专利名称：致动缸的缸体及其制造方法和混凝土泵送设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及致动缸领域，具体地，涉及一种致动缸的缸体以及该缸体的制造方法，还涉及一种具有该缸体的混凝土泵送设备。
背景技术：
致动缸通常包括液压缸和气缸，其应用非常广泛。例如以液压缸为例，在混凝土泵送设备(例如混凝土泵车)中通常都包括有液压缸，用于驱动砼缸往复运动，从而输送混凝土。目前在混凝土的作用过程中，越来越多的混凝土输送工作采用混凝土泵车完成。随着混凝土机械技术的高速发展，工程作业要求将混凝土输送到更高更远的距离，混凝土机械的臂架、液压缸等部件所选用的材料都向轻质高强方向发展。现有的液压缸的缸体由单一的合金钢材料制成，由于合金钢的密度较大，使液压缸的自身重量较大，严重限制了混凝土泵车臂架长度的增加，制约了混凝土泵车的发展。因此，开发一种既能同时满足混凝土泵车强度要求又具有质量轻的液压缸的缸体对于混凝土泵车向长臂架方向发展具有重要意义。此外，由单一的合金钢制成的致动缸的缸体还具有耐疲劳性和耐腐蚀性较差且热膨胀性较大等缺点，从而使得致动缸的应用受限。目前开发出了一种内层为金属内层、外层为通过碳纤维和环氧树脂复合而成的纤维复合材料层的缸体。由于碳纤维和环氧树脂复合材料的韧性较差，在作业过程中受到外部冲击或刮擦时，容易导致纤维复合材料层发生破坏，影响其使用性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种致动缸的缸体，该缸体不仅强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且在作业过程中不易受到损伤，使用性能较好。本发明的另一个目的是提供一种该制动缸的缸体的制造方法。为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种致动缸的缸体，该缸体包括内衬层和结合在该内衬层的外部的第一纤维复合材料层，所述第一纤维复合材料层由第一纤维材料和基体树脂复合而成，并且所述基体树脂为聚氨酯。另一方面，本发明还提供了一种混凝土泵送设备，其中，该混凝土泵送设备的泵送缸的缸体为如上文所述的致动缸的缸体。还另一方面，本发明还提供了一种致动缸的缸体的制造方法，其中，该方法包括形成内衬层步骤形成内衬层；以及结合步骤采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层并将该第一纤维复合材料层结合到所述内衬层的外部，并且所述基体树脂为
聚氨酯。通过上述技术方案，致动缸的缸体包括内衬层和第一纤维复合材料层，由于纤维复合材料与现有的金属材料相比，在同等强度下重量较轻，而且耐疲劳性和耐腐蚀性较好，热膨胀性较小，因此能够使得该致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得该致动缸能够得到更广泛的应用。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求，因此不会影响缸体的使用性能。进一步地，由于构成第一纤维复合材料层的基体树脂为聚氨酯，因此第一纤维复合材料层的韧性较好，使得缸体在作业过程中不易受到损伤，使用性能较好。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中图1是根据本发明的一种实施方式的致动缸的缸体的剖视示意图；图2是图1中的A部的局部放大示意图；附图标记说明I内衬层； 2第一纤维复合材料层；3绝缘层； 13油口。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
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发明，并不用于限制本发明。如图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式提供了一种致动缸的缸体，其中，该缸体包括内衬层I和结合在该内衬层I的外部的第一纤维复合材料层2,所述第一纤维复合材料层2由第一纤维材料和基体树脂复合而成，并且所述基体树脂为聚氨酯。通过上述技术方案,致动缸的缸体包括内衬层I和第一纤维复合材料层2,由于纤维复合材料与现有的金属材料相比，在同等强度下重量较轻，而且耐疲劳性和耐腐蚀性较好，热膨胀性较小，因此能够使得该致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得该致动缸能够得到更广泛的应用。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求，因此不会影响缸体的使用性能。进一步地，由于构成第一纤维复合材料层2的基体树脂为聚氨酯，因此第一纤维复合材料层2的韧性较好，使得缸体在作业过程中不易受到损伤，使用性能较好。所述内衬层I可以选用能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求的各种适当的材料制成，例如可以采用现有的通常用于制造缸体的金属材料制成。本发明中提到的纤维复合材料(例如第一纤维复合材料层2、下文提到的构成绝缘层3的第二纤维复合材料层的纤维复合材料)是指由纤维材料和基体树脂复合而成的材料，也就是纤维增强树脂复合材料。