一种布料臂架的节臂及其制作方法、混凝土输送机械的制作方法

专利名称：一种布料臂架的节臂及其制作方法、混凝土输送机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于输送混凝土的布料臂架技术，特别涉及一种布料臂 架的节臂及该节臂的制作方法，还涉及到一种具有该节臂的混凝土输送机械。
背景技术：
目前，在进行建筑作业时， 一般用混凝土泵车或混凝土布料架输送混凝 土。在输送混凝土过程中，混凝土泵提供适当的动力，使混凝土泥浆在适当 压力作用下通过输送管道到达预定的地点，以在远离搅拌站的位置进行混凝 土浇注或灌注作业。输送管道由多个输送管顺序相接形成。
输送管道一般由布料臂架支撑。如图1所示，该图是现有技术中， 一种
布料臂架的结构示意图。图中，布料臂架包括四个节臂110;四个节臂110 通过横向铰轴120顺序4交接相连；相邻的两个节臂110之间设有驱动积4勾， 驱动机构包括液压油缸130和连接杆140;液压油缸130进行伸缩运动时， 驱动机构能够驱动相邻的节臂IIO相对旋转，从而能够调整未端节臂110的 位置，实现对混凝土浇注位置的调整。
在输送混凝土时，布料臂架要为输送管道和混凝土泥浆提供支撑力，因 此，布料臂架的强度、耐疲劳强度、重量等性能直接影响到混凝土输送机械 的使用性能。随着工程技术发展，工程作业要求混凝土输送机械将混凝土输 送到更高和更远位置。为了满足工程作业的需要，混凝土输送机械中，布料 臂架具有越来越多的节臂110;同时，为了提高混凝土的输送流量，输送管 道的截面积也越来越大；因此，在混凝土输送过程中，节臂110的负载越来 越大，进一步地，工程作业要求节臂IIO具有更高的强度。另外，由于混凝 土输送过程中，混凝土泥浆对节臂IIO产生脉动负载，因此，还要求节臂110 具有较高的耐疲劳强度。
现有的布料臂架的节臂由钢板拼焊而成，该结构的节臂存在以下问题 第一、强度与重量之间存在难以调和的矛盾。在现有技术中，在通过增 加钢板厚度保证节臂具有较高的强度时，钢板厚度的增加必然伴随着节臂重量的增加，这就使得节臂需要承受更大的力矩，非常容易造成布料臂架的超 载。虽然可以用特殊金属制作节臂，但无疑会使节臂的制造成本非常高，不 符合实际产生需要。
第二、强度与制作工艺性能之间存在难以调和的矛盾。现有的布料臂架 的节臂之间通过铰接相连，连接结构需要通过焊接方式获得；在用高强度钢 板制造节臂时，由于高强度钢板的焊接性能较差，因此会造成节臂制作加工 非常困难，增加节臂的制作成本。而且，由于焊接性能较差，焊接处非常容 易因疲劳而开裂，使布料臂架的使用寿命缩短。
第三、强度与耐疲劳性能之间存在难以调和的矛盾。在制作节臂的钢才反 具有较高的强度时，其耐疲劳强度降低，节臂容易出现疲劳性断裂，使布料 节臂的寿命缩短。

发明内容
针对上述问题，本发明的第一个目的在于，提供一种重量轻、强度高的 布料臂架的节臂，同时保证其具有较高的耐疲劳强度。
在第一个目的的基础上，本发明的第二个目的在于，提供一种混凝土输 送机械，该混凝土输送机构包括上述布料臂架的节臂。
本发明的第三个目的在于，提供一种制作布料臂架的节臂的方法，在保 证节臂强度的同时，提高其制作工艺性能。
为了实现上述第一个目的，本发明提供的布料臂架的节臂包括横板、立
板；纵向方向上，所述横板和立板在相同方向上延伸；在横向截面内，所述 横板水平延伸，所述立板垂向延伸，所述立^反侧边与才黄板固定，所述横板和 立板分别包括复合材料层，所述复合材料层包括树脂和纤维。
