CN113123399A

CN113123399A - 斗杆及斗杆的生产方法

Info

Publication number: CN113123399A
Application number: CN202110487936.1A
Authority: CN
Inventors: 王兵; 程少科; 吴福晓
Original assignee: Sany Heavy Machinery Ltd
Current assignee: Sany Heavy Machinery Ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-07-16
Also published as: WO2022228416A1

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种斗杆及斗杆的生产方法。斗杆包括依次连接的第一连接件、主管件及第二连接件，第一连接件和第二连接件的材质包括金属，主管件的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，主管件位于两个连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料。本发明的主管件的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，主管件位于两个连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料，使得斗杆的重量轻，强度高，解决了斗杆主体采用焊接工艺导致的结构强度不一致性的问题；与主管件连接的第一连接件和第二连接件的材质包括金属材料，可以保证连接处的耐磨性和强度，延长斗杆的使用寿命。

Description

斗杆及斗杆的生产方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种斗杆及斗杆的生产方法。

背景技术

目前，挖掘机的斗杆大多由若干板材焊接而成，其截面通常为矩形形状，如图1所示，斗杆1存在以下弊端：

1、斗杆整体由钢材制成，结构笨重，不耐腐蚀，且工作过程中需要消耗较大的液压功率；

2、斗杆的制造过程中，采用焊接工艺进行焊接，焊缝的一致性质量难以检测，容易存在虚焊、咬边等缺陷，且焊接过程产生的烟尘容易污染环境，危害健康；

3、结构强度可设计性差，截面形状单一，难以根据强度需求进行优化设计；4、在冲击载荷作用下，焊缝容易失效。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种斗杆及斗杆的生产方法，以解决现有技术中斗杆整体由钢材焊接制成造成结构笨重的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种斗杆，包括依次连接的第一连接件、主管件及第二连接件，第一连接件和第二连接件的材质包括金属，主管件的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，主管件位于两个连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料。

可选地，纤维增强复合材料为碳纤维增强复合材料或玻璃纤维增强复合材料。

可选地，主管件包括直管段和楔形管段。

可选地，直管段的至少一个管壁与其对应的楔形管段的管壁通过弧形段连接。

可选地，楔形管段包括相对设置的两个第一管壁和两个第二管壁，第一管壁呈直角梯形。

可选地，连接端包括若干纤维增强复合层和若干金属片，若干纤维增强复合层中的相邻的两层之间设有金属片。

可选地，金属片上开设有若干通孔，以形成金属网帘。

可选地，第一连接件与主管件以及第二连接件与主管件通过粘接和/或紧固件连接。

本发明还提供了一种斗杆的生产方法，包括以下步骤：将纤维增强复合材料设置在芯轴上；对设置在芯轴上的纤维增强复合材料进行加热固化，以形成主管件；将主管件与材质包括金属的第一连接件和第二连接件连接，以形成斗杆。

可选地，将纤维增强复合材料设置在芯轴上的步骤中，将浸过基体材料的纤维缠绕在芯轴上，芯轴的两端具有连接轴，纤维缠绕时与连接轴的轴线的夹角为缠绕角度，缠绕角度在15°～70°的范围内，或者，将涂有基体材料的纤维布铺设在芯轴上，和/或，设置在芯轴上的纤维增强复合材料的厚度在5mm～50mm的范围内，和/或，设置在芯轴的不同横截面上的纤维增强复合材料的厚度不同。

本发明技术方案，具有如下优点：主管件的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，主管件位于两个连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料，纤维的密度约为2.5～2.7g/cm³，其仅为钢材的密度1/3，但纤维的单向拉伸强度高达1000～2000MPa，远高于传统钢材的强度，使得斗杆的重量轻，强度高，解决了斗杆整体由钢材焊接制成造成结构笨重、斗杆主体采用焊接工艺导致的结构强度不一致性的问题；与主管件连接的第一连接件和第二连接件的材质包括金属材料，第一连接件和第二连接件用于与其他部件连接，可以保证连接处的耐磨性和强度，延长斗杆的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的斗杆的立体示意图；

