CN104220359A - 关节杆的段和包括所述段的关节杆 - Google Patents

Abstract

由复合材料制成的关节杆(11)的段，具有限定纵轴(Z)的细长形状，并具有盒状截面。所述段包括构造为枢转进一步的段(15)的第一端部(21)，构造为枢转驱动构件(31)的第二间部(22)，和第三端部(23)。所述第一端部(21)、第二间部(22)和第三端部(23)关于彼此制作在单个主体中。所述第二间部(22)包括由第一侧面(33)和第二侧面(34)限定的突出区域，所述第一侧面(33)和第二侧面(34)关于彼此聚合以限定顶点(35)。枢转元件(39)提供在所述突出区域以枢转所述突出区域和所述第一端部(21)之间的所述驱动构件(31)。限定了突出区域的所述第一侧面(33)和所述第二侧面(34)被倒圆角至所述第一端部(21)和第三端部(23)的大体直线的相邻通道(42，43)。

Description

关节杆的段和包括所述段的关节杆

技术领域

本发明涉及关节杆的段，例如但不限于，可以安装在泵上的类型的关节杆，该泵运往用于混凝土混合料分配的卡车上。尤其，根据本发明的段由复合材料制成，例如沉浸在粘合树脂中的碳、芳纶或玻璃纤维或类似物。

本发明还涉及包括至少一个所述类型的段的关节杆。

背景技术

由金属材料制成的用于关节杆的段已被熟知，它们分别在各自的端部相互铰接，并且驱动构件连接到它们，例如通过支架的方式。

驱动构件提供一个段关于其它段以关节连接，使它们进入至少第一延伸或工作构造，在该构造中它们达到期望的工作位置，和进入第二折叠构造，在该构造中一个段关于其它段折叠以确保最小体积状况，通常在运输状况下。

人们还知道，为了减轻关节杆的整体重量，段由复合材料制成，例如包括沉浸在粘合树脂中的碳、玻璃或芳纶纤维或类似物。

人们还知道，当关节杆使用时，段受到极大的应力和振动，并因此有必要正确地设置各个段的截面的尺寸和构造，以便满足安全性和机械强度的要求。

特别地，已知的是，最高应力区为各个段之间的相互铰接点，以及驱动构件枢转的区域。

已知的是，对于由金属材料制成的段，连接区是通过将一个或多个设有孔的法兰连接通常是焊接到段的纵向主体获得的，驱动构件在法兰的孔中枢转。在由复合材料制成的段的已知方案中，已知的是，该区域提供为总是由金属材料制成的。在这种情况下，提供段的一片纵向主体由金属材料制成的方案是已知的，那一片随后在制作复合材料段的过程中被包含。所述一片金属材料转而提供有用于驱动构件的连接区域，例如包括焊接到那的支架。

已知段的一个缺点是，它们需要相当复杂的制造工艺，并且因此昂贵并且具有过高的整体重量。

已知段的另一个缺点是，驱动构件的连接区域相对于与随后的段进行枢转的点的位置，是不相关于段本身的机械阻力、所使用的驱动构件的尺寸和所要求的安全极限的。这就要求必须在关节杆上使用对于特定应用不合适的尺寸的驱动构件，并且还需要特大型的段的特定部分的部件，从而增加了它的整体重量。

此外，当它们自己关闭时，已知关节杆具有非常大的总体积，具有不容易移动和调遣安装有关节杆的车辆的缺点。

US-A-5.316.709公开了用于挖掘机的包括关节段的臂，在关节段中有两个连接区，第一个将段连接到车辆，第二个连接驱动挖掘元件的驱动器。这两个连接区大体上处于同一高度，该高度与关节段的轮廓的两个突起部分一致，该关节段具有类似于具有一致基底的双三角形的截面形状。

