CN2075735U - 伸展式杆系单元结构 - Google Patents

Abstract

一种伸展式杆系单元结构，它由多个单元图形连 接而成，每个单元图形包括二个刚性三角形，每个三 角形包括曲杆和腹杆，曲杆的夹角α在0＜α＜360° 之间，每个三角形通过各自腹杆上的肖孔与另一三角 形腹杆上的肖孔相铰接，构成单元图形。多个单元图 形可以构成平面结构，多个平面结构可以构成空间结 构。本结构具有机构和结构双重功能，收缩后体积 小，需要时一拉即为所需的结构。改变曲杆夹角及单 元图形尺寸，做成多种形状的构件，用途广泛。

Description

本实用新型属于构件。

众所周知，用杆可以构成多种图形，其中广泛应用的是四边形和三角形。构成四边形的，就是可动的，称为机构，如增放机构，它的变幅大，构成实体快，缩小后体积小，转场运输方便，工程实例如升降车。杆系结构中，构成三角形的，是不可动的，称为结构，它稳固、承载力大，但构成实体后体积庞大、笨重，组装时操作繁琐，必须有特定的场地，转场运输很不方便，工程实例为塔吊。

本实用新型的目的是提供一种结构和机构转换自如的杆系结构，当需要承载时，一拉即为结构（一拉得），但不需要承载时，或处在储、运状态下，放松几个螺钉，“一拉得”即为机构，是可动的，可以折叠在一起，它是一种全新的结构。

为达到上述目的，本实用新型采用以下结构：

杆系单元结构由多个单元图形构成，每个单元图形包括二个刚性三角形，每个刚性三角形的结构是：由一根弦杆、一根撑杆组成的整体刚性曲杆，曲杆的夹角α在0～360°之间（0＜α＜360°）。曲杆与另一根腹杆围成一个三角形（曲杆与腹杆分别在二个平面上，假设在Ⅳ、Ⅱ平面上），三角形腹杆上开有一肖孔，在曲杆与腹杆的二个相交处的轴线上各开有一个肖孔〔7〕、〔8〕，曲杆夹角端点的轴线上开有肖孔或豁口〔9〕（在Ⅳ平面上），另一个刚性三角形同样由曲杆、腹杆构成（假定在Ⅰ、Ⅲ平面上），曲杆夹角端点的轴线上开有肖孔或豁口〔10〕（在Ⅰ平面上），二个三角形分别以Ⅱ平面上的腹杆、Ⅲ平面上的腹杆为对角线，两腹杆的肖孔用肖钉铰接，刚性三角形可围绕该铰点转动，该铰点也就是旋转中心。

各单元图形之间的连接是：第一个单元图形中，在Ⅱ、Ⅳ平面上构成的三角形的肖孔7－1与第二个单元图形中，在Ⅰ、Ⅲ平面上构成的三角形肖孔8－2对正中心，并用肖子连接成铰点（8－2，7－1），该肖子上开有螺孔；第一单元图形中，在Ⅰ、Ⅲ平面上构成的三角形的肖孔7－1，与第二个单元图形中，在Ⅱ、Ⅳ平面上构成的三角形的肖孔8－2对正中心，并用肖子连接成铰点（7－1，8－2），该肖子上开有螺孔，其余类推。各单元图形中，曲杆夹角端点的轴线上开有肖孔或豁口，可用螺钉与前面一个图形中对正位置的螺孔（8－2，7－1）或（7－1，8－2）点连接。由于每一个单元图形相对应的曲杆均在同一平面，相对应的腹杆也是在同一平面，因此，在拉伸成型为所需结构时，各杆将出现顶撞，在相邻两个单元图形中一个单元图形中的三角形的弦杆一端削去 1/(n) 个杆件厚度，在相邻的单元图形中的三角形相对应的弦杆一端削去（1－ 1/(n) ）个杆件厚度。

构成一拉得结构的每个单元图形中的每个三角形既可以绕它们各自腹杆的旋转中心做相对的自转运动，又可以随整体结构的伸展与减缩实现移动，它们的转动和移动都是链索式运动，在各自所在的平面内各个杆件的运动轨迹都是一定的。

构成一个单元图形的二个刚性三角形的腹杆的长度可以相等，也可以不相等，视整体结构几何形状而定，腹杆上所开的肖孔既可以开在腹杆中心，也可以开在其他位置，视整体结构的几何形状而定，刚性曲杆中弦杆与撑杆间的夹角可以根据不同需要而确定。

