梁结构、臂节、臂架以及机械设备的制作方法

本实用新型涉及机械设备多关节臂架领域，具体地涉及一种梁结构，进一步，本实用新型还涉及一种臂节、一种臂架、一种机械设备以及一种臂节的制造方法。

背景技术：

多关节臂架通常由多个臂节依次连接组成，相邻两个臂节之间能够以邻接部位为支点，产生相对转动。多关节臂架可广泛应用于各种领域，例如机器人动臂、观测设备支架、工程机械作业设备等。

作为典型的多关节臂架，折叠式臂架是混凝土泵车、消防车、挖掘机等工程机械设备的关键作业部件，决定着工程机械设备的主机的使用性能。

随着经济建设的飞速发展，越来越多的作业场合需要臂架更长的工程机械设备。随着臂架长度的增加，臂架重量以及工作力矩增加，这不仅对底盘结构提出了更高的要求，而且臂架疲劳开裂问题变得更加突出。为了解决这些问题，有必要加强臂架轻量化设计。

纤维复合材料(以下简称“纤维复材”)由于具有高比强度、高比模量，耐疲劳性能好，破损安全性好，阻尼减振性能好，可设计性强等优点，而在折叠式臂架轻量化设计与制造中得到有效应用，并取得明显成效。

在折叠式臂架中，臂架主体结构(即梁结构)采用纤维复材时，臂节与臂节的连接部位或臂节与驱动元件的连接部位，由于受载复杂，且受回转摩擦作用，存在连接疲劳寿命低，可靠性不足的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一是为了至少在一定程度上克服现有技术中存在的上述技术问题之一，提供一种有助于提升梁结构的连接部位的连接可靠性和连接寿命的技术方案。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种梁结构，所述梁结构包括纤维复材层部以及预埋在所述纤维复材层部的连接部位内的加强板，多层所述加强板沿着所述纤维复材层部的壁厚方向排列，且相邻两层加强板之间通过所述纤维复材层部的纤维复材层间隔开。

优选地，所述加强板在所述梁结构的纵向上间隔分布。

优选地，所述梁结构的埋设有所述加强板的位置沿着所述梁结构的壁厚方向开设有梁结构通孔。

优选地，所述梁结构通孔包括第一安装孔；其中，所述第一安装孔为轴套安装孔，所述轴套安装孔内同轴装配有轴套，所述轴套两端的外边缘部位分别设有与所述第一安装孔的轴向两端的孔边缘部位相抵接的限位件。

优选地，所述梁结构通孔还包括第二安装孔，所述第二安装孔分布在所述第一安装孔的外围；其中，所述第二安装孔为螺纹紧固件安装孔，该螺纹紧固件安装孔内安装有螺纹紧固件，该螺纹紧固件的两端的外周面上安装有用于加强所述螺纹紧固件的连接强度的垫片。

优选地，所述梁结构的横截面为矩形，该矩形横截面的其中两相对侧所对应的梁结构的侧壁上，所述纤维复材层部的纤维敷设角度为第一角度；该矩形横截面的另外两相对侧所对应的梁结构的侧壁上，所述纤维复材层部的纤维敷设角度为第二角度；其中，所述第一角度小于所述第二角度；所述纤维敷设角度为纤维与所述梁结构的纵向之间的夹角。

优选地，所述第一角度的取值范围是0°～45°；所述第二角度的取值范围是45°～90°。

基于本实用新型第一方面提供的梁结构，本实用新型第二方面提供一种臂节，所述臂节包括根据本实用新型第一方面所述的梁结构。

优选地，所述梁结构在纵向上分为线性延伸的梁主体以及与所述梁主体形成为一体且自该梁主体的端部以偏离所述梁主体的线性延伸的方向向一侧平滑延伸的端部弯头，该端部弯头用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开；所述端部弯头内预埋有所述加强板。

优选地，所述梁主体上还形成有用于铰接驱动元件的驱动元件铰接部，所述驱动元件铰接部以偏离所述梁主体的线性延伸的方向向所述端部弯头所在的一侧延伸；所述驱动元件铰接部内预埋有所述加强板；所述驱动元件用于提供所述驱动力。

优选地，所述端部弯头上安装有用于加强所述梁结构的强度的端部加强盖板。

基于本实用新型第二方面提供的臂节，本实用新型第三方面提供一种臂架，所述臂架包括若干个依次铰接串联的臂节，所述臂节为根据本实用新型第二方面所述的臂节。

基于本实用新型第三方面提供的臂架，本实用新型第四方面一种机械设备，所述机械设备包括根据本实用新型第三方面所述的臂架。

本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的梁结构中，多层加强板沿着纤维复材层部的壁厚方向排列，且相邻两层加强板之间通过纤维复材层部的纤维复材层间隔开。即，加强板与纤维复材层组成沿着梁结构的厚度方向排列的叠层结构。叠层结构增加了纤维复材层与加强板之间的接触面积，由于连接部位加强板承担的载荷最终需要依靠加强板与纤维复材层之间的连接面，传递给其他部件，采用叠层结构，可以提高梁结构的连接部位在该梁结构的壁厚方向上的受力均匀性，并将连接部位内加强板承担的载荷均匀分布在更多的纤维复材层和加强板的连接界面上，进而更加均匀地将梁结构承受的载荷传递给其他部件，提高梁结构的连接部位的连接可靠性和连接寿命。

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

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：

图1是本实用新型实施例提供的折叠式臂架的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的臂节的结构示意图；