US'709中描述的截面形状不适于解决上面指出的缺点，尤其是对源自驱动器的推进力的逐点应力的抵抗和车辆转移和移动过程中的体积减小。

本发明的一个目的是获得关节杆的段，该段可以简单地制作、经济的并且具有比已知段更轻的整体重量。

另一个目的是获得关节杆的段，该关节杆关于机械强度、所使用的驱动构件的尺寸和安全要求是最优化的。

本发明的另一个目的是获得关节杆，该关节杆包括至少上述类型的段，其中它的整体机械强度和整体尺寸至少在运输构造中是最优化的。

本申请人已经设计、试验和实施了本发明，以克服现有技术状态的缺点并获得这些和其它目的和优点。

发明内容

本发明阐明和以独立权利要求为特征，而从属权利要求描述本发明的其它特征或主题发明思想的变型。

根据上述目的，关节杆的段由复合材料制成，例如包括碳、玻璃或芳纶纤维或类似物，使用树脂彼此固化，这种段主要应用于但不专门应用于混凝土分配的关节杆。

根据本发明的段具有限定纵轴的细长形状。该段还具有盒状截面，和至少包括构造为允许进一步的段枢转的第一端部，构造为允许驱动构件枢转的第二间部，驱动构件例如液压驱动器、气动驱动器、螺旋式千斤顶或其它。关节段还具有第三端部，根据本发明或其它类型的进一步的段可以枢接到该第三端部。

根据本发明的一个特征，所述第一端部和第二间部关于彼此制作在单个主体中，并且所述第二间部包括垂直于纵轴的突出区域，该突出区域至少由第一侧面和第二侧面限定，第一侧面和第二侧面关于彼此聚合并限定了顶点，该顶点最好是圆的或具有圆的连接件。第一枢转元件，例如第一枢转基座，提供在所述突出区域以允许枢转驱动构件。

两个聚合的侧面被倒圆角(filleted)至相邻的通道，大体直线并大体平行于段的纵轴，这限定了相邻于突出区域的段的部分。

由于段的这种几何构造，在第二间部和与第一端部有关联的关节元件之间枢转的驱动构件，至少当杆在关闭位置时，处理为平行于相邻于突出区域的直线通道在完全包含在段自身体积中的位置。

以这种方式，获得完全在单个主体中的段是可能的，该主体集成了驱动构件的连接区，并且在获得其余的段的同一步骤中实现，并且以同样的材料。

根据本发明的段，尤其第一端部和第二间部，是至少由内弧面和外弧面限定的。根据本发明，突出区域在内弧面的一侧获得。

根据本发明的另一特征，第一枢转元件关于第一端部的截面的内弧面突出设置/集成。

枢转元件的这种特殊设置允许驱动构件的位置最优化，当关节杆处于它的关闭状态时，该驱动构件设置为以便防止干扰其它段的状态，具有关节杆的整体紧凑性的优点。

根据本发明的另一特征，在内弧面中、且与突出区域的第一侧面相适应地，至少制作通孔以允许驱动构件穿过它插入。

第二间部的突出区域还具有关闭盒状的截面。驱动构件因此穿透通孔以允许它随后能够枢转。驱动构件的至少一个端部通道因此设置在段的盒状截面中。

根据本发明的另一特征，限定突出区域并且倒圆角至突出区域和第三端部之间的直线通道的第二侧面相对于纵轴以角度倾斜，该角度在5°到25°之间，优选地10°到20°之间。折算值(reduced value)的这个角度限定了突出区域和相邻的直线通道之间的非常温和的连接，并且允许获得段的机械阻力和用于制作后者的材料量之间的好的折中方案。过大的振幅确定了在所述区域的非常高的剪切效应，该效应对于机械阻力的目的是有害的；反之亦然，较低的振幅需要使用相当大量的材料去制作段，随之而来的较大的整体尺寸，这不仅增加了段的整体重量而且确定了在关闭包括所述段的关节杆中的问题。

在第三端部和限定了突出区域的第二侧面之间，最好具有允许赋予段更大机械阻力的倒圆角通道(filleted tract)。

根据实施例的另一形式，倒圆角通道和限定了突出区域的第二侧面总体发展为第二间部的确定的第一长度，并且尤其申请人已经计算了倒圆角通道的倒圆半径(rounding radius)和第一长度之间的最适比值在1.8到7.2之间，优选地大于3.5。

