側(cè)開門集裝箱側(cè)翼和門鎖的設(shè)計

劉靜，沈微，余浪，韓月，裴益瑩

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

側(cè)開門集裝箱側(cè)翼和門鎖的設(shè)計

劉靜，沈微*，余浪，韓月，裴益瑩

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)側(cè)開門集裝箱存在側(cè)翼展開占用空間大、密封性和安全性低等問題。以1AA型號集裝箱作為研究對象，對集裝箱的側(cè)翼和后端門門鎖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。將側(cè)翼箱板分成上下兩部分，即上側(cè)板和下側(cè)板，并對其分割位置進(jìn)行計算，使上側(cè)板在舉升過程中占用側(cè)方的空間最小。同時，側(cè)翼箱板的展開便于貨物的裝卸搬運，提高了貨物的裝卸搬運效率。在集裝箱的后端門上增加了一道鎖，降低了箱內(nèi)物體被盜的風(fēng)險。改進(jìn)后的集裝箱既節(jié)省了雙翼展開后所占空間，又能提高密封性和安全性。

側(cè)開門集裝箱；密封性；安全性；門鎖聯(lián)合裝置；設(shè)計

0 引言

世界經(jīng)濟與國際貿(mào)易增速加快，將推動全球集裝箱運輸需求增幅擴大，全球范圍內(nèi)集裝箱運輸需求將保持4%左右增長[1-2]。據(jù)英國航運咨詢公司德魯里(Drewry Shipping Consultants，Drewry)估算，2018年全球集裝箱吞吐量將升至8.40億標(biāo)準(zhǔn)箱[3]。

普通集裝箱的門由兩扇組成，開關(guān)門時比較費時費力，只能通過打開后門進(jìn)行裝卸貨物，而且集裝箱體內(nèi)的產(chǎn)品不能進(jìn)行全方位展示，也不利于貨物的裝卸搬運[4]。

另外，隨著集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展，在貨物配送過程中，集裝箱經(jīng)常發(fā)生貨物被盜事件[5]。因此，集裝箱的反盜竊設(shè)計顯得極為重要，許多集裝箱配件廠也在不斷研制改進(jìn)他們的防盜產(chǎn)品[6]。

本文設(shè)計了側(cè)開門的集裝箱，并對集裝箱的門和鎖進(jìn)行了改進(jìn)，使其既減少了側(cè)箱板開啟所需空間又降低了集裝箱被盜的風(fēng)險，提高了集裝箱的密封性能。

1 側(cè)開門集裝箱設(shè)計要求

目前集裝箱在實際應(yīng)用中存在一些問題，如不方便裝卸作業(yè)，在有空間限制要求的場所，不能對內(nèi)部貨物進(jìn)行展示；由于集裝箱后端門的門鎖裝置簡單，所以存在著箱內(nèi)貨物被盜的風(fēng)險。

為了解決目前集裝箱存在占用空間大、密封性和安全性差等問題。本文將集裝箱的結(jié)構(gòu)和門鎖進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)滿足下列要求[7]：

(1)貨物裝卸的方便性要求：應(yīng)能滿足多方向快速裝卸貨物的要求。

(2)貨物裝卸的節(jié)省空間要求：應(yīng)能滿足裝卸作業(yè)過程中占用的場地空間小。

(3)集裝箱門的密閉要求：為滿足貨物的儲存要求，集裝箱需達(dá)到一定的密閉性，防止儲藏品與外界接觸，影響儲藏品質(zhì)量。

(4)集裝箱門的強度要求：為保證集裝箱的安全性，集裝箱門必須達(dá)到一定的強度要求。

(5)集裝箱門鎖的防盜要求：為了避免集裝箱內(nèi)的貨物被盜，門鎖必須滿足一定的穩(wěn)定性和安全性。

2 側(cè)開門集裝箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 側(cè)開門集裝箱結(jié)構(gòu)構(gòu)成