图2示出了本发明提供的斗杆的立体示意图；

图3示出了图2的斗杆的第一连接件的立体示意图；

图4示出了图2的斗杆的第二连接杆的立体示意图；

图5示出了图2的斗杆的主管件的一端的示意图；

图6示出了图5的主管件的金属网帘的局部示意图；

图7示出了本发明提供的斗杆的生产方法所使用的芯轴的立体示意图。

附图标记说明：

1、斗杆；10、第一连接件；11、第一螺纹孔；20、主管件；21、直管段；22、楔形管段；221、第一管壁；222、第二管壁；23、弧形段；24、纤维增强复合层；25、金属网帘；30、第二连接件；31、第二螺纹孔；40、紧固件；60、芯轴；61、连接轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图2所示，本实施例的斗杆包括依次连接的第一连接件10、主管件20及第二连接件30，第一连接件10和第二连接件30的材质为金属，主管件20的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，主管件20位于两个连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料。

应用本实施例的斗杆，主管件20的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，主管件20位于两个连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料，纤维的密度约为2.5～2.7g/cm³，其仅为钢材的密度1/3，但纤维的单向拉伸强度高达1000～2000MPa，远高于传统钢材的强度，使得斗杆的重量轻，强度高，解决了斗杆整体由钢材焊接制成造成结构笨重、斗杆主体采用焊接工艺导致的结构强度不一致性的问题；与主管件连接的第一连接件10和第二连接件30采用金属材料，第一连接件10和第二连接件30用于与其他部件连接，可以保证连接处的耐磨性和强度，延长斗杆的使用寿命。

在本实施例中，纤维增强复合材料为碳纤维增强复合材料或玻璃纤维增强复合材料或芳纶纤维增强复合材料等。纤维增强复合材料包括基体材料和纤维，纤维为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等，基体材料为树脂等。优选地，树脂为环氧树脂、酚醛树脂或不饱和树脂等。

在本实施例中，主管件20包括直管段21和楔形管段22，楔形管段22的设置使得斗杆的强度更高，使用寿命更长，节约更换成本。优选地，直管段21和楔形管段22的截面形状均呈矩形。当然，直管段21和楔形管段22的截面形状也可以呈边数大于4的多边形。

在本实施例中，直管段21的一个管壁与其对应的楔形管段22的管壁通过弧形段23连接，即直管段21和楔形管段22通过弧形段23过渡，便于加工，降低制造成本。作为可替换的实施方式，直管段21的两个管壁、三个管壁或四个管壁与其对应的楔形管段22的管壁均通过弧形段23连接。

在本实施例中，楔形管段22包括相对设置的两个第一管壁221和两个第二管壁222，第一管壁221呈直角梯形，楔形管段22的结构简单，便于制造，降低制造成本。第二管壁222呈矩形或梯形。

在本实施例中，如图5和图6所示，连接端包括若干纤维增强复合层24和若干金属片，若干纤维增强复合层24中的任意或部分相邻的两层之间设有金属片。金属片的设置可以增强主管件的端部强度，进而提高连接强度。优选地，金属片上开设有若干通孔，以形成金属网帘25。当然，金属片上也可以不设置通孔。

在本实施例中，第一连接件10与主管件20以及第二连接件30与主管件20通过粘接和紧固件40连接，先将第一连接件10、第二连接件30与主管件20粘接，然后通过紧固件40紧固，即第一连接件10、第二连接件30与主管件20采用双重固定方式，增强第一连接件10、第二连接件30与主管件20的连接强度。当然，第一连接件10与主管件20以及第二连接件30与主管件20也可以仅通过粘接或紧固件40连接。

优选地，第一连接件10的一端上设有与紧固件螺纹连接的第一螺纹孔11，主管件20的一端上供紧固件穿设的第一通孔，紧固件穿过第一通孔与第一螺纹孔11螺纹连接。第二连接件30的一端上设有与紧固件螺纹连接的第二螺纹孔31，主管件20的另一端上供紧固件穿设的第二通孔，紧固件穿过第二通孔与第二螺纹孔31螺纹连接。第一连接件10、第二连接件30与主管件20采用20个紧固件连接，紧固件为螺栓。当然，紧固件的数量并不局限于此，可以根据具体情况选择紧固件的数量。

在本实施例中，如图3和图4所示，第一连接件10和第二连接件30采用焊接件的形式，可以保证斗杆的端部的耐磨性。优选地，第一连接件10和第二连接件30上均设有铰接孔。

