专利名称:箱型梁臂架和工程机械的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种箱型梁臂架和工程机械，该臂架包括臂头部(10)、臂身部(20)和臂尾部(30)，臂身部包括两侧腹板(21)和上下盖板(22)，腹板上开设有用于减轻钢板自重的轻载孔(211)，并且腹板的表面设置有纤维加强层(23)，该纤维加强层在腹板的宽度方向上完全覆盖，并且沿腹板的长度方向上至少覆盖轻载孔。腹板优选为沿臂身部的整个纵向长度的整块钢板。此箱型梁臂架对臂身部尤其是腹板进行了轻量化设计，不再采取搭接拼焊方式，而是采用整块钢板作为腹板使用，腹板上还开设了轻载孔；由于整块钢板的厚度较小，为保证强度和刚度，在腹板的表面还设置了纤维加强层，达到了轻质、高强、防锈和耐腐蚀耐疲劳的技术效果。
【专利说明】箱型梁臂架和工程机械
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及臂架，尤其是工程机械的箱型梁臂架。
【背景技术】
[0002]在起重机械、泵车等工程机械中，很多都具有能够向高空伸缩的臂架系统，这种臂架系统一般包括头尾相连的多节臂架。以图1所示的泵车臂架为例，作为混凝土泵车的主要承载部件，泵车臂架的承重能力决定了混凝土能够泵送的最远距离，而臂架的自身重量是臂架系统的主要载荷，在保证泵车臂架的承重能力的前提下，如何减轻臂架的重量，实现臂架轻量化设计，达到轻质、高强的目的，则对于整个臂架长度的增加、泵车的泵送距离等均具有重要意义。
[0003]泵车臂架通常为箱型梁结构，包括上、下盖板和两侧腹板。图1所示为现有技术中的一种泵车臂架的侧视图，示出了侧向腹板的整个外表面。其中，腹板的上下端分别与上下盖板焊接，腹板由多块厚度不同的钢板搭接拼焊构成，即图中的搭接拼焊板I?7。七块钢板形状不同，相邻钢板之间的板厚也各不相同，例如较厚的钢板为6mm或7mm以上，较薄的钢板则大约5_厚。这样，通过变板厚的方式来达到减轻臂架自重的设计目的。
[0004]可见，由于臂身部(即搭接拼焊板7)和臂尾部(即搭接拼焊板I)的特殊装配要求和大量的通用性制造等原因，难以在该部分进行轻质高强设计，因而图1所示的现有技术的泵车臂架采用的轻量化设计方法主要聚集于臂架的腹板，整个腹板采用不同板厚的钢板进行拼焊。然而这变板厚拼焊的轻质高强化设计方式产生出诸多缺点，例如厚度不一的钢板进行拼焊时，加工难度较大，势必增加加工工艺的复杂性。而且厚度不一的钢板进行拼焊时和拼焊后，工件的尺寸稳定性难以得到可靠保证。若出现焊接裂缝，将极易影响结构安全性。
[0005]因此，有必要另避蹊径以寻求臂架轻质高强化的其它方法和结构。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种箱型梁臂架，以及包括该箱型梁臂架的工程机械，该臂架轻质、高强，提高了臂架系统的整体性能。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供一种箱型梁臂架，包括臂头部、臂身部和臂尾部，所述臂身部包括构成箱型梁的两侧腹板和上下盖板，所述腹板上开设有用于减轻钢板自重的轻载孔，并且所述腹板的表面设置有纤维加强层，该纤维加强层在所述腹板的宽度方向上完全覆盖该腹板，并且沿所述腹板的长度方向上至少覆盖所述轻载孔。
[0008]优选地，所述腹板为板厚一致的钢板且钢板厚度不大于5mm，或者，在所述腹板上，所述轻载孔的邻接区域的板厚大于相对于该邻接区域更远离所述轻载孔的远离区域的板厚。
[0009]优选地，所述腹板为沿所述臂身部的整个纵向长度上的整块钢板。
