CN209972293U - 一种自动升降的车载集装箱智能锁 - Google Patents

Abstract

一种自动升降的车载集装箱智能锁，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、底座和导槽基础，平台、底座和导槽基础均位于框架内；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

一种自动升降的车载集装箱智能锁

技术领域

本实用新型涉及智能锁领域，尤其是一种自动升降的车载集装箱智能锁。

背景技术

目前集装箱车载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，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，但两种方案均需要工人手动操作来完成，主要存在两个弊端，一、不仅工作效率底，还可能存在误操作；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，集装箱运输过程中可能存在脱扣甚至掉箱事故发生，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。

本实用新型就是为了解决以上问题而进行的改进。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自动升降的车载集装箱智能锁，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、底座和导槽基础，平台、底座和导槽基础均位于框架内；

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；

传动机构包含联轴器和电机，锁头和电机之间设置有丝杆、轴承和导槽，所述电机的驱动轴通过联轴器与丝杆相连，电机通过驱动丝杆，分别实现锁体的上升、旋转以及下降；

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；

所述传感器包含距离传感器、称重传感器和电磁销，所述电磁锁和距离传感器均内置于导槽内；

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；

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；

所述距离传感器分为第一组传感器和第二组传感器，所述第一组传感器安装在第一层平台上表面，第二组传感器安装在第二层平台下表面；

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端，框架的内侧设置有衬垫；

所述导槽基础安装在第二层平台上，所述走线孔与导槽基础贴合安装在第二层平台上；

所述第二层平台的中心位置设置有圆孔，所述圆孔位于导槽基础之间；

所述锁孔呈长方形结构；

更进一步的，所述锁头位于锁肩的上端，锁头、锁肩均呈长方体结构，锁头能插入至锁孔中，锁肩紧连导管，导管能插入至圆孔中；

所述导管的底端设置有法兰，所述丝杆通过法兰连接至锁肩的底端，所述轴承位于丝杆上；

所述导槽位于导管的外侧；

具体的，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，实现减振的同时，实现避免极端温度的功能；

第一组传感器安装在平台上，称重传感器位于框架顶端的上表面；

其中，走线孔设置有2个，第一排水孔、第二排水孔、第三排水孔和导槽基础均设置有4个，所述底座、衬垫均通过螺栓连接在框架上，衬垫主要是为了保温和减震，底座和基座上的排水孔用于排水，主要用于保护电机、电源以及单片机系统；基座位于框架内，电机的底部与基座固定，基座通过衬垫后与底座连接。

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片机、电源系统之间的连线。

所述锁肩中设置有螺帽，所述螺帽安装在与锁肩相连的丝杆的顶端，法兰和锁肩之间通过螺栓连接，所述轴承连接底座、衬垫和锁座。

所述电机为24V直流电机，所述导槽和导槽基础之间通过螺栓连接。

所述第一组传感器包含第一距离传感器～第六距离传感器，第二组传感器包含第七距离传感器～第十距离传感器，称重传感器包含第一称重传感器～第四称重传感器；

其中第一组传感器中的第四距离传感器、第五距离传感器、第六距离传感器分别是第一距离传感器、第二距离传感器、第三距离传感器的备份传感器，用于检测导管的上升和下降的精确定位，在导管到达特定位置后，传感器发送信息给单元控制器，控制器以此得到锁头在垂直方向所处的精确位置；第二组传感器用于检测锁头在上升至最高平面后在水平平面旋转时的内锁头的精确位置；称重传感器检测车载集装箱的实时承载状态。

所述电磁锁包含第一电磁锁～第四电磁锁，主要起到辅助固定锁头位置的功能。

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，车辆到站后可给直流电源系统充电。

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云端系统报警。

本实用新型的有益效果在于：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；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是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的锁座框架结构正视图。

图2是本实用新型提出的一种自动升降的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是本实用新型提出的一种自动升降的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的俯视图。

图10是图8的侧视图。

图11是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的上锁状态传感器正视图。

图12是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的上锁状态传感器侧视图。

图13是图11中A1-A1截面俯视图。

图14是图11中A2-A2截面俯视图。

图15是图11中A3-A3截面俯视图。

图16是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的起始状态结构示意图。

图17是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的上锁状态结构示意图。

图18是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的闭锁状态结构示意图。

图19是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的开锁状态结构示意图。

图20是本实用新型提出的一种自动升降的车载集装箱智能锁的终止状态结构示意图。

图21是单节车载平台智能锁安装位置示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。

参照图1～图10所示，该自动升降的车载集装箱智能锁，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和导槽基础10，平台、底座9和导槽基础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，导管33转动的时候，带着锁肩32一起转动；

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、轴承38和导槽41，所述电机42的驱动轴通过联轴器40与丝杆34相连，电机42通过驱动丝杆34，分别实现锁体的上升、旋转以及下降；

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；

所述传感器包含距离传感器、称重传感器和电磁销，所述电磁锁和距离传感器均内置于导槽41内；

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；

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；

所述距离传感器分为第一组传感器和第二组传感器，所述第一组传感器安装在第一层平台2下表面和第二层平台3上表面，第二组传感器安装在第二层平台3的下表面；

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；

所述导槽基础10安装在第二层平台2上，所述走线孔4与导槽基础10贴合安装在第二层平台2上；

所述第二层平台2的中心位置设置有圆孔，所述圆孔位于导槽基础10之间；

所述锁孔呈长方形结构；

更进一步的，所述锁头31位于锁肩32的上端，锁头31、锁肩32均呈长方体结构，锁头31能插入至锁孔中，锁肩32紧连导管33，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位于丝杆34上；

