专利名称：混凝土设备及其臂架的制作方法
技术领域：
本发明涉及混凝土设备领域，更具体地，涉及一种混凝土设备及其臂架。
背景技术：
现有技术中的混凝土设备(如混凝土泵车或混凝土布料机)广泛应用于建筑作业领域，而混凝土设备中的臂架的伸展高度将决定混凝土设备的工作范围，因而，臂架的长度成为衡量混凝土设备的使用性能的主要指标。然而，如果采用高强度钢作为结构材料，那么在提高臂架长度的同时，臂架的重量将大大提高，这将大大降低臂架的灵活性和安全性， 且很容易造成臂架的超载。如果要在保证臂架安全性的同时提高臂架的长度，就要求臂架具有更高的强度和更轻的质量。纤维增强树脂基复合材料具有较高的比强度和比模量，还具有很好的抗疲劳性能和减振性能，其结构和性能的可设计性强，可用于制作臂架。然而， 由于纤维是各向异性的，其轴向和径向的力学性能差异很大，在纤维与树脂的复合过程中， 需要针对其工作状况和受力情况对材料的选择、纤维的铺放方式及臂架结构等方面进行设计，才能保证其安全性。图1示出了现有技术中的复合材料臂架的结构示意图。如图1所示，现有技术中的臂架包括金属内衬1’、以及设置在金属内衬1’外侧的复合材料层2’，该复合材料层2’ 包括立板21’和横板22’，立板21’和横板22’经过胶接形成复合材料层2’。由于复合材料层是由胶接而成的而不是一体成型的，因此具有稳定性差、抗冲击强度差的问题。另外， 其内部采用金属内衬，因此减重效果不明显。
发明内容
本发明旨在提供一种混凝土设备及其臂架，以解决现有技术臂架的稳定性差、抗冲击强度差、减重效果不明显的问题。为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种混凝土设备的臂架，包括由第一纤维复合材料制成的主梁；由第二纤维复合材料一体成型的加强层，加强层与主梁连接，且加强层设置在主梁的外侧的至少一部分表面上。进一步地，第一纤维复合材料由纤维布与树脂复合成型、或由预浸料固化成型。进一步地，纤维布包括单向纤维编织物、和/或双向纤维编织物、和/或三维多向纤维编织物。进一步地，主梁包括相互连接的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分围成框架，框架包括腔体，主梁还包括多个隔板，隔板设置在腔体内并支撑框架。进一步地，隔板由尼龙、或ABS树脂、或聚苯乙烯、或第一纤维复合材料制成。进一步地，第一部分的至少一部分是具有开口的槽体，第二部分的至少一部分是盖板，盖板盖在槽体的开口上。进一步地，隔板相对于主梁的轴线垂直地或倾斜地设置。进一步地，加强层是将层状铺设的单向碳纤维布、和/或双向碳纤维布、和/或三维多向碳纤维布通过树脂固化成型在主梁的外侧的至少一部分表面的。进一步地，加强层是将层状铺设的单向碳纤维布预浸料、和/或双向碳纤维布预浸料、和/或三维多向碳纤维布预浸料固化成型在主梁的外侧的至少一部分表面的。根据本发明的另一个方面，提供了一种混凝土设备，包括臂架，该臂架是上述的臂
^K O本发明中的臂架完全由复合材料构成，因此，一方面提高了减重效果，另一方面大大提高了臂架的抗冲击强度和结构稳定性。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1示意性示出了现有技术中的臂架的结构示意图；图2示意性示出了本发明中的一种臂架的示意图；图3示意性示出了本发明中的另一种臂架的示意图；以及图4示意性示出了臂架的截面图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。作为本发明的一个方面，提供了一种混凝土设备的臂架。