优选的，所述横板的复合材料层中的至少一部分纤维形成单轴向纤维布。 优选的，所述横板的复合材料层中的一部分纤维形成三轴向纤维布。 优选的，所述立板侧边还具有翻边，所述翻边沿横板表面延伸，且与横 板固定。
优选的，所述立板的复合材料层中的至少 一部分纤维形成双轴向纤维布。 优选的，所述立板端部复合材料层的部分纤维形成三轴向纤维布。优选的，所述立板端部还具有金属部件，所述金属部件形成安装孔，所 述金属部件与复合材料层固定。
优选的，所迷立板还包括由复合材料层包裹的泡沫夹芯层。
为了实现上迷第二个目的，本发明提供的混凝土输送机械包括布料臂架， 所述布料臂架包括上述任一种布料臂架的节臂。
为了实现上迷第三个目的，本发明提供的布料臂架的节臂的制作方法包
括以下步骤
用树脂和纤维制作横板和立板； 将所述横板和立板固定。
本发明提供的布料臂架的节臂的横板和立板分别包括复合材料层，所述 复合材料层包括树脂和纤维，可以由树脂与纤维复合而成。由于包括复合材 料层，该布料臂架的节臂具有下述技术效果
第一、复合材料层的强度和钢板强度相当，其密度只有钢材密度的1/4, 因此，本发明提供的节臂能够在保证节臂具有较高强度的同时，保持较小的 重量，从而较好地调和现有技术节臂强度与重量之间存在的矛盾，防止布料 臂架过载。
第二、复合材料层具有较好的可设计性能，从而能够获得预定结构的节 臂，减少现有技术中，焊接对节臂强度造成的不良影响；从而能够在获得预 定结构的同时，保持节臂强度，较好地调和现有技术中节臂强度与节臂制造 工艺之间存在的矛盾；
第三、由于复合材料具有较高的耐疲劳性能。包括复合材料层的节臂也 具有较强的耐疲劳强度，从而能够较好的调和现有节臂强度与疲劳性能乏间 存在的矛盾。
第四、由于复合材料具有较好的抗冲击性能和耐腐蚀性能，因此，包括 复合材料层的臂架还具有较好地减振性能和耐腐蚀性能，从而能够延长节臂 的使用寿命。
第五、由于复合材料断裂时緩变特性，包括复合材料层的节臂失效的过 程包括多个阶段，包括基体损伤、开裂、界面脱粘、纤维断裂等一系列阶段， 因此，在使用中，可以及时发现节臂存在的问题，防患于未然，提高节臂使用的安全性。
在进一步的技术方案中，所述横板的复合材料层中的至少 一部分纤维形 成单轴向纤维布，该技术方案中提供的节臂能够充分利用复合材料的各向异
性的特点，使节臂承受较大的弯矩载荷；在进一步的技术方案中，所述横板 的复合材料层的部分纤维形成三轴向纤维布，该技术方案提供的节臂不仅能 够承受较大的弯矩载荷，还能够承受较大的扭矩载荷。
在进一步的技术方案中，立板复合材料层中的至少一部分纤维形成双轴 向纤维布；该技术方案提供的节臂能够承受较大的剪切载荷；在进一步的技 术方案中，所述立板端部的复合材料层的部分纤维形成三轴向纤维布，该技 术方案提供的节臂的端部在多个方向上具有较高的强度，可以提高节臂连接 部分的可靠性；在进一步的技术方案中，所述立板还包括由复合材料层包裹 的泡沫夹芯层，该技术方案提供的节臂立板具有较大的宽度，从而能够提高 节臂的稳定性。
另外，本发明提供的布料臂架的节臂的方法中，用树脂和纤维制作复合 材料层，用复合材料层形成横板和立板；再将横板和立板固定获得本发明提 供的节臂；该方法制作方法简单，从而较好地改良了节臂的制造工艺性能。
由于布料臂架的节臂具有上述技术效果，具有上述节臂的混凝土输送机 械也具有相应的技术效果。


图l是现有技术中， 一种布料臂架的结构示意图； 图2是本发明实施例一提供的节臂的结构示意图； 图3是图2中A-A剖视结构示意图4是图2中B-B的剖视结构示意图，该图示出了立板横向截面的结构 示意图5是本发明另一实施例才是供的节臂的横向截面结构示意图。
