CN116716984B - 一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房 - Google Patents
一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房，属于箱式房技术领域，包括主体结构部件和设置在主体结构部件之间的机械部件，主体结构部件包括倒T形基结构、两面顶板、两面底板、两面侧墙和四面端墙，其中，机械部件包括平面六连杆机构、并联式六连杆机构、U形铰链和合页铰链，在预设位置连接伺服电动缸作为动力元件，驱动主体结构部件以倒T形基结构为中心对称展开或收纳。本发明可实现二连体箱式房的同步折展，确保折叠时状态紧凑，展开时结构密闭，折展动作具有高度对称性，驱动元件作用于中柱的反力沿水平方向的分量可相互抵消，避免中柱侧向倾覆，极大改善折展过程中的结构受力，提升施工稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及箱式房技术领域，尤其涉及一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房。
背景技术
目前市场上的箱式房从运输的角度主要分为整体式和打包式两类，整体式箱式房在运输时受到道路交通法规的限制，一辆平板车通常只能运载两台，运输成本非常之高，且仓储场地空间占用大；打包式箱式房虽然运输较为方便且仓储场地空间占用小，但运输前需要将整体拆分成部件，运输完成后还要就地组装，拆装工序较为繁琐，耗费时间和人力。
目前出现的可折展箱式房受限于折展方案及可动关节的设计水平，通常仅适用于自重较轻的非标尺寸箱式房，存在折展过程中荷载偏心情况较严重，结构稳定性差的问题，为此，设计一种新型的可折展标准尺寸箱式房，以突破前述技术瓶颈具有重要的意义。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房，可实现二连体箱式房的同步折展，确保折叠时状态紧凑，展开时结构密闭，折展动作具有高度对称性，驱动元件作用于中柱的反力沿水平方向的分量可相互抵消，避免中柱侧向倾覆，极大改善折展过程中的结构受力，提升施工稳定性和安全性。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房，包括主体结构部件和设置在所述主体结构部件之间的机械部件，所述主体结构部件包括倒T形基结构、两面顶板、两面底板、两面侧墙和四面端墙，其中，所述机械部件包括平面六连杆机构、并联式六连杆机构、U形铰链和合页铰链，在预设位置连接伺服电动缸作为动力元件，进而驱动主体结构部件以倒T形基结构为中心对称展开或收纳，展开状态下外尺寸为5990×6055×2896mm3，内尺寸为5690×5935×2516mm3，收纳状态下外轮廓尺寸为1430×6055×3198mm3，展开前后体积比约为4:1，U形铰链设置在端墙和倒T形基结构之间使得四面端墙可绕U形铰链向内折叠至倒T形基结构以内，平面六连杆机构设置在侧墙和底板之间用以将两面侧墙同步向下折叠贴合底板，并联式六连杆机构设置在倒T形基结构和顶板之间用以将两面顶板同步向下折叠贴合倒T形基结构，合页铰链设置在倒T形基结构与底板之间使得侧墙与底板可绕合页铰链向上翻折贴合顶板。
优选地，所述倒T形基结构由中柱以及与其连接的柱间连梁和条形筏板组成，并通过地脚锚栓与地面固定，在折展过程中保持不动，为动力元件提供支反力，是折展过程中结构体的主要受力部件。其折叠过程包含四个步骤：首先将四面端墙绕U形铰链向内折叠至中柱以内；然后利用平面六连杆机构将两面侧墙同步向下折叠贴合底板；再利用并联式六连杆机构将两顶板同步向下折叠贴合中柱；最后将侧墙与底板绕合页铰链向上翻折贴合顶板。上述步骤反向操作即可展开为标准尺寸二连体箱式房。
优选地，所述U形铰链连接中柱和端墙，人力可推动端墙绕U形铰链转动，推出状态下与中柱外边缘齐平，收纳状态下隐藏于中柱翼缘以内。
优选地，所述平面六连杆机构安装于可折展二连体箱式房展开态的四个底角处，所述平面六连杆机构通过销轴插接的方式连接底板和侧墙，在侧墙角柱和底板边梁处预留销孔，插入伺服电动缸后可驱动侧墙沿平面六连杆机构确定的运动路径折展。
