一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)及其制作方法，屬于混凝土泵車【技術領域】。復合材料臂節(jié)包括骨架、混凝土輸送管路、連接螺栓、液壓機構和連接銷軸；骨架包括位于其一端的大端接頭、位于其中間部位的主體和位于其另一端的小端接頭。本發(fā)明混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)具有較強的設計適應性，通過可設計性復合材料、結構尺寸和工藝的變化，可以最大限度的以較小的質量成本獲得較高的結構功效。
【專利說明】一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)及其制作方法，屬于混凝土泵車【技術領域】。
【背景技術】
[0002]混凝土泵車是一種用于輸送和澆注混凝土的專用機械，可以將混凝土沿管道連續(xù)輸送到澆注現場，逐步成為建筑施工中不可缺少的關鍵設備。目前市場常用泵車臂架一般由4臂節(jié)至6臂節(jié)依次首尾相連構成,混凝土泵車臂架由5臂節(jié)依次首尾相連構成的結構示意圖如圖5所示，工作時臂架部分伸展較大，在力學上屬懸臂梁結構，受力比較復雜。
[0003]混凝土泵車臂架用臂節(jié)包含臂節(jié)骨架、液壓機構、混凝土輸送管組件及軸套，其中臂節(jié)骨架是主要承載部件，液壓機構、混凝土輸送管組件及軸套分別安裝在骨架的側面。已有技術中一般采用鋼材作為臂節(jié)骨架，不足之處在于:(I)臂架自身結構重量大，增加了混凝土泵車底盤的負荷，混凝土泵車的有效承載能力低；(2)臂架自身結構重量大，對混凝土泵車臂架的抗振性能不利；(3)長期運行過程中，金屬疲勞性能低于復合材料。
[0004]由于復合材料較大的比強度、比剛度特性，是一種輕質高效的材料，國內外已有復合材料臂節(jié)技術的探索。CN201210232251.3、CN201010524256.4公開了中聯(lián)重科股份有限公司生產碳纖維復合材料混凝土泵車臂架生產方法，采用可伸縮氣囊中充氣，形成具有第一狀態(tài)的氣囊，在其外表面鋪放碳纖維預浸料，獲取第一過渡組件；將第一過渡組件放入箱型模具內部，向具有第一狀態(tài)的氣囊內部充氣，對碳纖維預浸料進行壓縮定型，獲取第二過渡組件；將第二過渡組件進行升溫固化，固化后冷卻脫模獲取碳纖維臂架。特點在于復合材料臂節(jié)骨架為中空管狀結構，內部行腔采用氣囊定型，結構尺寸的準確性不高。CN201010524104.4XN201010524111.4公開了威海光威復合材料有限公司的碳纖維臂架生產方法，采用芯模，臂架為中空結構，制造碳纖維臂架的原材料鋪放在芯模外表面上，原材料外部用真空膜包覆，真空膜兩端密封在芯模的兩端，真空膜上設有抽氣孔，整個模具放入熱壓罐內，利用壓縮空氣加壓，用電加熱管進行加熱固化成型。特點在于復合材料臂節(jié)骨架為中空管狀結構，該成型技術由于脫?？刹僮餍孕枰?，要求結構簡，限制了臂架臂節(jié)某些方向結構尺寸可設計性。CN201010524111.4采用熱壓成形工藝，成型工藝復雜，生產工藝成本高。US20040843187公開了消防車臂節(jié)采用纖維纏繞臂節(jié)管的生產工藝，外層采用纖維纏繞工藝，內層采用耐磨氨基甲乙酯，每一臂節(jié)段由氨基甲乙酯管外面纏繞碳纖維，其特點在于復合材料臂節(jié)骨架為中空管狀結構。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現有技術中的上述不足，提供一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)及其制作方法，臂節(jié)具有輕質高效、可設計性強、其制作方法工藝簡單、成型精度高、使泵車結構緊湊和安全穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的。[0007]本發(fā)明的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，復合材料臂節(jié)包括骨架、混凝土輸送管路、連接螺栓、液壓機構和連接銷軸；骨架包括位于其一端的大端接頭、位于其中間部位的主體和位于其另一端的小端接頭；
