一种可扩展方舱的扩展方法与流程

1.本发明涉及扩展方舱技术领域，尤其涉及一种可扩展方舱的扩展方法。


背景技术：

2.方舱是用各种坚固材料组合在一起，形成的方便、可移动的整体。方舱能适应多种运输形式，机动性好，能在恶劣的条件下提供良好的内部工作环境，具有多种防护能力；方舱本身是一个自承重的独立箱体，在形状、结构、运输方面与集装箱相似，可以用于装载电子设备、维修设备、医疗设备等构成设备方舱，或是用作于指挥、会议中心，可以克服复杂的自然环境，保障工作的连续可靠性。目前现有方舱可分为扩展方舱与非扩展方舱。
3.现有的扩展方舱，包含折叠式，抽拉式，折叠与抽拉结合式，舱体扩展部分均为复合板材，这三种可扩展方舱基本涵盖了目前扩展方舱的主题，但是依然有较为明显的技术缺陷：
4.首先，在展开和收起的过程中需要一定量的机械机构或者电气机构来完成，结构过于复杂，在实际使用时可能会遇到机构失效的问题，造成无法正常的展开和收起；
5.其次，同时因为扩展部分均为复合板材，造成舱体重量过大，对于运输，吊装，内部设备重量均有一定限制；
6.根据以上背景，需要提供一种扩展舱展收执行机构简洁，扩展部分重量轻，展开操作简单的新型扩展舱体。


技术实现要素：

7.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种可扩展方舱的扩展方法，用以解决现有扩展方舱结构复杂、机构容易失效或卡死的问题。
8.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
9.一种可扩展方舱的扩展方法，所述扩展方法包括以下步骤：
10.步骤s1：可扩展方舱的纵向扩展；
11.步骤s2：侧板系统扩展；
12.步骤s3：气膜充气；
13.步骤s4：方舱封闭。
14.进一步地，所述步骤s1包括：
15.步骤s1-1：前后护板伸长，以及前后护板对顶板的抬升；
16.步骤s1-2：气膜的一级展开；
17.所述气膜的一级展开与所述顶板的抬升同步进行。
18.进一步地，所述步骤s1-1中，前后护板的伸长方式为：
19.第三液压缸伸长，驱动顶板抬升，同时顶板带动遮挡布展开；展开后的遮挡布作为所述前后护板的延伸部分。
20.所述遮挡布展开时，卷轴旋转同时压缩卷簧。
21.进一步地，第三液压缸回缩时，顶板下降同时卷轴在卷簧的弹力作用下反向旋转，卷轴反向旋转带动所述遮挡布收卷在卷轴上。
22.进一步地，所述步骤s1-2中，气膜的一级展开方式为：
23.所述卷筒旋转，使气膜从卷筒上展开；卷筒跟随顶板的上升而升高，展开后的气膜跟随卷筒的升高悬挂在侧板和顶板之间。
24.进一步地，所述步骤s2包括：
25.步骤s2-1：侧板的展开；
26.步骤s2-2气膜的二级展开；
27.所述气膜的二级展开与所述侧板的展开同步进行。
28.进一步地，所述步骤s2-1中，所述侧板的展开方式为：
29.侧板和前后护板之间连接第一液压缸；第一液压缸的两端分别与侧板和前后护板铰接；所述第一液压缸伸长时，驱动侧板相对于所述前后护板旋转展开。
30.进一步地，所述步骤s2-2中，气膜的二级展开方式为：
31.步骤s2-2a：所述侧板展开时，所述收卷机构的卷筒电机驱动卷筒旋转，使气膜从卷筒上展开；
32.步骤s2-2b：所述气膜从卷筒上展开后，在侧板的拉动下伸出气膜储存箱外；
33.步骤s2-2c：展开后的气膜成弧线形连接在侧板和顶板之间。
34.进一步地，气膜包括：气膜筋肋和气膜主体。
35.进一步地，所述步骤s3包括：
36.步骤s3-1：气膜筋肋的充气；
37.步骤s3-2：气膜主体的充气。