針對集裝箱在使用工程中存在的上述問題，本文選取1AA型號集裝箱作為研究對象，其外尺寸長為12.192 m，寬為2.438 m，高為2.591 m[8]。將左右側(cè)板改進(jìn)成為可分別向上、向下打開的兩部分結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的側(cè)開門集裝箱如圖1所示，主要包括頂梁板、上側(cè)板、下側(cè)板、端門、箱體底板和液壓裝置，其中頂梁板由頂板和矩形梁組成，矩形梁左右各鉸接一個側(cè)開門箱板，側(cè)開門箱板由頂板和上側(cè)板組成，二者為一體結(jié)構(gòu)，形成“L”形狀。在前后端板上設(shè)有液壓裝置和按鈕，液壓裝置由取力器、油泵、轉(zhuǎn)向開關(guān)、安全鎖和油缸組成，取力器通過油泵、轉(zhuǎn)向開關(guān)和安全鎖與油缸連接[9]。按動按鈕，轉(zhuǎn)向開關(guān)打開安全鎖解除，在油泵的作用下，為取力器提供向上的動力，使左右側(cè)箱板向上舉升。該過程省時省力，提高了工作效率。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分集裝箱已經(jīng)通過動力裝置實現(xiàn)集裝箱的側(cè)翼自行開啟或者關(guān)閉[10]。

液壓缸的活塞桿與側(cè)開門箱板鉸接，液壓缸支點位置在集裝箱箱頂橫梁處，通過伸出的活塞桿，與位于側(cè)開門頂板的上部支點相連[11]。上側(cè)板和下側(cè)板由鋼板制成并通過銷軸順序鉸接，并且上側(cè)板和下側(cè)板的銜接處不同于現(xiàn)有情況，如圖2所示，在這種情況下即便銷軸打開，如果上側(cè)板不打開的話，集裝箱也不能被打開，起到了很好的防盜作用[12]。同時，這種銜接方式避免了水分滲入集裝箱，提高了集裝箱的密封性。

2.2 側(cè)開門集裝箱工作原理

該新型側(cè)開門集裝箱的工作過程如下，在裝卸搬運貨物時，首先將集裝箱的下側(cè)板手動打開，繞下側(cè)梁旋轉(zhuǎn)180度。按動按鈕，啟動動力集成系統(tǒng)，兩端門的左上角和右上角的4個液壓裝置將側(cè)翼箱板頂起，頂板可繞矩形梁90度范圍轉(zhuǎn)動。上下側(cè)板的打開，使整個箱體的側(cè)面變成開放式，可以完全看到箱內(nèi)設(shè)備和物品，具備全方位的展示功能，便于貨物的裝卸以及其他作業(yè)。側(cè)翼展開的寬度可以大幅度減小，最大限度地節(jié)省側(cè)方空間。

圖1 側(cè)開門集裝箱結(jié)構(gòu)Fig.1 Open side container optimization1.頂梁板；2.上側(cè)板；3.下側(cè)板；4.箱體底板；5.前端板；6.后端板；7.液壓缸

圖2 上下側(cè)板銜接結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Upper and lower side plate connection structure

2.3 側(cè)開門集裝箱上下側(cè)板位置優(yōu)化

通過幾何計算分析，得到分割上下側(cè)板時節(jié)省空間的最優(yōu)方案。具體情況如圖3所示。側(cè)翼的上部分占用側(cè)方空間最大時，上部分側(cè)翼的最低端與頂板橫梁應(yīng)處于同一水平線上。上下側(cè)板的分割點不同，側(cè)開門箱板舉升過程中占用側(cè)方空間的最大值不同。合理的選取分割點，占用側(cè)方空間最小為最優(yōu)方案。設(shè)集裝箱寬為a，高為b，切割位置距離集裝箱頂板側(cè)梁的距離為b1，側(cè)翼舉升時占用側(cè)方的最大距離為c。

頂板與側(cè)板始終垂直，側(cè)翼的上部分占用側(cè)方空間最大時，構(gòu)成直角三角形如圖3所示，根據(jù)直角三角形勾股定理得：

由于選取1AA型集裝箱作為研究對象，其外尺寸為12.192m×2.438m×2.591m(長×寬×高)，則取a=2.4，b=2.6。將a、b代入上述公式中，得到：

通過計算得出：取b-b1=0.87m，c=0.9m，即在距離下側(cè)板底部0.87m處進(jìn)行切割，使側(cè)翼分為上下兩部分，為最節(jié)省空間的切割方式，改進(jìn)前后集裝箱整體性能對比情況見表1。

圖3 側(cè)開門集裝箱工作原理圖Fig.3 Open side container working principle diagram

表1 集裝箱改進(jìn)前后整體性能對比表

3 集裝箱門鎖的優(yōu)化

由于現(xiàn)有集裝箱的門鎖安置在集裝箱后門上，這種門鎖比較普遍，裝置不夠完善，而且長期暴露在外，容易被摸清原理和開鎖規(guī)律。隨著偷竊手段的層出不窮和日益變化的社會環(huán)境，已有的這種門鎖已經(jīng)不能滿足貨物安全配送的要求，導(dǎo)致集裝箱內(nèi)貨物被盜的事件時有發(fā)生。