[0008]混凝土輸送管路通過連接螺栓固定在骨架的主體的側面；液壓機構的一端活動連接在骨架的主體的底面上，液壓機構的另一端活動連接在連接銷軸的一端上，連接銷軸的中間部位活動連接在骨架的小端接頭的一個連接孔上，連接銷軸的另一端活動連接在下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的一個連接孔上；骨架的小端接頭的另一個連接孔與下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的另一個連接孔活動連接。
[0009]該接頭為復合材料夾層結構，包括復合材料蒙皮、芯材和金屬榫頭；金屬榫頭嵌入到芯材內且金屬榫頭的一個端面與芯材的端面齊平，復合材料蒙皮位于芯材和金屬榫頭外面；其中芯材起到定型作用，金屬榫頭和復合材料蒙皮是主要承載部件。
[0010]所述復合材料夾層結構芯材截面形式，如矩形截面、五邊形截面、三角形、梯形。
[0011]在上述混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)中，所述復合材料夾層結構芯材凹槽的尺寸a、b可相同或不同，凹槽個數可單個或多個。
[0012]所述復合材料接頭可有多種橫截面形式，如矩形截面、五邊形截面、三角形、梯形。
[0013]所述接頭中金屬榫頭為鋼、鈦、鋁中的一種或其中任意兩種的合金。
[0014]所述芯材為泡沫芯材，可為PVC芯材、PMI芯材、聚氨酯芯材、三聚氰胺芯材、BALSA木的一種或任意兩種以上的組合。
[0015]所述復合材料蒙皮為樹脂基復合材料，其中纖維采用玻璃纖維或碳纖維的一種或組合；樹脂采用聚氨酯基樹脂、乙烯基酯基樹脂或環(huán)氧樹脂或以及上述樹脂的改進型。
[0016]所述金屬榫頭的側面沿圓周方向有凹槽，用于纏繞玻璃纖維或碳纖維；凹槽個數可單個或多個且尺寸可相同或不同，凹槽外鋪單向或多軸玻璃纖維或碳纖維用于增強臂節(jié)的連接強度和剛度。
[0017]本發(fā)明與現有技術相比具有如下有益效果:
[0018](I)本發(fā)明混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)具有較強的設計適應性，通過可設計性復合材料、結構尺寸和工藝的變化，可以最大限度的以較小的質量成本獲得較高的結構功效。
[0019](2)本發(fā)明采用機加工芯材定型定位，結構型腔及大端榫頭安裝位置更精準，臂節(jié)骨架采用真空灌注工藝一次成型，工藝實施更為簡單。
[0020](3)本發(fā)明制作方法采用大端榫頭及連接螺栓孔的設計，提高了連接處接觸強剛度，保證液壓機構、混凝土輸送管組件連接更加安全可靠。
[0021](5)本發(fā)明制作方法采用按照設計角度鋪放復合材料編織物滿足目標強剛度指標，采用真空灌注工藝一次成型臂架骨架，工藝簡單，易于實施。
[0022](6)本發(fā)明混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，使混凝土泵車臂架末端變輕，臂架振動減少，整車安全穩(wěn)定，使機手高空作業(yè)更加安全。
[0023](7)由于復合材料的結構可設計性，使結構緊湊型，布料更加靈活，且轉彎半徑更小，場地適應性更好。
【專利附圖】

【附圖說明】[0024]圖1為本發(fā)明涉及混凝泵車臂節(jié)結構示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂骨架結構示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂節(jié)骨架芯材橫截面圖；
[0027]圖4為本發(fā)明接頭內嵌榫頭主視圖和俯視圖；
[0028]圖5為現有技術中混凝土泵車臂架結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0030]如圖5所示為混凝土泵車臂架結構示意圖。由圖可知混凝土泵車臂架是由多個臂節(jié)依次首尾相連構成，現選取圖5中的第四節(jié)臂節(jié)作為實施例進行說明。
[0031]如圖1所示為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂節(jié)結構示意圖。復合材料臂節(jié)由骨架1、混凝土輸送管路2、連接螺栓3、液壓機構4和連接銷軸5 ;骨架I包括位于其一端的大端接頭、位于其中間部位的主體和位于其另一端的小端接頭；
