一种机械自锁式集装箱电磁扭锁及其操作方法

本发明属于集装箱船舶系固设备，尤其涉及一种机械自锁式集装箱电磁扭锁及其操作方法。

背景技术：

1、集装箱在船舶甲板或货舱内堆装运输时，需要通过扭锁、桥锁、绑扎杆等系固装置限制箱体与船体之间的相对运动，防止集装箱在横摇、纵摇、冲击振动及堆码载荷作用下发生滑移、倾覆或脱离。扭锁通过锁头与集装箱角件孔配合实现锁紧与释放，是集装箱运输体系中重要的箱间连接和防脱构件，其结构设计、强度校核和试验验证通常需要参照iso3874、gb/t16956以及船级社货物系固手册的相关要求。

2、现有集装箱扭锁主要包括人工操作式、半自动式和自动式。人工扭锁依赖人员登轮或进入作业区域完成插拔、旋转和确认，存在劳动强度大、作业效率低以及误锁、漏锁等安全风险。为减少人工干预，现有半自动或全自动扭锁通常采用落箱重力、弹簧复位、扭簧蓄能、螺旋面导向或螺纹副配合等方式实现锁头旋转和保持，也有部分方案利用电磁铁、电机或外部控制机构完成解锁或驱动旋锁动作，但在电磁铁意外断电后，会出现自动解锁的情况，安全性较低。该类结构虽可实现一定程度的自动闭锁，但在船舶长期横摇、纵摇、冲击振动、盐雾和粉尘环境下，仍难以同时兼顾锁止到位可靠性、失电状态下的机械保持。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种安全性高、同时兼顾锁止到位可靠性和失电状态下的机械保持的机械自锁式集装箱电磁扭锁。

2、本发明的第二目的是提供一种机械自锁式集装箱电磁扭锁的操作方法。

3、技术方案：本发明公开一种机械自锁式集装箱电磁扭锁，包括固定安装在船体上或集装箱顶部的底座，滑动安装在底座上方的浮动座，活动设置在浮动座上、用于锁定底座和浮动座的限位销组件，活动安装在浮动座上、随着浮动座在待锁定集装箱的重力作用下向下滑动的过程中同步转动并卡住待锁定集装箱的锁体，设置在底座上、与限位销组件配合在浮动座向下滑动至极限位置时使限位销组件锁定底座和浮动座的电磁组件，以及安装在底座和浮动座之间、在电磁组件解除对底座和浮动座的锁定时使浮动座和锁体复位的复位组件。

4、进一步，所述底座包括固定安装在船体上或集装箱顶部的底板以及两个对称安装在底板顶部的自锁板，所述底板上开设有供锁体穿过的底部通孔，两个自锁板上分别开设有l型的第一自锁槽，且两个第一自锁槽镜像对称设置。

5、进一步，所述浮动座包括承压板，两个对称安装在承压板底部的自锁套板，以及固定安装在承压板底部且位于两个自锁套板之间的套筒；所述承压板上开设有供锁体穿过的且与套筒连通的顶部通孔，两个自锁套板上分别开设有l型的第二自锁槽，且两个第二自锁槽镜像对称设置；两个所述自锁套板分别滑动套接在两个自锁板的外周，且浮动座向下滑动至极限位置时，位于同一侧的第一自锁槽和第二自锁槽完全重合。

6、进一步，所述限位销组件包括贯穿位于同一侧的第一自锁槽和第二自锁槽的滑移杆，位于自锁套板内侧且与滑移杆固定连接、与电磁组件配合的铁制的限位块，以及固定安装在滑移杆上用于防止滑移杆从第二自锁槽上脱落的限位挡板；所述滑移杆的直径小于第一自锁槽的槽宽。

7、进一步，所述限位销组件还包括位于自锁套板外侧且与滑移杆固定连接的、在电磁组件断电失效时用于手动移动滑移杆的手动应急释放件。

8、进一步，所述锁体包括贯穿浮动座和底座的主锁轴，固定安装主锁轴顶部且位于浮动座上方的上锁头，固定安装主锁轴底部且位于底座下方的下锁头，固定安装在主锁轴上的从动销；所述套筒上开设有旋转导向槽，所述从动销沿着旋转导向槽滑动。

