CN114908809A - 用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构及使用方法，属于化工管廊建设技术领域，其包括：纵梁，纵梁的一端具有凹槽，凹槽内设有锁紧腔；横梁，横梁至少部分插置于凹槽内；生双稳态弹射组件，包括固定柱、自锁杆、伸缩气囊和驱动体，固定柱的一端与横梁连接，另一端延伸至凹槽内；驱动体固定连接于固定柱上；当伸缩气囊处于第一状态时，伸缩气囊驱动驱动体处于第一稳态，驱动体驱动自锁杆脱离锁紧腔；伸缩气囊处于第二状态时，伸缩气囊驱动驱动体处于第二稳态，驱动体驱动自锁杆进入锁紧腔。本发明利用壳体屈曲的巨大能垒进行自锁与拆卸，可保证装置连接的牢固性，且对伸缩气囊的长期气密性没有要求，适用范围广。

Description

用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构及使用方法

技术领域

本发明属于化工管廊建设技术领域，具体涉及一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构及使用方法。

背景技术

化工管廊结构，是指由横向管架、纵向桁架或纵梁等结构架构出的空间体系，具有支撑管道的作用。目前，我国的化工厂中普遍采用的是钢结构管廊，这种管廊在施工、安装等方面具有方便，可靠的优点，因此，管廊结构设计在化工厂的安全生产中扮演着不可忽视的重要角色。由于化工管廊主干线会尽可能多地连接工序和设备，常通过设备密集区，管廊的布置中应力求短而直，必须要保证管廊结构快速、稳定可靠的安装。

在自然界中，存在一种捕蝇草，其利用自身的双稳态结构可以实现开口的快速牢固闭合，这种壳体屈曲跳跃现象使捕蝇草成为植物中有名的捕猎高手。

但是目前，大部分化工管廊结构为了满足建设的牢固性，通常通过螺纹连接，这会增加化工管廊建设的时间，螺纹在这种腐蚀环境中容易生锈，增加了设备维护的成本，因此急需一种结构简单、连接稳固的仿生双稳态自锁结构，满足结构质量轻，安装快速的需求。

发明内容

为了提供一种结构简单、连接稳固，且能够满足结构质量轻，安装快速的需求的仿生双稳态自锁结构，本发明采取了如下技术方案：

一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，包括：

纵梁，所述纵梁的一端具有凹槽，所述凹槽内设有锁紧腔；

横梁，所述横梁至少部分插置于所述凹槽内；

仿生双稳态弹射组件，所述仿生双稳态弹射组件包括固定柱、自锁杆、伸缩气囊和驱动体，所述固定柱的一端与所述横梁连接，另一端延伸至所述凹槽内；所述驱动体固定连接于所述固定柱上；

其中，当所述伸缩气囊处于第一状态时，所述伸缩气囊驱动所述驱动体处于第一稳态，所述驱动体驱动所述自锁杆脱离所述锁紧腔；

当所述伸缩气囊处于第二状态时，所述伸缩气囊驱动所述驱动体处于第二稳态，所述驱动体驱动所述自锁杆进入所述锁紧腔。

进一步地，所述伸缩气囊的第一状态为收缩状态；当所述伸缩气囊处于收缩状态时，所述伸缩气囊带动所述驱动体向所述纵梁的轴线方向弯曲，并使所述驱动体处于所述第一稳态；

所述伸缩气囊的第二状态为充气状态；当所述伸缩气囊处于充气状态时，所述伸缩气囊带动所述驱动体向远离所述纵梁的轴线方向弯曲，并使所述驱动体处于所述第二稳态。

进一步地，所述仿生双稳态弹射组件至少为2组，所述伸缩气囊为矩形伸缩气囊，所述驱动体为半圆柱壳体；

其中，所述固定柱上设置有底悬臂，所述底悬臂远离所述固定柱的一端固定连接有固定转轴；所述半圆柱壳体的圆弧凸面侧的第一端与所述固定柱固定连接，第二端固定连接有定悬臂；所述定悬臂远离所述半圆柱壳体的一端固定连接有活动转轴；