[0032]混凝土輸送管路2通過連接螺栓3固定在骨架I的主體的側面；液壓機構4的一端活動連接在骨架I的主體的底面上，液壓機構4的另一端活動連接在連接銷軸5的一端上，連接銷軸5的中間部位活動連接在骨架I的小端接頭的一個連接孔上，連接銷軸5的另一端活動連接在下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的一個連接孔上；骨架I的小端接頭的另一個連接孔與下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的另一個連接孔活動連接；
[0033]圖2為本發(fā)明接頭剖面結構示意圖。該接頭為復合材料夾層結構，包括復合材料蒙皮7、芯材8和金屬榫頭6 ;金屬榫頭6嵌入到芯材8內且金屬榫頭6的一個端面與芯材8的端面齊平,復合材料蒙皮7位于芯材8和金屬榫頭6外面；其中芯材8起到定型作用，金屬榫頭6和復合材料蒙皮7是主要承載部件。
[0034]所述復合材料接頭的橫截面為矩形截面；
[0035]所述接頭中金屬禪頭6為鋼。
[0036]所述芯材8為PMI芯材。
[0037]所述復合材料蒙皮7為碳纖維環(huán)樹脂基復合材料。
[0038]所述金屬榫頭6的側面沿圓周方向有一個凹槽，用于纏繞碳纖維。
[0039]圖3為本發(fā)明接頭芯材剖面圖，芯材根據設計的截面形式加工成相應的形狀，并將榫頭的安裝位置準確定位，并加工。
[0040]圖4為本發(fā)明接頭內嵌榫頭主視圖和俯視圖。復合材料臂架組件在運行過程中，主要的載荷施加在臂節(jié)的連接部位，為了增強接頭強度，采用圖4所示的內嵌榫頭，同時兩個連接孔之間采用玻璃纖維或碳纖維編織物直接在榫頭上纏繞和鋪放，對金屬件進行局部加固，起到增加連接強度和剛度的作用。整個結構采用真空導入復合材料成型工藝一次固化成型，由此可提高接頭與臂節(jié)的連接強度，防止臂節(jié)在較大作用力下破壞或疲勞失效。
[0041]上述的接頭為大端接頭或小端接頭，只是大端接頭和小端接頭的尺寸不同。
[0042]采用本發(fā)明進行一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)的制備，具體實施步驟為:
[0043]1、按設計圖紙尺寸加工芯材8 ;
[0044]2、加工好的芯材8在靠近臂節(jié)大端I 一側的有預留槽，將金屬件大端榫頭6嵌入預留槽，并清理芯材8表面；[0045]3、按照設計圖紙在芯材8上鋪放復合材料編織物；
[0046]4、按照工藝文件，鋪放導流網、鋪放隔離膜，導流管；
[0047]5、四周包裹真空袋，檢查真空度，合格后，注膠；
[0048]6、注膠完成后，加熱，中溫固化8-10小時；
[0049]7、固化完成后，冷卻，表面清理；
[0050]8、在臂節(jié)骨架I安裝金屬預埋件3 ；
[0051]9、將混凝土輸送管組件2通過連接螺栓連接在臂節(jié)骨架I 一側的金屬預埋件3上；
[0052]10、將液壓機構4通過銷軸5連接于本臂節(jié)和下一臂節(jié)骨架I大端之間。本實施例中復合材料蒙皮7為樹脂基復合材料格柵增強蒙皮、芯材8為按設計尺寸加工的泡沫芯材、大端榫頭6為金屬材料。所述三部分最終一次成型成為一整體結構,為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂節(jié)主要承載結構骨架I。
[0053]本實施例中樹脂基復合材料格柵增強蒙皮7可為碳纖維增強樹脂基復合材料、玻璃纖維增強樹脂基，也可是上述纖維混雜增強樹脂基復合材料等。本實施例中樹脂基復合材料格柵增強蒙皮7可為聚氨酯基復合材料、乙烯基酯基復合材料或環(huán)氧樹脂基復合材料、以及上述樹脂的改進型制造的復合材料。
[0054]如圖3為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂節(jié)骨架芯材橫截面圖。芯材8為按設計尺寸機加工的泡沫芯材，結構尺寸更加精準。根據受力分析，對芯材8加工出正方形、矩形、梯形等不同形式及數量的凹槽，可以為單一網狀結構也可多種形式混合。對應的復合材料蒙皮7形成纖維加強筋，形成格柵增強式蒙皮結構。
