CN110621833A - 用于移动式混凝土泵的具有可变横截面的弯曲悬臂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于移动式混凝土泵(1)的悬臂(5)以及移动式混凝土泵(1)。悬臂(5)具有第一端部和第二端部(10、11)，其中在悬臂(5)的第一端部与第二端部(10、11)之间设有至少一个转弯段(12)，在常规使用时出现的主弯曲负荷在该转弯段中表现为扭转负荷，该悬臂由纤维复合材料制成，其中在转弯区域(12)之外，悬臂(5)在横截面中的高度(h)大于悬臂(5)在横截面中的宽度(b)，并且在转弯区域(12)之中，悬臂(12)在横截面(5)中的宽度(b)大于或等于悬臂(5)在横截面中的高度(h)。混凝土泵(1)具有布置在下部结构体(3)上的、包括至少两个悬臂(5)的分配杆(2)，悬臂中的至少一个根据本发明来设计。

Description

用于移动式混凝土泵的具有可变横截面的弯曲悬臂
技术领域
本发明涉及用于移动式混凝土泵的悬臂以及移动式混凝土泵。
背景技术
移动式混凝土泵通常具有布置在可行驶的下部结构体上的悬臂架，该悬臂架具有沿着其延伸的输送管道，通过该输送管道能够泵送能流动的混凝土。在此，悬臂架包括多个悬臂，这些悬臂能够围绕枢转轴各自横向于悬臂的纵向方向相对于彼此枢转。
由此，悬臂架原则上可以折叠，以使其连同可行驶的下部结构体不超过预设的最大高度。在此，预设的最大高度例如能够对应于公路交通中常规的穿行高度，移动式混凝土泵因此也能在桥下或通过隧道穿行。
为了使悬臂架能够尽可能小地折叠并且因此实现尽可能大数目的悬臂，已知的是将各个悬臂设计为弯曲的。由此，悬臂在折叠情况下能够围绕已阐述的枢转轴部分地并排放置，使得合并的悬臂的包装与在悬臂没弯曲时合并的悬臂的包装相比具有更小的高度。
根据现有技术，由钢制成的弯曲的悬臂是已知的。在这种悬臂中，多个具有相同横截面的钢型材相互焊接以产生期望的转弯，其中，在转弯的情况下两个钢型材通常基本平行布置并且与相对于这两个钢型材以一个角度延伸的第三钢型材互相连接。
为了承受在运行期间作用在悬臂上的力并且为了实现借助于焊接来制造弯曲，钢型材必须具有一定的壁厚。因此，根据现有技术的弯曲的悬臂具有不小的重量。
特别地，由于移动式混凝土泵的可行的悬臂数目(以及由此通常可到达的最大高度)通常被混凝土泵的最大允许总重量或其最大允许轴负荷限制，根据现有技术的各个悬臂的、尤其是弯曲的悬臂的大重量是不利的。
发明内容
本发明的目的是提出一种悬臂以及一种移动式混凝土泵，其中现有技术的缺点不再出现或者仅还以较小的程度出现。
该目的通过根据独立权利要求所述的悬臂以及根据后面的权利要求12所述的移动式混凝土泵实现。有利的改进方案是从属权利要求的内容。
因此，本发明涉及一种悬臂，特别是用于混凝土泵的分配杆，该悬臂具有第一端部和第二端部，其中，在悬臂的第一端部与第二端部之间设有至少一个转弯段，在常规使用时出现的主弯曲负荷在该转弯段中表现为扭转负荷，并且悬臂由纤维复合材料制成，其中，在转弯区域之外，悬臂在横截面中的高度大于悬臂在横截面中的宽度，并且在转弯区域之中，悬臂在横截面中的宽度大于或等于悬臂在横截面中的高度。
此外，本发明涉及一种混凝土泵，具有布置在下部结构体上的分配杆，该分配杆包括至少两个悬臂，其中根据本发明设计至少一个悬臂。
首先，解释一些结合本发明使用的术语：
术语悬臂的“宽度”和“高度”涉及悬臂的尺寸，如用于计算围绕悬臂的枢转轴的几何转动惯量所限定的那样。在此，如下的轴被称为悬臂的枢转轴，即悬臂围绕该轴能够直接参照相邻的悬臂相对于其枢转。
在“连续纤维增强的纤维复合材料”中，纤维或连续纤维具有通常大于50mm的长度。特别地，该纤维长度使纤维不再能够在挤出过程中被处理。更确切地说，相应的连续纤维通常可以用作为随后能被加工成纤维复合材料的、平的原材料或者粗纱。在此，“粗纱”是由基本平行布置的连续纤维形成的束、股或复丝。“平的原材料”可以例如是纺织物、无纺布、针织物或者编织物。