具体实施例方式
依据传统的技术思路，为了保证节臂的可靠性，须用钢板焊接形成节臂；随着布料臂架长度增加，节臂数量的增多，节臂过重的问题越来越突出；为 了降低节臂的重量，采取的技术路线通常是通过热加工，使钢板具有相应的 性能，提高钢板的强度，减小钢板的厚度，而这一技术路线不可避免地会对
节臂制作工艺性能造成不利影响，降低节臂的耐疲劳性能；而且，节臂重量 仍然是制约布料臂架发展的 一个瓶颈。
与现有技术节臂的技术路线不同，本发明从一个新的技术路线出发，克 服了现有技术中用钢板制作节臂的偏见，用强度大，密度小的复合材料制作 节臂，以调和现有技术节臂性能之间存在的矛盾，从一个新的角度提供了一
种布料臂架的节臂；不仅能够保证节臂工作的可靠性，还产生了诸多现有节 臂不具有的技术效果。
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释 性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
请参考图2和图3,该图是本发明实施例一提供的节臂的结构示意图。 图3是图2中A-A剖视结构示意图。
实施例一提供的节臂包括上横板221、下横板222和两个立板210，上横 板221和下横板222形成节臂的横板220;纵向方向上，上横板221、下横板 222和立板220向相同方向延伸；在横向截面内，上横板221和下横板222 水平延伸，立板210垂向延伸。如图3所示，每个立板210的两侧边分别与 上横板221和下横板222 —个侧边固定，这样，上横板221、下横板222和 两个立板210形成节臂。如图3所示，所述立板210两侧边还设有翻边213, 两个翻边213分别沿上横板221的下表面和下横板222的下表面水平延伸， 且'分别与上横板221的下表面和下横板222的下表面固定，这样，能够使立 板210与横板220之间的接合面积增加，从而增加立板210与横板220之间 连接的可靠性。可以理解，增加立板210与横板220之间接合面积的方式还 可以有多种，比如说可以在横板220设置翻边，还可以在横板220和立板 210上分别设置翻边。另外，翻边可以位于节臂外表面，优选的技术方案是 翻边位于节臂内腔壁上。
上横板221、下横板222和立板210分别由复合材料层形成，所述复合 材料层包括树脂和纤维，可以由树脂与纤维复合而成。树脂可以为不饱和树指、乙烯基树脂、改性酚醛树脂和环氧树脂中的一种；纤维可以是碳纤维、 玻璃纤维、纺纶纤维和高强度聚乙烯纤维中一种或多种的组合。
由复合材料层形成的节臂具有以下技术效果
第一、复合材料层的强度与钢板强度相当，但其密度只有钢材密度的1/4, 因此，本例提供的节臂能够在保证节臂具有较高强度的同时，保持较小的重 量，较好地调和现有技术节臂强度与重量之间存在的矛盾。由于节臂具有较 小的重量；布料臂架能够包括更多个节臂，将混凝土输送到更远、更高的位 置，为混凝土作业提供的便利。
第二、由于复合材料层具有较好的可设计性能，从而能够获得预定结构 的立板210，还可以根据节臂不同部位受力的不同，使节臂不同部分具有适 当的结构；这不仅能够有利于节臂与节臂之间的连接配合，还能够避免现有 技术中，由于焊接对节臂强度造成的不良影响，保持节臂强度，较好地调和 现有技术节臂强度与制造工艺之间存在的矛盾。
第三、由于复合材料具有较高的耐疲劳强度。包括复合材料层的节臂也 具有较高的耐疲劳强度，延长节臂的使用寿命，从而能够较好地调和现有技 术节臂强度与耐疲劳性能之间存在的矛盾。