所述第一纤维复合材料层2可以采用各种适当的纤维材料与基体树脂(聚氨酯)复合而制成，纤维材料例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维中的一者或多者。优选地，第一纤维复合材料层2由碳纤维材料和聚氨酯制成的碳纤维复合材料。碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等一系列优点。在用于形成第一纤维复合材料层2的纤维材料中，有的为导电材料，有的为非导电材料，当所述内衬层I和第一纤维复合材料层2由导电材料制成(例如内衬层I由金属材料制成,第一纤维复合材料层由碳纤维复合材料制成)时,优选地,所述内衬层I和第一纤维复合材料层2之间还设置有绝缘层3。从而能够防止内衬层I与第一纤维复合材料层2之间出现电化学腐蚀，延长了致动缸的缸体的寿命。绝缘层3可以采用各种适当的绝缘材料制成，例如所述绝缘层3可以为第二纤维复合材料层，该第二纤维复合材料层由第二纤维材料和基体树脂复合而成。第二纤维材料可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维中的一者或多者。构成第二纤维复合材料层的基体树脂例如可以为不饱和聚酷、乙稀基树脂、酌■醒树脂等。优选地，缸体还包括紧邻所述内衬层I设置在所述内衬层I外部的胶黏剂层。该胶黏剂层能够提高内衬层I与其外部的纤维复合材料层(例如第一纤维复合材料层2或绝缘层3)之间的界面粘合性能。在具备上述绝缘层3的缸体中，绝缘层3例如可以通过高韧性胶黏剂粘附在内衬层I上。本发明不涉及对所述致动缸的缸体的整体形状的改变，也就是说，致动缸的缸体的整体形状的结构可以与现有的致动缸的缸体相同，可以大致为中空的圆柱形，并且在两端设置有连接螺纹和/或油口等，其中连接螺纹主要用于与致动缸的端盖连接，油口则主·要用于与致动缸的工作油路连接，以便工作油路与缸体内的工作腔连通。本发明主要的发明点在于将缸体分为多个材料层，从而提高缸体的强度、减轻重量，并且提高耐腐蚀性和耐疲劳性，减小热膨胀性。缸体的多个材料层(例如上述内衬层1、第一纤维复合材料层2和绝缘层3)可以各自采用均匀的厚度或不均匀的厚度。优选地，如图1至图2所示，所述内衬层I大致为筒状，包括中间部和分别位于该中间部两侧的两个端部，所述中间部的厚度大于所述端部的厚度，所述端部上设置有油口 13。优选地，所述端部外侧的所述第一纤维复合材料层2的厚度大于所述中间部外侧的所述第一纤维复合材料层2的厚度。从而减少由于端部与中间部之间的厚度差而导致的应力集中问题。更优选地，所述端部外侧的所述第一纤维复合材料层2的厚度逐渐过渡到所述中间部外侧的所述第一纤维复合材料层2的厚度。从而进一步消除由于厚度突然变化带来的应力集中的问题。另一方面，本发明还提供了一种混凝土泵送设备，其中，该混凝土泵送设备的泵送缸的缸体为如上文所述的致动缸的缸体。还另一方面，本发明还提供了一种致动缸的缸体的制造方法，其中，该方法包括形成内衬层步骤形成内衬层I ;以及结合步骤采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层2并将该第一纤维复合材料层2结合到所述内衬层I的外部，并且所述基体树脂为聚氨酯。通过上述技术方案,致动缸的缸体包括内衬层I和第一纤维复合材料层2,由于纤维复合材料与现有的金属材料相比，在同等强度下重量较轻，而且耐疲劳性和耐腐蚀性较好，热膨胀性较小，因此能够使得该致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得该致动缸能够得到更广泛的应用。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求，因此不会影响缸体的使用性能。进一步地，由于构成第一纤维复合材料层2的基体树脂为聚氨酯，因此第一纤维复合材料层2的韧性较好，使得缸体在作业过程中不易受到损伤，使用性能较好。所述内衬层I可以选用能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求的各种适当的材料制成，例如可以采用现有的通常用于制造缸体的金属材料制成。
所述第一纤维复合材料层2可以采用各种适当的纤维材料与基体树脂(聚氨酯)复合而制成，纤维材料例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维中的一者或多者。优选地，在所述结合步骤中，采用碳纤维和聚氨酯形成所述第一纤维复合材料层2。碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等一系列优点。在用于形成第一纤维复合材料层2的纤维材料中，有的为导电材料，有的为非导电材料，优选地，在所述形成内衬层步骤中，通过导电材料(例如金属材料，更具体地，例如27SiMn)形成所述内衬层I ;在所述结合步骤中，通过导电材料(例如碳纤维复合材料)形成所述第一纤维复合材料层2 ;并且所述制造方法还包括形成绝缘层步骤在所述结合步骤之前，先在所述内衬层I外形成绝缘层3，从而使得该绝缘层3位于所述内衬层I和第一纤维复合材料层2之间。