一种带机械时序联动的混合动力折叠式铝合金活动房屋

本发明属于临时建筑与可移动房屋，特别是一种带机械时序联动的混合动力折叠式铝合金活动房屋。

背景技术：

1、折叠式活动房屋因具备运输便捷、搭建快速、可重复利用的特点，广泛应用于各类户外临时场景。目前现有技术中，针对折叠式活动房屋及光伏折叠房已公开多项技术方案，但均存在核心技术缺陷，无法满足野外、应急场景的核心使用需求，具体如下：

2、驱动系统存在固有缺陷，无法兼顾省力、低耗、精准控制与安全性。现有折叠房的展开与撤收多采用纯人力、单一电动或单一气动驱动方案。纯人力操作劳动强度大，单人无法完成大规格房屋的展开，耗时久、对操作人员技能要求高；如公开号为cn109537732a的中国专利公开了一种箱式折叠房屋，依赖人力或吊装设备展开，操作费力、效率极低，无法适配应急救灾的快速部署需求。

3、单一电动驱动方案，需电机同时克服板件启动时的最大静摩擦力与重力负载，对电机峰值功率要求高、功耗大，在无市电的野外 / 灾区场景难以长期应用；且无机械联动结构，仅靠电气程序控制多板件动作，一旦程序出错、传感器故障或断电，极易出现板件动作干涉、卡死甚至坠落事故，容错率低、安全性差；如公告号为cn216865479u的中国专利公开了一种新型光伏发电折叠房屋，仅采用单一电动推杆驱动板件折叠，电机额定功率必然要求高，瞬时峰值高，整体功耗大，且无机械时序限位，完全依赖电气控制，易出现动作干涉，在野外无市电场景续航能力极差。

4、单一气动方案虽可提供快速顶升力，但无法实现复杂连杆机构的精确顺序控制与末端自锁；野外低温环境下气动元件易发生泄漏故障，运行稳定性欠佳；且需配套气泵设备，进一步增大设备体积并提高使用成本，难以适配轻量化、便携化的应用需求。现有技术中，针对驱动系统的改进多聚焦于单一动力源的参数优化，尚未提出气动与电动分工协同的驱动方案，无法同时解决省力与低功耗的矛盾。

5、折叠收纳结构设计不合理，防护性差、体积利用率低。现有折叠房的板件折叠顺序无针对性优化，收纳后板件外露、结构松散，不仅占用运输空间大，还易在运输过程中发生板件磕碰、变形、密封件损坏，防护性极差；且无嵌套式限位结构，折叠后板件易发生窜动，存在运输安全隐患。现有技术中，折叠房运输过程中的结构损坏率高达30%以上，重复使用次数不足50次，使用寿命短，使用成本高。

6、光伏系统与房屋本体脱节，离网续航能力弱。现有光伏折叠房多将光伏组件作为墙板 / 屋顶的替代件，未与房屋的折叠结构深度融合，折叠状态下光伏组件随墙体向内折叠，被完全遮挡无法充电，仅能在展开状态下补能，而应急救灾、野外作业场景中，房屋大部分时间处于折叠运输状态，无法实现光伏补能，离网续航能力极弱；且光伏储能系统仅为生活负载供电，未针对驱动机构的瞬时大电流、待机低功耗的用电特性进行匹配优化，电机启动时极易造成电池电压跌落、保护停机，能源利用率低，驱动系统的续航无法保障。

7、综上，现有技术无法同时满足“低人力强度操作、低功耗精准驱动、无市电场景长期续航、收纳紧凑防护性好”的核心需求，亟需开发一种具备机械联动、混合动力协同及全场景光伏补能功能的折叠式铝合金活动房屋，以克服现有技术存在的诸多固有缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷或不足，提供一种集成光伏离网储能、气动-电动混合动力协同、机械-电气双控制、嵌套式全包裹收纳的折叠式铝合金活动房屋。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种带机械时序联动的混合动力折叠式铝合金活动房屋，所述房屋包括固定箱、对称铰接于固定箱左右两侧的两组扩展箱、混合动力协同驱动系统以及光伏储能一体化系统；

3、所述扩展箱包括顶板、底板、两块分设于前后端的侧墙板，以及一个外端墙板；

4、所述混合动力协同驱动系统包括用于驱动顶板的气动弹簧组件、用于驱动底板与外端墙板顺序动作的机械时序折叠连杆机构，以及控制模块；

5、所述气动弹簧组件设于固定箱与顶板之间，用于承载顶板及设于顶板上的光伏组件的重力，并在展开时释放弹性势能提供顶升助力，在撤收时提供缓冲阻尼；

6、所述机械时序折叠连杆机构包括驱动源、传动机构、直线导轨和联动组件，所述驱动源通过所述传动机构驱动联动组件沿直线导轨作直线往复运动，所述联动组件与底板及外端墙板联动配合，以在展开或撤收时使底板与外端墙板执行固定时序动作；

