CN109264594B - 箱型梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，公开了一种箱型梁。所述箱型梁包括由相对设置的第一盖板(1)和第二盖板(6)以及相对设置的第一腹板(7)和第二腹板(3)连接形成的箱型结构，所述第一腹板(7)和第二腹板(3)之间设置有中腹板(4)，所述中腹板(4)的两端分别与所述第一盖板(1)和第二盖板(6)相固定，所述中腹板(4)的沿所述箱型结构长度方向的两端分别朝向所述中腹板(4)的中部内凹形成凹陷部(8)。本发明的箱型梁能够降低箱型梁截面变化部位的应力峰值和应力集中程度，并通过在中腹板沿所述箱型结构长度方向的两端设置凹陷部，能够进一步降低中腹板两端截面的应力集中程度，防止中腹板由于应力过于集中而受损。

Description

箱型梁

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体地，涉及一种箱型梁。

背景技术

箱型梁常应用于混凝土泵车、汽车起重机、轮胎起重机、臂架式高空平台作业车等举高类产品。结合图1-4，目前常见的箱型梁截面形式主要是通过四块板拼焊而成的矩形结构，如图2中所显示的从图1中B-B处剖切的截面视图，如图4中所显示的从图3中C-C处剖切的截面视图，其中图1中E处和图3中F处为箱型梁的高应力处，目前来说该种结构在截面形状尺寸变化的区域仅仅通过增加截面板厚，即增加第一盖板1、第二盖板6、第一腹板7、第二腹板3的板厚，来降低截面应力，但是这种方法无法完全有效降低截面应力，且容易造成结构偏重、截面应力分配不合理、结构件疲劳寿命短、截面变形大等问题。

因此，箱型梁的设计需考虑到降低箱型梁截面的结构应力，同时有效控制结构重量，实现结构强度、刚度、结构重量的最佳匹配。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的箱型梁截面应力分配不合理、截面应力过高的问题，提供一种箱型梁，该箱型梁能够降低箱型梁截面变化部位的应力峰值和应力集中程度，提升箱型梁的疲劳寿命。

本发明提供一种箱型梁，包括由相对设置的第一盖板和第二盖板以及相对设置的第一腹板和第二腹板连接形成的箱型结构，所述第一腹板和第二腹板之间设置有中腹板，所述中腹板的两端分别与所述第一盖板和第二盖板相固定，所述中腹板的沿所述箱型结构长度方向的两端分别朝向所述中腹板的中部内凹形成凹陷部。

优选地，所述中腹板上设置有减重孔。

优选地，沿所述箱型梁长度方向间隔设置有多个所述中腹板。

优选地，沿所述第一腹板和所述第二腹板之间的宽度方向间隔设置有两个或多个所述中腹板。

优选地，所述第一盖板的内表面设有第一衬板，所述中腹板的固定于所述第一盖板的一端固定于所述第一衬板。

优选地，所述中腹板与所述第一衬板通过焊接固定；和/或，所述第一衬板与所述第一盖板之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。

优选地，所述中腹板的固定于所述第二盖板的一端与所述第二盖板之间通过角焊缝焊接。

优选地，所述第二盖板的内表面设有第二衬板，所述中腹板的固定于所述第二盖板的一端固定于所述第二衬板。

优选地，所述中腹板与所述第二衬板通过焊接固定；和/或，所述第二衬板与所述第二盖板之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。

优选地，所述凹陷部呈弧形、U型或V型。

通过上述技术方案，本发明的箱型梁通过在内部增加用于连接第一盖板和第二盖板的中腹板，可以降低箱型梁截面变化部位的应力峰值和应力集中程度，提升箱型梁的疲劳寿命，同时提升箱型梁的局部刚度以减小变形；此外通过在中腹板沿所述箱型结构长度方向的两端设置凹陷部，能够进一步降低中腹板两端截面的应力集中程度，防止中腹板由于应力过于集中而受损。