从而能够防止内衬层I与第一纤维复合材料层2之间出现电化学腐蚀，延长了致动缸的缸体的寿命。绝缘层3可以采用各种适当的绝缘材料制成，例如在所述形成绝缘层步骤中，采用第二纤维材料和基体树脂形成第二纤维复合材料层，以作为所述绝缘层3。第二纤维材料可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维中的一者或多者。构成第二纤维复合材料层的基体树脂例如可以为不饱和聚酯、乙烯基树脂、酚醛树脂等。例如可以通过将纤维材料布(例如玻璃纤维布)包覆在内衬层I外部的方式来形成绝缘层3。优选地，该方法还包括形成胶黏剂层步骤在所述形成内衬层步骤之后，紧邻所述内衬层I形成位于所述内衬层I外部的胶黏剂层。该胶黏剂层能够提高内衬层I与其外部的纤维复合材料层(例如第一纤维复合材料层2或绝缘层3)之间的界面粘合性能。在具备上述绝缘层3的缸体中，绝缘层3例如可以通过高韧性胶黏剂粘附在内衬层I上。例如，在内衬层I外部涂覆胶黏剂层之后，在该胶黏剂层外部包覆第二纤维材料布，以形成作为绝缘层3的第二纤维复合材料层。可以采用各种适当的方式形成并结合第一纤维复合材料层，优选地，在所述结合步骤中，采用湿法缠绕工艺将浸有基体树脂(聚氨酯的液体原材料，例如包括异氰酸酯、多元醇及助剂等)的束状的第一纤维材料缠绕在所述内衬层I的外部。具体地说，可以将连续的第一纤维浸溃配置好的液态聚氨酯后，经过缠绕机绕丝嘴缠绕于固定好的内衬层I上，完成纤维的缠绕。湿法缠绕成形所制得的产品可以充分发挥复合材料的特点，使制品最大限度地获得所要求的结构性能，且成型成本较低，工艺相对较为简单。本发明不涉及对所述致动缸的缸体的整体形状的改变，也就是说，致动缸的缸体的整体形状的结构可以与现有的致动缸的缸体相同，可以大致为中空的圆柱形，并且在两端设置有连接螺纹和/或油口等。本发明主要的发明点在于将缸体分为多个材料层，从而提高缸体的强度、减轻重量，并且提高耐腐蚀性和耐疲劳性，减小热膨胀性。缸体的多个材料层(例如上述内衬层1、第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4)可以各自采用均匀的厚度或不均匀的厚度。优选地，所述形成内衬层步骤包括提供大致为中空圆柱形的内衬坯材；以及机加工工序通过机加工(例如车削)的方式将所述内衬坯材的部分厚度减薄，以使得所述内衬层I形成为包括中间部和分别位于该中间部两侧的两个端部，所述中间部的厚度大于所述端部的厚度，并且在所述端部上形成油口 13。在所述结合步骤中，在所述端部外侧形成的所述第一纤维复合材料层2的厚度大于在所述中间部外侧形成的所述第一纤维复合材料层2的厚度。从而减少由于端部与中间部之间的厚度差而导致的应力集中问题。更优选地，在所述结合步骤中，使所述端部外侧的所述第一纤维复合材料层2的厚度逐渐过渡到所述中间部外侧的所述第一纤维复合材料层2的厚度。从而进一步消除由于厚度突然变化带来的应力集中的问题。下面以如图1至图2所示致动缸的缸体的实施方式为例，简略说明一下该缸体的制造过程。(I)通过机加工的方式形成如图1和图2所示的内衬层I。可以对内衬层I的外壁进行喷砂处理，并清洗干净。(2)在内衬层I外部涂覆胶黏剂层之后，在该胶黏剂层外部包覆第二纤维材料布，以形成作为绝缘层3的第二纤维复合材料层。(3)在绝缘层3的外部通过湿法缠绕的方式形成第一纤维复合材料层2。(5)将上述缸体放入烘箱，以便加热固化成型。上述致动缸的缸体及其制造方法可以应用于各种致动缸，包括液压缸、气缸等，该缸体例如可以广泛地用作混凝土泵车、起重机、挖掘机、消防车、高空作业车、环卫机械等各种工程机械中的致动缸的缸体。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
权利要求
1.一种致动缸的缸体,其特征在于,该缸体包括内衬层(I)和结合在该内衬层(I)的外部的第一纤维复合材料层(2)，所述第一纤维复合材料层(2)由第一纤维材料和基体树脂复合而成，并且所述基体树脂为聚氨酯。
2.根据权利要求1所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述内衬层(I)由金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述内衬层(I)和所述第一纤维复合材料层(2 )由导电材料制成，所述内衬层(I)和第一纤维复合材料层(2 )之间还设置有绝缘层(3)。
4.根据权利要求3所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述绝缘层(3)为第二纤维复合材料层，该第二纤维复合材料层由第二纤维材料和基体树脂复合而成。
5.根据权利要求4所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述第二纤维材料为玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述第一纤维材料为碳纤维。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的致动缸的缸体，其特征在于，该缸体还包括紧邻所述内衬层(I)设置在所述内衬层(I)外部的胶黏剂层。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述内衬层(1)大致为筒状，包括中间部和分别位于该中间部两侧的两个端部，所述中间部的厚度大于所述端部的厚度，所述端部上设置有油口( 13)，所述端部外侧的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度大于所述中间部外侧的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度。