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1：构成单元图形的三角形结构示意图；

图2：杆系结构被压缩即将折叠

拢状态图；

图3：图2的侧视图；

图4：杆系结构拉伸过程状态之一；

图5：杆系结构拉伸过程状态之二；

图6：杆系结构拉伸成平面矩形桁架；

图7、图8、图9：轮廓线呈矩形或正方形的单元图形；

图10、图11：轮廓线呈等腰梯形的单元图形；

图12、图13：轮廓线呈直角梯形的单元图形；

图14：轮廓线呈平行四边形的单元图形；

图15：轮廓线呈任意四边形的单元图形；

图16、图17、图19：构成杆系结构的各单元图形的形状大小相同；

图18、图20、图21、图22中，构成杆系结构的各单元图形的形状、大小不同；

图23、图24、图25：杆系单元结构的末端刚性三角形有连接杆构成探出结构（檐结构）的示意图；

图26：由单元图形在Y、Z方向上构成的空间桁架结构示意图；

图27：由单元图形在X、Y、Z方向上构成的空间桁架结构示意图；

图28、图29：由杆系平面结构在任意方向上构成的空间桁架结构示意图；

图30、图31：构成单元图形杆件上带有榫槽（榫）或肖孔螺栓的示意图；

图32：长工作平台主视图；

图33：长工作平台俯视图；

图34：长工作平台侧视图；

图35：图32的A－A向视图；

图36：图34上的L放大图；

图37：图35上的M放大图；

图38：图34上的N放大图；

图39：由单元图形在X方向上构成的杆系平面结构示意图；

图40：图6中P点放大图；

图41：图6中Q点放大图。

图1、图2、图3、图4、图5、图6中，〔1〕、〔4〕为弦杆，〔2〕、〔5〕为撑杆，〔3〕、〔6〕为腹杆，〔11〕为二个刚性三角形腹杆上肖孔的肖子。（设定垂直纸面最靠近读者的为Ⅳ平面，顺次向纸面为Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ平面），第一个单元图形中，在Ⅱ、Ⅳ平面上构成的三角形的肖孔7－1与第二个单元图形中，在Ⅰ、Ⅲ平面上构成的三角形肖孔8－2对正中心，并用肖子连接成铰点（8－2，7－1）。肖子端面上开有螺孔，第一单元图形中，在Ⅰ、Ⅲ平面上构成的三角形的肖孔7－1与第二个单元图形中，在Ⅱ、Ⅳ平面上构成的三角形的肖孔8－2对正中心。并用肖子连接成铰点（7－1，8－2），肖子端面上开有螺孔。〔9〕为第二个单元图形在Ⅳ平面的曲杆夹角端点的肖孔或豁口。它与（8－2）（7－1）点用螺栓连接（在成型时连接）。（10）为第二单元图形在Ⅰ平面的曲杆夹角端点的肖孔或豁口，它与（7－1）（8－2）点用螺栓连接（在成型时连接），1′，1″为第二单元、第三单元图形的弦杆，4′、4″为第二、第三单元图形的撑杆。

多个单元图形连接时，由于每个单元图形的杆1，1′，1″，……。都在Ⅳ平面内；每一个单元图形的杆4，4′，4″，……。都在Ⅰ平面内，见图5，当此，“一拉得”结构即将被拉成型时，每相邻两个单元图形的杆1，1′，1″，……要互相干扰，互相“顶撞”，而不能成型，更不能实现上述用螺栓的锁定。同样，杆4，4′，4″……。也要互相干扰，互相“顶撞”，而不能成图6所示的形状。因此，必须在第一个单元图形杆1的节点（8－2，7－1）处削去 1/(n) 个杆件厚度（即削去Ⅳ平面的 1/(n) 个平面厚度）。在相邻第二个单元图形的节点9处，相对面地削去（1－ 1/(n) ）个杆件厚度〔即削去Ⅳ平面的（1－ 1/(n) ）个平面厚度〕。n＞1，这样一来，实际上每根杆1的两个端头节点处都一反一正地削去相应的杆件厚度。这就相当于在节点（8－2，7－1）处用肖子连接了第一、第二两个单元图形的3 1/(n) 个杆件厚度，即占有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个平面厚度，另外加Ⅳ平面的 1/(n) 个平面厚度，肖子端面有螺孔。节点9处有第二个单元图形的（1－ 1/(n) ）个杆件厚度，即占有Ⅳ平面的另外（1－ 1/(n) ）个平面厚度。节点（8－2，7－1）加节点9，相叠合后，共占有四个平面厚度。节点9处开有肖孔或豁口，当杆1与杆1′顺次与轴线MM重合时（见图6），节点9的肖孔或豁口正好与节点（8－2，7－1）处的螺孔对正，然后用螺栓固定（图40，41）。同理，第一单元图形中，杆4的节点（7－1，8－2）处削去 1/(n) 个杆件厚度（即削去Ⅰ平面的 1/(n) 个平面厚度）。在相邻的第二个单元图中的节点10处，相对面地削去（1－ 1/(n) ）个杆件厚度（即削去Ⅰ平面的（1－ 1/(n) ）个平面厚度）。这样一来，实际上每根杆4的两个端点节点处都一反一正地削去相应的杆件厚度。这就相当于在节点（7－1，8－2）处用肖子连接了第一、第二两个单元图形的3 1/(n) 个杆件厚度，即占有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个平面厚度，另外加Ⅰ平面的 1/(n) 个平面厚度，肖子端面有螺孔。节点10处有第二个单元图形的（1－ 1/(n) ）个杆件厚度，即占有Ⅰ平面的另外 1/(n) 个平面厚度。节点（7－1，8－2）加节点10，相叠合后，共占有四个平面厚度。节点10处开有肖孔或豁口，当杆4与杆4′顺次与轴线NN重合时（见图6），节点10的肖孔或豁口正好与节点（7－1，8－2）处的螺孔对正，然后用螺栓固定。在结构上这样一处理，就克服了处在同一平面的各个结构单元的杆1或杆4，在拉伸成型的过程中，相互“顶撞”的弊端，同时也实现了第一单元图形和第二单元图形的相互连接。同样方式，可以实现任意个单元的相互沿轴向连接。