图3是图2的外轮廓示意图；

图4是图2的横截面示意图；

图5是图2中金属连接内衬的预埋位置的结构示意图；

图6是图2中梁结构的连接部位的横截面结构示意图；

图7是图2中梁结构的连接部位的螺栓的安装示意图；

图8是图2中梁结构的连接部位的轴套的安装示意图；

图9是图2中梁结构的端部加强盖板的结构示意图；

图10是本实用新型另一实施例提供的臂节的结构示意图；

图11是本实用新型另一实施提供的折叠式臂架的结构示意图；

图12是本实用新型实施例提供的梁主体芯膜的纵向剖面图；

图13是本实用新型实施例提供的芯膜的结构示意图；

图14是本实用新型实施例提供的用于模制驱动元件铰接部的铰点芯膜的结构示意图；

图15是本实用新型实施例提供的用于模制端部弯头的铰点芯膜的结构示意图；

图16是本实用新型实施例提供的金属连接内衬在铰点芯膜上的安装位置的结构示意图；

图17是本实用新型实施例提供的预埋在端部弯头内的金属连接内衬的结构示意图；

图18是本实用新型实施例提供的预埋在驱动元件铰接部内的金属连接内衬的结构示意图；

图19是本实用新型实施例提供的梁结构的其中一侧壁上的纤维缠绕角度的示意图；

图20是本实用新型实施例提供的梁结构的另一侧壁上的纤维缠绕角度的示意图；

图21是本实用新型实施例提供的未脱模时的梁结构的纵向剖面图；

图22是本实用新型实施例提供的梁结构中梁主体芯膜脱模时的结构示意图；

图23是本实用新型实施例提供的梁结构中铰点芯膜脱模时的结构示意图；

图24是本实用新型实施例提供的脱模后的梁结构的纵向剖面图；

图25是本实用新型实施例提供的梁结构的外形轮廓的加工示意图；

图26是本实用新型实施例提供的梁结构上梁结构通孔的开孔位置示意图；

图27是本实用新型实施例提供的梁结构上端部加强盖板的封装示意图。

附图标记说明

1-梁结构；2-端部弯头；3-连杆；4-液压油缸；5-驱动元件铰接部；6-端部加强盖板；7-金属连接内衬；8-纤维复材层；9-螺栓；10-垫片；11-轴套；12-压环；13-纤维；14-金属连接结构；15-梁主体芯膜；16-铰点芯膜；17-轴套安装孔；18-螺纹紧固件安装孔。

具体实施方式

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。

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、左、右”通常是指参考附图所指的上、下、左、右。“内、外”是指相对于部件本身轮廓的内、外。

参阅图1，折叠式臂架包括依次串联的若干个臂节，为了实现折叠式臂架的折叠和展开，相邻两臂节之间，必须至少有一个臂节的一端带有弯头结构。通常而言，折叠式臂架中的每个臂节的至少一端具有弯头结构，在弯头结构上至少开设有两个通孔，其中一个通孔用于实现相邻两臂节之间的铰接，另一个通孔用于铰接连杆3的一端，连杆3的另一端与驱动元件例如液压油缸4的一端相连，另外，为了铰接驱动元件的另一端，在臂节的两端之间的位置上，通常还开设有另设的铰孔，该铰孔用于铰接驱动元件的另一端。其中，驱动元件用于提供驱动力，以驱动相邻两个臂节中的其中一者相对于另一者转动，从而实现相邻两个臂节之间的折叠和展开。

纤维复材折叠式臂架中的每个臂节都采用纤维复材制成，有助于实现折叠式臂架的轻量化设计。但这类臂节的连接部位，包括臂节与臂节的连接部位以及臂节与驱动元件的连接部位，普遍存在抗疲劳寿命低，可靠性不足的问题。

为此，本实用新型实施例第一方面提供一种梁结构1，该梁结构1属于臂节的组成部分。所述梁结构1包括纤维复材层部以及预埋在所述纤维复材层部的连接部位内的加强板，多层所述加强板沿着所述纤维复材层部的壁厚方向排列，且相邻两层加强板之间通过所述纤维复材层部的纤维复材层8间隔开。

其中，所述纤维复材层部指的是梁结构1中的纤维复材部分，纤维复材层部包括多个纤维复材层8，多个纤维复材层8沿着纤维复材层部的壁厚方向排列。梁结构1的主要制造材料为纤维复材，通过纤维复材来制造梁结构1有利于减轻梁结构1的重量，从而实现折叠式臂架的轻量化设计。

纤维复材层部的连接部位指的是纤维复材层部的用于与其他零部件连接的部位，例如纤维复材层部的用于连接另一臂节的位置，或者纤维复材层部的用于连接驱动元件的位置，通常纤维复材层部的连接部位开设有通孔，纤维复材层部通过贯穿该通孔的连接件与其他零部件连接。

预埋加强板指的是，加强板在梁结构1制造时埋设在纤维复材层部的两纤维复材层8之间，与梁结构1形成为一体。

通过在梁结构1的连接部位预埋加强板，有利于提高梁结构1的连接部位的力学性能，加强梁结构1的连接部位的受力强度；此外，加强板与纤维复材层8在梁结构1的壁厚方向上交替分布，形成叠层结构，叠层结构增加了纤维复材层8与加强板之间的接触面积，由于连接部位加强板承担的载荷最终需要依靠加强板与纤维复材层8之间的连接面，传递给其他部件，采用叠层结构，可以将连接部位内加强板承担的载荷均匀分布在更多的纤维复材层8和加强板的连接界面上，进而更加均匀地将梁结构1承受的载荷传递给其他部件，提高梁结构1的连接部位的连接可靠性和连接寿命。

所述加强板为利用增强材料制成的板材，例如可以平面板材。增强材料例如可以为任何已知可以增强纤维复材的力学性能的材料，包括但不限于强化塑料、金属等。

在本实用新型优选实施例中，所述加强板为金属连接内衬7，本实用新型的以下实施例将以加强板为金属连接内衬7为例，对本实用新型的其他各优选实施例做进一步的详细说明。

金属连接内衬7一般为纯金属件，与纤维复材的性能不同，金属件的抗压性能较好，耐磨性能较高，且具有各向同性的优点，如果在纤维复材的连接部位内嵌金属件，则在连接部位加工通孔后，可以依靠金属件承担通孔部分载荷，提高通孔的耐磨性能，并减小通孔圆周方向性能差异程度，提高抗疲劳性能和连接寿命。

