专利名称：由复合材料制成的臂和相关生产方法
技术领域：
本发明涉及一种由复合材料制成的臂和相关生产方法。具体地，本发明特别有利地应用于混凝土搅拌机等，且更具体地，应用于如下所有 的这些情况要求这些车辆的臂达到较大的总高和总长并支撑相当大的重量。有利地，将其 优选地应用于分配混凝土或其它类似材料的建筑部门，并且其优选的类型包括多个在端部 相对于彼此枢转的铰接段(articulated segment，关节段)。
背景技术：
建筑部门中使用的重型工作车辆是已知的，通常由其上装配有臂的卡车组成，该 臂具有多个在端部相对于彼此枢转的铰接段。该臂可被定向、延伸和/或伸缩地打开，以分 配混凝土或类似材料。该臂能够到达离卡车相当远的距离，以保证重型工作车辆的使用的 最大灵活性。臂的总重随着其可到达的距离的增加而增加，并且这取决于组成臂的铰接段 的数量和长度。因此，灵活性的需求与臂本身的体积和重量的限制相矛盾。从本申请人名下的欧洲专利申请EP-08164624. 2中，已知一种用于分配混凝土的 可延伸臂，该臂至少部分地由复合材料制成，从而在假定要达到相同延伸度的情况下，至少 部分地由复合材料制成的臂相对于由金属材料制成的传统臂而言臂的重量减小了。复合材 料具有良好的抗性(resistance)和刚性的特性，而且更轻。基于使用复合材料来构造铰接臂的想法，也在本申请人名下的欧洲专利申请 EP-08152672. 5示出了一种构造臂的可行技术，其有助于降低生产成本，保证生产的最大灵 活性和通用性。根据此技术，通过在成形模具中沉积预定的多层预浸渍复合材料来形成臂 的各段的每个主盒状结构。然后，由复合材料制成的此盒状结构受到聚合作用，并且一旦将 其从模具中移除，则将末端连接元件(terminal jointelement)附接于此盒状结构上以将 其附接于其它相邻段，从而一旦完成装配，则形成具有铰接段的臂。同时，当设计臂时，用粘 合技术进行实验，以将盒状结构胶粘至连接元件，以形成完整的段。更具体地，在图4中示 意性地示出了端部123a与124a之间的粘合区域122，端部123a与124a分别属于通用铰接 段112-116的盒状结构123和连接元件124。通过介于其间的粘合层或其他粘合材料25， 将元件124的端部124a平行地耦接并胶粘在结构123的相应端部123a的外侧上。在盒状 结构123的纵向轴线与盒状结构123的端部123a的轮廓之间形成的角度是零。实验测试 表明，在臂的动作过程中，施加在粘合层25上的剪切能量与由所施加的弯曲力矩产生的轴 向力一致。轴向力与所考虑的铰接段112-116的纵向轴线平行。在实验上表明，粘合层25 的张力状态以及由此产生的抗性标准在很大程度上由剪切力的作用而控制，该剪切力被定 义为趋向于使得重叠端部123a和124a中的一个在另一个之上滑动的力。此粘合方法的一个缺点是，当铰接段112-116在使用过程中时，粘合层25处于高 张力状态。剪切力的确较高，其与所施加的轴向力一致。因此，影响介于盒形梁与末端接头 之间的粘合层的应力较高，并且疲劳损坏严重，导致铰接段的使用寿命有限，从而导致铰接 段所构成的臂的使用寿命有限。
本发明的目的是制造一种铰接臂的元件或段，其中，连接盒形梁与末端接头的技 术允许臂的使用寿命延长。申请人:已设计、测试并具体化了本发明，以克服现有技术的缺点并获得这些和其 它目的和优点。
发明内容