38.进一步地，所述可扩展方舱还包括充气机构；所述充气机构包括两组充气泵；第一组充气泵连接两侧气膜的气膜筋肋，且能够对所述气膜筋肋充气；第二组充气泵连接两侧气膜的气膜主体，且能够对所述气膜主体充气。
39.进一步地，所述可扩展方舱还包括：拉链、第一侧膜和第二侧膜；所述第一侧膜和第二侧膜均设有两块；且第一侧膜和第二侧膜分别通过拉链连接在充气后的气膜的前后两侧，并通过所述第一侧膜和第二侧膜封闭扩展后的可扩展方舱。
40.本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
41.1、本发明的一种可扩展方舱的扩展方法，相比较现有扩展方舱的抽拉式扩展，折叠式扩展，折叠抽拉组合式扩展等方舱的扩展方式，本发明采用了顶板的抬升和遮挡布的展开扩展方舱的纵向高度，采用气膜的展开配合侧板的旋转实现对方舱横向宽度的扩展。
42.2、本发明的一种可扩展方舱的扩展方法，相比较现有扩展方舱的扩5展结构，本发明采用钢性结构的侧板与柔性结构的气膜组合，有效的减轻了方舱的重量。
43.3、现有扩展方舱的扩展执行机构过于复杂，人工手动干预过多，相比较而言，本发明的一种可扩展方舱的扩展方法，通过气膜收纳与放出的结构设计配合侧板展开实现扩展，更加简洁，并由自动控制系统完成，0实际使用时更便捷、操作简单且可靠性高。
44.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所
特别指出的内容中来5实现和获得。
附图说明
45.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
46.图1：本发明的一种可扩展方舱的扩展方法的流程图；
47.图2：为可扩展方舱的收起状态前视图；
48.图3：为可扩展方舱的顶板抬升状态示意图；
49.图4：为可扩展方舱的侧板展开过程示意图；
50.图5：为可扩展方舱的侧板展开状态示意图；
51.图6：为可扩展方舱充气后效果示意图；
52.图7：为可扩展方舱的气膜结构示意图；
53.图8：为可扩展方舱的扩展舱示意图；
54.图9：为扩展后的可扩展方舱的形态示意图；
55.图10：为前后护板的结构组成示意图；
56.图11：为前后护板的结构组成侧视示意图；
57.图12：为气膜储存箱的内部结构示意图；
58.图13：为卷筒电机的结构示意图；
59.图14：为气膜张力控制系统结构图；
60.图15：为本发明的扩展方法的气膜展收过程原理模型；
61.图16：为本发明的扩展方法的气膜展收过程控制流程图。
62.附图标记：
63.1-气膜；2-侧板；3-前后护板；4-顶板；5-底板；6-收卷机构；7-第一液压缸；8-充气机构；9-第二液压缸；
64.11-拉链；12-第一侧膜；13-第二侧膜；101-气膜筋肋101；102-气膜主体；
65.31-护板主体；32-遮挡布；33-第三液压缸；34-卷轴；35-扭簧；
66.61-第一导向辊；62-第二导向辊；63-第三导向辊；64-气膜储存箱；65-卷筒；66-卷筒电机；67-盘式连接件。
具体实施方式
67.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
68.实施例1
69.本发明的一个具体实施例，公开了一种可扩展方舱的扩展方法，如图1所示，所述扩展方法包括以下步骤：
70.步骤s1：可扩展方舱的纵向扩展过程；
71.步骤s2：侧板系统扩展过程；
72.步骤s3：气膜1充气过程；
73.步骤s4：方舱封闭过程。
74.进一步地，本发明的可扩展方舱还包括第二液压缸9，如图2、图3所示。具体地，第二液压缸9设有四个，四个第二液压缸9分别设置在可扩展方舱的前后两侧，且固定安装在前后护板3上。第二液压缸9伸缩时，能够将可扩展方舱整体进行举升。