9、进一步，所述上锁头和下锁头均设置为四棱台结构，且上锁头和下锁头关于主锁轴对称设置；所述上锁头底面的矩形的宽度小于待锁定集装箱底部开设的连接口的宽度，以方便连接口贯穿上锁头后待锁定集装箱支撑在承压板上；上锁头底部的矩形的长度大于待锁定集装箱底部开设的连接扣的宽度，以方便上锁头转动至极限位置后卡在待锁定集装箱上。

10、进一步，所述电磁组件包括四个矩形阵列安装在底板上且用于驱动滑移杆移动的电磁铁，且四个电磁铁位于两个自锁板中间，其中两个电磁铁分别位于其中第一自锁槽的两端，另外两个电磁铁分别位于另一个第一自锁槽的两端。

11、进一步，所述复位组件包括多个均匀分布的复位弹簧，所述复位弹簧的顶端与自锁套筒的内壁固定连接、底端与自锁板固定连接。

12、基于同样的发明构思，本发明还公开一种机械自锁式集装箱电磁扭锁的操作方法，控制机械自锁式集装箱电磁扭锁自锁的方式如下：

13、集装箱底部的连接口贯穿上锁头后支撑在承压板上并带动承压板向下运动，承压板向下运动的过程中从动销沿着旋转导向槽滑动，使得主锁轴转动；

14、当承压板向下运动至极限位置时，主锁轴转动至极限角度处，使得上锁头从卡住集装箱的连接口；此时第一自锁槽和第二自锁槽完全重合，且限位销组件在其自身重力作用下运动至第一自锁槽的竖向部与横向部交汇的地方；

15、使其中两个对角设置的两个电磁铁通电，这两个电磁铁通电分别驱动两组限位销组件分别进入对应侧第一自锁槽的横向部末端，使得限位销组件、第一自锁槽和第二自锁槽将浮动座、锁体固定在当前位置，保持自锁状态，使这两个电磁铁断电；

16、控制机械自锁式集装箱电磁扭锁解锁的方式如下：

17、使另外两个对角设置的两个电磁铁通电，这两个电磁铁通电分别驱动两组限位销组件从第一自锁槽的横向部末端运动至第一自锁槽的竖向部与横向部交汇点，而后将电磁铁断电；

18、将集装箱抬起，浮动座在复位弹簧的作用下向上运动，浮动座向上运动的过程中从动销沿着旋转导向槽滑动，使得主锁轴反向转动；

19、当承压板向上运动至初始位置时，主锁轴反向转动至初始位置，使得上锁头解除对集装箱的连接口的限位。

20、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明利用集装箱自身重力触发闭锁，无需施加外部压力；通过限位销组件与浮动座配合实现锁体转动并卡住集装箱，通过电磁铁组件驱动限位销组件移动实现自锁，使得锁体维持卡住集装箱的状态；解锁时，反向驱动限位销组件移动实现解锁，集装箱抬起后复位弹簧使得锁体反向转动解除对集装箱的限位，浮动座、锁体恢复至初始位置；自锁和解锁操作简单，方便实际应用。本发明自锁时，两组限位销组件形成方向相反的几何约束，使整体始终处于自锁状态，能够有效提升集装箱系固安全可靠性；且本发明的电磁组件仅用于驱动限位销组件移动，在自锁和解锁后均断电，不需要依靠电磁组件的电磁吸力维持自锁状态，也即电磁组件在失电状态下，两组限位销组件形成方向相反的几何约束依然可以实现机械保持。