第四、由于复合材料具有较好的抗冲击性能和耐腐蚀性能，因此，包括 复合材料层的臂架也具有良好的减振性能和耐腐蚀性能，从而能够延长节臂 的使用寿命。
第五、由于复合材料具有的性能，本例提供的节臂失效的过程包括多个 阶段，包括基体损伤、开裂、界面脱粘、纤维断裂等一系列阶段，因此，在 使用中，可以及时发现节臂存在的问题，防患于未然，提高节臂使用的姿全 性。
在使用中，节臂承受到弯矩负载的作用时，其上横板221产生拉应力， 下横板222产生压应力，为了使节臂具有较大的承受弯矩载荷的能力，还可 以利用纤维的各向异性，使上横板和221和下横板222分别具有较强的抗拉 性能和抗压性能。因此，在实施例一中，可以使上横板221和下横板222复 合材料层中纤维形成单轴向纤维布，即在制作横板220时，用单轴向纤维布 与树脂复合形成复合材料层。由于布料臂架动作的复杂性，节臂还要承受扭矩负载，上横板221和下
横板222还会产生横向的剪切应力，为了提高上横板221和下横板222抗剪 切性能，还可以使复合材料层中的部分纤维形成三轴向纤维布，即在制作横 板220时，用三轴向纤维布和单轴向纤维布共同与树脂复合形成复合材料层。 优选的技术方案是在靠近上横板221和下横板222表面处设三轴向纤维布， 使三轴向纤维布与表面之间的距离小于单轴向纤维布与表面之间的距离；这 样能够充分利用三轴向纤维布在横向上的强度，提高上横板221和下横板222 的抗剪切能力，提高节臂能够承受的最大扭矩。
在使用中，节臂承受到弯矩负载的作用时，立板210产生剪切应力，因 此，立板210的纤维可以形成双轴向纤维布；为了提高立板210两端的强度， 立板210两端复合材料层中的部分纤维还可以形成三轴向纤维布。同样，为 了提高节臂连接部分之间的耐磨性能，还可以在立板210适当位置设置金属 部件，并用金属部件形成铰接孔或其他结构。请参考图4,该图是图2中B-B 的剖视图。立板210中还设有金属部件211，本例中，金属部件211为金属 筒，金属筒的外周面与复合材料层固定,内孔形成节臂的4交接孔，以与其他 节臂铰接；同样，还可以在适当的位置设置多个金属筒，以形成安装驱动机
构的安装孔。
为了提高节臂的稳定性，还可以在立板210中设置泡沫夹芯结构；如图 5所示，该图是本发明另一实施例提供的节臂的横向截面结构示意图。立板 210内还设有泡沫夹芯层212，以充分利用复合材料层，^提高节臂的稳定性。 泡沫夹芯层212的材料可以是聚氨脂、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酰亚胺和聚醚 酰亚胺中一种或几种的组合。
可以理解，节臂不限于上述结构，还可以根据实际需要将节臂的截面制 作成其他结构，可以为工字钢形，双腹板工字钢形，槽钢形，双拼槽钢形等 等。
另外，本发明还提供了一种制作布料臂架的节臂的方法，该方法可以是: 用树脂和纤维制作横板和立板；然后将横板和立板固定，形成节臂。应当说 明的是，虽然该方法能够用于制作上述节臂，但上述节臂不限于采用该方法 获得。其中，用树脂和纤维制作横板220具体可以是在模具中按预定的结构
铺设适当纤维布，可以先铺设三轴向纤维布，再铺设单轴向纤维布，最后再 铺设三轴向纤维布，各纤维布的数量由预定的结构设计决定。再通过真空灌
注形成横板220。当然也可以通过其他成型工艺形成横板220，比如可以通过 手糊、注射、拉挤、缠绕、模压形成。同样，立板也可以通过上述方法获得。 在用真空灌注成型时，可以先铺设最外层双轴向纤维布，然后铺"i殳端部及安 装孔位置处的三轴向纤维布，并将金属部件211预埋，而后铺:&泡沫夹芯层 212，在安装孔及端部位置，泡沫夹芯层212最好采用斜角过渡；铺设完泡沫 夹芯层212后铺设端部三轴向纤维布，最后铺设里层的双轴向纤维布。