在本实施例中，斗杆为挖掘机中非常重要的一个部件，挖掘机包括工作装置、动力装置、行走机构等，工作装置包括斗杆、铲斗等，挖掘机除了斗杆的其他部件均采用现有技术中的结构即可，在此不再详细赘述。

作为可替换的实施方式，第一连接件和第二连接件的材质包括金属和纤维增强复合材料，即第一连接件和第二连接件的材质为金属与非金属复合材料，例如，在薄金属支架上铺设涂有环氧树脂的纤维布，以形成第一连接件或第二连接件，其中，纤维布是通过纤维编织形成的。

作为可替换的实施方式，在主管件20的端面上预埋金属螺杆，第一连接件和第二连接件的端部具有法兰盘，法兰盘上设有供金属螺杆穿设的通孔，金属螺杆穿过通孔后，将螺母旋在螺杆上。

本发明还提供了一种斗杆的生产方法，其包括以下步骤：

将纤维增强复合材料设置在芯轴60上(如图7所示)；

对设置在芯轴60上的纤维增强复合材料进行加热固化，以形成主管件20；

将主管件20与材质为金属的第一连接件10和第二连接件30连接，以形成斗杆。

斗杆的主管件20采用纤维增强复合材料制成，纤维的密度约为2.5～2.7g/cm³，其仅为钢材的密度1/3，但纤维的单向拉伸强度高达1000～2000MPa，远高于传统钢材的强度，使得斗杆的重量轻，强度高，解决了斗杆整体由钢材焊接制成造成结构笨重、斗杆主体采用焊接工艺导致的结构强度不一致性的问题；与主管件连接的第一连接件10和第二连接件30采用金属材料，第一连接件10和第二连接件30用于与其他部件连接，可以保证连接处的耐磨性和强度，延长斗杆的使用寿命。

在本实施例中，将纤维增强复合材料设置在芯轴60上的步骤中，将浸过基体材料的纤维缠绕在芯轴60上，芯轴60的两端具有连接轴61，纤维缠绕时与连接轴61的轴线的夹角为缠绕角度，缠绕角度在15°～70°的范围内。优选地，基体材料为环氧树脂时，纤维为玻璃纤维或碳纤维时，将预浸环氧树脂的玻璃纤维或碳纤维缠绕在芯轴60上。具体地，缠绕角度为15°、30°、45°、60°以及75°。作为可替换的实施方式，将涂有基体材料的纤维布铺设在芯轴60上。

在本实施例中，设置在芯轴60上的纤维增强复合材料的厚度在5mm～50mm的范围内，可以满足斗杆的结构强度。当将浸过基体材料的纤维缠绕在芯轴60上时，设置在芯轴60上的纤维增强复合材料的厚度是指缠绕在芯轴60上的浸过基体材料的纤维的厚度，可以简称缠绕厚度。优选地，设置在芯轴60上的纤维增强复合材料的厚度在5mm～20mm的范围内，可以根据强度需求灵活改变纤维的缠绕角度、局部截面形状、缠绕厚度等，结构强度可设计性强。

在本实施例中，根据斗杆的强度需求，设置在芯轴60的不同横截面上的纤维增强复合材料的厚度不同，换言之，在芯轴60的不同横截面上缠绕不同厚度的纤维，进而使得主管件的不同横截面处的厚度不同，主管件的不同横截面处的厚度可以根据斗杆的强度需求作出灵活变化。

在对设置在芯轴60上的纤维增强复合材料进行加热固化的步骤之后还包括：将芯轴60从主管件20中拔出。

在本实施例中，在芯轴60上缠绕完一层或多层预浸过环氧树脂的纤维后，将金属网帘25放置在该纤维增强复合层的一端上，再继续缠绕预浸过环氧树脂的纤维，当缠绕至纤维增强复合层的另一端时，将金属网帘25放置在该纤维增强复合层的另一端上，然后继续缠绕纤维。在主管件20的端部添加金属网帘25，可以加强主管件的端部的强度。

在本实施例中，芯轴60包括芯轴主体和设置在芯轴主体的两端面上的连接轴61，两个连接轴的轴线重合。根据不同的强度需求，选择相应的缠绕角度、缠绕厚度以及芯轴的形状，满足不同产品、不同部位的强度需求。