所述自锁杆的第一端与所述固定转轴转动连接，第二端设置有条形滑槽，所述活动转轴远离所述半圆柱壳体的一端穿过所述条形滑槽，并与所述条形滑槽可滑动连接；

所述矩形伸缩气囊的一侧与所述半圆柱壳体的圆弧凹面固定连接；

当所述矩形伸缩气囊处于收缩状态时，所述矩形伸缩气囊带动所述半圆柱壳体处于向所述半圆柱壳体的轴线方向弯曲；

当所述矩形伸缩气囊处于充气状态时，所述矩形伸缩气囊带动所述半圆柱壳体处于向远离所述半圆柱壳体的轴线方向弯曲，所述半圆柱壳体通过所述活动转轴拖动所述自锁杆绕所述固定转轴转动，以使所述自锁杆远离所述固定转轴一端抵接于所述锁紧腔的内壁。

进一步地，所述矩形伸缩气囊为多节气囊，其中，所述矩形伸缩气囊位于所述半圆柱壳体的圆弧凹面的一侧为连通侧，所述矩形伸缩气囊的相对一侧为变形侧，所述矩形伸缩气囊的变形侧用于膨胀变形或收缩变形。

进一步地，所述仿生双稳态弹射组件为4组。

进一步地，还包括导气管和分支管；所述横梁具有空腔；所述导气管位于所述横梁的空腔内；所述分支管与所述伸缩气囊对应设置；所述分支管的第一端与所述导气管连通，第二端与所述导气管连通；所述导气管用于向所述伸缩气囊内充气或排气。

一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构的使用方法，应用于上述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，所述使用方法包括：

S10、开始安装时，设置在横梁端部的仿生双稳态弹射组件处于收缩状态，自锁杆位于横梁的截面内；半圆柱壳体处于正向弯曲状态，矩形伸缩气囊也处以自然伸直状态；

S20、通过导气管和分支管对矩形伸缩气囊进行充气，使伸缩气囊具有向半圆柱壳体弯曲的趋势；当矩形伸缩气囊储存的弹性能超过半圆柱壳跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳从正向弯曲状态突变为反向弯曲状态；通过顶悬臂与活动转轴将自锁杆顶出横梁的截面，顶进纵梁凹槽根部的锁紧腔中。

进一步地，需要拆卸时，拆卸方法如下：

S30、通过导气管和分支管对矩形伸缩气囊进行抽真空，使伸缩气囊倾向于反向弯曲；当矩形伸缩气囊储存的弹性能超过半圆柱壳跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳从反向弯曲状态突变为正向弯曲状态，通过顶悬臂与活动转轴使自锁杆脱离锁紧腔，将自锁杆拉回横梁的截面内，以实现横梁与纵梁之间的快速拆卸。

有益效果：

本发明提供的一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构及使用方法，利用壳体屈曲自身的能垒实现稳定伸展与收缩，优点如下：

1、本发明的装置主要利用壳体屈曲的巨大能垒进行自锁与拆卸，可保证装置连接的牢固性，结构质量轻、故障率低。

2、本发明的装置对伸缩气囊的长期气密性没有要求，对其材料性能要求低，制造成本低，适用范围广。

3、本发明的装置，单纯利用圆柱壳体的双稳态特性进行安装与拆卸，使得搭建与拆卸速度快，结构简单可靠。

综上，本发明具有质量轻、连接牢固、结构简单、故障率低、适用范围广、制造简便的优点，从某种意义上脱离了传统的化工管廊结构，较之于现有的多数设计的化工管廊结构，将具有更加广泛的应用空间。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图；

图2为本发明的整体结构俯视图；

图3为横梁和仿生双稳态弹射组件处于收缩状态的结构示意图；

图4为仿生双稳态弹射组件处于收缩状态的结构示意图；

图5为仿生双稳态弹射组件处于收缩状态的正视图；

图6为仿生双稳态弹射组件处于收缩状态的俯视图；

图7为横梁和仿生双稳态弹射组件处于充气状态的结构示意图；

图8为横梁和仿生双稳态弹射组件处于充气状态的结构另一视角；

图9为横梁和仿生双稳态弹射组件处于充气状态的正视图；

图10为横梁和仿生双稳态弹射组件处于充气状态的俯视图；

图11为横梁和仿生双稳态弹射组件处于充气状态的仰视图；

图12为仿生双稳态弹射组件处于充气状态的结构示意图；

图13为仿生双稳态弹射组件处于充气状态的结构另一视角；

图14为仿生双稳态弹射组件处于充气状态的结构正视图；

图15为仿生双稳态弹射组件处于充气状态的结构俯视图；

其中，1、纵梁；11、锁紧腔；2、横梁；3、仿生双稳态弹射组件；31、固定柱；32、底悬臂；33、半圆柱壳体；34、矩形伸缩气囊；35、固定转轴；36、自锁杆；37、顶悬臂；38、活动转轴；39、分支管；310、条形滑槽；4、导气管。