由于根据本发明的悬臂由纤维复合材料制成，相对于由钢制成的类似的悬臂原则上能够实现重量节省。借助纤维复合材料的特别的显著较小的重量，与钢结构相比，通常能够实现显著的重量降低，即使必要时必须选择稍微更大的壁厚来实现类似的刚性。
虽然在保持造型的情况下、尤其在非弯曲的悬臂的情况下原则上可能进行相应的材料交换，但本发明基于以下构思：至少在弯曲悬臂的情况下不容易相应地替换材料，或者至少不提供更多的重量节省。此外，这基于以下构思：为了不将在转弯区域中的悬臂的刚性降低到对于使用混凝土泵来说不允许的程度，在由纤维复合材料制成的弯曲悬臂的情况下，壁厚与由钢制成的设计相比不能显著减小。
本发明认识到：在转弯部的区域中，作用在悬臂上的常规负荷(原本是弯曲负荷)的一部分表现为扭转负荷。基于该认识，本发明提出：在转弯部的区域中的这种特别形式的负荷不通过更大的壁厚反而通过匹配于该负荷的形状来应对。虽然悬臂在横截面中的高度在转弯区域之外大于悬臂在横截面中的宽度(由此尤其能够更好地承受弯曲负荷)，但是悬臂在横截面中的宽度在转弯区域之中大于或等于悬臂在横截面中的高度。通过根据本发明的横截面适配，能够在转弯部的区域之中也实现足够的刚性，而无需增加壁厚。
从悬臂的弯曲负荷与由此得到的在转弯部的区域中的扭转负荷之间整体上给出的关系直接可知：悬臂在垂直于弯曲负荷的平面中转弯。仅在这种情况下才出现成问题的扭转负荷。悬臂尤其能够在如下的平面中转弯，该平面平行于枢转轴中的至少一个枢转轴延伸，悬臂能够各自围绕该枢转轴相对于相邻的悬臂枢转。在有相应转弯的情况下，在悬臂架折叠时可以实现从现有技术已知的悬臂的并排放置。
更优选的是，在转弯部的区域中的壁厚小于或者基本上等于在转弯部之外的壁厚。
优选地，在转弯部的区域中的悬臂在横截面中的高度等于在转弯部之外的悬臂在横截面中的高度，其中，该高度由于刚性通常对应于悬臂的最大可用结构高度。由于该高度在悬臂的整个长度上相等，作用在悬臂上的弯曲负荷在悬臂的整个长度上被均匀承受。
对后者也适用的是，如果悬臂的高度从其一个端部到另一个端部缩小，在一个端部处的高度因此高于另一个端部处的高度。在这种情况下优选的是，悬臂在横截面中的高度经过转弯部的区域均匀地缩小。特别地，应该放弃高度的阶梯状的适配。
优选的是，在转弯区域之外的悬臂的横截面与在转弯区域之中的悬臂的横截面之间的过渡是流畅的，从而不由该过渡产生附加的缺口效应。通过相应的过渡消除了在纤维复合材料上的附加负荷，该附加负荷原则上能够由悬臂的不适合的造型产生。
优选的是，在转弯区域之中的悬臂的横截面以具有p4对称性(p4-Symmetrie)的基本上八边形的基本形状为基础，其中，形成对称轴线的棱边优选地大于其他的棱边，和/或沿横截面的宽度的方向延伸的棱边比沿横截面的高度的方向延伸的棱边更长。通过相应的造型，能够良好地承受在转弯区域中产生的弯曲负荷和扭转负荷。
优选的是，在转弯区域之外的悬臂的横截面以具有p4对称性的基本上八边形的基本形状为基础，其中，形成对称轴线的棱边优选地大于其他的棱边，和/或沿横截面的高度的方向延伸的棱边比沿横截面的宽度的方向延伸的棱边更长。由于弯曲负荷主要在转弯部之外的区域中，该横截面因此被优化。
优选的是，至少在悬臂的棱边的一部分棱边处的横截面向外凸出地拱起，其中，这既能适用于转弯部的区域，又能适用于转弯部之外的区域。通过相应的局部凸出的造型能够提高悬臂的扭转刚度。
优选的是，悬臂的横截面中的角被倒圆。通过相应的被倒圆的角能够避免或者至少减小应力峰值。
优选地，悬臂具有至少一个作为铰接点的通孔，其中，悬臂的外表面的相对置的区域设计成分别相互平行的，通孔之一通到相对置的区域中。由于相应的通孔的区域中的外表面相互平行地布置(例如铰接螺栓能够被引导通过该通孔)，根据本发明的悬臂在其他部分(例如另外的悬臂)处的连接被简化。