在本实施例中，在将主管件20与材质为金属的第一连接件10和第二连接件30连接的步骤中，将第一连接件10和第二连接件30分别插入主管件20的两端，将紧固件穿过主管件20上的通孔与第一连接件10和第二连接件30的螺纹孔螺纹连接。作为可替换的实施方式，在主管件20的端面上预埋金属螺杆时，第一连接件和第二连接件的端部具有法兰盘，法兰盘上设有供金属螺杆穿设的通孔，将浸过基体材料的纤维缠绕在芯轴60上的步骤中，在芯轴60上缠绕完一层或多层预浸过环氧树脂的纤维后，将若干金属螺杆放置在纤维增强复合层的两端，然后继续缠绕预浸过环氧树脂的纤维，进而将金属螺杆预埋在主管件20中；在将主管件20与材质为金属的第一连接件10和第二连接件30连接的步骤中，将主管件20的两端面上的若干金属螺杆分别穿过第一连接件10和第二连接件30的法兰盘，然后将螺母旋在金属螺杆上。

从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：

斗杆的中间的主管件采用纤维增强复合材料，重量轻，强度高；主管件为空心，不需要填充泡沫；斗杆的两端的第一连接件和第二连接件采用金属材料或金属与非金属复合材料；在纤维增强复合层间的端部增加金属网帘，提升强度；主管件与第一连接件和第二连接件采用粘接和螺栓双重连接方式，增强连接强度。上述结构的斗杆可以实现产品轻量化，大大减少焊接工艺，进而减少焊接过程中产生的烟尘，可以根据强度需求，对主管件的截面形状、缠绕角度及缠绕厚度进行优化设计，获得高强度、耐冲击的斗杆。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种斗杆，其特征在于，包括依次连接的第一连接件(10)、主管件(20)及第二连接件(30)，所述第一连接件(10)和所述第二连接件(30)的材质包括金属，所述主管件(20)的两端形成连接端且其材质包括纤维增强复合材料，所述主管件(20)位于两个所述连接端之间的部分的材质为纤维增强复合材料。

2.根据权利要求1所述的斗杆，其特征在于，所述纤维增强复合材料为碳纤维增强复合材料或玻璃纤维增强复合材料。

3.根据权利要求1所述的斗杆，其特征在于，所述主管件(20)包括直管段(21)和楔形管段(22)。

4.根据权利要求3所述的斗杆，其特征在于，所述直管段(21)的至少一个管壁与其对应的所述楔形管段(22)的管壁通过弧形段(23)连接。

5.根据权利要求4所述的斗杆，其特征在于，所述楔形管段(22)包括相对设置的两个第一管壁(221)和两个第二管壁(222)，所述第一管壁(221)呈直角梯形。

6.根据权利要求1所述的斗杆，其特征在于，所述连接端包括若干纤维增强复合层(24)和若干金属片，若干所述纤维增强复合层(24)中的相邻的两层之间设有金属片。

7.根据权利要求6所述的斗杆，其特征在于，所述金属片上开设有若干通孔，以形成金属网帘(25)。

8.根据权利要求1所述的斗杆，其特征在于，所述第一连接件(10)与所述主管件(20)以及所述第二连接件(30)与所述主管件(20)通过粘接和/或紧固件(40)连接。

9.一种斗杆的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

将纤维增强复合材料设置在芯轴(60)上；

对设置在所述芯轴(60)上的纤维增强复合材料进行加热固化，以形成主管件(20)；

将所述主管件(20)与材质包括金属的第一连接件(10)和第二连接件(30)连接，以形成斗杆。

10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，将纤维增强复合材料设置在芯轴(60)上的步骤中，

将浸过基体材料的纤维缠绕在芯轴(60)上，所述芯轴(60)的两端具有连接轴(61)，所述纤维缠绕时与所述连接轴(61)的轴线的夹角为缠绕角度，所述缠绕角度在15°～70°的范围内，或者，将涂有基体材料的纤维布铺设在所述芯轴(60)上，

和/或，设置在所述芯轴(60)上的所述纤维增强复合材料的厚度在5mm～50mm的范围内，

和/或，设置在所述芯轴(60)的不同横截面上的所述纤维增强复合材料的厚度不同。