具体实施方式

实施例1

参考图1-15，一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，包括：

纵梁1，纵梁1的一端具有凹槽，凹槽内设有锁紧腔11；

横梁2，横梁2至少部分插置于凹槽内；

仿生双稳态弹射组件3，仿生双稳态弹射组件3包括固定柱31、自锁杆36、伸缩气囊和驱动体，固定柱31的一端与横梁2连接，另一端延伸至凹槽内；驱动体固定连接于固定柱31上；

其中，当伸缩气囊处于第一状态时，伸缩气囊驱动驱动体处于第一稳态，驱动体驱动自锁杆36脱离锁紧腔11；

当伸缩气囊处于第二状态时，伸缩气囊驱动驱动体处于第二稳态，驱动体驱动自锁杆36进入锁紧腔11。

在本实施例中，伸缩气囊的第一状态为收缩状态；当伸缩气囊处于收缩状态时，伸缩气囊带动驱动体向纵梁1的轴线方向弯曲，并使驱动体处于第一稳态；其中，第一稳态为正向弯曲状态。当驱动体处于正向弯曲状态，内部无应力，伸缩气囊也处于自然伸直状态。

伸缩气囊的第二状态为充气状态；当伸缩气囊处于充气状态时，伸缩气囊带动驱动体向远离纵梁1的轴线方向弯曲，并使驱动体处于第二稳态；其中，第二稳态为反向弯曲状态。

在本实施例中，当伸缩气囊储存的弹性能超过驱动体跳跃所需的高能垒时，驱动体从正向弯曲状态突变为反向弯曲状态。

实施例2

为了进一步实现可保证连接机构的牢固性，结构质量轻、故障率低，本实施例在实施例1的基础上进行更进一步的优化设置。

在本实施例中，仿生双稳态弹射组件3为4组，伸缩气囊为矩形伸缩气囊34，驱动体为半圆柱壳体33。

在本实施例中，半圆柱壳体33可以用不锈钢制备，防止生锈从而影响其弯曲刚度，半圆柱壳体33的正向弯曲与反向弯曲是其所具有的两稳定状态。

其中，固定柱31上设置有底悬臂32，底悬臂32远离固定柱31的一端固定连接有固定转轴35；半圆柱壳体33的圆弧凸面侧的第一端中心与固定柱31固定连接，第二端中心固定连接有定悬臂；定悬臂远离半圆柱壳体33的一端固定连接有活动转轴38。

自锁杆36的第一端与固定转轴35转动连接，第二端设置有条形滑槽310，活动转轴38远离半圆柱壳体33的一端穿过条形滑槽310，并与条形滑槽310可滑动连接。

矩形伸缩气囊34的一侧与半圆柱壳体33的圆弧凹面固定连接。

其中，矩形伸缩气囊34一侧固定半圆柱壳体33的内部，半圆柱壳体33的半圆柱限制使得矩形伸缩气囊34在充气时只能在另一侧膨胀，使得伸缩气囊具有向半圆柱壳体33弯曲的趋势。当抽去空气时，使得矩形伸缩气囊34具有反向弯曲的趋势。自锁杆36内部具有一条形滑槽310，可允许活动转轴38在其中上下滑动。

当矩形伸缩气囊34处于收缩状态时，矩形伸缩气囊34带动半圆柱壳体33处于向半圆柱壳体33的轴线方向弯曲；当半圆柱壳体33处于正向弯曲状态，内部无应力，矩形伸缩气囊34也处以自然伸直状态。