[0010]优选地，所述轻载孔的孔径不大于所述腹板的宽度的1/3，并且当所述腹板为板厚一致的整块钢板时，所述腹板的厚度不大于5mm。
[0011]优选地，所述轻载孔沿所述臂身部的横向分别贯穿所述两侧腹板。
[0012]优选地，该箱型梁臂架还包括连接于所述臂身部的耳板部，所述轻载孔为多个并间隔设置在所述耳板部两侧的所述腹板上。
[0013]优选地，沿所述臂身部的纵向，所述耳板部与所述臂头部的纵向间距小于所述耳板部与所述臂尾部的纵向间距，所述耳板部与所述臂头部之间开设的所述轻载孔的个数少于所述耳板部与所述臂尾部之间开设的所述轻载孔的个数。
[0014]优选地，所述上下盖板均为沿所述臂身部的整个纵向长度上的整块钢板，所述上下盖板和两侧腹板的两端分别连接所述臂头部和所述臂尾部。
[0015]优选地，所述纤维加强层还覆盖所述腹板上的结构薄弱部，该结构薄弱部至少包括所述腹板与所述臂头部连接的臂头连接部以及所述腹板与所述臂尾部连接的臂尾连接部。
[0016]在以上基础上，本实用新型还提供了一种工程机械，该工程机械包括机身和安装到该机身上的臂架系统，所述臂架系统包括本实用新型上述的箱型梁臂架。
[0017]通过上述技术方案，本实用新型的箱型梁臂架对臂身部，尤其是腹板进行了轻量化设计，腹板上开设了用于减轻自重的轻载孔，在腹板的表面还设置了至少覆盖轻载孔的纤维加强层，使得臂架的自重减轻，但保证了使用时的强度和刚度，达到轻质、高强、密封防锈和耐腐蚀耐疲劳的功效。
[0018]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0019]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0020]图1为现有技术中的一种泵车臂架的结构示意图；
[0021]图2为根据本实用新型的优选实施方式的箱型梁臂架的结构示意图；
[0022]图3为图2所示的箱型梁臂架中的臂身部的侧视图；
[0023]图4为图3的A-A剖视图，该A-A剖切面通过轻载孔；
[0024]图5为图3的B-B剖视图，该B-B剖切面不通过轻载孔。
[0025]附图标记说明
[0026]I?7 搭接拼焊板d宽度
[0027]10臂头部20臂身部
[0028]30臂尾部40耳板部
[0029]21腹板22盖板
[0030]23纤维加强层211轻载孔
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0032]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
[0033]如图2所示，本实用新型提供了一种新型的箱型梁臂架，包括臂头部10、臂身部20和臂尾部30，臂身部20包括构成箱型梁的两侧腹板21和上下盖板22，见图4和图5。其中，腹板21上开设有用于减轻钢板自重的轻载孔211，并且腹板21的表面设置有如图3和图4所示的纤维加强层23，该纤维加强层23在腹板21的宽度方向上完全覆盖该腹板21，并且沿腹板21的长度方向上至少覆盖轻载孔211。
[0034]在本实用新型中，为达到臂架的轻质高强化设计目的，在腹板21上开设有一个或多个轻载孔211，以实现臂架较大程度的轻量化。在此基础上，为加强腹板的强度与刚度，整块钢板的外表面或内表面还增设了纤维加强层23，使臂架轻质、高强，纤维加强层23还起到了密封防锈，耐腐蚀耐疲劳的功能。通过上述臂架的结构与轻量化设计，实现了臂架轻质、高强，能够很大程度的提高臂架系统的整体性能。
