，则返回
S1，单元控制器向车载集中控制器(或远程控制中心)报告当前实际状态，如果检测到参数，说明集装箱落锁状态正常，则进行下一步操作；
S3、传感器56、传感器57检测锁肩，如果未检测到参数，则返回S1，单元控制器向车载集中控制器(或远程控制中心)报告当前实际状态；如检测到，说明锁头落锁状态正常，则进行下一步操作；
S4、电机工作，锁体上升；
S5、锁体旋转；传感器53、传感器54检测信号参数，并上报给单元控制器；
S6、单元控制器读取到传感器53、传感器54的位置编码，并与预设位置编码比较，判定锁体到达指定位置后，锁体停止旋转，并下降；如果单元控制器读取到的位置编码与预设位置编码不一致，返回S5；
S7、传感器51、传感器52检测信息，如果未检测到参数，继续下降；如果检测到信息，导管33停止下降；
S8、开锁完成，并保持在此状态。
单元控制器控制闭锁的主要控制流程如下：
Y1、单元控制器接收系统闭锁指令，包含车载集中控制器(或远程控制中心)给出的闭锁指令；
Y2、称重传感检测集装箱称重参数，如果未检测到参数，则返回Y1，单元控制器向车载集中控制器(或远程控制中心)报告当前实际状态，如果检测到参数，说明集装箱落锁状态正常，则进行下一步操作；
Y3、传感器51传感器52检测信号参数，若未检测到，说明锁体没在指定位置，则返回Y2；若检测到参数，则继续下一步；
Y4、电机工作，锁体上升；
Y5、传感器53、传感器54检测信号参数，并上报给单元控制器。单元控制器读取到传感器53、传感器54的位置编码，并与预设位置编码(0/0)比较，如一致，则判定到达锁体指定位置，则继续下一步；如果单元控制器读取到的传感器53、传感器54的位置编码与预设位置编码不一致，返回Y4；
Y6、锁体垂直面到达指定垂直位置，开始旋转；传感器53、传感器54分别检测信号参数，并上报给单元控制器。单元控制器读取到的传感器53、传感器54的位置编码与预设位置编码一致，判定到达指定位置，则继续下一步
Y7、锁体开始下降；
Y8、传感器55、传感器56检测目标，若传感器55、传感器56未检测到目标信号时，说明锁头还未下降到指定位置，则返回Y7；若传感器55、传感器56检测到目标信号时，说明锁头下降到位，锁体到达了指定水平位置，则继续下一步；
Y9、电机停止转动，上锁完成，并保持在此状态。
其中，锁体整体同步移动和旋转，锁体整体和电机通过联轴器实现同步旋转。
锁体共有5个工作状态，分别如下：
(1)起始状态：也是空闲状态，锁头基础与锁座上平面持平；
(2)上锁状态：锁体上升到最高处；
(3)闭锁状态：也是承载状态，此时集装箱被锁住；
(4)开锁状态：锁体型态类似于上锁状态；
(5)终止状态：回到起始状态，也是空闲状态。
各个工作状态下传感器51～传感器56的预设位置编码见表1，传感器53、传感器54在水平范围内的预设位置编码见表2。
表1传感器51～传感器56在各典型状态下的预设位置编码
其中“0”表示未检测到目标，“1”表示检测到目标，“0/1”表示可能检测到目标，也可能没有检测到目标。
表2传感器53、传感器54在水平面内预设位置编码
锁体全部工作全部由单元控制器控制，每一个状态下锁体位置分别见图16至图20。
该智能锁的常规三个操作过程分别为闭锁、监测、开锁，所述闭锁过程为：集装箱落定后，锁体持续升起到最高处，锁头旋转90度，随后锁头下降，直到锁肩落在导槽的凹槽内，并维持在这一状态，实现集装箱被锁住；所述开锁过程为：锁体上升，锁肩上升离开导槽的凹槽，锁体上升到最高位置后旋转90度，随后下降，最终锁头基础与锁座上平面持平。所述监测过程为：集装箱被锁住，一直处于闭锁状态，单元控制器实时监控锁运行状态和集装箱承载状态，一旦发现锁状态异常或者集装箱承载状态异常，立刻自动向车载集中控制器和远程控制中心报警。