根据本发明的另一特征，突出区域的第一侧面相对于纵轴以角度倾斜，该第一侧面连接突出区域的顶点到第一端部的直线通道，该角度在25°到50°之间，优选地30°到45°之间，更优选地35°到40°之间。所述角度具有大于突出区域的第二侧面和第三端部之间的角度的值，正如我们所说，允许将驱动构件完全覆盖在通孔内部，而防止驱动构件完全附在段的主体内部。事实上，特别有限的角度振幅也能减少驱动构件移动的可能性，而特别大的振幅对于段的机械阻力是不利的，并且与上述复合材料的产品要求是互相矛盾的。

根据实施例的另一形式，第一端部至少提供有第二枢转元件或第二枢转基座，构造为允许驱动构件和另一段之间的关节元件相连接。

根据实施例的一些形式，第一枢转元件和第二枢转元件以大致平行于纵轴测量的确定的轴向距离和以确定的横向距离彼此间隔开。轴向距离和横向距离之间的比值在3.9到15.6之间，优选地4.5到12之间，更优选地6到10之间。这种特殊处置允许最优化与段关联的驱动构件的位置，还允许限制关闭关节杆过程中的干扰问题。

根据实施例的其他形式，分别集成在段的第一端部和第二间部的第一和/或第二枢转元件包括金属嵌入物，例如衬套、附件或允许驱动构件或支架枢转的其它任何所需物。

根据实施例的一些优选形式，可以提供分别设置在第二间部的突出区域的一端和另一端的部分具有大致一个方向的纤维的定位，即平行于段的纵向。反之，突出区域可以具有合理改动的纤维的设置，并且像这样最优化所述区域所需的机械阻力性能。

本发明还涉及包括至少一个上述段的关节杆。

附图说明

本发明的这些和其它特征将从下列实施例的一种形式中变得明显，该实施例作为无限制的例子参考附图给出，其中：

图1为根据本发明的段的应用到关节杆的部分的侧视图；

图2为根据本发明的段的局部立体图；

图3为图1中段的部分的放大侧视图。

为了促进理解，在可能的情况下，所使用的同样的附图标记用于辨别图中同样的共同部件。

具体实施方式

参考图1，关节杆11的段以它的整体由附图标记10表示，并且构造为在第一端12关于第一其它段15枢转，且在它的第二端13关于可能的其它第二段枢转，在图中没有示出。

段10、15由复合材料制成，即碳、玻璃、芳纶或其它纤维，通过树脂互相固化形成。

段10具有矩形截面、中空内部，并且根据纵轴Z纵向发展。

段10的截面(图2)具有沿整个纵向延伸大体均一的宽度L，和沿纵向延伸变化的高度H。

段10(图1)具有内弧面19和大体平行于纵轴Z的外弧面20。

根据本发明的段10至少通过在单个主体中形成的第一端部21、第二中间部22和第三端部23限定，从第一端12开始，接着沿着纵轴Z连续。

第一端部21(图2和3)或枢转部由大体直线通道42限定，该直线通道42具有横截面高度H，H沿它的轴均匀发展，第一端部21或枢转部还提供有与第一端12相适应地联系的一对第一枢转衬套26和一对第二枢转衬套27。

第三端部23相邻于第二中间区域22也包括大体直线通道43。

第一端12大体是叉形状，第一段15通过它被引进。

第一衬套26和第二衬套27嵌进叉的两边。

第一段15通过栓的形式在第一衬套26中枢转，同时两个相对的支架29在第二衬套27中枢转，只有其中一个支架在图1中可见。

支架29提供有三个枢转孔30，段10、驱动构件31的活塞131的端部和第二连接件分别在每个孔中枢转，第二连接件在图中不可见。

第二连接支架转而在第一段15上枢转，并且提供以使连接段10和第一段15关于彼此关节连接。

驱动构件31，在该情况下为液压驱动器，绕它的气缸231的端部枢转，该端部与段10的第二间部22相适应。

第二间部22或驱动构件31的连接部分具有沿着纵轴Z变化的横截面高度H，以限定相对于段10的内弧面19突起的区域。

更具体地，在段10的内弧面上，第二间部22具有朝向第一端12的第一侧面33和倾斜的、并朝第一侧面33聚合的第二侧面34以一起限定顶点35，顶点35最好是圆形的或具有圆形的连接件。