附图说明

图1是现有技术中箱型梁端部截面示意图；

图2是图1中B-B面剖视图；

图3是现有技术中箱型梁中部截面示意图；

图4是图3中C-C面剖视图；

图5是本发明一种实施方式的箱型梁端部截面示意图；

图6是图5中的箱型梁同时设置第一衬板和第二衬板情况下的A-A面剖视图；

图7是图5中衬板与盖板之间采用交叉点塞焊缝焊接情况下的仰视图；

图8是图5中的箱型梁仅设置第一衬板情况下的A-A面剖视图；

图9是图5中衬板与盖板之间采用条形塞焊缝焊接情况下的仰视图；

图10是本发明一种实施方式的箱型梁中部截面示意图；

图11是图10中的箱型梁仅设置第一衬板情况下的D-D面剖视图；

图12是图10中衬板与盖板之间采用交叉点塞焊缝焊接情况下的仰视图；

图13是图10中的箱型梁同时设置第一衬板和第二衬板情况下的D-D面剖视图；

图14是图10中衬板与盖板之间采用条形塞焊缝焊接情况下的仰视图。

附图标记说明

1—第一盖板、2—第一衬板、3—第二腹板、4—中腹板、5—第二衬板、6—第二盖板、7—第一腹板、8—凹陷部、9—减重孔。

具体实施方式

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。

结合图5、图6，本发明提供一种箱型梁，包括由相对设置的第一盖板1和第二盖板6以及相对设置的第一腹板7和第二腹板3连接形成的箱型结构，所述第一腹板7和第二腹板3之间设置有中腹板4，所述中腹板4的两端分别与所述第一盖板1和第二盖板6相固定，所述中腹板4的沿所述箱型结构长度方向的两端分别朝向所述中腹板4的中部内凹形成凹陷部8。

其中，设定所述第一盖板1和所述第二盖板6之间的距离方向为所述箱型梁的高度方向，所述第一腹板7和所述第二腹板3之间的距离方向为所述箱型梁的宽度方向，而同时垂直于所述高度方向和所述宽度方向的方向即为所述箱型梁的长度方向，也就是图5中从左至右延伸的方向。

通过上述技术方案，本发明的箱型梁通过在内部增加用于连接第一盖板和第二盖板的中腹板，能够有效降低箱型梁截面变化部位的应力峰值和应力集中程度，提升箱型梁的疲劳寿命，同时提升箱型梁的局部刚度以减小变形；此外通过在中腹板沿所述箱型结构长度方向的两端设置凹陷部，能够进一步降低中腹板两端截面的应力集中程度，防止中腹板由于应力过于集中而受损。此外，通过对本发明的箱型梁实际应用试验结果可知，本发明的箱型梁优选适用于混凝土泵车中，即应用在混凝土泵车中的效果最为显著，体现了较佳的降低应力峰值和应力集中程度的作用。

为实现轻量化设计，所述中腹板4上可根据应力分布情况进行拓扑优化，具体地，在所述中腹板4上设置有减重孔9。作为其中一种优选的实施方式，所述减重孔9设置在所述中腹板4的中间部位，且为椭圆形孔。为了保证达到降低应力集中程度的效果，所述减重孔9沿所述箱型梁的宽度方向贯穿设置。同时可以理解地，设计时可根据实际受力情况在所述中腹板4上设置多个所述减重孔9，或考虑将所述减重孔9优化成多边形开孔结构，以上情况均在本发明的保护范围之内。

由于本发明中所述中腹板4的作用主要是降低截面应力，以弥补截面应力分配不合理的问题。因此，可以理解为，可以根据箱型梁截面变化的具体情况，优选在所述箱型梁截面应力过高的区域设置所述中腹板4，如果沿箱型梁的长度方向具有多个截面变化区域，即具有多个截面应力过高的区域，则可以沿所述箱型梁长度方向间隔设置多个分别布置在截面应力过高区域的所述中腹板4。此处，选择将所述中腹板4间隔设置而不是设置成连续的一整块是为了在保证降低应力效果的基础上实现减重、节省材料的目的。结合图5、图10可知，本实施方式中，箱型梁的端部和中部分别具有截面变化的区域，则可以在所述箱型梁的端部和所述箱型梁的中部分别设置中腹板4，即所述中腹板4的设置位置是根据实际应用中所述箱型梁的截面应力大小来选择的，优选设置在截面应力较强的位置，可以通过中腹板4有效降低截面变化区域的截面应力。。

为了进一步降低所述箱型梁截面变化部位的应力峰值和应力集中程度，同时提升箱型梁的局部刚度以减小变形，可以在所述第一腹板7和所述第二腹板3之间的宽度方向上间隔设置有两个或多个所述中腹板4。优选地，在所述第一腹板7和所述第二腹板3之间的宽度方向上间隔均布有多个中腹板4，从而保证承力均匀。

本实施方式中，为实现所述中腹板4与所述第一盖板1和所述第二盖板6之间的固定，在所述第一盖板1的内表面设有第一衬板2，所述中腹板4的固定于所述第一盖板1的一端固定于所述第一衬板2。其中，可以首先将所述中腹板4与第一衬板2通过焊接固定在一起，所述第一衬板2与所述第一盖板1之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。