需要说明的是，如果利用纤维复材和金属各自特点，共同承担通孔处受到的载荷，则必须对通孔处纤维复材和金属进行匹配。否则，会由于纤维复材和金属的材料特性差异太大，通孔在承载过程中，由于纤维复材和金属变形不协调，在纤维复材和金属胶接界面产生大的应力集中，造成界面开裂失效。

为了解决此技术问题，在本实用新型实施例中，多层所述金属连接内衬7沿着所述纤维复材层部的壁厚方向排列，且相邻两层金属连接内衬7之间通过所述纤维复材层部的纤维复材层8间隔开。即，金属连接内衬7与纤维复材层8组成沿着梁结构1的厚度方向排列的叠层结构。

叠层结构中的金属连接内衬7能够使梁结构1的连接部位的纤维复材“金属化”，从而使得梁结构1可以更加均匀地承载连接部位处的载荷，加强连接部位的承载能力。具体地，叠层结构增加了纤维复材层8与金属连接内衬7之间的接触面积，并且使得金属连接内衬7与纤维复材层8在通孔轴向上的分布更加均匀，降低通孔轴向方向的应力集中程度。由于金属连接内衬7承担的载荷最终需要依靠金属连接内衬7与纤维复材层8的连接面，一般为胶接面，传递给其他部件，采用叠层结构，可以将通孔附近金属连接内衬7承担的载荷均匀分布在更多的纤维复材层8和金属连接内衬7的胶接界面上，从而降低纤维复材层8和金属连接内衬7的胶接界面的应力水平，提高纤维复材层8与金属连接内衬7胶接的可靠性，进而提高通孔承载的可靠性，以及梁结构1与其他部件之间的连接可靠性和连接寿命。

此外，本实用新型实施例中，采用多层金属连接内衬7，相对于单层金属连接内衬7，多层金属连接内衬7可以显著增加金属连接内衬7与纤维复材层8之间的接触面积，使得通孔处金属连接内衬7承担的载荷均匀分布在更多的纤维复材层8和金属连接内衬7的胶接面上，降低纤维复材层8和金属连接内衬7的胶接面处的应力水平，提高纤维复材层8与金属连接内衬7之间的连接可靠性；并使纤维复材层8和金属连接内衬7沿通孔的轴向更加均匀地分布，提高通孔轴向受力均匀性，降低通孔轴向应力集中程度，进而更加均匀地将梁结构1承受的载荷传递给其他部件，提高梁结构1和其他部件之间的连接可靠性和连接寿命。

在图6-图8示出的实施例中，梁结构1的侧壁在厚度方向上分别具有三层金属连接内衬7，四层纤维复材层8。金属连接内衬7和纤维复材层8交替分布，呈层叠结构。可以理解的是，金属连接内衬7还可以是两层或三层以上的数量。

在具体实施时，金属连接内衬7的材质可以有多种，例如碳钢、合金钢、铝合金、镁合金或钛合金等，一般优选铝合金。金属连接内衬7的形状、规格、尺寸等参数，可以根据不同工程机械的臂架规格来设定。例如，在图10-图11所示出的臂节中，金属连接内衬7一般为矩形金属面板。在图26-图27所示出的臂节中，金属连接内衬7一般为弯曲板，弯曲板的形状如图17和图18所示。

继续参阅图10-图11以及图26-图27，金属连接内衬7可以在梁结构1的纵向上间隔分布。这是因为，对于一般的折叠式臂架而言，臂架通常包括两节以上的臂节，对于处于两端的第一个臂节和最后一个臂节而言，其梁结构1可能只有一端与相邻的臂节铰接相连，因此，梁结构1在纵向上只有一处连接部位，此时，只需要在梁结构1的连接端侧壁内埋设金属连接内衬7即可。但是对于中间的臂节而言，由于臂节的纵向两端均需要与其他臂节相连，因此，需要在这种臂节的梁结构1的纵向两端侧壁分别埋设金属连接内衬7。此外，为了安装用于驱动臂架折叠的驱动元件，还可以在梁结构1两端之间的位置上安装金属连接内衬7，以此提高臂架的结构紧凑性。

如前文所述，在本实用新型实施例中，金属连接内衬7埋设在梁结构1的纤维复材层部的连接部位内，为了将梁结构1与其他部件相连，通常在连接部位沿着所述梁结构1的壁厚方向开设有梁结构通孔，由此，梁结构1可以通过贯穿该梁结构通孔的连接件，例如铆钉、螺栓、销轴等，与其他部件连接。

在本实用新型的一优选实施例中，所述梁结构1通过销轴与其他部件相连。为了安装销轴，所述梁结构通孔包括第一安装孔，所述第一安装孔为轴套安装孔17，所述轴套安装孔17内同轴装配有轴套11，所述轴套11两端的外边缘部位分别设有与所述第一安装孔的轴向两端的孔边缘部位相抵接的限位件，通过该限位件可以阻止轴套轴向平移，从而避免轴套从轴套安装孔中脱落，以提高轴套的安装稳定性。进一步，为了阻止第一安装孔的孔边缘部位的纤维复材法向剥离，所述限位件可以形成为压环12，通过压环12紧压所述第一安装孔的轴向两端的孔边缘部位。

具体地，所述轴套11可以过盈装配在所述轴套安装孔17中，与所述轴套安装孔17同轴设置，其作用是为了更加均匀地将第一安装孔处的载荷传递给层叠结构。轴套11两端形成压环12，该压环12与梁结构1的侧壁相抵接，通过该压环12，一方面可以避免梁结构通孔边缘处的纤维复材法向剥离，另一方面还可以压紧纤维复材层8和金属连接内衬7所形成的层叠结构，阻止层叠结构分层，提高梁结构1的稳定性，第三方面还可以阻止轴套11从轴套安装孔17中脱落，提高轴套的安装稳定性。