优选地，所述并联式六连杆机构安装于可折展二连体箱式房展开态的中柱上段，通过销轴插接的方式连接中柱和两面顶板，在适当位置预留销孔，插入伺服电动缸后可驱动两侧顶板沿并联式六连杆机构确定的运动路径同步折展。
优选地，所述合页铰链安装于底板和倒T形基结构的条形筏板之间，并确保同侧铰链的同轴性，在中柱和底板边梁处预留销孔，插入伺服电动缸后可驱动两侧底板绕合页铰链中轴同步折展。
优选地，所述平面六连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆、滑杆和第一连接板相互枢接并与滑槽共同组成。
优选地，所述并联式六连杆机构由所述平面六连杆机构的连杆通过共用滑架和钢轨并联而成，滑架嵌套于钢轨中，可沿钢轨上下滑动。
优选地，所述U形铰链由U形回转臂、支座和背板组成，U形回转臂转动连接在支座上，支座与背板连接。
优选地，所述伺服电动缸与所述可折展二连体箱式房可拆卸连接，电动缸可拆卸复用，并通过PLC电控系统使完成同一折展动作的多个伺服电动缸保持同步性，且速度可调。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明可实现二连体标准尺寸箱式房的同步折展，由于折展动作具有高度对称性，使得驱动元件作用于中柱的反力沿水平方向的分量可相互抵消，避免中柱侧向倾覆，极大改善折展过程中的结构受力，提升施工稳定性和安全性。
（2）本发明通过多连杆机构和铰链控制结构部件的运动路径，可有效避免结构部件在折展过程中的几何干涉和物理碰撞，确保折叠时状态紧凑，展开时结构密闭，展开前后体积比可达4:1，整个运动过程连续、可逆、几何相容，结构部件变形可控，附加内力小。
（3）所使用的机械部件均为单自由度机构，驱动方式简单、构造合理、传力可靠，零件间主要采用销轴插拔的组装方式，连接方便、可拆卸复用，展开并锁定后的多连杆机构还可兼做结构斜撑，有效提高箱式房抗侧刚度和承载力。
（4）考虑各折展动作对电动缸的行程要求，在结构部件和机械部件的相应位置预留插拔接口，可方便嵌入伺服电动缸装置。通过PLC控制箱的触摸屏或遥控器控制电动缸伸缩，进而驱动结构部件折展，实现了折展过程的自动化，伺服电动缸可提供的驱动力大，方便拆卸复用；电控系统可保证完成同一折展动作时同组电动缸的同步性和稳定性，且运动速度可调；与液压系统相比，电控系统质量轻、体积小，方便搬运且场地更为清洁。
（5）本可展箱式房为标准尺寸，故满足模块化生产的要求，可沿横向扩展，可沿竖向堆叠，适用于各种工作场景，满足不同功能需求。
附图说明
.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房展开态下的结构组成外观图；
图2为本发明基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房展开态下的结构组成内景图；
图3为本发明可折展二连体箱式房结构孔位示意图；
图4为本发明中平面六连杆机构的零件组成示意图，图5和图6均为零件详图；
图7为本发明中平面六连杆机构及对应伺服电动缸的安装示意图；
图8为本发明中并联式六连杆机构的零件组成示意图，图9为零件详图；
图10为本发明中并联式六连杆机构及对应伺服电动缸的安装示意图；
图11为本发明中U形铰链的零件组成示意图，图12为零件详图；
图13为本发明中U形铰链的安装示意图；
图14为本发明中合页铰链及对应伺服电动缸的安装示意图；
图15、图16、图17为本发明端墙折叠过程的示意图；
图18、图19、图20为本发明侧墙折叠过程的示意图；
图21、图22为本发明顶板折叠过程的示意图；
图23、图24为本发明底板折叠过程的示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
可展结构在折叠状态下体积小，便于运输和存储；需要使用时，可快速展开成形，这与施工临设的功能需求十分契合。目前出现的可折展箱式房受限于折展方案及可动关节的设计水平，通常存在以下问题：运动路径不易控制，折展精度低，导致板件间相互磨损或展开后密闭性差，后期连接时连接件易错位；自动化程度低，通常要借助吊车、叉车等机械设备辅助折展，需要较多的人工干预；折展过程中荷载偏心情况较严重，结构稳定性差，有倾覆或坍落的风险；机械部件强度低，仅适用于自重较轻的非标尺寸箱式房。为此，设计一种新型的可折展标准尺寸箱式房，以突破前述技术瓶颈具有重要的意义。