1.一种机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：包括固定安装在船体上或集装箱顶部的底座（1），滑动安装在底座（1）上方的浮动座（2），活动设置在浮动座（2）上、用于锁定底座（1）和浮动座（2）的限位销组件（3），活动安装在浮动座（2）上、随着浮动座（2）在待锁定集装箱的重力作用下向下滑动的过程中同步转动并卡住待锁定集装箱的锁体，设置在底座（1）上、与限位销组件（3）配合在浮动座（2）向下滑动至极限位置时使限位销组件（3）锁定底座（1）和浮动座（2）的电磁组件，以及安装在底座（1）和浮动座（2）之间、在电磁组件解除对底座（1）和浮动座（2）的锁定后使浮动座（2）和锁体复位的复位组件。

2.根据权利要求1所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述底座（1）包括固定安装在船体上或集装箱顶部的底板（4）以及两个对称安装在底板（4）顶部的自锁板（5），所述底板（4）上开设有供锁体穿过的底部通孔（6），两个自锁板（5）上分别开设有l型的第一自锁槽（7），且两个第一自锁槽（7）镜像对称设置。

3.根据权利要求2所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述浮动座（2）包括承压板（8），两个对称安装在承压板（8）底部的自锁套板（9），以及固定安装在承压板（8）底部且位于两个自锁套板（9）之间的套筒（10）；所述承压板（8）上开设有供锁体穿过的且与套筒（10）连通的顶部通孔（23），两个自锁套板（9）上分别开设有l型的第二自锁槽（11），且两个第二自锁槽（11）镜像对称设置；两个所述自锁套板（9）分别滑动套接在两个自锁板（5）的外周，且浮动座（2）向下滑动至极限位置时，位于同一侧的第一自锁槽（7）和第二自锁槽（11）完全重合。

4.根据权利要求3所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述限位销组件（3）包括贯穿位于同一侧的第一自锁槽（7）和第二自锁槽（11）的滑移杆（12），位于自锁套板（9）内侧且与滑移杆（12）固定连接、与电磁组件配合的铁制的限位块（13），以及固定安装在滑移杆（12）上用于防止滑移杆（12）从第二自锁槽（11）上脱落的限位挡板（15）；所述滑移杆（12）的直径小于第一自锁槽（7）的槽宽。

5.根据权利要求4所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述限位销组件（3）还包括位于自锁套板（9）外侧且与滑移杆（12）固定连接的、在电磁组件断电失效时用于手动移动滑移杆（12）的手动应急释放件（14）。

6.根据权利要求3所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述锁体包括贯穿浮动座（2）和底座（1）的主锁轴（16），固定安装主锁轴（16）顶部且位于浮动座（2）上方的上锁头（17），固定安装主锁轴（16）底部且位于底座（1）下方的下锁头（18），固定安装在主锁轴（16）上的从动销（19）；所述套筒（10）上开设有旋转导向槽（20），所述从动销（19）沿着旋转导向槽（20）滑动。

7.根据权利要求6所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述上锁头（17）和下锁头（18）均设置为四棱台结构，且上锁头（17）和下锁头（18）关于主锁轴（16）对称设置；所述上锁头（17）底面的矩形的宽度小于待锁定集装箱底部开设的连接口的宽度，以方便连接口贯穿上锁头（17）后待锁定集装箱支撑在承压板（8）上；上锁头（17）底部的矩形的长度大于待锁定集装箱底部开设的连接扣的宽度，以方便上锁头（17）转动至极限位置后卡在待锁定集装箱上。

8.根据权利要求4所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述电磁组件包括四个矩形阵列安装在底板（4）上且用于驱动滑移杆（12）移动的电磁铁（21），且四个电磁铁（21）位于两个自锁板（5）中间，其中两个电磁铁（21）分别位于其中一个第一自锁槽（7）的两端，另外两个电磁铁（21）分别位于另一个第一自锁槽（7）的两端。

9.根据权利要求3所述的机械自锁式集装箱电磁扭锁，其特征在于：所述复位组件包括多个均匀分布的复位弹簧（22），所述复位弹簧（22）的顶端与自锁套筒（10）的内壁固定连接、底端与自锁板（5）固定连接。

10.一种机械自锁式集装箱电磁扭锁的操作方法，其特征在于：控制机械自锁式集装箱电磁扭锁自锁的方式如下：