当矩形伸缩气囊34处于充气状态时，矩形伸缩气囊34带动半圆柱壳体33处于向远离半圆柱壳体33的轴线方向弯曲，半圆柱壳体33通过活动转轴38拖动自锁杆36绕固定转轴35转动，以使自锁杆36远离固定转轴35一端抵接于锁紧腔11的内壁。

在本实施例中，矩形伸缩气囊34为多节气囊，其中，矩形伸缩气囊34位于半圆柱壳体33的圆弧凹面的一侧为连通侧，矩形伸缩气囊34的相对一侧为变形侧，矩形伸缩气囊34的变形侧用于膨胀变形或收缩变形。

在本实施例中，还包括导气管4和分支管39；横梁2具有空腔；导气管4位于横梁2的空腔内；分支管39与伸缩气囊对应设置；分支管39的第一端与导气管4连通，第二端与导气管4连通；导气管4用于向伸缩气囊内充气或排气。

其中，通过导气管4和分支管39对矩形伸缩气囊34进行充气，使矩形伸缩气囊34具有向半圆柱壳体33弯曲的趋势，当矩形伸缩气囊34储存的弹性能超过半圆柱壳体33跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳体33从正向弯曲状态突变为反向弯曲状态，通过顶悬臂37与活动转轴38将自锁杆36顶出横梁2的截面，顶进纵梁凹槽根部的锁紧腔11中，实现快速安装。半圆柱壳体33双稳态之间的高能垒保证了自身弯曲后的稳定性，不再需要矩形气囊的协助，可对矩形气囊放气，对其长期气密性要求降低，降低制备成本低，可靠性高。

当需要拆卸时，导气管4和分支管39对矩形伸缩气囊34进行抽真空，使矩形伸缩气囊34倾向于反向弯曲，当矩形伸缩气囊34储存的弹性能超过半圆柱壳跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳从反向弯曲状态突变为正向弯曲状态，进而通过顶悬臂37与活动转轴38使自锁杆36脱离锁紧腔11，将自锁杆36拉回横梁2的截面内，以实现实现横梁2与纵梁1的快速拆卸。

实施例3

一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构的使用方法，应用于上述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，使用方法包括：

S10、开始安装时，设置在横梁2端部的仿生双稳态弹射组件3处于收缩状态，自锁杆36位于横梁2的截面内，以方便横梁2插入纵梁1的凹槽中；半圆柱壳体33此时处于正向弯曲状态，内部无应力，矩形伸缩气囊34也处以自然伸直状态；

S20、通过导气管4和分支管对矩形伸缩气囊34进行充气，使伸缩气囊具有向半圆柱壳体33弯曲的趋势，当矩形伸缩气囊34储存的弹性能超过半圆柱壳跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳从正向弯曲状态突变为反向弯曲状态，进而通过顶悬臂37与活动转轴38将自锁杆36顶出横梁2的截面，顶进纵梁1凹槽根部的锁紧腔11(即卡槽)中，实现快速安装。

此时，半圆柱壳体33双稳态之间的高能垒保证了自身弯曲后的稳定性，不再需要矩形气囊的协助，可对矩形气囊放气，对其长期气密性要求降低，降低制备成本低，可靠性高。

在本实施例中，需要拆卸时，拆卸方法如下：

S30、通过导气管4和分支管39对矩形伸缩气囊34进行抽真空，使矩形伸缩气囊34倾向于反向弯曲，当矩形伸缩气囊34储存的弹性能超过半圆柱壳体33跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳体33从反向弯曲状态突变为正向弯曲状态，进而通过顶悬臂37与活动转轴38使自锁杆36脱离锁紧腔11(卡槽)，将其拉回横梁2的截面内，以实现横梁2与纵梁1之间的快速拆卸。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，其特征在于，包括：

纵梁，所述纵梁的一端具有凹槽，所述凹槽内设有锁紧腔；

横梁，所述横梁至少部分插置于所述凹槽内；

仿生双稳态弹射组件，所述仿生双稳态弹射组件包括固定柱、自锁杆、伸缩气囊和驱动体，所述固定柱的一端与所述横梁连接，另一端延伸至所述凹槽内；所述驱动体固定连接于所述固定柱上；