本实施例提供了一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房，实现高精度、自动化、快速折展的功能需求，大幅提升施工效率和安全性，显著降低运输及储存成本，推动箱式房生产及施工技术的革新。
.图1-2所示为本发明的展开态，包括主体结构部件和设置在所述主体结构部件之间的机械部件：所述主体结构部件包括倒T形基结构1、双顶板2、双底板3、双侧墙4和四面端墙5；其中，倒T形基结构1由中柱1-1、柱间连梁1-2和条形筏板1-3组成，并通过地脚锚栓与地面固定；在折展过程中，中柱1-1为动力元件提供支反力，是结构体的主要受力单元。为减轻结构自重，且方便开槽加工，中柱设计为槽形截面薄壁构件；为防止中柱腹板发生局部屈曲，沿其高度方向布置横向加劲肋进而将中柱划分为若干区格。所述机械部件包括平面六连杆机构6、并联式六连杆机构7、U形铰链8和合页铰链9。可拆卸式密封条设置于板件之间的间隙，电路电气预埋于板件中。
所述顶板2由顶框架（含边梁、纵梁、次梁）、彩钢屋面瓦、玻璃丝棉及彩钢板吊顶组成；所述底板3由底框架（含边梁、纵梁、次梁）、PVC橡胶地板、水泥结构板、玻璃丝绵及0.3mm厚彩钢单板组成；所述侧墙4由侧墙框架（含角柱和顶底梁）及彩钢夹芯板组成；所述端墙5由端墙框架（含左右柱和顶底梁）、彩钢夹芯板及门窗系统组成。
图3所示为结构部件为了接入机械部件或伺服电动缸而设置的孔位。考虑到结构的双轴对称属性，此处仅对四分之一的孔位布置进行说明。A、H为连杆插口，B、C、F、G、K均为电动缸插口，以上孔位除F外均预埋钢套筒，用于连杆第一栓柱6-3a 或电动缸销轴的插接；E、J为矩形孔，其中E用于平面六连杆机构滑槽6-5的安装，J用于并联式六连杆机构钢轨7-5的安装；D、I为6个螺孔组成的正列螺孔群，螺孔处均预埋螺纹套筒，与多连杆机构连接板的连接螺孔6-6a对齐后可进行螺栓连接；L为地脚锚栓。
在本实施例中，如图4-6所示，所述平面六连杆机构6由第一连杆6-1、第二连杆6-2、第三连杆6-3、滑杆6-4和第一连接板6-6相互枢接并与滑槽6-5共同组成。第一连杆6-1与第二连杆6-2的第二栓柱6-1a和6-2a分别与滑杆6-4的第一栓孔6-4a枢接；第一连杆6-1的第二栓孔6-1b与第三连杆6-3的第三栓柱6-3b枢接；第二连杆6-2的第四栓柱6-2b与第一连接板6-6的第三栓孔6-6c枢接；第三连杆6-3的第四栓孔6-3c与第一连接板6-6的第五栓柱6-6b枢接；滑杆6-4安装于滑槽6-5中，滑杆6-4的凹槽6-4b可沿滑槽6-5的凸轨6-5a滑动。如图7所示，第三连杆6-3的第一栓柱6-3a 在点A处插入预埋于底板边梁的钢套筒中；所述第三连杆6-3与底板在点A处销接，第一连接板6-6的6个连接螺孔6-6a与预埋在侧墙角柱内的6个正列螺纹套筒对齐并进行螺栓连接；滑槽6-5焊接于底板3的矩形孔E中。伺服电动缸前端销轴在点B处插入预焊于侧墙角柱内的钢套筒中；后端销轴在点C处插入预焊于底板边梁内的钢套筒中。上述平面六连杆机构6及电动缸装置对称布置于二连体箱式房的四个底角，通过PLC电控系统控制4部电动缸同步伸缩进而带动两侧墙4同步展开或折叠。
在本实施例中，如图8-9所示，所述并联式六连杆机构7由所述平面六连杆机构6的连杆通过共用滑架7-4和钢轨7-5并联而成。第四连杆7-1、第五连杆7-2、第六连杆7-3及第二连接板7-6分别与第一连杆6-1、第二连杆6-2、第三连杆6-3及第一连接板6-6采用相同零件规格，相互间连接方式亦相同，此处不再赘述；滑架7-4的正面焊接6个钢套筒，其中钢套筒7-4a和7-4b分别与第五连杆7-2和第四连杆7-1枢接；滑架7-4通过背面凹槽7-4e嵌套于钢轨7-5中，可沿钢轨上下滑动；钢轨7-5为10号槽钢。如图10所示，第六连杆7-3的栓柱在点H处插入预埋于中柱的钢套筒中；第二连接板7-6的6个螺孔与预埋在顶板边梁内的6个正列螺纹套筒对齐并进行螺栓连接；钢轨7-5竖直焊接于中柱1-1的矩形孔J内。伺服电动缸前端销轴插入滑架钢套筒7-4c中；后端销轴在点K处插入预埋于中柱的钢套筒中。上述并联式六连杆机构7及电动缸装置对称布置于倒T形基结构1的前后中柱处，通过PLC电控系统控制4部电动缸同步伸缩推动滑架7-4上下运动，进而带动两顶板2同步折叠或展开。