需要说明的是，对于不同结构形式的梁结构1，轴套安装孔17的设置方式与作用也会有区别。

以图1-图9为例，这类梁结构1的两端形成有端部弯头2，折叠式臂架通过多个梁结构1依次铰接串联形成，梁结构1的端部弯头2即为连接部位，在端部弯头2内预埋有多层金属连接内衬7。轴套安装孔17开设在端部弯头2上，一般设置有两个轴套安装孔17，两个轴套安装孔17沿着端部弯头2的纵向分布，其中一个轴套安装孔17用于铰接另一梁结构1，另一轴套安装孔17用于铰接连杆3。由此可见，在这类梁结构1中，轴套安装孔17一般作为铰接孔使用。

另外，为了铰接驱动元件，在梁结构1的两端之间的连接部位也开设有轴套安装孔17，由于不需要铰接另一梁结构1，该连接部位可以仅设置一个轴套安装孔17，轴套安装孔17中轴套11的装配方式和端部弯头2上轴套11的装配方式相同，此处不再赘述。

以图10-图11为例，这类梁结构1的端部并没有端部弯头2，在铰接相邻两个臂节时，需要在梁结构1的两端另设偏离梁结构1纵向的金属连接结构14来代替端部弯头2，实现相邻臂节之间的铰接。此时，用于实现相邻两个臂节之间的铰接功能的铰接孔开设在金属连接结构14的偏离梁结构1的纵向的部分，梁结构1端部的连接部位主要用于定位金属连接结构14。为了定位金属连接结构14，梁结构通孔可以为轴套安装孔17，也可以是螺纹紧固件安装孔18，例如用于安装螺栓9的螺栓安装孔，或者用于安装铆钉的铆钉安装孔等。当梁结构通孔为轴套安装孔17时，轴套安装孔17可以是一个，也可以是两个或者两个以上，在采用其他连接件来实现金属连接结构14的定位的条件下，轴套安装孔17还可以为0。当轴套安装孔17设置有多个时，多个轴套安装孔17优选为沿着梁结构1的纵向间隔分布。

无论是具有端部弯头2的梁结构1，还是不具有端部弯头2的梁结构1，为了能够加强纤维复材层8和金属连接内衬7所组成的层叠结构的稳定性，在梁结构1的预埋有金属连接内衬7的位置，可以沿着梁结构1的壁厚方向开设多个第二安装孔，通过连接件穿设在该第二安装孔中，并在连接件的两端设置夹紧所述层叠结构的限位元件，可以有效阻碍所述层叠结构的分层，从而提高梁结构1的结构稳定性，加强梁结构1连接部位的力学性能。

如图7所示，在本实用新型优选实施例中，所述连接件例如可以是螺纹紧固件，例如螺栓9，相应地，所述第二安装孔可以为螺纹紧固件安装孔18，螺纹紧固件穿设在螺纹紧固件安装孔18中，可以与螺纹紧固件安装孔18过盈配合。以螺纹紧固件为螺栓9为例，螺栓9的头部抵靠在梁结构1的外侧面上，螺栓9的尾部安装螺母，螺母紧压梁结构1的内侧面，通过螺栓9配合螺母，可以沿着梁结构1的厚度方向夹紧层叠结构，避免层叠结构分层。

另外，为了能够更进一步地加强层叠结构的稳定性，加强螺纹紧固件的连接强度，并避免第二安装孔的边缘部位的纤维复材法向剥离，在所述螺纹紧固件的两端的外周面上还安装有分别与所述梁结构1的内外两侧相抵接的限位件。以所述螺纹紧固件为螺栓9为例，所述限位件例如可以为垫片10，垫片10分别设置在螺栓头和梁结构1的外侧面之间以及螺母与梁结构1的内侧面之间。

通过上述螺纹紧固件的设置，可以有效提高层叠结构的结构稳定性。在本实用新型优选实施例中，所述第二安装孔设置在所述第一安装孔的外围，更优选地，所述第一安装孔沿着所述梁结构1的纵向中部间隔排列，所述第二安装孔沿着所述梁结构1的边缘部位间隔排列。

所述梁结构1的横截面例如可以为矩形、圆形、椭圆形或其他形状，梁结构1的横截面尺寸等参数，可以根据不同工程机械设备的臂架要求来设计，本实用新型实施例在此不作具体限定。

本申请的发明人在研究中发现，对于横截面形状为多边形的折叠式臂架而言，折叠式臂架在作业过程中，梁结构1主要承担臂架自重及负载产生的弯矩和扭矩，且每个侧面的受力状态不同。以梁结构1的横截面为矩形为例，在作业过程中，梁结构1的上、下两个侧面主要承受拉伸和压缩载荷，左、右两个面主要承受剪切载荷。

为了适应梁结构1在不同侧面的受力情况，以提高梁结构1的力学性能和使用寿命。本实用新型优选实施例中，参阅图20，在梁结构1的上、下两个面上敷设的纤维角度为第一角度α1；参阅图19，而在梁结构1的左、右两个面上敷设的纤维角度为第二角度α2。其中，纤维角度指示纤维13与梁结构1的纵向之间的夹角。

其中，第一角度α1小于第二角度α2。本申请的发明人在研究中发现，纤维13敷设的第一角度α1选择为0°≤α1＜45°，第二角度α2选择为45°≤α2≤90°可以更好地提升梁结构1的力学性能和使用寿命。更优选地，第一角度α1为0°，第二角度α2为45°时，效果最佳。

上述纤维复材层8的纤维13可以有多种，例如碳纤维13、玻璃纤维13以及芳纶纤维13等，优选碳纤维13。纤维13浸泡树脂后按照一定的厚度和层数铺设形成纤维复材层8，多层纤维复材层8共同组成纤维复材层部。其中，树脂的种类可以有多种，例如环氧树脂、不饱和树脂以及酚醛树脂等，优选环氧树脂。