75.实施时，第二液压缸9伸长，将可扩展方舱整体举升，便于吊装设备将其从运输车上吊装转移至地面；或者，可扩展方舱需要转移时，方便吊装设备将其从地面吊装至运输车进行转运。
76.(i)所述步骤s1包括：
77.步骤s1-1：前后护板3伸长，以及前后护板3对顶板4的抬升过程；顶板4抬升完成后，能够将方舱的外尺寸高度由2.48米升高至3.2米，有效的扩大方舱顶部空间；如图2所示。
78.具体地，前后护板3包括：护板主体31和第三液压缸33，如图10所示。进一步地，第三液压缸33设置在顶板4与护板主体31之间；第三液压缸33伸缩时，能够带动顶板4同步抬升或下降，如图2、图3所示。
79.本发明的一种具体实施方式中，前后护板3有两块，分别设置在方舱的前方和后方，作为可扩展方舱的主要支撑结构；顶板4设置在两块前后护板3的上方，并通过前后护板3进行支撑和升降。
80.所述步骤s1-1中，前后护板3的伸长过程为：
81.具体地，前后护板3还包括：遮挡布32、卷轴34和扭簧35；如图10、图11所示。
82.护板主体31的上方设置矩形槽；遮挡布32和第三液压缸33均设置在所述矩形槽内部。遮挡布32的上端与顶板4固定连接，遮挡布32的下端与卷轴34固定连接，且能够收卷在所述卷轴34上。所述遮挡布32从所述卷轴34上展开时，能够带动所述卷轴34旋转。所述卷轴34转动安装在护板主体31的矩形槽中，如图10、图11所示。
83.第三液压缸33伸长，驱动顶板4抬升，同时顶板4带动遮挡布32展开；展开后的遮挡布32作为所述前后护板3的延伸部分。遮挡布32展开时，能够拉动所述卷轴34旋转，同时压缩卷簧35。
84.第三液压缸33回缩时，能够带动顶板4下降，卷轴34在卷簧35的弹力作用下反转同时卷簧35逐步恢复初始状态，卷轴34反转时，能够将遮挡布32收卷在卷轴34上，直至顶板4与护板主体31接触，前后护板3恢复初始状态。
85.步骤s1-2：气膜1的一级展开过程；
86.如图3所示，所述气膜1的一级展开过程与所述顶板4的抬升过程同步进行。
87.本发明的一种具体实施方式中，所述步骤s1-2中，气膜1的一级展开过程为：
88.所述卷筒65旋转，使气膜1从卷筒65上展开；卷筒65跟随顶板4的上升而升高，展开后的气膜1跟随卷筒65的升高悬挂在侧板2和顶板4之间，如图3所示。
89.进一步地，气膜1的一级展开过程与遮挡布32的展开过程同步进行。
90.具体地，气膜的一级展开过程为前后护板3的展开过程的伴随动作；随着四个第三液压缸33升起，将顶板4升高；气膜1的一端连接在侧板2的上缘，气膜1的另一端连接在气膜储存箱64的卷筒65上；顶板4升高时，顶板4下方的左右两个气膜储存箱64的卷筒65转动，缓慢放出气膜1，放出的气膜1悬挂在顶板4和侧板2之间。
91.(ii)所述步骤s2包括：
92.步骤s2-1：侧板2的展开过程；
93.本发明的一种具体实施方式中，所述侧板2的展开过程为：
94.如图4所示，侧板2在底板5两侧设置两块，且侧板2与底板5铰接。侧板2和前后护板3之间连接第一液压缸7；第一液压缸7的一端与侧板2铰接，另一端与前后护板3铰接；如图4所示。所述第一液压缸7伸长时，驱动侧板2相对于所述前后护板3旋转展开。
95.方舱左右两侧的侧板2通过第一液压缸7实现自动收放，共有四根第一液压缸7。扩展时，控制系统控制四根第一液压缸7同时协同伸出，将侧板2由垂直方向转动至水平方向。如图5、图6所示，侧板2完全展开后与可扩展方舱的底板5齐平，作为底板5的延伸部分，即为扩展舱的地板。
96.步骤s2-2：气膜1的二级展开过程；
97.具体地，所述气膜1的二级展开过程与所述侧板2的展开过程同步进行。
98.气膜1的二级展开过程为：