在实际使用中，锁头亦可以根据不同场景具体需求仅将锁头更换为其他形状/型号的锁头，锁座和锁体结构均不需要改变，即可适应不同场景中“智能锁”的功能需求。
在单元控制器的作用下，能实现自动升降，实现锁体的自动升降、旋转，实现开锁闭锁，并实时监控锁体和集装箱的状态，可广泛应用于车载平台，满足同一平台分别或混合运输40英尺和20英尺集装箱业务需求；该智能锁将原连接车载平台和集装箱的锁从完全机械化升级到自动化和智能化，极大的提升了工作效率，是大幅提升集装箱运输行业的自动化和信息化水平的核心部件，填补了行业技术空白。
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。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种车载集装箱智能锁，包括结构部分和控制部分，所述控制部分安装在结构部分内，其特征在于：
所述结构部分包含锁座、锁体和传动机构；
所述锁座包含框架(1)、平台、底座(9)和导槽(10)，平台、底座(9)和导槽(10)均位于框架(1)内；
所述锁体包含锁头(31)、锁肩(32)及导管(33)，导管(33)紧连着锁肩(32)；
传动机构包含联轴器(40)和电机(42)，锁头(31)和电机(42)之间设置有丝杆(34)和轴承(38)，所述电机(42)的驱动轴通过联轴器(40)与丝杆(34)相连；
所述控制部分包含传感器、电源系统和单元控制器，电源系统和单元控制器安装在底座(9)上；
所述平台包含第一层平台(2)和第二层平台(3)，第一层平台(2)位于第二层平台(3)的上端，所述框架(1)的最顶端设置有锁孔，第一层平台(2)位于锁孔的下方；
所述电源系统和单元控制器均安装在第一层平台(2)的下方，单元控制器和电源系统分别位于第二层平台(3)的两侧。
2.如权利要求1所述的一种车载集装箱智能锁，其特征在于，所述第二层平台(3)的剖面为长方形，第二层平台(3)的长边两端与框架(1)相连。
3.如权利要求2所述的一种车载集装箱智能锁，其特征在于，所述框架(1)内还设置有孔，所述孔包含走线孔(4)、第一排水孔(5)、第二排水孔(6)和第三排水孔(11)，第一排水孔(5)位于底座(9)的四周，第二排水孔(6)位于框架(1)的底端四周，第三排水孔(11)位于第一层平台(2)上；
所述底座(9)位于框架(1)的底端，框架(1)的内侧设置有衬垫(7)；
所述导槽(10)安装在第一层平台(2)上，所述走线孔(4)与导槽(10)安装在第一层平台(2)上；
所述导槽(10)中有一个凹槽且底部有一螺孔；
所述第一层平台(2)的中心位置设置有圆孔，所述圆孔位于导槽(10)之间，所述圆孔的孔壁上端高于导槽(10)底部，所述圆孔的孔壁上部两侧各有一个螺孔。
4.如权利要求1所述的一种车载集装箱智能锁，其特征在于，所述锁孔呈长方形结构。
5.如权利要求3所述的一种车载集装箱智能锁，其特征在于，所述锁头(31)位于锁肩(32)的上端，锁头(31)呈棱台结构，锁肩(32)呈长方体结构，锁头(31)能插入至锁孔中，导管(33)能插入至圆孔中；
所述导管(33)的底端设置有法兰(36)，所述丝杆(34)通过法兰(36)连接至锁肩(32)的底端，所述轴承(38)位于第二层平台(3)的下方，丝杆(34)穿过轴承(38)；
所述导管(33)内部设置有螺帽(35)，所述螺帽(35)的底端固定安装在丝杆(34)的顶端，螺帽(35)的顶端位于锁肩(32)的底端。
6.如权利要求3所述的一种车载集装箱智能锁，其特征在于，所述衬垫(7)设置在底座(9)和框架(1)之间，衬垫(7)的材质为柔性隔热材料。
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