需要说明的是，上述梁结构1的上、下两个侧面指的是梁结构1在作业过程中处于水平状态时，沿水平方向的两个侧面；梁结构1的左、右两个侧面指的是梁结构1在作业过程中处于水平状态时，沿竖直方向的两个侧面。

基于本实用新型实施例第一方面提供的梁结构1，本实用新型实施例第二方面提供一种臂节，所述臂节包括根据本实用新型实施例第一方面所述的梁结构1。

所述臂节的类型可以有多种，如图10-图11所示，在臂节的其中一种实施例中，所述臂节除了包括梁结构1以外，还包括与该梁结构1独立形成的金属连接结构14，该金属连接结构14定位在所述梁结构1的连接部位，例如梁结构1的端部，用于铰接相邻两个臂节。在一些实施例中，金属连接结构14还可以定位在梁结构1的两端之间的连接部位，用于铰接驱动元件，例如液压油缸4。

当臂节包括分体制成的梁结构1和金属连接结构14时，金属连接结构14定位在梁结构1上，并以偏离梁结构1的纵向的方向向外延伸，在偏离梁结构1的纵向的部位开设有铰接孔，通过该铰接孔实现相邻两个臂节之间的铰接，由此，金属连接结构14可以充当梁结构1的端部弯头2的作用，从而，原本需要形成端部弯头2的梁结构1可以为线性延伸的梁结构1。即梁结构1可以是直的，而不是弯曲的。线性延伸的梁结构1可以通过纤维13缠绕方式整体成型，生产效率高，制造成本低。

金属连接结构14与梁结构1的定位连接方式参照前文所述，例如二者可以通过销轴连接，螺纹紧固件例如螺栓连接，铆钉连接等。销轴连接时，需要在梁结构1上开设轴套安装孔17，并在轴套安装孔17中装配轴套11，轴套11的装配方式参照前文，此处不再赘述，通过过盈装配在轴套11中的销轴将金属连接结构14定位在梁结构1的连接部位外侧。

如前文所述，轴套安装孔17可以沿着梁结构1的纵向间隔分布。螺纹紧固件连接时，需要在梁结构1上开设螺纹紧固件安装孔18，通过贯穿螺纹紧固件安装孔18的螺纹紧固件将金属连接结构14定位在梁结构1的连接部位，例如连接部位的外侧面上，螺纹紧固件例如可以是螺栓9，螺纹紧固件安装孔18可以位于轴套安装孔17的外围。

如图2-图3所示，在臂节的另一实施例中，梁结构1的端部形成为具有端部弯头2，梁结构1在纵向上分为线性延伸的梁主体以及与所述梁主体形成为一体且自该梁主体的端部以偏离所述梁主体的线性延伸的方向向一侧平滑延伸的端部弯头2，该端部弯头2用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开；所述端部弯头2内预埋有所述金属连接内衬7。

在图2-图3所示出的实施例中，臂节没有另设的金属连接结构14，由于梁结构1的端部形成有端部弯头2，因此，相邻两臂节之间，可以直接通过端部弯头2铰接相连。为了提高相邻臂节之间的连接可靠性，提高臂节之间的连接寿命，在端部弯头2内预埋金属连接内衬7，金属连接内衬7的设置方式参照前文所述，此处不再赘述。通过在端部弯头2内预埋多层金属连接内衬7，可以依靠金属连接内衬7承担端部弯头2上的梁结构通孔的部分载荷，提高梁结构通孔的耐磨性能，降低梁结构通孔厚度方向应力集中程度，并提高梁结构通孔的承载可靠性。

在一些实施例中，为了安装驱动元件，在梁主体的两端之间的位置上还形成有驱动元件铰接部5，驱动元件铰接部5可以通过在梁主体的两端之间的连接部位预埋多层金属连接内衬7，并在预埋有金属连接内衬7的部位开设用于铰接驱动元件的铰接孔而形成。在一实施例中，驱动元件铰接部5以偏离所述梁主体的线性延伸的方向向所述端部弯头2所在的一侧延伸，铰接孔形成在驱动元件铰接部5的偏离梁主体纵向的部位。

参阅图1，驱动元件用于提供驱动力以驱动相邻两个臂节中的其中一者相对于另一者转动，从而折叠或展开多个臂节。在一实施例中，驱动元件为液压油缸4，液压油缸4的一端与驱动元件铰接部5上的铰接孔通过销轴铰接，另一端与连杆3的一端铰接，连杆3的另一端与梁结构1的端部弯头2上的一梁结构通孔铰接。液压油缸4伸缩时，通过连杆3带动臂节转动，实现相邻两个臂节之间的折叠和展开。

由于梁结构1的端部弯头2部位承受的载荷相对较大，是梁结构1的薄弱部分，为了提高梁结构1的结构强度，在本实用新型优选实施例中，梁结构1的端部弯头2上安装有用于加强所述梁结构1的强度的端部加强盖板6。

如图9所示，端部加强盖板6覆盖在所述端部弯头2的背面，且自所述梁主体的端部沿着所述端部弯头2的纵向延伸，以贴合安装在所述端部弯头2的背侧的弯曲面上。

以图5为例，所述端部加强盖板6覆盖在所述端部弯头2的上侧面，可以增加梁结构1的强度、刚度和稳定性。端部加强盖板6可以通过胶粘、螺栓9等方式与梁结构1相连接，当选用螺栓9将端部加强盖板6定位在梁结构1的端部弯头2上时，其螺栓9可以与端部弯头2边缘处的螺栓9共用。换言之，通过在端部弯头2的边缘部位安装螺栓9，该螺栓9一方面可以定位端部加强盖板6，另一方面还可以稳固端部弯头2的层叠结构，避免端部弯头2上的纤维复材层8和金属连接内衬7分层，一举两得。