[0055]精確設計的芯材8與纖維增強復合材料蒙皮7的巧妙配合使得混凝土泵車臂節(jié)骨架具有較強的結構可設計型，可最大限度的通過較小的質量成本獲得較高的結構功效。
[0056]通過結構和尺寸的優(yōu)化，臂節(jié)骨架I還可以是曲線或折線結構，以便于整體臂架折疊緊湊，突破了陰模及氣囊內壓技術一次成型技術的局限性。
[0057]上面結合附圖對本發(fā)明的實施例做了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化，如混凝土泵車臂節(jié)的形狀和尺寸等。
[0058]本發(fā)明說明書中未作描述的內容屬于本領域專業(yè)人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:復合材料臂節(jié)包括骨架(1)、混凝土輸送管路(2)、連接螺栓(3)、液壓機構(4)和連接銷軸(5);骨架(1)包括位于其一端的大端接頭、位于其中間部位的主體和位于其另一端的小端接頭； 混凝土輸送管路(2)通過連接螺栓(3)固定在骨架(1)的主體的側面；液壓機構(4)的一端活動連接在骨架(1)的主體的底面上，液壓機構(4)的另一端活動連接在連接銷軸(5)的一端上，連接銷軸(5)的中間部位活動連接在骨架(1)的小端接頭的一個連接孔上，連接銷軸(5)的另一端活動連接在下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的一個連接孔上；骨架(1)的小端接頭的另一個連接孔與下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的另一個連接孔活動連接。
2.根據權利要求1所述的一種混凝土泵車 臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:大端接頭或小端接頭為復合材料夾層結構，包括復合材料蒙皮(8)、芯材(7)和金屬榫頭(6);金屬榫頭(6)嵌入到芯材(7)內且金屬榫頭(6)的一個端面與芯材(7)的端面齊平,復合材料蒙皮(8)位于芯材(7)和金屬榫頭(6)外面。
3.根據權利要求2所述的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:所述復合材料夾層結構芯材(7)的截面為矩形截面、五邊形截面、三角形或梯形。
4.根據權利要求2所述的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:所述復合材料夾層結構芯材(7)凹槽個數為單個或多個。
5.根據權利要求2所述的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:所述接頭中金屬榫頭出)為鋼、鈦、鋁中的一種或其中任意兩種的合金。
6.根據權利要求2所述的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:所述芯材(7)為PVC芯材、PMI芯材、聚氨酯芯材、三聚氰胺芯材、BALSA木的一種或任意兩種以上的組合。
7.根據權利要求2所述的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:所述復合材料蒙皮(8)為樹脂基復合材料，其中纖維采用玻璃纖維或碳纖維的一種或組合；樹脂采用聚氨酯基樹脂、乙烯基酯基樹脂或環(huán)氧樹脂或以及上述樹脂的改進型。
8.根據權利要求2所述的一種混凝土泵車臂架用復合材料臂節(jié)，其特征在于:金屬榫頭(6)的側面沿圓周方向有凹槽，用于纏繞玻璃纖維或碳纖維；凹槽個數可單個或多個且尺寸可相同或不同，凹槽外鋪單向或多軸玻璃纖維或碳纖維用于增強臂節(jié)的連接強度和剛度。
【文檔編號】E04G21/04GK103953195SQ201410189059
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權日:2014年5月6日
【發(fā)明者】王建昌, 張會杰, 宋世偉, 冷霜, 尤潔, 顏鴻斌, 游少雄, 許曉燕 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術研究院