99.步骤s2-2a：所述侧板2展开时，所述收卷机构6的卷筒电机66驱动卷筒5旋转，使气膜1从卷筒65上展开。
100.收卷机构6包括：气膜储存箱64、卷筒65和卷筒电机66。
101.具体地，气膜储存箱64内设置有卷筒65和卷筒电机66，在侧板2未展开情况下，气膜1卷附在卷筒65上，且气膜1的末端与卷筒65连接在一起；气膜1的活动端与侧板2的顶端固定连接。在方舱两个侧板2展开的过程中，卷筒电机66驱动卷筒5旋转，气膜1从卷筒65上展开。
102.具体地，如图12所示，卷筒5一端通过轴承转动安装在气膜储存箱64的内部，另一端通过卷筒电机66驱动旋转。
103.具体地，如图13所示，卷筒5内部设置有内置的卷筒电机66，卷筒电机66的端部固定安装在气膜储存箱64的内壁上，且卷筒电机66的输出轴通过盘式连接件67与卷筒5固定连接。优选地，卷筒电机66为管状电机。卷筒电机66正转时，气膜1从卷筒5上展开，卷筒电机66反转时，气膜1收卷在卷筒5上。
104.步骤s2-2b：如图4所示，所述气膜1从卷筒65上展开后，在侧板2的拉动下伸出气膜储存箱64外。
105.步骤s2-2c：如图5所示，展开后的气膜1成弧线形连接在侧板2和顶板4之间。
106.具体地，在两侧侧板2展开(放下)过程中，侧板2带动气膜1前端以弧线形向下运动，同时气膜1的后端从卷筒65送出；在该过程中，四个第一液压缸7执行伸出动作，两个气膜储存箱64中的卷筒65和卷筒电机66执行放出气膜1的动作，第一液压缸7和卷筒电机66需要同时动作，该方舱内设置了控制与监测系统，对侧板2展开过程和气膜1展开过程两个过程进行协同匹配，保证侧板2放平和气膜1放出的过程中刚性体和柔性体的动作一致，进而避免造成柔性材质的气膜1损坏。
107.如图14、图15所示，控制与监测系统包括：张力传感器、编码器、测距传感器、pid控制器和驱动器；所述测距传感器用于监测气膜展开过程中卷筒的实际卷径rq。所述实际卷径rq包含卷筒自身半径以及卷筒上未展开的气膜的厚度。具体地，测距传感器与卷筒65轴线的距离为d，测距传感器测得的与卷筒65上的气膜1的距离为l，则rq＝d-l。
108.所述编码器用于监测所述卷筒的转速，w为编码器测量的卷筒的角速度。所述pid
控制器用于接收所述测距传感器测得的卷筒65的实际卷径rq、卷筒的实时角速度w以及张力传感器测得的所述气膜1的收卷张力f。
109.进一步地，
110.所述步骤s2-1中，所述第一液压缸7驱动所述侧板2匀速展开；即控制所述气膜1与侧板2连接的一端的线速度为v1。所述气膜1在卷筒上的展开线速度为v2，v2＝rq
·
w。根据气膜1的张力计算公式为：
[0111][0112]
其中，t1为气膜开始收放时间，t2为收放动作结束时间，v1为侧板端气膜的线速度，v2为卷筒端气膜的线速度，z为气膜的弹性模量，n为横截面积，p为气膜从侧板端到卷筒端的长度；
[0113]
所述pid控制器通过控制侧板端气膜1的线速度v1与卷筒端气膜1的线速度v2之间的速度差来间接控制气膜1的收卷张力f，并以控制收卷张力恒定为前提控制卷筒电机66的输出速度，保证侧板2和气膜1的同步展开。
[0114]
进一步地，所述步骤s2-2中，气膜1的二级展开过程采用pid控制器控制气膜1的展开过程，pid控制的流程图如图16所示。
[0115]
如图16所示，采用pid控制器对卷筒65的转速进行反馈控制；所述反馈控制包括以下过程：
[0116]
步骤s2-21：设置系统物理参数。
[0117]
具体地，需设定物理参数包含(以下参数根据实物的物理特性进行定值，依据不同的物理模型，参数值不同)：
[0118]
1)卷筒相关参数(根据实物进行定值)：
[0119]
卷筒半径r，测距传感器到卷筒中心距离为d；