图7、图8、图9中，单元图形中两腹杆等长，二个三角形曲杆夹角为直角，腹杆上的肖孔位置都在腹杆的中点上，这样构成了轮廓线呈矩形或正方形的单元图形。

图10、图11中，单元图形中两腹杆等长，且二个三角形曲杆的夹角分别为锐角或纯角，两腹杆上的肖孔位置都不在两腹杆的中点上。这样构成轮廓线呈等腰梯形的单元图形。

图12、图13中，单元图形中两腹杆不等长，二个三角形中，一个曲杆夹角为直角，一个曲杆夹角为锐角或钝角，两腹杆上的肖孔位置都不在两腹杆的中点上，这样，构成轮廓线呈直角梯形的单元图形。

图14中，单元图形中两腹杆不等长，二个三角形中，两曲杆夹角分别为锐角和钝角，两腹杆上的肖孔位置都在两腹杆的中点上，这样，构成了轮廓线呈平行四边形的单元图形。

图15中，单元图形中两腹杆不等长，二个三角形曲杆夹角可以任意确定，两腹杆上的肖孔位置可以不在（可以一个在，一个不在）两腹杆的中点上，这样构成了轮廓线呈任意四边形的单元图形。

图16、图17、图19中，各单元图形分别为长方形、等腰梯形、平行四边形。

图20中，单元结构为阶梯形，下面一个稍大的单元图形如前述，上面一个稍小单元图形的刚性三角形的一个或两个曲杆的一根伸出该刚性三角形外，成为

形，其伸出端有肖孔，两个这样的刚性三角形组成 ，这样，二个刚性三角形的伸出端的肖孔与下面一个稍大的单元图形的刚性三角形的端点铰接，构成阶梯形。可以连续构成阶梯形，见图21。

图23中，在杆系结构的末端单元图形上，在其中一个刚性三角形的上端铰接出一根杆（根据需要可以是直杆，也可以是曲杆，可以是一节杆，也可以是多节杆），杆长必须大于腹杆，也就是说大于刚性三角形的斜边长，成为“

”形。在这个刚性三角形中，曲杆和腹杆若处在Ⅰ、Ⅲ两个平面上，则后加的这根杆就处在Ⅱ或Ⅳ平面上；若曲杆和腹杆处在Ⅱ、Ⅳ平面上，则后加的这根杆就处在Ⅰ或Ⅲ平面上。见图23、图24、图25，当这个刚性三角形与另一个刚性三角形拼配成一个完整的单元图形时，后加的这根杆就搭在另一个刚性三角形的顶部，这样布置，随着单元图形的形成过程（见图1、图4、图5、图6）该杆可以伸出单元图形的轮廓线之外，形成探出的单元结构（或叫檐结构），同时在这种探出的单元结构形成过程中，各杆不发生“干扰”、“顶撞”现象。同理，可以构成双向探出单元结构（或叫双檐结构），无论单檐结构或双檐结构都非常实用，例如可以在瞬间形成跳水结构，可以在瞬间形成工程救险结构及其他等。