在独立权利要求中阐述并表征了本发明，同时从属权利要求描述了本发明的其它 特性或主要发明思想的变型。根据上述目的，根据本发明的由复合材料制成的臂包括多个具有主纵向轴线的铰 接段，这些铰接段在端部彼此枢转。当处于运输位置中时，臂使其具有的组成段以一个在另 一个上的方式向后弯(转向，bent)，以占据尽可能少的空间，而在工作位置中时，这些段全 部或部分地延伸或展开，以达到期望的距离。根据本发明的每个铰接段包括由复合材料制 成的盒状结构和至少一个连接元件(jointelement，接头元件)，通过粘合的方式将连接元 件附接于盒状结构，以允许该铰接段与铰接臂中的另一相邻段相连接。盒状结构的一端与 连接元件的一端在连接元件的表面内侧上配合，限定重叠区域。根据本发明的特征，盒状结构的端部与连接元件的匹配端部之间的重叠区域限定 基本圆锥形的接合。在这里和下文中，基本圆锥形的接合表示接合区域属于圆锥形或截锥 形的表面，其中，相互粘合的盒状结构的端部与连接元件的端部具有的轮廓相对于铰接段 的主轴线以相同角度而一致地倾斜。假设施加相同负载，则此类型的耦接允许相对于没有 倾斜的情况增加了重叠区域，减小了影响介于待连接的两个端部之间的粘合层的切向应 力。根据本发明的一个变型，盒状结构的端部和连接元件的端部的轮廓的倾斜角处于 1至5度之间(包含该范围上下界值的)。此范围的选择取决于以下事实小于1度的倾斜 值将不足以确定相对于此倾斜度为零的情况粘合区域产生可感知的增加。另一方面，高于5 度的值将意味着在重叠区域中产生相当大的增加，但是将具有对主纵向轴线产生法向力的 缺点，其在模量(modulus)上不可忽略，易于分离由复合材料制成的部件。根据本发明的另一变型，倾斜角处于2. 5至3. 5度之间。此范围特别有利，因为其 在所产生的重叠区域(应尽可能地大)与作用在粘合层上的法向力模量(应尽可能地小) 之间确定了的最佳折衷。
从以下参照附图对作为非限制性实例给出的优选形式的实施方式的描述中，本发 明的这些和其它特性将变得显而易见，附图中图1是其上安装有根据本发明的由复合材料制成的臂的重型工作车辆的侧视图， 臂处于用于运输的折叠状态中；图2是包括在根据本发明的可延伸臂中的铰接段的一部分的详细视图；图3是包括在根据本发明的可延伸臂中的铰接段的一部分的沿III到III的截面 图；图4是臂的铰接段的细节的示意图5是臂的铰接段的细节的示意图。
具体实施例方式参照图1，能够在建筑业中用于分配混凝土或类似材料的根据本发明的由复合材 料制成的臂10被示出为处于重型工作车辆11上的装配位置中，并且处于用于运输的折叠 位置中。重型车辆11包括驾驶室20和其上装配有由复合材料制成的臂10的支撑平台21。 根据本发明的臂10包括多个铰接段(在此情况下是五个)，分别是在它们的各自端部处相 对于彼此枢转的第一段12、第二段13、第三段14、第四段15和第五段16。还有用来供应和 排出水泥的管道17。参照图1，第一段12以已知的方式相对转动架18枢转，并可相对于其 旋转。其它段13-16相对于彼此在各自的端部处顺序地枢转，并可根据具体需求由致动器 分别驱动。每个段12-16用来承载管道，由进给泵(未示出)送出的水泥在管道内流动。柔 性管的一段(未示出，混凝土从其中传送至应用场所)通常连接至最后一段。应该理解，图 1中所示的仅是一个实例，并且决不能将其认为是限制本发明涉及的保护范围。图2示出了铰接段12-16的一部分，其包括盒状结构23的一部分和连接元件24。 如图3和图5中的示意图所示，盒状结构23具有端部23a，其具有的轮廓相对于盒状结构23 的纵向轴线χ倾斜为角度α。在连接元件24的端部24a上形成相同的倾斜度。元件24在 相对端具有用于与臂10的另一铰接段12-16铰接的连接末端24b。与盒状结构23的相应 端部23a配合的连接元件24的端部24a胶粘在盒状结构23的表面外侧上，限定了重叠区域 或圆锥形接合区域22，在此处放入粘合层25。将轴向力(在运动中弯曲力矩对臂10施加 的作用)局部地分解成两个分力，即，剪切力和法向力。