[0120]
2)侧板相关参数：
[0121]
侧板端气膜线速度vc，液压驱动设置为定速vy，液压伸缩速度与侧板端气膜线速度的转换系数为a。
[0122]
3)气膜相关参数：
[0123]
气膜的弹性模量为z，气膜横截面积为n，气膜从牵引端到送出端的长度为p，气膜设定张力值f；m/s。
[0124]
4)电机相关参数：
[0125]
电机的增益系数km，电机的机械时间常数t
l
，电机的电气时间常数ts[0126]
5)pid控制器参数：k
p
为比例系数；ki为积分系数；kd为微分系数。
[0127]
步骤s2-22：通过编码器和测距传感器采样w(k)，l(k)。
[0128]
具体地，通过编码器采样第k次时卷筒的角速度w(k)，
[0129]
通过测距传感器采样第k次时测距传感器至卷筒中心的距离l(k)。
[0130]
步骤s2-23：计算牵引端和跟随端气膜线速度差。
[0131]
计算第k次时卷筒端气膜线速度v1(k)：
[0132]
[0133]
第k次时跟随端气膜线速度由公式(2)得到：
[0134]v2
(k)＝a
×
vyꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0135]
由(8)，(9)得到速度差：
[0136][0137]
步骤s2-24：计算气膜张力误差e(k)。
[0138]
由公式(3)，(7)，(10)得到：
[0139][0140]
步骤s2-25：计算并输出控制量u(k)，并通过u(k)对卷筒电机的转速进行调节；通过pid控制器对卷筒电机进行反馈控制的控制原理，如图5所示。
[0141]
在pid控制器中由公式(6)进行计算，得到：
[0142][0143]
pid控制器输出量u(k)输入pid，pid控制卷筒电机的角速度，调节气膜1的线速度，从而对气膜1的张力完成间接控制。
[0144]
步骤s2-26：一次采样周期结束，跳转至步骤s2-22，重复采样实时控制卷筒电机的转速。
[0145]
具体地，所述张力传感器安装在所述导向辊上，用于监测所述气膜1展开时的张力。
[0146]
具体地，如图12所示，气膜储存箱64中还设有三个导向辊，分别为：第一导向辊61、第二导向辊62和第三导向辊63；如图12、图13所示，导向辊转动安装在气膜储存箱64的内侧壁板上，导向辊平行于卷筒65设置且三个导向辊呈倒三角形分布。
[0147]
(iii)所述步骤s3，气膜1的充气过程包括：
[0148]
步骤s3-1：气膜筋肋101的充气过程；充气时，先对气膜筋肋101充气，气膜筋肋101充气后作为气膜1的骨架支撑气膜1具有确定的形状。
[0149]
具体地，所述气膜1包括：气膜筋肋101和气膜主体102。如图7、图8所示，所述气膜主体102为矩形，且所述气膜主体102充气后为弧形或l形；所述气膜筋肋101有多条，且多条所述气膜筋肋101交错分布在所述气膜主体102的表面，用于对展开后的气膜主体102提供支撑。
[0150]
步骤s3-2：气膜主体102的充气过程。第二组充气泵对气膜主体102充气，气膜主体102充气后气膜1充气完成为弧形或l形的壁面结构，作为方舱的壁板使用。
[0151]
具体地，如图6、图7、图8所示，气膜1充气后为弧形或l形的壁膜结构。方舱完成左右气膜1扩展后，从气膜储存箱64中放出的气膜1处于非充气状态，两侧气膜充气后，形成图9所示的整舱截面d型状态。
[0152]
进一步地，如图3、图4所示，所述可扩展方舱还包括充气机构8；所述充气机构8包括两组充气泵；第一组充气泵连接两侧气膜1的气膜筋肋101，且能够对所述气膜筋肋101充气；第二组充气泵连接两侧气膜1的气膜主体102，且能够对所述气膜主体102充气。通过第