图30、图31中，当用单元图形拼成平面桁架来任意组装空间桁架，见图26、图27、图28、图29或来组装成杆系平面结构，见图39。可以在相应的杆上用榫槽联接，螺栓联接来实现，也可以用粘接、铆接、焊接形式来实现。除此以外，多个平面桁架可以用简单的联接方式拼接成一定空间桁架，见图32、图33、图34、图35中，它是由二片平面桁架在其上、下各个节点处用连接杆固连而成的空间桁架结构，它也是一种“一拉得”结构，不但拉出了整体空间桁架，也拉出了长工作平台的工作地板和安全护栏杆。

图32、图33、图34、图35中，〔13〕为第一个单元结构的下梁，它与撑杆〔17〕组成刚性直角曲杆在Ⅰ平面内，它与在Ⅲ平面上的腹杆〔15〕构成一个三角形；在第一个单元结构的上梁〔12〕与撑杆〔31〕组成的刚性直角曲杆在Ⅳ平面内，该直角曲杆与在Ⅱ平面的腹杆〔14〕构成一个三角形。这二个三角形在两个腹杆〔14〕、〔15〕的节点盒〔26〕处开有肖孔，用肖子〔21〕铰接起来。该肖子的长度小于两个腹杆节点盒厚度之和，两腹杆肖孔外侧，各安有卡环，防止腹杆肖子轴向窜动。这样，这二个三角形就可以围绕同一个中心〔21〕实现相对转动。其余的单元结构与之相同。相邻的第二个单元结构，在Ⅱ、Ⅳ平面上的三角形与第一个单元结构，在Ⅰ、Ⅲ平面上的三角形在节点盒〔16〕处铰接。两个单元结构的三角形的各个杆件，按各自所在的平面，依次排好后再用肖子铰接。连接方式见图37。相邻的第二个单元结构，在Ⅰ、Ⅲ平面上的三角形与第一个单元结构，在Ⅱ、Ⅳ平面上的三角形，在节点盒〔20〕处铰接，两个单元结构的三角形的各个杆件，按各自所在的平面，依次排好后再用肖子铰接。连接方式见图38。

见图37、图38，长工作平台结构各个单元的上梁两端，在Ⅰ、Ⅳ平面内的节点盒处都相对地削去了半个节点盒厚度。一方是用肖子连接3.5个节点盒厚度，即占有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个平面厚度，外加Ⅳ平面的半个平面厚度，肖子端面有螺孔；另一方是0.5个节点盒厚度，即占有Ⅳ平面的半个平面厚度。（反之，若3.5个节点盒厚度占有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个平面外加Ⅰ平面的半个平面厚度，则0.5个节点盒厚度占有Ⅰ平面的半个平面厚度。）当长工作台被拉成型后，0.5个节点盒厚的盒上肖孔或豁口正好与3.5个节点盒厚的盒上肖子螺孔对正。然后用螺栓将半个节点盒厚的节点盒固定在3.5个节点盒厚的节点盒上。当整个结构中所有的上梁、下梁都用上法固定了以后，长工作平台作为一个整体梁就可以承载了。

长工作平台各单元结构间的连接方式如上述。可以看出：长工作平台结构是一个链锁式结构。当松动或拆掉节点盒处的固定螺栓，若一个单元结构被外力驱动，其余单元随之运动；而有一个单元结构中某一个节点盒处的螺栓被锁定，那么整体结构中所有单元结构都不能运动。长工作平台有n个单元结构，成型后，则需用4n个螺栓锁定。在设计时若每一个螺栓的自身强度都能阻止该整体结构的运动，则每一个螺栓就可以视为该结构的一个安全系统。该结构共有4n个安全系统来限定其运动，每一个安全系统只有一个螺栓，既简单又稳定，可靠度大大提高了。

实际结构的上梁，考虑到要承受较大的局部弯矩，因而设计成工字型截面梁。在工字梁腰上，每隔一适当距离，用螺栓安装一个固定地板用的三角25，该三角上平面焊有一片钻有多个孔的扁铁30，然后将长工作平台地板22横向铺好，并用螺栓将地板与扁铁固定。

长工作平台还有安全护栏插管18，该插管与上梁的节点盒焊在一起。当拆掉长工作平台的锁定螺栓后，护栏插管可以与节点盒一起，随长工作平台折叠起来。护栏插管的孔里可以随意插入长度不等的安全护栏立杆19，以适应不同施工作业的需要。护栏立杆每隔一适当的距离有一插口，再将散装的护栏横杆插在插口上就组合了完整的护栏系统。

本实用新型的优点：本杆系结构收缩后，体积小，需要承载时，一拉即得，安装方便。它是一种具有机构和结构双重功能的杆系结构，用途十分广泛，当改变曲杆的角度以及各个单元图形的尺寸，可以做成多种外形的构件。它可以用于陆上采油井架、海上采油构架、内爬塔吊、外附塔吊、灯塔、跳水台、活动手术台、活动舞台等等。