对应于第一侧面33制作了通孔36，通孔36构造为允许驱动构件31的端部穿透它。

在第二间部22中集成了第三枢转衬套39，驱动构件31的另一端在该衬套中枢转。

第三衬套39集成在段的第二间部22相对于内弧面19的外部位置，以便允许驱动构件31相连接。

第一侧面33(图3)相对于直线通道42倾斜，并通过相对于纵轴Z的第一角度α连接至第一端12，第一角度α在25°到50°之间，优选地30°到45°之间，更优选地35°到40°之间。

第二侧面34相对于直线通道43倾斜，并通过也相对于纵轴Z的第二倾斜角β连接至第二端13，第二倾斜角β在5°到25°之间，优选地10°到20°之间，更优选地大约15°。

第二倾斜角β无论如何都小于第一角度α，因此确保突出区域和第二端13之间的温和的连接，第二端13是与驱动构件31整合连接的那一端相对的端。

尤其，第二侧面34的倾斜是那个通道中的部分所需要的机械阻力性能和减轻整体体积的需求之间的好的折中方案，以便允许关节杆11在它的关闭构造中整体缩小。

尽管对于张力集中的减小是有利的，但第二倾斜角β的非常小的振幅会不允许关节杆11的紧凑的闭合。对于这一点必须随着后来的整体重量的增加而增加更大量的材料。

第二间部22的第一侧面33(图3)随着具有第一倒圆半径R1的第一倒圆角通道40连接到第一端部21，并且特别地连接到它的直线通道42。

相反地，第二侧面34随着具有第二倒圆半径R2的第二倒圆角通道41连接到第三端部23，并且特别地连接到它的直线通道43。

第三衬套39通过确定的轴向距离X和确定的横向距离Y相对于第二衬套27的轴心(interaxis)间隔开。轴向距离X和横向距离Y之间的比值在3.9到15.6之间，优选地4.5到12之间，更优选地6到10之间。

第二衬套27的枢转轴朝向内弧面并相对于纵轴Z垂直位移确定的间隙G，包括0.01倍到0.2倍的高度H之间。

这允许以最优化的直径使用第二衬套27，以便于合理均匀地分配当驱动构件31被驱动时产生的压力。

第二侧面34和第二倒圆角通道41总体发展为第二部分22的确定的第一纵向长度E。

根据本发明的一个特征，第二倒圆半径R2和第一长度E之间的比值包括1.8到7.2之间，优选地大于3.5。这个比值允许最优化截面的机械阻力和段10的尺寸，获得与我们先前描述的第二倾斜角β相似的优点。

第一侧面33和第一倒圆角通道40总体发展为第二间部22的确定的第二纵向长度S。

为了减少在所述区域制作段10所需材料的量，并且为了防止驱动构件31保持包含在段10的内部，提供第二长度S和轴向距离X之间的比值在0.15到0.65之间是有利的，优选地0.25到0.55之间，更优选地0.30到0.50之间。

第一衬套26相对于第二衬套27轴向位移距离P。距离P大约为0.8-1.2倍的第一端部21的截面的高度H。这允许包含第一端部21的整个长度，防止不必要的材料浪费。

在实施例的一些有利形式中，提供第二间部22具有对其组成纤维的特别处置，不同于对第一端部21和第三端部23的处置，以赋予该部分更大的应力阻力。

应当清楚，在此之前所述的段上可以进行部件的修改和/或附加，而不脱离本发明的领域和范围。

也应当清楚，尽管本发明参照一些具体的例子进行了描述，本领域技术人员应当当然地可以实现许多其它的等价形式的段，该段具有如前在权利要求中所述的特征，并且因此所有的都包含于在那限定的保护范围内。