一组充气泵和第二组充气泵对气膜筋肋101和气膜主体102独立充气。
[0153]
(iv)所述步骤s4中，对扩展后的方舱的封闭方式为：
[0154]
所述可扩展方舱还包括：拉链11、第一侧膜12和第二侧膜13；所述第一侧膜12和第二侧膜13均设有两块；且第一侧膜12和第二侧膜13分别通过拉链11连接在充气后的气膜1的前后两侧，并通过所述第一侧膜12和第二侧膜13封闭扩展后的可扩展方舱。
[0155]
本发明的一种具体实施方式中，所述第一侧膜12和第二侧膜13的底边与侧板2连接；第一侧膜12和第二侧膜13的侧边与前后护板3连接；所述第一侧膜12和第二侧膜13的弧形边与所述气膜1的侧边通过两条拉链11连接。
[0156]
具体地，第一侧膜12和第二侧膜13的弧形边分别通过两个拉链11与气膜1的前后两个侧边连接；形成可扩展方舱的膜式扩展舱。如图6、图8所示。
[0157]
进一步地，第一侧膜12和第二侧膜13与侧板2的侧边固定连接；并且，方舱扩展前，第一侧膜12和第二侧膜13通过挂钩或者魔术贴即粘扣贴合在侧板2的内壁面上；方舱扩展时，从侧板2上取下第一侧膜12和第二侧膜13与气膜1通过拉链11连接为一体，同时与前后护板3粘接或拉链连接。或者，第一侧膜12和第二侧膜13与方舱的前后护板3连接；气膜1展开后，将第一侧膜12和第二侧膜13与气膜1通过拉链11连接；同时将第一侧膜12和第二侧膜13通过气膜拉链或者粘接与侧板2连接，实现对扩展舱的封闭。本发明采用拉链连接气膜1和第一侧膜12、第二侧膜13，保证了方舱前后侧的气密性。
[0158]
进一步地，可扩展方舱具备自动控制能力，配备控制箱，控制箱用于控制多组液压缸的伸缩以及电机的旋转。控制箱具有操作显示屏幕，操作键盘，实现对方舱的展开过程的控制。控制箱位于方舱后舱壁外侧。
[0159]
进一步地，可扩展方舱具备一定的电力自持能力，配备了电池柜，电池柜用于对控制箱、液压缸和电机供电，保证在外部电源未接情况下实现对方舱的展开过程。具体地，电池柜位于方舱后舱壁外侧。电池柜内部配置有蓄电池和强电接口，强电接口用于在方舱展开后，通过外部电力对蓄电池进行充电。
[0160]
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有如下有益效果之一：
[0161]
(1)本发明的可扩展方舱的扩展方法，具有顶板升高功能，位于前后护板上的液压伸缩杆通过自动伸缩实现顶板的升高，提升扩展舱的高度空间。还具有侧板2放平功能，通过在前后护板的四根立柱与侧板边缘之间连接液压伸缩杆，实现将方舱侧板向两侧放平，进而方舱左右的两块侧板2变为左右扩展舱的底板，提升了方舱的水平空间，当侧板2的高度与底板5的宽度相等时，方舱扩展后的面积能够达到扩展前的3倍，提高了扩展比。
[0162]
(2)本发明的可扩展方舱的扩展方法，所述的可扩展方舱的顶板4下方具有两个气膜储存箱64，分别位于顶板4下方左右两侧，内部包含卷筒65和卷筒电机66，通过电机带动卷筒65旋转卷收和放出气膜1。本发明的可扩展方舱的气膜，分为左右两组气膜1，气膜1打开后，通过气膜筋肋101进行结构支撑，摒弃了机械支撑方法；在方舱收起过程中，气膜储存于舱内的气膜储存箱64中，左右各一个，通过卷筒65将其进行卷收储存，有效的减小了气膜收纳体积。
[0163]
(3)本发明的可扩展方舱具备气膜放出和收纳监测装置，可实时监测两侧气膜在放出和卷收过程中的动作信息，实现侧板动作与卷筒动作的一致性，避免柔性气膜被刚性卷筒和侧板在动作过程中不匹配造成损毁。
[0164]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。