优选地，悬臂由连续纤维增强的纤维复合材料制成并且能够由纤维无纺布、纤维纺织物、纤维编织物或者他们的组合形成。尤其在纤维无纺布的情况下，可以将单个纤维或粗纱以优化的方式置入悬臂的造型中。也可以使用特别制成的预成型无纺布，其中，各个纤维例如通过缝合以期望的走向固定在纺织物载体上。
也可以通过层压由预制的垫制成悬臂。在此，纤维能够以不同方式布置。因此，可以实现以±0°/+45°/±90°/-45°或者±0°/+30°/+60°/±90°/-60°/-30°的角度基本上大致各向同性的布置。在此，这些层能够被单独层压或者以预制的多层无纺布的形式被层压。也可以使用单向的无纺布，其根据期望的负荷被置入悬臂的造型中。
对于在放置纤维期间或者之后引入基体，合适的方法在现有技术中是已知的。因此纤维存放能够以湿法(即用基质材料浸渍)、干法(通过随后引入基质材料)或者以预浸料(利用热固性基质材料浸渍的纤维)的方式实现。尤其能够使用树脂、优选地使用环氧树脂作为基质材料。
还能提出，至少在悬臂的两层纤维复合材料之间的一些区域中设有核心材料以用于形成夹层结构。核心材料能够例如由软木或者泡沫材料制成。
上述实施方式被参考用于阐述根据本发明的混凝土泵。
附图说明
现在参考附图根据有利的实施方式来示例性地说明本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的移动式混凝土泵的实施例；
图2示出图1中的混凝土泵的两个悬臂的详细视图；
图3示出转弯部的区域中的、通过图2中的弯曲悬臂的横截面；并且
图4示出弯曲部之外的区域中的、通过图2中的弯曲悬臂的横截面。
具体实施方式
图1所示的具有分配杆2的移动式混凝土泵1是混凝土泵车，其中，分配杆2固定在可行驶的下部结构体3上。分配杆2能向上翻折并且为此包括多个能通过液压缸4相对彼此枢转的悬臂5，在分配杆中(仅部分地示出)引入用于可流动的混凝土的输送管道6。借助于布置在下部结构体3处的核心泵7，可流动的混凝土能够从输送料斗8通过输送管道6被送到输送管道6的自由开口端6’。
图2分别示出图1中的混凝土泵1的两个悬臂5，其中，两个悬臂5之一是弯曲的，并且至少该弯曲的悬臂5由连续纤维增强的纤维复合材料制成。两个悬臂5通过铰接螺栓9以能相对彼此枢转的方式连接。
图2中弯曲的悬臂5包括布置在悬臂5的第一端部10与第二端部11之间的转弯区域12，其中，转弯部位于与铰接螺栓9和/或由铰接螺栓限定的枢转轴平行的平面中。图3中示出了在转弯区域中穿过悬臂5的横截面，而图4中示出了穿过相同的悬臂5的横截面，然而其在转弯区域12的之外。
如图3和图4所示，两个横截面都基于八边形的基本形状13，该基本形状具有分别以虚线示出的棱边15、15’、15”以及由标记示出的角14，该角(根据以点划线示出的对称轴线16)分别具有p4对称性。在此用于形成对称轴线16的棱边15、15’比与对称轴线16不相交的棱边15”更长。
如在图3中直接可见的那样，在转弯部12的区域中，在横截面中沿宽度b方向延伸的棱边15比沿高度h方向延伸的棱边15’更长。在弯曲部之外则相反。如从图4中可见的那样，沿高度h的方向延伸的棱边15’比沿宽度b的方向延伸的棱边15更长。
在转弯部12的区域中(见图3)以及在转弯部之外(见图4)，悬臂5的棱边15、15’向外凸出地拱起。在此，该拱起设计使得悬臂5在其总长度上具有恒定的高度h。相应地，在图2中可见的悬臂5的上侧是没有台阶的。同样地，由图2可知：从转弯区域12中的悬臂5的横截面到该转弯区域12之外的横截面的过渡是流畅的，从而不由横截面变化产生附加的缺口效应。此外，为了避免其他可能的应力峰值，悬臂5在横截面中在角14处被倒圆(见图3和图4)。
此外，图4还示出：悬臂5在特定的区域中向外加宽，使得产生两个相对置的平行的外表面17。在这些平行的外表面17处设有通孔18(为其仅示出了轴线)，其例如用于使铰接螺栓9穿过(见图2)。相应的外表面17也能够设置在其他通孔18的区域中。