端部加强盖板6的形状与梁结构1的端部弯头2的形状相适应，以端部弯头2的横截面为矩形为例，所述端部加强盖板6包括能够覆盖所述端部弯头2的背侧的弯曲面的曲面板，以及形成在所述曲面板的横向两侧，以能够分别与所述端部弯头2的横向两侧的侧壁贴合的垂直翻边。

在垂直翻边上开设有多个通孔，此外，端部弯头2的横向两侧的侧壁边缘部位对应垂直翻边上的通孔开设有多个梁结构通孔，梁结构通孔与垂直翻边上的通孔彼此连通，由此，可以通过贯穿该通孔的螺栓9将端部加强盖板6定位在梁结构1的端部弯头2的背面。

端部加强盖板6可以选用碳钢、合金钢、铝合金、镁合金、钛合金等金属材料，以及纤维复材，优选纤维复材。端部加强盖板6结构如图9所示，具体尺寸等参数，根据设计而定。

基于本实用新型实施例第二方面提供的臂节，本实用新型实施例第三方面提供一种臂架，所述臂架包括若干个依次铰接串联的臂节，所述臂节为根据本实用新型实施例第二方面所述的臂节。

如图1和图11所示，根据臂节的具体类型的不同，相邻臂节之间可以通过端部弯头2彼此铰接，也可以通过金属连接结构14彼此铰接。

以相邻两个臂节中的其中一者为第一臂节，另一者为第二臂节为例，在图1所示出的实施例中，第一臂节和第二臂节的梁结构1的端部弯头2上均开设有两个梁结构通孔，其中一个梁结构通孔更靠近梁结构1的端部。其中，第一臂节的更靠近端部的梁结构通孔通过销轴与第二臂节的更靠近端部的梁结构通孔彼此铰接。并且，第一臂节的另一梁结构通孔与第一连杆3的一端铰接，第二臂节的另一梁结构通孔与第二连杆3的一端铰接，第一连杆3的另一端和第二连杆3的另一端彼此铰接，且该铰接端与液压油缸4的一端铰接，液压油缸4的另一端铰接在第一臂节或第二臂节的两端之间的位置上。

当液压油缸4伸缩时，可以通过液压油缸4带动连杆3转动，进一步通过连杆3带动第一臂节或第二臂节转动，从而实现相邻两个臂节之间的折叠和展开。

在图11所示出的实施例中，第一臂节的一端的金属连接结构14与第一连杆3铰接，第二臂节的一端的金属连接结构14与第二连杆3铰接，并且第一连杆3和第二连杆3彼此铰接，在第一连杆3和第二连杆3的铰接端还铰接有驱动元件，该驱动元件例如可以为液压油缸4。通过驱动元件驱动第一连杆3和第二连杆3转动，实现两个臂节之间的相对转动，从而控制臂架的折叠动作。

金属连接结构14包括金属片材，金属片材具有与梁结构1的外表面贴合的接触面，金属片材通过贯穿金属片材和梁结构1侧壁的第一连接件定位在梁结构1的外表面。

连杆3可以铰接在金属连接结构14的任意位置，为了便于安装、简化结构并提高连接强度，所述第一连杆3的一端，与贯穿第一臂节端部的金属片材的第一连接件，例如销轴铰接；所述第二连杆3的一端，与贯穿第二臂节端部的金属片材的第一连接件，例如销轴铰接。第一连杆3的另一端和第二连杆3的另一端彼此铰接。

可以理解的是，当第一连杆3或第二连杆3与第一连接件铰接时，用于穿设第一连接件的铰孔内同时存在连接金属连接结构14与梁结构1的轴套11，以及连接连杆3与臂节的销轴；此时，轴套11承受金属连接结构14与梁结构1之间的剪切作用，销轴承受臂节与连杆3之间的剪切作用，即在此铰孔部位，存在“双剪切作用”。

当第一连杆3或第二连杆3连接在臂节的其他位置时，在穿设第一连接件的铰孔部位，不存在同时承受金属连接结构14与梁结构1之间以及臂节与连杆3之间的“双剪切作用”。

在本实用新型优选实施例中，梁结构1的横截面为矩形，在梁结构1的左右两侧均安装有金属片材，第一臂节和第二臂节之间一共设置有四个连杆3，这四个连杆3的其中一端通过同一销轴铰接，并且与驱动元件铰接，通过驱动元件驱动四个连杆3运动，从而实现臂架的运动。

驱动元件可以安装在任何适当的位置，例如臂节以外的其他安装固定件上。在本实用新型优选实施例中，为了简化臂架的结构，在第一臂节或第二臂节的两端之间的位置上还安装有另设的金属连接结构14，该金属连接结构14与臂节两端的金属连接结构14基本相同。该金属连接结构14包括定位在梁结构1左、右两侧的金属片材，两个金属片材均以偏离所述梁结构1的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述梁结构1的纵向的铰接部，铰接部上形成有铰孔，两个金属片材的铰孔通过轴套管连通，同时，驱动元件的一端与轴套管铰接，另一端与四个连杆3的公共铰接端铰接。

基于本实用新型实施例第三方面提供的臂架，本实用新型实施例第四方面提供一种机械设备，该机械设备包括臂架，该臂架为根据本实用新型实施例第三方面提供的臂架。所述机械设备例如可以为消防车、混凝土泵车、挖掘机等。

参阅图12-图27，本实用新型实施例第五方面提供一种臂节的制造方法，该臂节包括梁结构1，所述制造方法包括如下步骤：

步骤1，敷设纤维复材层部的纤维复材层8；敷设方式可以有多种，例如直接铺设或者缠绕等，为了提高梁结构1的生产效率，降低制造成本，在本实用新型优选实施例中，通过缠绕方式来敷设纤维复材层8；

步骤2，将金属连接内衬7安装在敷设的纤维复材层8的预定安装位置；具体地，对于不同的臂节，设置有不同的预定安装位置，有些臂节只需要在一端侧壁安装金属连接内衬7即可，而有些臂节则可能需要在两端侧壁和两端之间的侧壁上均安装金属连接内衬7，具体安装时，一般只需要将金属连接内衬7的一面与纤维复材层8的外表面贴合即可；