如图2-图4所示，本发明中的臂架包括由第一纤维复合材料制成的主梁1、和由第二纤维复合材料一体成型的加强层3，其中，加强层3与主梁1连接，且加强层设置在主梁1的外侧的至少一部分表面上 (即可以仅设置在一部分主梁的外侧的表面上，也可以围绕主梁的整个外侧的表面设置)。 纤维复合材料具有强度高、密度小的特点，它的比强度是钢材的4倍。由于该臂架完全由纤维复合材料构成，因此，一方面提高了减重效果，另一方面大大提高了臂架的抗冲击强度和结构稳定性，即能在保证臂架具有较高强度的同时，保持较小重量，防止臂架过载。优选地， 主梁的厚度小于5mm。在一个优选的实施方式中，第一纤维复合材料由纤维布与树脂复合成型。其中，纤维布包括单向纤维编织物、和/或双向纤维编织物、和/或三维多向纤维编织物。纤维布的纤维是玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维中的一种或多种。树脂是不饱和聚酯树脂、或环氧乙烯基酯树脂、或环氧树脂。采用纤维布与树脂复合成型的方式，降低了第一纤维复合材料的成本，并可保证第一纤维材料具有优异的力学性能。在另一个优选的实施方式中，第一纤维复合材料由预浸料固化成型，预浸料包括纤维层和树脂。纤维层包括单向纤维、双向纤维编织物和三维多向纤维编织物中的一种或多种。纤维层的纤维是玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维(分子量在100万-300 万之间)或芳纶纤维中的一种或多种。树脂是不饱和聚酯树脂、或环氧乙烯基酯树脂、或环氧树脂。采用预浸料固化成型的方式，可以避免生成的具有缺陷的第一纤维复合材料，还可保证不会因为加工对第一纤维复合材料造成损坏，一方面降低了材料的用量，另一方面也保证了第一纤维材料具有优异的力学性能。
加强层3是由碳纤维或碳纤维预浸料制成。优选地，加强层3可以是将层状铺设的单向碳纤维布、和/或双向碳纤维布、和/或三维多向碳纤维布通过树脂固化成型在主梁 1的外侧的该至少一部分表面的。加强层3也可以是将层状铺设的单向碳纤维布预浸料、 和/或双向碳纤维布预浸料、和/或三维多向碳纤维布预浸料固化成型在主梁1的外侧的该至少一部分表面的。树脂是不饱和聚酯树脂、或环氧乙烯基酯树脂、或环氧树脂。其中， 单向碳纤维布是主要的承力部分，其用于提供臂架的抗拉强度和抗拉模量；双向碳纤维布和三维多向碳纤维布提供臂架的抗剪切强度和抗冲击强度，因而，同时上述材料可提高臂架的结构稳定性。特别地，可由碳纤维布的力学特性确定加强层内的碳纤维布的铺放位置、 类型和数量，并可通过一次成型的方式(可利用主梁作为模具一次成型)制得加强层，通过上述一次成型的方式制得的加强层相对于现有技术中的料板胶接的成型方式来说，具有更优异的力学性能，在使用较少材料的情况下就可达到需要的强度要求。如图4所示，主梁1包括相互连接的第一部分11和第二部分12，第一部分11和第二部分12围成框架，框架包括腔体，主梁1还包括多个隔板2，隔板2设置在腔体内并支撑框架。优选地，隔板2的密度小于3000Kg/m3，由于隔板采用了轻质的材料(例如采用尼龙、或ABS树脂、或聚苯乙烯、或第一纤维复合材料制成)，因而在减轻了臂架自身的重量的同时，保证了臂架的强度。现有技术中，复合材料的成型过程需要借助于模具，这导致现有技术无法在一体成型的主梁内部加入隔板。本发明中的主梁采用相互连接的第一部分和第二部分构成，可先加工第一部分，然后将隔板设置在第一部分内部(例如通过胶接方式将隔板与第一部分11连接起来，还可以将隔板与尚未完全固化的第一部分11 一体成型的方式使二者连接起来)，最后将第一部分和第二部分连接成一体，因而，解决了现有技术中不能向主梁的内部设置隔板的问题，既保证了臂架的抗拉强度，又提高了臂架的抗冲击强度和结构稳定性；进一步，由于纤维材料是各向异性的，因此会导致臂架的横向的抗冲击强度较低，当向主梁的内部加入隔板后，可将主梁分割成多个腔室，既可提高臂架的整体抗冲击强度和抗疲劳性能，又可提高减振性能。