9.根据权利要求8所述的致动缸的缸体，其特征在于，所述端部外侧的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度逐渐过渡到所述中间部外侧的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度。
10.一种混凝土泵送设备，其特征在于，该混凝土泵送设备的泵送缸的缸体为根据权利要求I至9中任意一项所述的致动缸的缸体。
11.一种致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，该方法包括形成内衬层步骤形成内衬层(I);以及结合步骤采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层(2)并将该第一纤维复合材料层(2)结合到所述内衬层(I)的外部，并且所述基体树脂为聚氨酯。
12.根据权利要求所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，在所述形成内衬层步骤中，通过金属材料形成所述内衬层(I )。
13.根据权利要求所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，在所述形成内衬层步骤中，通过导电材料形成所述内衬层(I);在所述结合步骤中，通过导电材料形成所述第一纤维复合材料层(2);并且所述制造方法还包括形成绝缘层步骤在所述结合步骤之前，先在所述内衬层(I)外形成绝缘层(3)，从而使得该绝缘层(3)位于所述内衬层(I)和第一纤维复合材料层(2)之间。
14.根据权利要求13所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，在所述形成绝缘层步骤中，采用第二纤维材料和基体树脂形成第二纤维复合材料层，以作为所述绝缘层(3)。
15.根据权利要求至14中任意一项所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，该方法还包括形成胶黏剂层步骤在所述形成内衬层步骤之后，紧邻所述内衬层(I)形成位于所述内衬层(I)外部的胶黏剂层。
16.根据权利要求至14中任意一项所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，所述形成内衬层步骤包括提供大致为中空圆柱形的内衬坯材；以及机加工工序通过机加工的方式将所述内衬坯材的部分厚度减薄，以使得所述内衬层(I)形成为包括中间部和分别位于该中间部两侧的两个端部，所述中间部的厚度大于所述端部的厚度，并且在所述端部上形成油口(13)；在所述结合步骤中，在所述端部外侧形成的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度大于在所述中间部外侧形成的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度。
17.根据权利要求16所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，在所述结合步骤中，使所述端部外侧的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度逐渐过渡到所述中间部外侧的所述第一纤维复合材料层(2)的厚度。
18.根据权利要求至14中任意一项所述的致动缸的缸体的制造方法，其特征在于，在所述结合步骤中，采用湿法缠绕工艺将浸有聚氨酯的束状的第一纤维材料缠绕在所述内衬层(I)的外部。
全文摘要
本发明公开了一种致动缸的缸体，该缸体包括内衬层(1)和结合在该内衬层(1)的外部的第一纤维复合材料层(2)，所述第一纤维复合材料层(2)由第一纤维材料和基体树脂复合而成，并且所述基体树脂为聚氨酯。还公开了一种具有上述致动缸的缸体的混凝土泵送设备。还公开了一种致动缸的缸体的制造方法，该方法包括形成内衬层步骤形成内衬层(1)；以及结合步骤采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层(2)并将该第一纤维复合材料层(2)结合到所述内衬层(1)的外部，并且所述基体树脂为聚氨酯。上述致动缸的缸体不仅强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且在作业过程中不易受到损伤，使用性能较好。
文档编号F15B15/14GK102996566SQ20121049517
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者李晓超, 王佳茜, 李庶 申请人:中联重科股份有限公司