7、所述控制模块与所述驱动源电连接，且所述控制模块通过设置在顶板展开止点处的行程传感器采集顶板到位信号，并依据预设时序逻辑控制所述驱动源的启停，与所述机械时序折叠连杆机构的机械联动相配合形成机械-电气双保险控制；

8、所述光伏储能一体化系统，用于为所述混合动力协同驱动系统提供电能。

9、进一步地，所述气动弹簧组件采用带行程末端自锁的可控式阻尼气弹簧，每组所述扩展箱对应配置有两组所述气动弹簧组件；所述气动弹簧组件的缸筒端通过第一关节轴承铰接座固定于固定箱的顶部外侧，活塞杆端通过第二关节轴承铰接座固定于扩展箱顶板下表面的加强筋板上；所述气动弹簧组件的单根公称力f的匹配公式满足：

10、

11、式中，为顶板及固定于顶板上的光伏组件的总重力；为顶板重心至其铰接旋转中心的力臂；为气动弹簧组件在顶板上的铰接点至所述旋转中心的力臂；为安全系数，且的取值范围为1.2~1.5。

12、进一步地，所述气动弹簧组件的行程与顶板的运动角度相适配，所述气动弹簧组件的阻尼系数为 1500~2500n·s/m，且在展开与撤收过程中，所述顶板的运动速度≤0.1m/s。

13、进一步地，所述传动机构包括蜗轮蜗杆传动副，所述驱动源为直流减速电机；所述直流减速电机的输出轴与所述蜗轮蜗杆传动副的蜗杆同轴固连；所述蜗轮蜗杆传动副的蜗轮螺母与平行于固定箱侧壁设置的直线导轨滑动配合，所述联动组件包括固定于所述蜗轮螺母上的联动拨块。

14、进一步地，所述机械时序折叠连杆机构为双平行四边形连杆机构，包括第一平行四边形连杆组和第二平行四边形连杆组；所述第一平行四边形连杆组由主动连杆、第一从动连杆、所述底板的内侧骨架和所述固定箱的侧壁铰接组成，其中所述主动连杆与所述联动拨块铰接，所述第一从动连杆与底板的内侧骨架铰接；所述第二平行四边形连杆组由第二从动连杆、支撑连杆、所述外端墙板的侧面和所述底板的外侧骨架铰接组成，所述第二平行四边形连杆组的输入端与所述第一从动连杆铰接，输出端与外端墙板的侧面骨架铰接；各连杆的铰接点均设置有自润滑关节轴承，且所述机械时序折叠连杆机构在完全展开状态下形成机械死点限位，以为底板提供竖向承载支撑。

15、进一步地，所述控制模块包括plc控制单元和作为行程传感器的多组行程限位开关；所述行程限位开关至少包括分别设置于所述顶板水平展开止点、底板水平展开止点以及底板撤收止点处的到位检测开关；所有行程限位开关均与所述plc控制单元的信号输入端电连接，所述plc控制单元的信号输出端与所述驱动源的驱动控制器电连接。

16、进一步地，所述固定箱内部形成用于收纳扩展箱板件的承载腔；在撤收状态下，所述侧墙板向内旋转完全收纳于承载腔的前后两侧，折叠后的底板与外端墙板嵌套收纳于所述承载腔的中部，所述顶板扣合于所述固定箱顶部，且顶板上设置的扣合限位槽与承载腔的外侧壁相适配以形成全包裹密封结构。

17、进一步地，所述侧墙板的旋转边缘内侧设置有弹簧插销式弹性锁扣，用于在房屋收纳状态下与固定箱的立柱锁止固定；在房屋展开状态下，所述侧墙板的上下边缘分别通过快拆插销与顶板和底板锁紧固定。

18、进一步地，所述光伏储能一体化系统包括光伏组件、储能电源模块和充放电管理单元；所述光伏组件平铺固定于所述固定箱和扩展箱的顶板上表面，以使光伏组件在展开与撤收状态下均朝上无遮挡受光；所述储能电源模块设于固定箱底部的防水密闭舱内；所述充放电管理单元分别与所述光伏组件、储能电源模块、混合动力协同驱动系统电连接，且所述充放电管理单元内专门设置有针对驱动源瞬时大电流特性优化的电机驱动供电回路。

19、进一步地，所述充放电管理单元内还集成有mppt光伏控制器、bms电池管理系统、逆变器，以及多重保护电路；所述电机驱动供电回路中设置有由大容量、低等效串联电阻的电解电容组成的储能模块，该储能模块与续流二极管组成单向储能回路，用以在所述驱动源启动瞬间提供峰值驱动电流。