悬臂5由连续纤维增强的纤维复合材料一件式地制成，其中，悬臂5利用已知的方法由预制垫层压制成。在此，在横截面上观察，在悬臂5的整个长度上用于形成结构的数量是恒定的。因此，横截面面积在悬臂5的整个长度上也保持恒定。然而，由于在转弯部12的区域(见图3)中的悬臂5的横截面比在该区域以外(见图4)具有更大的周长，在转弯部12的区域中的壁厚在各个子区域中略微减小，以便还实现相同的横截面面积。

Claims (12)

1.一种悬臂(5)，特别是用于混凝土泵(1)的分配杆(2)，所述悬臂具有第一端部和第二端部(10、11)，其中，在所述悬臂(5)的所述第一端部与所述第二端部(10、11)之间设有至少一个转弯段(12)，在常规使用时出现的主弯曲负荷在所述转弯段中表现为扭转负荷，
其特征在于，
所述悬臂(5)由纤维复合材料制成，其中，在转弯区域(12)之外，所述悬臂(5)在横截面中的高度(h)大于所述悬臂(5)在横截面中的宽度(b)，并且在所述转弯区域(12)之中，所述悬臂(12)在横截面(5)中的宽度(b)大于或等于所述悬臂(5)在横截面中的高度(h)。
2.根据权利要求1所述的悬臂，其特征在于，在所述转弯区域(12)之外的所述悬臂(5)的横截面与在所述转弯区域(12)之中的所述悬臂(5)的横截面之间的过渡是流畅的，从而不由所述过渡产生附加的缺口效应。
3.根据前述权利要求中任一项所述的悬臂，其特征在于，在所述转弯区域之中的所述悬臂(5)的横截面以具有p4对称性的基本上八边形的基本形状(15、15’、15”)为基础，其中，形成对称轴线(16)的棱边(15、15’)优选地大于其他的棱边(15”)，和/或沿横截面的宽度(b)的方向延伸的棱边(15)比沿横截面的高度(h)的方向延伸的棱边(15’)更长。
4.根据前述权利要求中任一项所述的悬臂，其特征在于，在所述转弯区域(12)之外的所述悬臂(5)的横截面以具有p4对称性的基本上八边形的基本形状为基础，其中，形成对称轴线(16)的棱边(15、
15’)优选地大于其他的棱边(15”)，和/或沿横截面的高度(h)的方向延伸的棱边(15’)比沿横截面的宽度(b)的方向延伸的棱边(15)更长。
5.根据权利要求3或4所述的悬臂，其特征在于，至少在所述悬臂(5)的棱边(15、15’、15”)的一部分棱边处的横截面向外凸出地拱起。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的悬臂，其特征在于，所述悬臂(5)的横截面中的角(14)被倒圆。
7.根据前述权利要求中任一项所述的悬臂，其特征在于，所述悬臂(5)具有至少一个作为铰接点的通孔(18)，其中，所述悬臂(5)的外表面(17)的相对置的区域设计成分别相互平行的，所述通孔(18)之一通到所述相对置的区域中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的悬臂，其特征在于，转弯部(12)的区域中的壁厚小于或者基本等于所述转弯部(12)之外的壁厚，和/或所述转弯部(12)的区域中的横截面面积基本等于所述转弯部(12)的区域之外的横截面面积。
9.根据前述权利要求中任一项所述的悬臂，其特征在于，转弯部(12)的区域中的所述悬臂(5)在横截面中的高度(h)优选地等于所述转弯部(12)之外的所述悬臂(5)在横截面中的高度(h)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的悬臂，其特征在于，所述悬臂(5)的高度(h)从所述悬臂的一个端部(10)到另一个端部(11)以及经过转弯部(12)的区域均匀地缩小。
11.根据前述权利要求中任一项所述的悬臂，其特征在于，所述悬臂(5)由连续纤维增强的纤维复合材料制成。
12.一种混凝土泵(1)，具有布置在下部结构体(3)上的分配杆(2)，所述分配杆包括至少两个悬臂(5)，
其特征在于，
至少一个所述悬臂(5)根据权利要求1至11中任一项来设计。
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