造成接触面23a和24a在彼此之上 滑动的剪切力的模量小于在具有倾斜度(图4)为零的轮廓的两个端部123a和124a之间 施加的剪切力的模量，所有其它情况都是相同的。轴向力的法向分力造成粘合端部23a和 24a分离，但是，在倾斜轮廓胶粘在一起的情况中，其模量可以忽略，因为角α足够小。在端 部123a和124a所具有的轮廓相对于纵向轴线“X”的倾斜角度是零的情况(图4)下，法向 分力是零。在此最后一个情况下，轴向力与剪切力一致。很明显，在不背离本发明的领域和范围的前提下，可对如前所述的由复合材料制 成的臂和制造臂的方法进行修改和/或增加部件。同样明显的是，虽然已参照一些具体实例描述本发明，但是本领域的技术人员应 肯定能实现许多其它等同形式的由复合材料制成的臂和制造臂的方法，其具有如权利要求 中阐述的特性，因此均落在由此限定的保护范围内。
权利要求
一种由复合材料制成的臂，所述臂包括具有主纵向轴线(x)且彼此枢转的多个铰接段(12-16)，所述铰接段(12-16)中的每个包括盒状结构(23)和通过粘合方式附接至其上的至少一个连接元件(24)，所述盒状结构(23)具有在所述连接元件(24)的表面内侧上与所述连接元件(24)的端部(24a)配合的端部(23a)，其特征在于，所述端部(23a，24a)限定基本圆锥形的相互重叠区域(22)并具有相对于所述纵向轴线(x)一致地倾斜了角度(α)的轮廓。
2.根据权利要求1所述的由复合材料制成的臂，其特征在于，所述倾斜角(α)处于1 至5度之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的由复合材料制成的臂，其特征在于，所述倾斜角 (α)处于2. 5至3. 5度之间。
4.一种制造由复合材料制成的臂的方法，所述臂包括具有主纵向轴线(χ)且彼此枢转 的多个铰接段(12-16)，所述铰接段(12-16)中的每个包括盒状结构(23)和通过粘合方式 附接至其上的至少一个连接元件(24)，所述盒状结构(23)具有在所述连接元件(24)的表 面内侧上与所述连接元件(24)的端部(24a)配合的端部(23a)，其特征在于，所述方法包括 步骤分别地制造所述盒状结构(23)和所述连接元件(24)，其方式使得这两者中的每个的 至少一个端部(23a和24a)具有相对于所述纵向轴线(χ)倾斜了角度(α )的轮廓，以及步 骤一致地粘合所述端部(23a和24a)，形成基本圆锥形的接合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述倾斜角(α)处于1至5度之间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述倾斜角(α)处于2.5至3. 5度之间。
全文摘要
一种由复合材料制成的臂及相关生产方法，臂由具有主纵向轴线(x)且彼此枢转的多个铰接段(12-16)组成，每个铰接段(12-16)包括盒状结构(23)和通过粘合方式附接于其上的至少一个连接元件(24)，盒状结构(23)具有在连接元件(24)的表面内侧上与连接元件(24)的端部(24a)配合的端部(23a)。端部(23a，24a)限定基本圆锥形的相互重叠区域(22)，并具有相对于纵向轴线(x)一致地倾斜了角度(α)的轮廓。
文档编号B28C5/42GK101879753SQ20101013998
公开日2010年11月10日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年5月6日
发明者保罗·达里奥·马伊尼, 安德烈亚·贝尔纳斯科尼, 斯特凡诺·贝雷塔, 毛罗·马尔科·科尔泰利尼 申请人:西法股份公司