CN102312580B

CN102312580B - 一种工程机械的箱形结构件、臂架系统和工程机械

Info

Publication number: CN102312580B
Application number: CN201110224789.5A
Authority: CN
Inventors: 李韶茂; 宋师伟; 段艳兵
Original assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: WO2013020385A1; CN102312580A

Abstract

本发明公开了一种工程机械的箱形结构件、臂架系统及工程机械。公开的工程机械的箱形结构件包括结构件本体，所述结构件本体形成中间腔；所述中间腔中填充有密度小于结构件本体的材料的密度的夹芯材料；其夹芯材料的密度根据要求选择的材料不同而不同；本发明优选泡沫材料；泡沫材料可以为硬质泡沫材料。由于夹芯材料的比重较低，填充夹芯材料后箱形结构件重量增加有限。同时，夹芯材料具有相应的弹性模量，具有优良的对冲击、振动能量的吸收性能，夹芯材料填充箱形结构件的中间腔，使箱形结构件形成实心结构；进而这样可以大幅度地提高箱形结构件的强度。

Description

一种工程机械的箱形结构件、臂架系统和工程机械

技术领域

本发明提供了一种工程机械的部件，特别涉及一种工程机械的箱形结构件，还涉及到包括该箱形结构件的臂架系统及工程机械。

背景技术

当前，工程机械中常用箱形结构件作为受力结构件；如臂架系统中的节臂、支腿的相应部分通常设置为箱形结构件。所述箱形结构件一般包括位于外侧的结构件本体，在结构件本体内形成有中间腔；结构件本体用于承受相应负载，中间腔结构可以减轻结构件的重量。

臂架系统广泛地应用在泵车和布料杆中，以实现混凝土或其他物料的输送，也应用在起吊机等工程机械中，以对预定的物品进行起吊作业。臂架系统一般包括多节节臂，最下端节臂的大头端与预定的底盘通过一个竖向轴铰接相连，该节臂称为根端节臂，该节臂的最下端称为根端；其他节臂的大头端与靠近根端的相邻的节臂的小头端通过水平铰接轴铰接，这样，多节节臂通过水平铰接轴顺序铰接相连；最末端的节臂向外伸出，该节臂的外端形成臂架系统末端；相邻的节臂之间设置有液压缸等驱动机构，以使相邻的节臂之间角度产生预定的变化，使臂架系统末端的位置改变，以将物料或物品运送到预定的位置。

在利用臂架系统进行运送过程中，每节节臂不仅要承受负载产生的作用力，还要承受节臂与节臂之间，驱动机构与节臂之间的作用力；因此，每节节臂要具有较高的强度，以提高承载能力。同时，由于臂架系统在整体上为一个长形结构，在运送过程中，臂架系统末端位置的改变、驱动机构的动作及负载本身晃动，还会使节臂受到振动或扭转的作用力；因此，每节节臂需要具有较高的抗屈曲承载能力及阻尼振动的能力。一般来讲，在运送过程中，臂架系统的工作环境比较恶劣，臂架系统难免由于碰撞建筑物、设备或其他物品而损伤，因此，要求节臂具有较高的抗冲击能力。

由于节臂通常为箱形结构件；为保证节臂的使用性能，一般通过增加节臂的壁厚、设置加强筋等方式提高节臂的强度、阻尼振动的能力、抗屈曲承载能力和抗冲击的能力。但这样无疑会增加节臂及臂架系统的整体重量，增加成本和控制难度。

同样，为了保证支腿的强度，通常也通过增加支腿的箱形结构件的壁厚提高支腿的强度，这同样会增加支腿的重量。

因此，如何在保持箱形结构件重量不大幅提高的同时，大幅提高其强度性能是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

因此，本发明的第一个目的在于，提供一种工程机械的箱形结构件，该箱形结构件能够在保持重量不大幅提高的同时，大幅提高其强度性能。

本发明的第二个目的在于提供一种臂架系统的节臂，该节臂能够在保持重量不大幅提高的同时，大幅提高其阻尼振动和抗屈曲承载的能力，提高抗冲击性能。

另外，本发明还提供一种由上述节臂形成的臂架系统和包括上述箱形结构件或臂架系统的工程机械。

本发明提供的工程机械的箱形结构件包括结构件本体，所述结构件本体形成中间腔；所述中间腔中填充有密度小于结构件本体的材料的密度的夹芯材料；所述箱形结构件为臂架系统的节臂；所述中间腔中，从大头端部到小头端部，所述夹芯材料的硬度逐渐减小。