依照本发明的原理，可以制造天空试验室，可以制造月球镇上房屋构架，可以制造用于外星球上的工程机械，为人类移居其它星球，为太空开发提供了极便利的条件。因为人们可以把初期要带入太空去的结构做得很轻巧，把大型的结构体或施工机械折叠成体积小巧的、可携带的设备，再由航天飞机送入宇宙。使用时一展即成所需的结构或机械设备。所以本发明在开发太空的事业中，是不可缺少的结构。

Claims (9)

1、一种杆系单元结构，其特征在于它由多个单元图形组成，每个单元图形包括二个刚性三角形，所述的刚性三角形包括由一根弦杆，一根撑杆组成的整体刚性曲杆，曲杆夹角α在0～360°之间，还包括一根腹杆，曲杆与腹杆围成一个刚性三角形，三角形腹杆上开有肖孔[11]，曲杆与腹杆的二个交点的轴线上分别开有肖孔[7]、[8]，曲杆夹角端点的轴线上开有肖孔或豁口[9]、[10]，二个刚性三角形的曲杆、腹杆分别处于四个平面，一个三角形的曲杆位于N平面，腹杆位于Ⅱ平面，另一三角形的曲杆位于Ⅰ平面，腹杆位于Ⅲ平面，二个刚性三角形在腹杆的肖孔[11]用肖铰接，三角形弦杆两端节点的一正一反面上分别削去 1/(n) 厚度和(1- 1/(n) )厚度，其中n＞1，各单元图形的连接是：第一单元图形中，在Ⅱ、Ⅳ平面上构成的三角形肖孔7-1与第二个单元图形中，在Ⅰ、Ⅲ平面上构成的三角形肖孔8-2对正中心，并用肖子连接成铰点(8-2，7-1)，该肖子端面上开有螺孔；第一个单元图形中，在Ⅰ、Ⅲ平面上构成的三角形肖孔7-1，与第二个单元图形中，在Ⅱ、Ⅳ平面上构成的三角形肖孔8-2对正中心，并用肖子连接成铰点(7-1，8-2)，该肖子端面上开有螺孔，其余类推。各单元图形中，曲杆夹角端点的轴线上开有肖孔或豁口[9]或[10]，可以用螺钉与前面一个单元图形中对正位置的螺孔(8-2，7-1)或(7-1，8-2)连接。

2、按权利要求1所述的杆系结构，其特征在于所述构成单元图形的二个三角形的腹杆等长，曲杆夹角为90°，腹杆上肖孔位置均在腹杆中点，单元图形轮廓线呈正方形或长方形。

3、按权利要求1所述的杆系结构，其特征在于所述构成单元图形的二个三角形的腹杆等长，曲杆夹角为锐角或钝角，腹杆上肖孔不在腹杆中点，单元图形轮廓线呈等腰梯形。

4、按权利要求1所述的杆系结构，其特征在于所述构成单元图形的二个三角形的腹杆不等长，一个三角形的曲杆夹角为直角，另一三角形曲杆夹角为锐角或钝角，腹杆肖孔不在腹杆中点，单元图形轮廓线呈直角梯形。

5、按权利要求1所述的杆系结构，其特征在于所述构成单元图形的二个三角形的腹杆不等长，一个三角形的曲杆夹角为锐角，另一个曲杆夹角为钝角，腹杆肖孔位置均在中点，单元图形轮廓线呈平行四边形。

6、按权利要求1所述的杆系结构，其特征在于所述的构成单元图形的二个三角形的腹杆不等长，二个三角形的曲杆夹角均为任意设定角，腹杆肖孔位置不在腹杆中点或一个在中点，一个不在中点，单元图形轮廓线呈任意四边形。

7、按权利要求1所述的杆系单元结构，其特征在于所述刚性三角形曲杆中的一根的一端伸出刚性三角形外，所伸出部分端点上带有肖孔，与相邻的单元图形的肖孔7－i和肖孔8－i用肖子连接，派生出阶梯状图形。

8、按权利要求1所述的杆系单元结构，其特征在于所述的单元图形的杆上装有榫槽或榫或肖孔螺栓。

9、按权利要求1所述的杆系单元结构，其特征在于所述的处于末端的单元图形上，在其中一个刚性三角形的上端铰接出一根杆，杆长大于腹杆，与另一刚性三角形拼配成一个完整单元图形时，后加的杆搭在另一刚性三角形顶部。派生出探出结构。

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