20、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

21、（1）传统方案中省力与低能耗目标往往存在矛盾，本发明通过分工协同机制予以有效解决。其中，可控式阻尼气弹簧的公称力与顶板及光伏组件的总重力经精细化力矩平衡计算匹配，使其完全承担顶板部分的全部重力负载；人工仅需施加≤100n的初始解锁力（实施例中约80n）即可实现顶板的省力缓动展开，全程无电能消耗，大幅降低人工操作强度。此外，由于气动组件分担了最沉重的顶板载荷，机械时序折叠连杆机构仅需驱动底板与外端墙板，且无需克服启动瞬间的最大静摩擦力；配合蜗轮蜗杆的反向自锁功能，电机的额定功率仅需200w，较同规格折叠房降低60%以上，实现了严苛的低能耗驱动。

22、（2）本发明采用纯机械时序联动方式，从空间几何结构层面彻底杜绝动作干涉问题。其中，底板与外端墙板的协同折叠及展开动作，完全由“双平行四边形机械时序折叠连杆机构”的物理拓扑结构决定。在直流电机正反转驱动下，通过联动拨块与连杆组的机械约束，强制保证端墙板在移动过程中始终保持垂直状态，直至底板水平展开到位。整个动作时序完全不依赖电气程序或传感器介入，即不存在电气干涉与卡死风险，从根本上杜绝了因断电、传感器故障或软件错误导致的板件相撞、卡死或坠落事故。

23、（3）本发明房屋设计采用机电双保险控制机制，显著提升了野外恶劣环境下的系统容错能力。其中，控制模块（plc）并非对各部件动作进行盲目控制，而是通过行程限位开关自动采集顶板水平展开的到位信号，并以此作为逻辑安全触发条件，再自动启动电机执行后续的底板展开动作。这种机械时序联动与电气时序逻辑的闭环配合，实现了电气自动控制与机械时序的有机融合，构成双保险保护机制。即便在野外极低温度或恶劣环境下电气控制系统发生完全故障，纯机械结构仍可确保各板件动作顺序不出现紊乱，从而保障了极高的操作安全性。

24、（4）本发明采用嵌套式全包裹收纳结构，可同时实现收纳体积最小化与运输防护最大化。通过对板件折叠顺序的优化设计：撤收状态下，侧墙板向内旋转90°后贴合收纳于承载腔前后侧；折叠后的底板与外端墙板依次精准嵌套收纳于固定箱承载腔中部；最终由顶板完全扣合，形成全包裹结构。经测算，本发明收纳体积较同规格现有产品缩小30%，空间利用率显著提升，可直接适配标准集装箱运输。此外，嵌套式收纳可对内部板件形成物理限位锁止，经1000次运输振动循环试验验证，其结构最大变形量仅为0.3mm（较现有技术降低82.4%），有效避免了传统折叠房在运输过程中的碰撞与变形损伤，使房屋重复部署的使用寿命从50次提升至200次以上，具备优异的抗振防窜动性能。

25、（5）本发明突破了传统光伏折叠房“折叠后组件被遮挡无法充电”的技术限制，仅将硬质光伏组件平铺集成于最外层顶板表面。无论房屋处于完全展开的驻留状态，还是处于折叠的运输状态，所有光伏组件均能保持朝上无遮挡受光，折叠状态下的补能效率仍可达展开状态的92%以上。

26、（6）本发明针对电机特性开展单向大电流回路优化设计。充放电管理单元并非仅为生活负载供电，而是针对直流减速电机启动瞬间大电流、低阻抗的用电特性进行硬件级匹配。在供电回路中并联大容量、低esr电解电容储能模块，构成单向储能回路，可瞬时输出30a的峰值驱动电流，从根本上避免电机启动时锂电池组因电压跌落触发bms保护停机的问题。设备在满电状态下可支持不少于100次完整的展开/撤收循环，在无市电场景中能够实现数月的可靠离网续航。

27、（7）房屋整体框架结构完全采用 6061-t6 铝合金型材焊接，主体型材壁厚≥3mm（关键承重部位型材壁厚≥4mm），在保证承载力（完全展开状态下竖向承载力≥200kg/m²）的前提下，自重较同规格钢结构降低了 45%，正常使用寿命长达 15 年以上，具备高适应性的野外恶劣环境防护。

28、（8）所有板件拼接边缘以及顶板的扣合限位槽内，均嵌装有连续的三元乙丙海绵发泡密封胶条。在完全展开后，各板件拼接处能形成连续的 ip65 级高标准密封，可完全适应-40℃~60℃的极端环境温度，满足应急救灾及恶劣野外作业防风、防水、保温的严苛需求。

29、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。