可选的，所述夹芯材料为泡沫材料。

可选的，所述泡沫材料为金属泡沫材料、有机高分子泡沫材料或无机非金属泡沫材料。

可选的，所述结构件本体的材料为金属或复合材料。

本发明提供的臂架系统包括通过水平铰接轴顺序铰接相连的多个节臂，所述节臂为上述任一种箱形结构件。

可选的，相邻的两节节臂中，靠近臂架系统末端的节臂中的夹芯材料的硬度小于远离臂架系统末端的节臂中的夹芯材料的硬度。

本发明提供的工程机械包括底盘和臂架系统，所述臂架系统为上述任一种臂架系统，所述臂架系统的根端节臂安装在所述底盘上。

本发明提供工程机械的箱形结构件，包括结构件本体，所述结构件本体形成中间腔；中间腔填充具有预定密度和弹性模量的夹芯材料，且夹芯材料的密度小于结构件本体材料的密度。由于夹芯材料的比重较低，填充夹芯材料后箱形结构件重量增加有限，进而能够使箱形结构件的重量不大幅提高。同时，夹芯材料具有相应的弹性模量，具有优良的对冲击、振动能量的吸收性能，夹芯材料填充结构件本体的中间腔，使箱形结构件形成实心结构；进而这样可以大幅度地提高箱形结构件的强度。

在进一步的技术方案中，所述夹芯材料为泡沫材料。由于泡沫材料具有各向同性的特点，利用泡沫材料填充中间腔可以保持箱形结构件各部分性能的均匀，提高箱形结构件的整体性能。

在箱形结构件为臂架系统的节臂时，这样可以使节臂的抗屈曲能力及阻尼振动的能力大大提高，进而大幅度地提高臂架系统的抗失稳性；同时，夹芯材料填充节臂体的中间腔，使节臂形成实心的结构，这样可以大幅度地提高节臂的冲击容限和内压，提高节臂的抗冲击能力。

在提供的臂架系统中，靠近臂架系统末端的节臂中的夹芯材料的硬度小于远离臂架系统末端的节臂中的夹芯材料的硬度，使节臂形成性能渐变的结构；这样可以使靠近底盘的节臂具有更高的抗屈曲能力、阻尼振动的能力和抗冲击能力，进而提高臂架系统的整体性能。

在上述臂架系统的基础上，本发明提供的工程机械也具有相对应的技术效果。

附图说明

图1是本发明提供的臂架系统的节臂的剖视结构示意图；

图2是图1中A-A剖视结构图。

具体实施方式

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，不应视为对本发明公开技术内容的限制。

请参考图1和图2，该图是本发明提供的臂架系统的节臂的剖视结构示意图，图2是图1中A-A剖视结构图。

本发明提供的臂架系统的节臂包括节臂体100；本例中，节臂体为钢板形成的箱形结构件，在节臂体内形成中间腔；中间腔中填充有密度小于100kg/m³的泡沫材料，形成中间体200。由于泡沫材料的比重较低，填充泡沫材料后，形成的中间体200的重量占节臂总重量比例很小，因此相对节臂总重量而言填充泡沫材料其增加的重量可以忽略。另外，泡沫材料具有相应的弹性模量，进而具有优良的对冲击、振动能量的吸收性能，这样中间体200就可以吸收一定的冲击和振动能量，使节臂的抗屈曲能力及阻尼振动的能力大大提高，提高节臂及臂架系统的抗失稳性。同时，泡沫材料填充节臂体100的中间腔，使节臂形成实心的结构，这样可以提高节臂的冲击容限和内压，提高节臂的抗冲击能力。

根据实际需要，泡沫材料可以为硬质泡沫材料；硬质泡沫材料为压缩弹性模量大于700MPa的泡沫材料。在用硬质泡沫材料形成中间体200时，可以更好地提高臂架系统的抗失稳性能，提高节臂的抗冲击能力。也可以根据实际需要，在中间腔的不同部分填充不同的泡沫材料，比如：节臂体100的中间腔包括位于节臂的大头端部和小头端部的大头腔区和小头腔区，可以使大头腔区中的泡沫材料的硬度大于小头腔区中泡沫材料的硬度。这样就可以使节臂大头端具有更高的抗屈曲能力、阻尼振动的能力和抗冲击能力。还可以在上述中间腔中，从大头端部到小头端部，用不同的泡沫材料填充，使中间体200的硬度逐渐减小，使节臂形成性能渐变的结构。

泡沫材料可以为金属泡沫材料、有机高分子泡沫材料或无机非金属泡沫材料。金属泡沫材料可以为镁金属泡沫、铝金属泡沫和钙金属泡沫等泡沫材料中的至少一种；有机高分子泡沫材料可以为聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PUR)、丙烯腈-苯乙烯(SAN)、聚醚酰亚胺(PEI)及聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、三聚氰胺和酚醛树脂等泡沫材料中的至少一种；无机非金属泡沫材料可以为玻璃泡沫、硅泡沫等泡沫材料中的至少一种。