步骤3，在金属连接内衬7的背向纤维复材层8的另一侧缠绕纤维复材层部的另一纤维复材层8，敷设完成后，金属连接内衬7将被夹持在两层纤维复材层8之间。

为了使金属连接内衬7能够更加均匀地将梁结构1所承受的载荷传递给金属连接结构14，减小金属连接内衬7与纤维复材层部的纤维复材层8之间的应力集中，提高连接寿命和可靠性。本实用新型优选实施例中，在梁结构1的侧壁的厚度方向上预埋多层金属连接内衬7。

为了实现上述目的，在本实用新型实施例提供的上述步骤3之后还包括：循环执行步骤2-步骤3，以使得纤维复材层8和金属连接内衬7在梁结构1的壁厚方向上交替层叠分布，并使得金属连接内衬7的埋设层数达到预定的层数，一般至少为两层。

如前文所述，为了提高梁结构1的生产效率，降低梁结构1的制造成本，本实用新型优选实施例中，所述纤维复材层8通过纤维13缠绕方式成型。

为了能够通过缠绕设备自动制造梁结构1。在本实用新型优选实施例中，所述步骤1之前还包括：安装芯膜，由此，所述纤维复材层8能够以缠绕方式敷设在所述芯膜外侧。

所述芯膜的结构形式可以有多种，其与臂节的具体类型直接相关。例如，在图10-图11所示出的实施例当中，所述芯膜可以仅包括梁主体芯膜15，如图12所示，梁主体芯膜15为横截面呈矩形的中空结构的金属内层，金属内层的材质例如可以为碳钢、合金钢、铝合金、镁合金或钛合金等，优选铝合金。金属内层可以固定安装在缠绕设备的工装夹具上，缠绕纤维13时，将纤维13的一头固定在金属连接内衬7的一端，通过缠绕设备控制好纤维敷设角度，然后工装夹具带动金属内层旋转，同时缠绕设备的绕丝头带着纤维13沿着平行于金属内层轴向的方向由一侧向另一侧运动，再控制绕丝头反向运动到初始位置，如此往复，即可以实现纤维复材层8在金属内层上的缠绕敷设。

通过以上缠绕方式形成的梁结构1，在利用该梁结构1形成臂节时，需要在梁结构1制造完成后，在梁结构1的外侧安装金属连接结构14，通过金属连接结构14实现相邻臂节之间的铰接以及臂节与驱动元件之间的铰接。

参阅图2-图3，为了制造这种类型的臂节，参阅图12-图15，所述芯膜不仅包括梁主体芯膜15，还包括用于指示梁结构1的连接部位的铰点芯膜16；在图12-图15所示出的实施例中，所述梁主体芯膜15为横截面呈矩形的中空结构的金属内层，所述铰点芯膜16为上端开口的中空结构。

铰点芯膜16的数量与臂节的具体类型相关，如图13所示，在本实用新型一优选实施例中，多个所述铰点芯膜16在所述梁主体芯膜15的纵向上间隔分布，且安装在所述梁主体芯膜15的同侧，用于模制所述梁结构1的端部弯头2和/或驱动元件铰接部5。

具体地，如图2-图3所示，所述梁结构1在纵向上分为线性延伸的梁主体以及自该梁主体的端部以偏离所述梁主体的线性延伸的方向向一侧平滑延伸的端部弯头2，该端部弯头2用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开，所述端部弯头2内预埋有所述金属连接内衬7；

此外，为了铰接驱动元件，所述梁主体上还形成有用于铰接驱动元件的驱动元件铰接部5，所述驱动元件铰接部5以偏离所述梁主体的线性延伸的方向向所述端部弯头2所在的一侧延伸，所述驱动元件铰接部5内预埋有所述金属连接内衬7，所述驱动元件用于提供所述驱动力。

在上述类型的梁结构1中，由于驱动元件铰接部5和端部弯头2均偏离梁主体的线性延伸的方向，因此需要在梁主体芯膜15的同侧安装铰点芯膜16。

以图16中的右侧铰点芯膜16为例，该铰点芯膜16的右侧弧线能够指示金属连接内衬7的安装位置。具体地，在安装金属连接内衬7时，使金属连接内衬7下方的弧线与铰点芯膜16右侧的弧线对齐即可。同理，图16中的左侧铰点芯膜16的左侧弧线能够指示左侧金属连接内衬7的安装位置。

为了便于纤维复材的缠绕成型，如图14-图15所示，所述铰点芯膜16为自下向上，左右宽度渐宽的大致锥形结构，铰点芯膜16的底部以圆弧过渡。

在安装好芯膜后，参阅图19-图24，芯膜可以固定安装在缠绕设备的工装夹具上，缠绕纤维13时，将纤维13的一头固定在芯膜的一端，通过缠绕设备控制好纤维敷设角度，然后工装夹具带动芯膜旋转，同时缠绕设备的绕丝头带着纤维13沿着平行于芯膜轴向的方向由一侧向另一侧运动，再控制绕丝头反向运动到初始位置，如此往复，即可以实现纤维复材层8在芯膜上的缠绕敷设。

通过上述缠绕方式一般可以容易得实现纤维复材层8在梁结构1上以同一角度的缠绕。然而，对于横截面为多边形的梁结构1而言，由于不同侧面的受力情况不同，为了使得纤维复材层8的纤维敷设角度与受力情况相适应，可以在不同的侧面上敷设不同角度的纤维复材层8。