而由于焊接工艺上的差异，所述中腹板4的固定于所述第二盖板6的一端可以直接与所述第二盖板6之间通过角焊缝焊接。或者，也可以参考所述第一盖板1的焊接方式，在所述第二盖板6的内表面设有第二衬板5，所述中腹板4的固定于所述第二盖板6的一端固定于所述第二衬板5。其中，可以首先将所述中腹板4与第二衬板5通过焊接固定在一起，所述第二衬板5与所述第二盖板6之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。

焊接过程中，考虑到重力等因素的影响，通常先将所述中腹板4与位于其底部的盖板之间进行焊接，本实施方式中，从图示方向来看，所述第二盖板6为下盖板，所述第一盖板1为上盖板，并具体包括以下两种焊接方式：

第一种，先将所述中腹板4的两端与所述第一衬板2和所述第二衬板5组焊为一体，随后将所述第二衬板5与所述第二盖板6之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接，最后将所述第一衬板2与所述第一盖板1之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。需要说明的是，与交叉点塞焊缝相比，长条形塞焊缝因焊缝连续，施工难度较小，较易保证焊缝质量，但是因焊接填充量大，需要做好焊接变形控制。当然，这种焊接方式不受所述中腹板4焊接位置变化的影响，例如，同时适用于将所述中腹板4设置在所述箱型梁端部和中部的情况，如图5-图7、图13和图14所示。

第二种，先将所述中腹板4顶部与所述第一衬板2焊接在一起，然后将所述中腹板4的底部与所述第二盖板6之间通过角焊缝焊接，最后将所述第一衬板2与所述第一盖板1之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。此种焊接方式主要适用于箱型截面高度较小，所述中腹板4和所述第二盖板6可方便施焊的情况。相比于第一种焊接方式，减少了所述第二衬板5的设计，也就减少了施工要求较高、施工难度较大的塞焊缝焊接，使得焊接工艺更为简单，同样地，该种焊接方式也不受所述中腹板4焊接位置变化的影响，如图8-12所示。

最后，需要说明的是，本发明的图示仅仅给出了常见的该种箱型截面梁的典型结构形式，实际设计时可根据结构优化需要调整所述中腹板4的外形。此外，可将所述凹陷部8的设计成图示的弧形结构，也可根据实际应力分布情况和集中程度设计成U型或V型结构。所述中腹板的两面还可增加横向或竖向筋板来增强其局部刚度。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种箱型梁，其特征在于，包括由相对设置的第一盖板(1)和第二盖板(6)以及相对设置的第一腹板(7)和第二腹板(3)连接形成的箱型结构，所述第一腹板(7)和第二腹板(3)之间设置有中腹板(4)，所述中腹板(4)的两端分别与所述第一盖板(1)和第二盖板(6)相固定，所述中腹板(4)的沿所述箱型结构长度方向的两端分别设有凹陷部(8)，所述凹陷部(8)设置为沿所述中腹板(4)与所述第一盖板(1)和所述第二盖板(6)的连接处朝向所述中腹板(4)的中部内凹。

2.根据权利要求1所述的箱型梁，其特征在于，所述中腹板(4)上设置有减重孔(9)。

3.根据权利要求1所述的箱型梁，其特征在于，沿所述箱型梁长度方向间隔设置有多个所述中腹板(4)。

4.根据权利要求3所述的箱型梁，其特征在于，沿所述第一腹板(7)和所述第二腹板(3)之间的宽度方向间隔设置有两个或多个所述中腹板(4)。

5.根据权利要求1所述的箱型梁，其特征在于，所述第一盖板(1)的内表面设有第一衬板(2)，所述中腹板(4)的固定于所述第一盖板(1)的一端固定于所述第一衬板(2)。

6.根据权利要求5所述的箱型梁，其特征在于，所述中腹板(4)与所述第一衬板(2)通过焊接固定；和/或，

所述第一衬板(2)与所述第一盖板(1)之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。

7.根据权利要求1所述的箱型梁，其特征在于，所述中腹板(4)的固定于所述第二盖板(6)的一端与所述第二盖板(6)之间通过角焊缝焊接。

8.根据权利要求1所述的箱型梁，其特征在于，所述第二盖板(6)的内表面设有第二衬板(5)，所述中腹板(4)的固定于所述第二盖板(6)的一端固定于所述第二衬板(5)。

9.根据权利要求8所述的箱型梁，其特征在于，所述中腹板(4)与所述第二衬板(5)通过焊接固定；和/或，

所述第二衬板(5)与所述第二盖板(6)之间通过交叉点塞焊缝或长条形塞焊缝焊接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的箱型梁，其特征在于，所述凹陷部(8)呈弧形、U型或V型。

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