根据上述描述，可以理解，所述节臂体100的材料不限于钢板或其他金属材料，也可以是非金属的复合材料，如玻璃钢等等。节臂体100不限于形成截面为“口”形的箱形结构件，也可以形成截面为“田”或“日”形或其他形状的具体结构。

在节臂体100为复合材料时，可以先制作节臂体100，然后再向节臂体100的中间腔内填充泡沫材料，也可以先用泡沫材料制作中间体200，然后，再以中间体200为模具形成节臂体100，制作节臂。

在提供节臂基础上，本发明提供的臂架系统包括通过水平铰接轴顺序铰接相连的多个节臂，节臂可以为上述任一种节臂。

根据实际需要，还可以根据节臂在节臂系统中的位置，利用不同硬度泡沫材料填充节臂体100的中间腔。比如，在相邻的两节节臂中，可以使靠近臂架系统末端的节臂中的泡沫材料的硬度小于远离臂架系统末端的节臂中的泡沫材料的硬度。这样可以使靠近底盘的节臂具有更高的抗屈曲能力、阻尼振动的能力和抗冲击能力，进而提高臂架系统的整体性能；在该情形下，使每节节臂形成性能渐变的结构，二者的结合可以优化臂架系统的整体性能。

在提供上述臂架系统的基础上，本发明提供的工程机械包括底盘和臂架系统，所述臂架系统为上述任一种的臂架系统，所述臂架系统根端节臂的底端与底盘通过一个竖向轴铰接相连。

根据上述描述，可以理解，填充节臂中间腔的材料不限于泡沫材料，也可以是其他夹芯材料，只要该夹芯材料具有预定的密度，小于节臂体100材料的密度，且具有预定的弹性模量，能够将节臂体100受到的剪切力从表皮层传向内层，能够吸收冲击，使节臂体100在静态和动态载荷下都能保持稳定，提高节臂的抗失稳性能；并且夹芯材料填充节臂体100的中间腔，进而能够提高节臂的抗冲击和抗破坏性能，实现本发明的目的。夹芯材料具体不限于硬质泡沫、也可以是蜂窝材料、轻木材料、非泡沫结构的树脂、复合材料或梯形板。轻木可以是Balsa轻木或蜂窝结构的轻木等等。夹芯材料的密度和弹性模量可以分别小于节臂体100材料的密度和弹性模量，就可以在保持节臂重量不大幅提高的同时，大幅提高节臂阻尼振动和抗屈曲承载的能力，提高抗冲击性能实现本发明的目的。弹性模量可以根据实际需要确定，剪切模量可以在10MPa～100MPa之间，压缩弹性模量可以在100MPa～9000MPa之间，拉伸模量可以在100MPa～1000MPa之间。

基于上述描述，工程机械的其他部分的箱形结构件的中间腔中也可以填充夹芯材料；同样，也可以在保持该箱形结构件重量不大幅提高的同时，大幅提高其强度性能。

在支腿的相应部件为箱形结构件时，可以在该部件的中间腔内填充夹芯材料；相应部件可以是支腿的支撑臂等等。提供的另一种工程机械包括底盘和支腿，所述支腿安装在所述底盘上，所述支腿包括上述的工程机械的箱形结构件。由于包括该箱形结构件的支腿具有上述技术效果，包括该支腿的工程机械也具有相对应的技术效果。

本文中应用了具体个例对本发明提供的技术方案进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明提供的技术方案。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种工程机械的箱形结构件，包括结构件本体，所述结构件本体形成中间腔；其特征在于，所述中间腔中填充有密度小于结构件本体的材料的密度的夹芯材料；所述箱形结构件为臂架系统的节臂；所述中间腔中，从大头端部到小头端部，所述夹芯材料的硬度逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的工程机械的箱形结构件，其特征在于，所述夹芯材料为泡沫材料。

3.根据权利要求2所述的工程机械的箱形结构件，其特征在于，所述泡沫材料为金属泡沫材料、有机高分子泡沫材料或无机非金属泡沫材料。

4.根据权利要求1至3任一项所述的工程机械的箱形结构件，其特征在于，所述结构件本体的材料为金属或复合材料。

5.一种臂架系统，包括通过水平铰接轴顺序铰接相连的多个节臂，其特征在于，所述节臂为权利要求1-4任一项所述的箱形结构件。

6.根据权利要求5所述的臂架系统，其特征在于，相邻的两节节臂中，靠近臂架系统末端的节臂中的夹芯材料的硬度小于远离臂架系统末端的节臂中的夹芯材料的硬度。

7.一种工程机械，包括底盘和臂架系统，其特征在于，所述臂架系统为权利要求5或6所述的臂架系统，所述臂架系统的根端节臂安装在所述底盘上。