圖4 改進(jìn)后的集裝箱門鎖結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Improved container door lock structure

為了降低集裝箱門鎖被盜的風(fēng)險，在第一和第四鎖桿上分別焊接一個L型鐵桿，L型鐵桿平行于鎖桿一側(cè)設(shè)置內(nèi)孔，在后門上焊接一個與內(nèi)孔相對應(yīng)的鐵環(huán)，形成第二道鎖。第一道鎖的結(jié)構(gòu)和位置都不發(fā)生改變。具體情況如圖4所示。設(shè)計前的門鎖是將海關(guān)關(guān)封鎖在手柄和托架座，當(dāng)不法分子破壞了集裝箱上門鎖機構(gòu)中手柄與手柄座的連接時，會將手柄座和海關(guān)關(guān)封作為整體從集裝箱后門拆除并不破壞其結(jié)構(gòu)，當(dāng)行竊完畢后，會將手柄座和海關(guān)關(guān)封恢復(fù)原狀，使得事主不能及時發(fā)現(xiàn)失竊情況。設(shè)計后的集裝箱門鎖部分結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，將海關(guān)關(guān)封鎖在第二道門鎖上，由于L型鐵桿與鎖桿相對固定，并隨鎖桿轉(zhuǎn)動，在海關(guān)關(guān)封的約束下，L型鐵桿和鐵環(huán)的相互配合，使不法分子即使破壞了集裝箱上門鎖機構(gòu)中手柄與手柄座的連接處，也不能轉(zhuǎn)動鎖桿將門打開。只有破壞海關(guān)關(guān)封才能將門鎖打開進(jìn)入集裝箱內(nèi)進(jìn)行竊取行為，使事主能夠及時發(fā)現(xiàn)失竊情況，并及時的報警處理，極大的提高了集裝箱的安全性[13-14]。

圖5 改進(jìn)后的集裝箱門鎖部分結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Improved part of container door lock structure1.L型鐵桿；2.鐵環(huán)；3.內(nèi)孔；4.海關(guān)關(guān)封；5.托架蓋；6.托架座；7.手柄；8.鎖桿

4 結(jié)束語

本文主要針對現(xiàn)有集裝箱存在的側(cè)翼展開所占空間大，密封性和安全性等問題，對側(cè)開門集裝箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，通過計算得出使側(cè)開門集裝箱的側(cè)翼箱板舉升后所占空間減少的方案，解決了目前側(cè)開門集裝箱存在的雙翼所占空間面積大和密封性能差的問題。

另外，在原有集裝箱門鎖的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使一道門鎖變成兩道門鎖，而且結(jié)構(gòu)簡單，使集裝箱不易被盜，即便被盜的話也能夠及時發(fā)現(xiàn)，使貨物損失降到最低。

集裝箱運輸在國內(nèi)乃至國際發(fā)揮著越來越重要的作用，未來的集裝箱運輸服務(wù)將成為現(xiàn)代物流服務(wù)內(nèi)容的重要一環(huán)[15-17]。優(yōu)化后的集裝箱解決了目前現(xiàn)有集裝箱存在的問題，而且結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，勢必推動國內(nèi)和國外運輸行業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展[18-19]。

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Design of Side Flaps and Door Lock for Open Side Containers

Liu Jing，Shen Wei*，Yu Lang，Han Yue，Pei Yiying

(College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Our survey reveals that the open side containers has some problems，such as large space while side flaps opening，seal and low safety，etc.1AA container is used as the research object and an optimization design is applied on the side flaps and rear door lock of the container.The left and right panels are divided into two parts，the upper side and the lower side，the boundary position is calculated to minimize space while upper side lifting.At the same time，the expansion of the side flaps is convenient for cargo handling and can improve the efficiency of loading and unloading of goods.A lock is added on the rear door of the container in order to reduce the risk of theft of goods inside.The optimized container not only saves space occupied by the double wings expansion，but also improves seal and safety.

Side open container；seal；safety；joint door lock device；design

2016-12-18

黑龍江省留學(xué)歸國科學(xué)基金項目( LC2013C12)；東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201610225226)；東北林業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項目(DGY2016-02)

劉靜，本科生。研究方向：物流工程。

*通信作者：沈微，博士，講師。研究方向：物流工程。E-mail：shenwei@nefu.edu.cn。

劉靜，沈微，余浪，等.側(cè)開門集裝箱側(cè)翼和門鎖的設(shè)計[J].森林工程，2017，33(4)：74-77.

U 169.3

A

1001-005X(2017)03-0074-04