所述导槽41位于导管33的外侧；

具体的，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，实现减振的同时，实现避免极端温度的功能；

第一组传感器安装在平台上，称重传感器位于框架1顶端的上表面；

所述第一组传感器包含第一距离传感器51～第六距离传感器56，第二组传感器包含第七距离传感器57～第十距离传感器60，称重传感器包含第一称重传感器65～第四称重传感器68；

其中第一组传感器中的第四距离传感器54、第五距离传感器55、第六距离传感器56分别是第一距离传感器51、第二距离传感器52、第三距离传感器53的备份传感器，用于检测导管33的上升和下降的精确定位，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在垂直方向所处的精确位置；第二组传感器用于检测锁头在上升至最高平面后在水平平面旋转时的内锁头的精确位置；称重传感器检测车载集装箱的实时承载状态。

所述电磁锁包含第一电磁锁61～第四电磁锁64，主要起到辅助固定锁头位置的功能，传感器和电磁锁与锁体和平台的位置关系见图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，车辆到站后可给直流电源系统充电；

其中，走线孔4设置有2个，第一排水孔5、第二排水孔6、第三排水孔11和导槽基础10均设置有4个，所述底座9、衬垫7均通过螺栓连接在锁座框架1上，衬垫7主要是为了保温和减震，底座9和基座上的排水孔用于排水，主要用于保护电机、电源以及单片机系统；基座位于锁座框架1内，电机42的底部与基座固定，基座通过衬垫7后与底座9连接。

第一层平台2主要承载锁头，第二层平台3主要承载导管和传感器，走线孔4用于位于第一层平台2的元器件的信号线、电源线和位于底部的单片机、电源系统之间的连线。

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的底部设置有4个第二排水孔6，主要用于将锁座内部的积水排到外部，实现了锁的防水功能。

所述走线孔4贯穿第一层平台2接入到导槽41内部，第一层平台2上部元器件的信号线及电源线由此管内接入。

所述单元控制器采用cortex-M系列内核的STM32型单片机，单片机配置有加速度计、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)收集各距离传感器检测结果，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)具体根据第二组传感器监测的结果判断锁体处于闭锁状态和开锁状态，分别激活第一电磁锁61～第四电磁锁64；

(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云端系统预警；

(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，控制电磁锁收缩以及电机42的旋转，来实现开锁。

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、电磁锁缩进，电机工作，锁头水平旋转；

S4、传感器61～64将持续检测锁肩位置信息，在锁头水平旋转过程中，单元控制器同步接收到传感器的检测信息，随着锁头旋转，必定在某一时刻，传感器61～64会同时均检测不到锁肩，此时锁头旋转了90度，在垂直方向落入框架顶部锁孔内部，单元控制器认定锁头达到了水平指定位置，此时电磁销弹出，则进行下一步；

S5、电机继续工作，锁体下降；

S6、传感器51～53逐步检测目标，传感器51～53检测到锁体，则继续到达指定的垂直位置；若没有检测到锁体，则返回S5；

S7、停止下降，电磁锁缩进，完成S6中指定位置后，锁体停止下降；

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、电机工作，锁体上升；

Y4、传感器51～53分别检测信号参数，若均未检测到，说明锁体还没上升到指定位置，则返回Y3；若检测到参数，则继续下一步；

Y5、锁体到达指定垂直位置；

Y6、锁体水平范围旋转；

Y7、传感器61～64检测目标，若传感器61～64均未检测到目标信号时，说明锁头未完全旋转90度，还没旋转到指定位置，则返回Y6；若传感器61～64同时均检测到目标信号时，说明锁头旋转了90度，锁体到达了指定水平位置，则继续下一步；

Y8、电机停止转动，电磁锁弹出，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。

该智能锁电源使用直流24V。

锁座固定焊接在车载平台上，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，锁头上平面与锁座上平面持平；

(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，正处于运输过程状态；

(4)开锁状态：在闭锁状态基础上锁头旋转90度，锁体型态类似与上锁状态类似；

(5)终止状态：锁头上平面与锁座上平面持平，回到起始状态。

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，并旋转90度，集装箱被锁住；在检测过程中，集装箱被锁住，一直处于闭锁状态；所述开锁过程为：集装箱卸货前需要开锁，锁体旋转90度后下降，最终锁头上平面与锁座上平面持平。

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。

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。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种自动升降的车载集装箱智能锁，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)和导槽基础(10)，平台、底座(9)和导槽基础(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)、轴承(38)和导槽(41)，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；

所述传感器包含距离传感器、称重传感器和电磁销，所述电磁锁和距离传感器均内置于导槽(41)内。

2.如权利要求1所述的一种自动升降的车载集装箱智能锁，其特征在于，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；

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。

3.如权利要求2所述的一种自动升降的车载集装箱智能锁，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)；

所述导槽基础(10)安装在第二层平台(3)上，所述走线孔(4)与导槽基础(10)贴合安装在第二层平台(3)上；

所述第二层平台(3)的中心位置设置有圆孔，所述圆孔位于导槽基础(10)之间。

4.如权利要求2所述的一种自动升降的车载集装箱智能锁，其特征在于，所述锁孔呈长方形结构。

5.如权利要求3所述的一种自动升降的车载集装箱智能锁，其特征在于，所述锁头(31)位于锁肩(32)的上端，锁头(31)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；

所述锁肩(32)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)位于丝杆(34)上；

所述导槽(41)位于锁肩(32)的外侧。

6.如权利要求3所述的一种自动升降的车载集装箱智能锁，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。

7.如权利要求2所述的一种自动升降的车载集装箱智能锁，其特征在于，所述距离传感器分为第一组传感器和第二组传感器，所述第一组传感器安装在第一层平台(2)上表面，第二组传感器安装在第二层平台(3)下表面，称重传感器位于框架(1)顶端的上表面。

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