在本实施例中，如图11-12所示，所述U形铰链8由U形回转臂8-1、支座8-2和背板8-3组成。U形回转臂8-1的第五栓孔8-1a与支座8-2的第六栓柱8-2a插接，并可绕栓柱自由转动；支座8-2采用对接焊缝与背板8-3焊接；同一背板焊接两个支座，分别用于左端墙和右端墙的启闭，两支座沿竖向和横向均错开一定距离，以保证端墙收纳时不发生几何干涉，且下支座的U形回转臂后期仍可拆卸；上支座下部设三角形支托8-2b传递竖向剪力，支托8-2b与背板8-3采用角焊缝三面围焊，上表面铣平与支座下缘顶紧，以确保传力可靠（下支座尺寸同上支座，但受限于背板尺寸，支座下方不设剪力支托，而是直接支承于中柱加劲肋板之上）。如图13所示，中柱矩形孔J以下柱段被加劲肋分隔成若干区格，在第1和第9区格各安装一副U型铰链，支座背板8-3与上下加劲肋及左右翼缘四面围焊；U形回转臂8-1的矩形板8-1b开螺栓孔后与端墙边框栓接。人力可推动端墙绕U形铰链8转动，推出状态下与中柱1-1腹板外边缘齐平；收纳状态下隐藏于中柱1-1翼缘以内。
在本实施例中，如图14所示，所述合页铰链9采用栓接的方式安装于倒T形基结构的条形筏板1-3与底板3之间，单侧等间距安装3个合页铰链9，并确保其同轴性，底板可绕铰链中轴自由转动。伺服电动缸前端销轴在点F处插入预埋于中柱1-1的钢套筒中，后端销轴在点G处插入安装于底板3的耳板销孔内；伺服电动缸对称布置于前后中柱1-1的两侧，通过PLC电控系统控制4部电动缸同步伸缩驱动两侧底板3同步向下展开或向中柱1-1收拢。
在箱式房展开后，采用丁字橡胶密封条填充于板件间的缝隙并用螺栓固定，在折叠前可将其拆卸复用。在本实施例中，可拆卸密封条采用丁字型橡胶集装箱密封条，待箱式房展开后，用橡胶锤将其端部塞入缝隙中；在密封条上沿裂缝长度方向取三等分点钻孔，用螺栓将密封条和板件固定；折叠前可将密封条拆卸复用。电路电气布线可根据前述箱房折叠方案分段预埋于板件中，并避免穿越板件折叠时相互分离的部位。
在本实施例中，对基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房的折叠过程进行阐释。折叠过程按顺序可分为端墙折叠、侧墙折叠、顶板折叠和底板折叠四个步骤。
步骤一（端墙折叠）：人力推动端墙绕U形铰链转动，收纳于中柱翼缘以内，并插上插销限位，该步骤如图15-17所示。
步骤二（侧墙折叠）：为确保侧墙折叠时不与顶板发生干涉，首先控制中柱处4台伺服电动缸伸缩杆同步缩回，将顶板向上起升3°；随后控制底板与侧墙之间的4台伺服电动缸同步缩回，驱动双侧墙同步向下折叠直至与底板贴合（伸缩杆理论行程约295mm，按运动速度5mm/s计，侧墙折叠耗时不足60s），该步骤如图18-20所示。
步骤三（顶板折叠）：控制中柱处4台电动缸同步伸出，通过并联式六连杆机构带动两顶板同步向下折叠直至与中柱翼缘贴合（伸缩杆理论行程约280mm，按运动速度5mm/s计，顶板折叠耗时不足60s），该步骤如图21-22所示。
步骤四（底板折叠）：拆除此前使用的所有电动缸，在底板与中柱间的相应位置安装4台伺服电动缸，并控制其同步缩回，进而带动底板与侧墙同步向上折叠，直至与顶板贴合（伸缩杆理论行程约440mm，按运动速度5mm/s计，顶板折叠耗时不足90s），该步骤如图23-24所示。
上述步骤反向操作即为本发明的“一变二”展开过程，此处不再赘述。
如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种基于多连杆机构和电动缸驱动的可折展二连体箱式房，其特征在于：包括主体结构部件和设置在所述主体结构部件之间的机械部件，所述主体结构部件包括倒T形基结构（1）、两面顶板（2）、两面底板（3）、两面侧墙（4）和四面端墙（5），其中，所述机械部件包括平面六连杆机构（6）、并联式六连杆机构（7）、U形铰链（8）和合页铰链（9），在预设位置连接伺服电动缸作为动力元件，进而驱动主体结构部件以倒T形基结构（1）为中心对称展开或收纳，U形铰链（8）设置在端墙（5）和倒T形基结构（1）之间使得四面端墙（5）可绕U形铰链（8）向内折叠至倒T形基结构（1）以内，平面六连杆机构（6）设置在侧墙（4）和底板（3）之间用以将两面侧墙（4）同步向下折叠贴合底板（3），并联式六连杆机构（7）设置在倒T形基结构（1）和顶板（2）之间用以将两面顶板（2）同步向下折叠贴合倒T形基结构（1），合页铰链（9）设置在倒T形基结构（1）与底板（3）之间使得侧墙（4）与底板（3）可绕合页铰链（9）向上翻折贴合顶板（2）。