例如，对于横截面为矩形的梁结构1而言，可以在上下两个侧面上敷设第一角度α1的纤维复材层8，在左右两个侧面上敷设第二角度α2的纤维复材层8。这种情况需要改变缠绕设备的设定程序，使得当芯膜旋转至纤维13在上下两个侧面上敷设时按照第一角度α1排列，而当芯膜旋转至纤维13在左右两个侧面敷设时按照第二角度α2排列。为了满足纤维13在不同侧面缠绕敷设时的定位问题，可以考虑在梁结构1的不同侧壁上按照期望的纤维敷设角度设置定位节点，通过定位节点来定位纤维13，实现梁结构1上不同侧壁上的不同角度的纤维13敷设。

此外，如果不考虑改变缠绕设备的设定程序，可以在绕丝头以纤维敷设角度为第一角度α1的方式、沿芯膜的轴向往复运动一次后，在梁结构1的左右两个侧面上单独铺设一层或多层第二角度α2的纤维复材；然后控制绕丝头以纤维敷设角度为第二角度α2的方式、沿芯膜的轴向往复运动一次，再在梁结构1的上下两个侧面上单独铺设一层或多层第一角度α1的纤维复材。如此往复，可以在不改变缠绕设备的设定程序的情况下，使得梁结构1的上下两个侧面上的纤维复材层8的纤维敷设角度以第一角度α1为主，而左右两个侧面上的纤维敷设角度以第二角度α2为主。同一侧面上第一角度α1的纤维复材的层数与第二角度α2的纤维复材的层数的比例可以根据需要调整，本实用新型实施例对此不作限定。

其中，纤维敷设角度指示纤维13与梁结构1的纵向之间的夹角。第一角度α1小于第二角度α2。本申请的发明人在研究中发现，纤维13敷设的第一角度α1选择为0°≤α1＜45°，第二角度α2选择为45°≤α2≤90°可以更好地提升梁结构1的力学性能和使用寿命。更优选地，第一角度α1为0°，第二角度α2为45°时，效果最佳。

纤维13通过以上方式缠绕在芯膜上形成纤维复材层部的纤维复材层8，在敷设完第一层纤维复材层8后，根据铰点芯膜16所在的位置，在纤维复材层8的外表面安装金属连接内衬7，一般金属连接内衬7可以通过粘接方式附着安装于纤维复材层8的外表面。

在安装金属连接内衬7之后，重复纤维复材层8的缠绕步骤，形成另一纤维复材层8。

上述纤维复材层8一般通过纤维13浸泡树脂后缠绕而成。因此，在按照预定的层数敷设完金属连接内衬7和纤维复材层8后，还需要对梁结构1进行固化处理。具体地，可以将梁结构1放入固化炉中加热固化，例如微波、红外线等方式固化。

通过以上方式形成的梁结构1，由于梁结构1的最内层为金属内层，因此，其重量相对较大。为了在保证梁结构1的力学性能的基础上，最大程度地降低梁结构1的整体重量，在本实用新型优选实施例中，在固化所述梁结构1之后，还包括步骤：移除梁结构1中的芯膜。

为了能够移除所述芯膜，芯膜在安装完成之后，在纤维复材缠绕之前，在芯膜的外表面涂覆有脱模剂；由此，在固化完所述梁结构1之后，能够顺利移除所述芯膜。

更具体地，如图22所示，先沿着梁结构1的纵向，将梁主体芯膜15从固化后的梁结构1中移除。如图23所示，在梁主体芯膜15移除完毕之后，自下向上将铰点芯膜16从固化后的梁结构1中取出，再从两端端口移出铰点芯膜16。

需要说明的是，为了便于梁主体芯膜15和铰点芯膜16的取出，铰点芯膜16一般通过柔性连接例如粘接的方式安装在梁主体芯膜15的预定安装位置，以便于后续的脱模，另外，铰点芯膜16通常采用泡沫或塑料等轻质材料加工成型。

移除芯膜后的梁结构1如图24所示，此时的梁结构1仅为半成品，没有端部弯头2，还不能够作为臂节使用。为了形成臂节，需要按照臂节的端部弯头2的形状和规格对图24所示出的梁结构1的端部进行切割，如图25所示，去除梁结构1两端的虚线所围成的部位，从而形成梁结构1的端部弯头2。切割方式可以采用机械切割，水切割，超声切割或激光切割等任意切割方式。

切割后的梁结构1的形状如图26所示。梁结构1的两端和中部为内部埋设有金属连接内衬7的层叠结构，层叠结构用于与其他部件相连接。为了将层叠结构与其他部件相连接，需要在层叠结构上沿着梁结构1的壁厚方向开设梁结构通孔，所述梁结构通孔包括第一安装孔，所述第一安装孔例如可以为轴套安装孔17。

此外，由于层叠结构由纤维复材层8和金属连接内衬7沿着梁结构1的壁厚方向交替层叠组成，纤维复材层8和金属连接内衬7的特性不同，在外力作用下，纤维复材层8和金属连接内衬7可能产生分层。为了加强层叠结构的结构稳定性，本实用新型优选实施例中，层叠结构上还开设有第二安装孔，第二安装孔优选分布在第一安装孔的外围，第二安装孔例如可以为螺纹紧固件安装孔18。

轴套安装孔17和螺纹紧固件安装孔18的更细节的设置方式和作用效果可以参照本实用新型实施例第一方面所述的梁结构1，此处不再赘述。

参阅图27，为了进一步加强梁结构1的强度和结构稳定性，在本实用新型优选实施例中，在切割所述梁结构1的端部之后，还包括步骤：在所述端部弯头2上安装用于加强所述梁结构1的强度的端部加强盖板6。具体地，所述端部加强盖板6可以覆盖在所述梁结构1的切割部位，与所述梁结构1的外表面相贴合，并通过紧固件例如螺栓9固定在所述梁结构1的端部弯头2上。端部加强盖板6的具体形状和安装方式参照前文所述，此处不再赘述。

通过端部加强盖板6，一方面可以加强梁结构1的受力强度，另一方面，还可以避免梁结构1的切割面上的纤维复材法向剥离，提高梁结构1的结构稳定性。

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。

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。

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。