[0035]进一步地，为避免现有技术中采用多块厚薄不一的钢板搭接拼焊而成的腹板所存在的前述诸多缺陷，腹板21可优选为由板厚一致的钢板构成，该钢板的厚度可相对较小，例如不大于5mm，在进一步开设有轻载孔211的情况下，能最大程度地减轻自重。当然，可选择地，也可采用薄厚不均的钢板。在满足整体结构强度要求的情况下，可进一步地进行局部结构强度调整，例如在腹板21上，轻载孔211的邻接区域的板厚可大于相对于该邻接区域更远离轻载孔211的远离区域的板厚，以使得开设有轻载孔211的所述邻接区域处的结构强度能够得以保障。更优选地，此处的腹板21优选地采用整块钢板，即腹板21为沿臂身部20的整个纵向长度上的整块钢板，以便于加工，简化工艺，无需拼接焊等操作。
[0036]以泵车为例，泵车的施工作业范围在很大程度上取决于泵车臂架的长度，也就是说泵车的臂架越长，它的施工作业范围也就越大，适用的施工场地也就越多。但是臂架越长，整个臂架系统的重量也会相应增加，这必然对臂架的强度提出了更高的要求。泵车的臂架系统承受的载荷主要由各结构部件的自重、输送管的混凝土载荷、风载荷以及由振动和冲击引起的动载荷等，而臂架的自身重量为臂架系统的主要载荷。而在本实用新型中，通过整体式钢板、轻载孔211和纤维加强层23的结构设计，确保了结构强度和刚度，最大程度地减轻了臂架自身的重量，使得泵车臂架能够将混凝土输送的更高更远。具体而言，首先，腹板21采用同一厚度的整块钢板，通过在腹板21上开设轻载孔211，减轻了臂架重量，再通过纤维加强层23对臂架进行结构加强，实现了臂架轻质、高强，采用整块钢板还方便了臂架的加工、组装，且消除了现有技术中因搭接拼焊方式带来的难以保证焊接工艺及尺寸稳定性的问题；其次，在腹板开孔位置处胶接的纤维加强层23起到了对轻载孔211很好的密封作用，对臂架防锈起到了保护作用；纤维加强层23具有比钢材更好的耐腐蚀性能，可更好地适应泵车的作业环境，避免臂架因腐蚀破坏而降低臂架强度。另外，疲劳是泵车臂架的主要失效形式，纤维加强层23同样比钢材具有更好的耐疲劳性能，提高了泵车臂架的耐久性，从而延长了臂架的使用周期。
[0037]在图2至图5所示的本实施方式中，根据图1的现有技术的泵车臂架中的搭接拼焊板I?7的厚度普遍为6mm或7mm甚至更厚，薄的也达5mm左右，而本实施方式中在保障臂架结构强度的基础上，最小化设计腹板的厚度，使得作为整块钢板的腹板21的统一厚度不大于5_，这就已经减轻了腹板自重，再通过开设多个轻载孔211可进一步减轻重量。轻载孔211可以是圆孔、椭圆孔、半圆孔、三角形倒圆角孔、方形倒圆角孔、多边形倒圆角孔等，或者几种形状的组合，换言之形状不做具体特别的限定。在图示的采用圆孔的情况下，轻载孔211的孔径优选为不大于腹板21的宽度d的1/3，以保障局部结构强度。同样地，轻载孔211优选为沿臂身部20的横向分别贯穿两侧腹板21，换言之，两侧腹板21上的轻载孔211优选为贯通孔且两侧一一对齐，相较于两侧腹板的轻载孔211不对齐的方式，可使臂架结构具有更大强度。在轻载孔211的具体位置和开孔数量上，可根据选用的整块钢板的厚度而定，在保证结构强度的基础上进行优化设计。通常而言，整块钢板的厚度越大，可开设的轻载孔211的数量越多，孔径也可更大，反之亦然。如图2所示，由于与油缸相连的耳板部40支撑臂身部20，支撑位置处的结构稳固、牢靠，因此多个轻载孔211优选为间隔设置在耳板部40两侧的腹板21上。具体地，如图2所示，沿臂身部20的纵向，耳板部40与臂头部10的纵向间距小于耳板部40与臂尾部30的纵向间距，因此耳板部40与臂头部10之间开设的轻载孔211的个数设计为少于耳板部40与臂尾部30之间开设的轻载孔211的个数。当然，这仅是轻载孔211的一种优选设置方式，在结构强度允许的情况下，轻载孔211的数目可变化，设置位置同样可根据需要而定。在本实施方式中，如图2所示开设轻载孔211，通过仿真模拟与分析计算，在满足臂架刚度和强度的前提下，得到的臂架比图1所示的原臂架至少减重2%?6%。