固定横板和立板的方法可以用适当高强度胶粘接，在粘接后还可以通过 手糊包边，以使节臂具有适当的强度。
在提供上述节臂的基础上，本发明还提供了一种混凝土输送机械，该混 凝土输送机械包括混凝土泵和布料臂架，所述布料臂架包括上述节臂，混凝 土输送机械可以是混凝土泵车、混凝土布料架等等。由于本发明提供的节臂 具有上述技术效果，带有该节臂的混凝土输送机械也具有相应的技术效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种布料臂架的节臂，所述节臂包括横板(220)、立板(210)；纵向方向上，所述横板(220)和立板(210)在相同方向上延伸；在横向截面内，所述横板(220)水平延伸，所述立板(210)垂向延伸，所述立板(210)侧边与横板(220)固定，其特征在于，所述横板(220)和立板(210)分别包括复合材料层，所述复合材料层包括树脂和纤维。
2、 根据权利要求1所述的布料臂架的节臂，其特征在于，所述横板(220) 的复合材料层中的至少 一部分纤维形成单轴向纤维布。
3、 根据权利要求2所述的布料臂架的节臂，其特征在于， 所述横板(220)的复合材料层中的一部分纤维形成三轴向纤维布。
4、 根据权利要求1-3任一项所述的布料臂架的节臂，其特征在于，所述 立板(210)侧边还具有翻边(213),所述翻边(213)沿横板(220)表面延 伸，且与横板(220)固定。
5、 根据权利要求1-4任一项所述的布料臂架的节臂，其特征在于，所述 立板(210)的复合材料层中的至少一部分纤维形成双轴向纤维布。
6、 根据权利要求5所述的布料臂架的节臂，其特征在于，所述立板(210) 端部复合材料层的部分纤维形成三轴向纤维布。
7、 根据权利要求6所述的布料臀架的节臂，其特征在于，所述立板(210) 端部还具有金属部件(211),所述金属部件(211)形成安装孔，所述金属部 件(211)与复合材料层固定。
8、 根据权利要求7所述的布料臂架的节臂，其特征在于，所述立板(210 ) 还包括由复合材料层包裹的泡沫l芯层(212)。
9、 一种混凝土输送机械，包括布料臂架，其特征在于，所述布料臂架包 括权利要求l-8任一项所述的布料臂架的节臂。
10、 一种布料臂架的节臂的制作方法，其特征在于，包括以下步骤 用树脂和纤维制作横板(220)和立板(210);将所述横板(220)和立板(210)固定。
全文摘要
本发明公开一种布料臂架的节臂及该节臂的制作方法，还涉及到一种具有该节臂的混凝土输送机械。公开的布料臂架的节臂包括横板、立板；纵向方向上，所述横板和立板在相同方向上延伸；在横向截面内，所述横板水平延伸，所述立板垂向延伸，在其侧边具有翻边，所述立板侧边及水平翻边与横板固定，所述横板和立板分别包括复合材料层，所述复合材料层包括树脂和纤维。本发明提供节臂能够在保证节臂具有较高强度和耐疲劳强度的同时，保持较小的重量，还能够减少由于焊接对节臂强度造成的不良影响；本发明提供节臂还具有减振性能和耐腐蚀性能，从而能够延长节臂的使用寿命。
文档编号E04G21/04GK101666162SQ20091017942
公开日2010年3月10日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者于国亮, 何正华, 朱小平, 蒋建军 申请人:三一重工股份有限公司