Claims (11)

1.由复合材料制成的关节杆(11)的段，所述段具有限定纵轴(Z)的细长形状，并具有盒状截面，和至少包括构造为允许进一步的段(15)枢转的第一端部(21)，构造为允许驱动构件(31)枢转的第二间部(22)，和第三端部(23)，其中所述第一端部(21)、第二间部(22)和所述第三端部(23)相对于彼此制作在单个主体中，其特征在于，所述第二间部(22)至少包括突出区域，该突出区域至少由第一侧面(33)和第二侧面(34)限定，所述第一侧面(33)和所述第二侧面(34)关于彼此聚合以限定顶点(35)，第一枢转元件(39)提供在所述突出区域以允许所述突出区域和所述第一端部(21)之间的所述驱动构件(31)枢转，其中限定了所述突出区域的所述第一侧面(33)和所述第二侧面(34)被倒圆角至所述第一端部(21)和第三端部(23)的大体直线的相邻通道(42，43)，其中限定在所述第一侧面(33)和所述第一端部(21)的直线通道(42)之间的角(α)大于限定在所述第二侧面(34)和所述第三端部(23)的直线通道(43)之间的角(β)。

2.如权利要求1的段，其特征在于，所述第一端部(21)和所述第二间部(22)至少由内弧面(19)和外弧面(20)限定，并且其特征在于，所述第一枢转元件(39)关于所述第一端部(21)的截面的内弧面(19)突出设置。

3.如权利要求2的段，其特征在于，在所述内弧面(19)中并与所述第一侧面(33)相适应地，至少制作通孔(36)以允许所述驱动构件(31)插入穿透它。

4.如上文任一权利要求的段，其特征在于，限定在所述第二侧面(34)和所述第三端部(23)的所述直线通道(43)之间的所述角(β)具有相对于所述纵轴(Z)的振幅，所述振幅在5^°到25^°之间，优选地10^°到20^°之间。

5.如上文任一权利要求的段，其特征在于，所述第二侧面(34)以倒圆角通道(41)被倒圆角至所述第三端部(23)的所述直线通道(43)，其中所述第二侧面(34)和所述倒圆角通道(41)总体发展为所述第二间部(22)的确定的第一纵向长度(E)，并且其特征在于，所述倒圆角通道(41)的倒圆半径(R2)和所述第一长度(E)之间的比值在1.8到7.2之间，优选地大于3.5。

6.如上文任一权利要求的段，其特征在于，限定在所述第一侧面(33)和所述第一端部(21)的所述直线通道(42)之间的所述角(α)在25°到50°之间，优选地30°到45°之间，更优选地35°到40°之间。

7.如上文任一权利要求的段，其特征在于，所述第一端部(21)至少提供有第二枢转元件(27)，所述第二枢转元件(27)构造为允许所述驱动构件(31)和所述进一步的段(15)之间的关节元件(29)相连接。

8.如权利要求7的段，其特征在于，所述第一枢转元件(39)和所述第二枢转元件(27)以平行于所述纵轴(Z)的确定的轴向距离(X)和以确定的横向距离(Y)彼此间隔开，并且其特征在于，所述轴向距离(X)和所述横向距离(Y)之间的比值在3.9到15.6之间，优选地4.5到12之间，更优选地6到10之间。

9.如上文任一权利要求的段，其特征在于，所述第二间部(22)包括在所述第一部分(21)和所述第一侧面(33)之间插入的倒圆角通道(40)，并且其特征在于，所述倒圆角通道(40)和所述第一侧面(33)总体发展为确定的第二纵向长度(S)。

10.如权利要求8和9的段，其特征在于，所述第二长度(S)和所述轴向距离(X)之间的比值在0.15到0.65之间，优选地0.25到0.55之间，更优选地0.30到0.50之间。

11.关节杆，所述关节杆至少包括上文任一权利要求的段。