[0038]图2所示的臂架结构可以应用于臂架系统中的所有臂架，也可以应用于臂架系统中的单节或若干节臂架，整节臂架不改变原有的结构与整体形状。例如图2的单节臂架中，向高处伸出的臂头部10、朝向车身的臂尾部30以及连接油缸的耳板部40均采用原有结构与形状，仅对臂身部20进行如上所述的优化设计。在本实施方式的臂身部20中，上下盖板22均为沿臂身部20的整个纵向长度上的整块钢板，因而上盖板和下盖板可采用同一厚度的整体钢板与腹板21进行焊接，并且上下盖板22和两侧腹板21的两端可分别焊接臂头部10和臂尾部30，从而构成整节臂架。
[0039]在采用整块钢板作为腹板21，且在腹板21上开设轻载孔211后，为补强结构强度和刚度，采用了轻质高强材料的纤维加强层23。这种纤维加强层23可以是单层结构的纤维布或纤维板，也可以是层叠铺设的多层结构的纤维布或纤维板，纤维布或纤维板的纤维材料优选为强度高且重量轻的碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维或芳纶纤维，或者纤维材料为碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维和芳纶纤维中的多种纤维复合材料，即至少两种纤维构成的复合纤维材料，以形成复合材料纤维布或复合材料纤维板。通过纤维加强层23可减轻重量，增强臂架的应力集中区域(例如开设轻载孔211处)的力学性能和抗拉能力，并减少钢材耗量。纤维加强层用于结构补强的应用及效果在诸多文献中均有公开，在此不再--细叙。
[0040]在本实施方式中，纤维加强层23不仅覆盖轻载孔211，还覆盖腹板21上的其他结构薄弱部，例如图1中的搭接拼焊板2和6的安装位置处，或者腹板21与臂头部10连接的臂头连接部以及腹板21与臂尾部30连接的臂尾连接部等等。在设计允许的情况下，纤维加强层23也可覆盖腹板21的整个外表面。
[0041]纤维加强层23与腹板21之间和/或相邻层的纤维布或纤维板之间可通过紧固件等方式相连，但在本实施方式中优选为通过胶黏剂粘接，如图4和图5所示。胶黏剂可选用环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚脂或酚醛树脂等，尤其是在常温下固化时间较短、粘结强度尚的环氧树脂。
[0042]具体操作时，臂身部20的两侧腹板21上开设轻载孔后，对腹板21上开孔部位的周围表面可先进行清理，以保证表面平整，当然也可根据需要先表面粗糙化处理，而后再使用无水乙醇进行表面擦拭，以准备胶接。根据纤维加强层23的胶接位置，将构成纤维加强层23的复合材料纤维布或者复合材料纤维预浸料按照腹板21的顶边和底边形状进行裁剪，以在腹板21的宽度方向上完全覆盖，并根据所需覆盖的纵向长度进行裁剪。
[0043]作为示例，如图3所示，裁剪后的纤维加强层23可完整覆盖腹板21的整个外表面，其中采用了层叠铺设的多层结构的复合材料纤维布。使用高强度胶黏剂将第一层预先裁剪好的复合材料纤维布或者复合材料纤维预浸料铺设在腹板21的外表面上，覆盖开设的轻载孔211。这样既可以对臂架起到加强作用，又可以对臂架起到很好的密封作用，防止臂架内部生锈。在第一层复合材料纤维布上适当滚压，使复合材料纤维布与腹板21之间的胶黏剂分布均匀。再在复合材料纤维布上再层叠铺设一层或多层复合材料纤维布。在层叠铺设过程中也应适当滚压复合材料纤维布层，使层间的胶黏剂分布均匀。在臂身部21的其他薄弱部位的表面可进行如上的同样操作处理。