2.根据权利要求1所述的可折展二连体箱式房，所述倒T形基结构（1）由中柱（1-1）以及与其连接的柱间连梁（1-2）和条形筏板（1-3）组成。
3.根据权利要求2所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述U形铰链（8）连接中柱（1-1）和端墙（5），端墙（5）绕U形铰链转动，推出状态下与中柱外边缘齐平，收纳状态下隐藏于中柱（1-1）翼缘以内。
4.根据权利要求1所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述平面六连杆机构（6）安装于可折展二连体箱式房展开态的四个底角处，所述平面六连杆机构（6）通过销轴插接的方式连接底板（3）和侧墙（4）。
5.根据权利要求2所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述并联式六连杆机构（7）安装于可折展二连体箱式房展开态的中柱（1-1）上段，通过销轴插接的方式连接中柱（1-1）和两面顶板（2）。
6.根据权利要求2所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述合页铰链（9）安装于底板（3）和倒T形基结构（1）的条形筏板（1-3）之间，并确保同侧铰链的同轴性。
7.根据权利要求1所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述平面六连杆机构（6）由第一连杆（6-1）、第二连杆（6-2）、第三连杆（6-3）、滑杆（6-4）和第一连接板（6-6）相互枢接并与滑槽（6-5）共同组成。
8.根据权利要求7所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述并联式六连杆机构（7）由所述平面六连杆机构（6）的连杆通过共用滑架（7-4）和钢轨（7-5）并联而成，滑架（7-4）嵌套于钢轨（7-5）中，可沿钢轨（7-5）上下滑动。
9.根据权利要求1所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述U形铰链（8）由U形回转臂（8-1）、支座（8-2）和背板（8-3）组成，U形回转臂（8-1）转动连接在支座（8-2）上，支座（8-2）与背板（8-3）连接。
10.根据权利要求1所述的可折展二连体箱式房，其特征在于：所述伺服电动缸与所述可折展二连体箱式房可拆卸连接。
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| GB742318A (en) * | 1952-03-08 | 1955-12-21 | Georg Ivar Otto Moltke Hansen | Improvements in or relating to transportable housing structures |
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| CN212716049U (zh) * | 2020-04-03 | 2021-03-16 | 上海同集信息科技有限公司 | 可扩展的箱式模块房屋 |
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2023
- 2023-08-02 CN CN202310963351.1A patent/CN116716984B/zh active Active
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