另外，主梁还可以充当加强层成型时的模具，在成型加强层时，可在主梁的外围铺放加强层所使用到的材料，以制得轻质、高强度的臂架。优选地，隔板2相对于主梁1的轴线垂直地(如图2所示)或倾斜地(如图3所示)设置，优选地，倾斜角度是30度、45度或60度，采用倾斜设置的隔板可在保证臂架强度和稳定性的同时，节省复合材料的用量。优选地，隔板2为方形、或三角形、或其它形状。优选地，主梁可以通过将第一部分和第二部分胶接方式制得，或者可以通过尚未完全固化的树脂将第一部分和第二部分固化成一体的方式制得，或者也可以通过将尚未完全固化的第一部分与尚未完全固化的第二分部经过固化成型后制得。如图4所示，优选地，第一部分11的至少一部分是具有开口的槽体，第二部分12的至少一部分是盖板，盖板盖在槽体的开口上。作为本发明的另一个方面，提供了一种混凝土设备，包括臂架，该臂架是上述各实施例中的臂架。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种混凝土设备的臂架，其特征在于，包括由第一纤维复合材料制成的主梁(1)；由第二纤维复合材料一体成型的加强层(3)，所述加强层C3)与所述主梁(1)连接，且所述加强层设置在所述主梁(1)的外侧的至少一部分表面上。
2.根据权利要求1所述的臂架，其特征在于，所述第一纤维复合材料由纤维布与树脂复合成型、或由预浸料固化成型。
3.根据权利要求2所述的臂架，其特征在于，所述纤维布包括单向纤维编织物、和/或双向纤维编织物、和/或三维多向纤维编织物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的臂架，其特征在于，所述主梁(1)包括相互连接的第一部分(11)和第二部分(12)，所述第一部分(11)和所述第二部分(1 围成框架，所述框架包括腔体，所述主梁(1)还包括多个隔板O)，所述隔板( 设置在所述腔体内并支撑所述框架。
5.根据权利要求4所述的臂架，其特征在于，所述隔板( 由尼龙、或ABS树脂、或聚苯乙烯、或所述第一纤维复合材料制成。
6.根据权利要求4所述的臂架，其特征在于，所述第一部分(11)的至少一部分是具有开口的槽体，所述第二部分(1 的至少一部分是盖板，所述盖板盖在所述槽体的所述开口上。
7.根据权利要求4所述的臂架，其特征在于，所述隔板(2)相对于所述主梁(1)的轴线垂直地或倾斜地设置。
8.根据权利要求1所述的臂架，其特征在于，所述加强层( 是将层状铺设的单向碳纤维布、和/或双向碳纤维布、和/或三维多向碳纤维布通过树脂固化成型在所述主梁(1) 的外侧的所述至少一部分表面的。
9.根据权利要求1所述的臂架，其特征在于，所述加强层(3)是将层状铺设的单向碳纤维布预浸料、和/或双向碳纤维布预浸料、和/或三维多向碳纤维布预浸料固化成型在所述主梁(1)的外侧的所述至少一部分表面的。
10.一种混凝土设备，包括臂架，其特征在于，所述臂架是权利要求1-9中任一项所述的臂架。
全文摘要
本发明提供了一种混凝土设备及其臂架。臂架包括由第一纤维复合材料制成的主梁；由第二纤维复合材料一体成型的加强层，加强层与主梁连接，且加强层设置在主梁的外侧的至少一部分表面上。本发明中的臂架完全由复合材料构成，因此，一方面提高了减重效果，另一方面大大提高了臂架的抗冲击强度和结构稳定性。
文档编号E04G21/04GK102493651SQ201110391070
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者李庶, 李晓超, 王佳茜, 苏灿军 申请人:中联重科股份有限公司