[0044]将铺设好复合材料纤维布层或者复合材料纤维预浸料层的臂架在常温下固化或者采用热压罐成型的方式进行热压固化。复合材料纤维布层或者复合材料纤维预浸料层可以采用同一纤维方向进行铺设，也可以采用不同纤维方向进行交错铺设。由于复合材料纤维布比钢材具有更好的耐疲劳性和耐腐蚀性，对表面铺设有复合材料纤维布层的臂架部位起到了很好的耐腐蚀作用，提高了臂架的耐久性，从而增加了臂架的使用寿命。
[0045]本实用新型另外还公开了一种工程机械，该工程机械包括机身和安装到该机身上的臂架系统，该臂架系统包括根据本实用新型的上述箱型梁臂架。这种工程机械可以是例如泵车或起重机等，应用上述箱型梁臂架后，由于臂架自重减轻，泵车臂架系统或起重臂的臂架系统的工作性能得以增强。
[0046]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0047]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0048]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种箱型梁臂架，包括臂头部(10)、臂身部(20)和臂尾部(30)，所述臂身部(20)包括构成箱型梁的两侧腹板(21)和上下盖板(22)，其特征在于，所述腹板(21)上开设有用于减轻钢板自重的轻载孔(211)，所述腹板(21)的表面设置有纤维加强层(23)，该纤维加强层(23)在所述腹板(21)的宽度方向上完全覆盖该腹板(21)，并且沿所述腹板(21)的长度方向上至少覆盖所述轻载孔(211)。2.根据权利要求1所述的箱型梁臂架，其特征在于，所述腹板(21)为板厚一致的钢板，或者，在所述腹板(21)上，所述轻载孔(211)的邻接区域的板厚大于相对于该邻接区域更远离所述轻载孔(211)的远离区域的板厚。3.根据权利要求2所述的箱型梁臂架，其特征在于，所述腹板(21)为沿所述臂身部(20)的整个纵向长度上的整块钢板。4.根据权利要求3所述的箱型梁臂架，其特征在于，所述轻载孔(211)的孔径不大于所述腹板(21)的宽度(d)的1/3，并且当所述腹板(21)为板厚一致的整块钢板时，所述腹板(21)的厚度不大于5mm。5.根据权利要求1所述的箱型梁臂架，其特征在于，所述轻载孔(211)沿所述臂身部(20)的横向分别贯穿所述两侧腹板(21)。6.根据权利要求1所述的箱型梁臂架，其特征在于，该箱型梁臂架还包括连接于所述臂身部(20)的耳板部(40)，所述轻载孔(211)为多个并间隔设置在所述耳板部(40)两侧的所述腹板(21)上。7.根据权利要求6所述的箱型梁臂架，其特征在于，沿所述臂身部(20)的纵向，所述耳板部(40)与所述臂头部(10)的纵向间距小于所述耳板部(40)与所述臂尾部(30)的纵向间距，所述耳板部(40)与所述臂头部(10)之间开设的所述轻载孔(211)的个数少于所述耳板部(40)与所述臂尾部(30)之间开设的所述轻载孔(211)的个数。8.根据权利要求1所述的箱型梁臂架，其特征在于，所述上下盖板(22)均为沿所述臂身部(20)的整个纵向长度上的整块钢板，所述上下盖板(22)和两侧腹板(21)的两端分别连接所述臂头部(10)和所述臂尾部(30)。9.根据权利要求1所述的箱型梁臂架，其特征在于，所述纤维加强层(23)还覆盖所述腹板(21)上的结构薄弱部，该结构薄弱部至少包括所述腹板(21)与所述臂头部(10)连接的臂头连接部以及所述腹板(21)与所述臂尾部(30)连接的臂尾连接部。10.一种工程机械，该工程机械包括机身和安装到该机身上的臂架系统，其特征在于，所述臂架系统包括根据权利要求1-9中任意一项所述的箱型梁臂架。
【文档编号】B66C23-64GK204266597SQ201420711045
【发明者】蒋志达, 伍希志, 付玲, 任会礼, 钟懿 [申请人]中联重科股份有限公司