其中，当所述伸缩气囊处于第一状态时，所述伸缩气囊驱动所述驱动体处于第一稳态，所述驱动体驱动所述自锁杆脱离所述锁紧腔；

当所述伸缩气囊处于第二状态时，所述伸缩气囊驱动所述驱动体处于第二稳态，所述驱动体驱动所述自锁杆进入所述锁紧腔。

2.根据权利要求1所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，其特征在于，所述伸缩气囊的第一状态为收缩状态；当所述伸缩气囊处于收缩状态时，所述伸缩气囊带动所述驱动体向所述纵梁的轴线方向弯曲，并使所述驱动体处于所述第一稳态；

所述伸缩气囊的第二状态为充气状态；当所述伸缩气囊处于充气状态时，所述伸缩气囊带动所述驱动体向远离所述纵梁的轴线方向弯曲，并使所述驱动体处于所述第二稳态。

3.根据权利要求2所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，其特征在于，所述仿生双稳态弹射组件至少为2组，所述伸缩气囊为矩形伸缩气囊，所述驱动体为半圆柱壳体；

其中，所述固定柱上设置有底悬臂，所述底悬臂远离所述固定柱的一端固定连接有固定转轴；所述半圆柱壳体的圆弧凸面侧的第一端与所述固定柱固定连接，第二端固定连接有定悬臂；所述定悬臂远离所述半圆柱壳体的一端固定连接有活动转轴；

所述自锁杆的第一端与所述固定转轴转动连接，第二端设置有条形滑槽，所述活动转轴远离所述半圆柱壳体的一端穿过所述条形滑槽，并与所述条形滑槽可滑动连接；

所述矩形伸缩气囊的一侧与所述半圆柱壳体的圆弧凹面固定连接；

当所述矩形伸缩气囊处于收缩状态时，所述矩形伸缩气囊带动所述半圆柱壳体处于向所述半圆柱壳体的轴线方向弯曲；

当所述矩形伸缩气囊处于充气状态时，所述矩形伸缩气囊带动所述半圆柱壳体处于向远离所述半圆柱壳体的轴线方向弯曲，所述半圆柱壳体通过所述活动转轴拖动所述自锁杆绕所述固定转轴转动，以使所述自锁杆远离所述固定转轴一端抵接于所述锁紧腔的内壁。

4.根据权利要求3所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，其特征在于，所述矩形伸缩气囊为多节气囊，其中，所述矩形伸缩气囊位于所述半圆柱壳体的圆弧凹面的一侧为连通侧，所述矩形伸缩气囊的相对一侧为变形侧，所述矩形伸缩气囊的变形侧用于膨胀变形或收缩变形。

5.根据权利要求4所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，其特征在于，所述仿生双稳态弹射组件为4组。

6.根据权利要求1所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，其特征在于，还包括导气管和分支管；所述横梁具有空腔；所述导气管位于所述横梁的空腔内；所述分支管与所述伸缩气囊对应设置；所述分支管的第一端与所述导气管连通，第二端与所述导气管连通；所述导气管用于向所述伸缩气囊内充气或排气。

7.一种用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构的使用方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构，所述使用方法包括：

S10、开始安装时，设置在横梁端部的仿生双稳态弹射组件处于收缩状态，自锁杆位于横梁的截面内；半圆柱壳体处于正向弯曲状态，矩形伸缩气囊也处以自然伸直状态；

S20、通过导气管和分支管对矩形伸缩气囊进行充气，使伸缩气囊具有向半圆柱壳体弯曲的趋势；当矩形伸缩气囊储存的弹性能超过半圆柱壳跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳从正向弯曲状态突变为反向弯曲状态；通过顶悬臂与活动转轴将自锁杆顶出横梁的截面，顶进纵梁凹槽根部的锁紧腔中。

8.根据权利要求7所述的用于化工管廊快速建设的仿生双稳态自锁结构的使用方法，其特征在于，需要拆卸时，拆卸方法如下：

S30、通过导气管和分支管对矩形伸缩气囊进行抽真空，使伸缩气囊倾向于反向弯曲；当矩形伸缩气囊储存的弹性能超过半圆柱壳跳跃所需的高能垒时，半圆柱壳从反向弯曲状态突变为正向弯曲状态，通过顶悬臂与活动转轴使自锁杆脱离锁紧腔，将自锁杆拉回横梁的截面内，以实现横梁与纵梁之间的快速拆卸。

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