CN211769926U - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机械臂：具有中空的管状结构，管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层；机械臂包括吊臂，吊臂由管状结构组成。在管状结构的管壁中，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用。由上述管状结构构成的吊臂具有较高的强度、韧性、耐用性和安全性，能够承受较大的载荷，不易断裂。另外，管状结构的材质为碳纤维和PMI，不会发生锈蚀，而且，管状结构为中空结构，能够使吊臂保持轻巧，具有较高的可操控性，便于转移和安装。

Description

一种机械臂

技术领域

本实用新型属于起重吊装设备领域，具体地，涉及一种机械臂。

背景技术

随着现代工业的快速发展，工业设备越来越智能化和高效率化，在一些流水线作业上用到了大量的机械臂装置。机械臂的安全性和可靠性是决定其核心竞争力的关键。目前，机械臂多使用钢材料制造，重量较大，对车架、底盘的载荷要求较高，油耗很大，机动性较差；同时，钢材质的机械臂强度不高、抗弯折性能不高，臂身易因疲劳破坏出现局部变形、开裂等问题；另外，工程车的作业环境恶劣，钢材质的臂身易发生腐蚀问题。

碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。碳纤维的外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维具有质轻、不弯曲、冲击吸收性能好等优点，但也具有表面硬度不佳、造价贵的缺点，当受到的外力高于能承受的最大破坏强度时，会造成断裂。

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(polymethacrylimide,PMI)是一种交联的、孔径分布均匀的泡沫，具有卓越的结构稳定性和高机械强度。PMI具有比其他聚合物泡沫材料更高的比强度、比模量、耐热性和耐湿热性能，以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性。PMI是目前世界上比强度(强度/密度)和比模量(模量/密度)最高的泡沫材料，并且具有优异的耐高温性能和尺寸稳定性能，是制造轻质高强复合材料管壁理想的芯材。此外，由于PMI的闭孔率高，孔径分布均匀，吸湿率低，使其作为芯材的夹芯复合材料具有远优于蜂窝复合材料的耐久性和耐环境性。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种机械臂，以解决有技术所存在的技术问题中的至少一个。

根据本实用新型的一个方面，提供一种机械臂：具有中空的管状结构，管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层；机械臂包括吊臂，吊臂由管状结构组成。

凡是带有中空内腔的中空体皆属于本实用新型述及的管状结构。在管状结构的管壁中，PMI膜和碳纤维层复合形成多层三明治夹心结构，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管状结构具有高强的抗拉伸性、耐压性、比刚度、比强度和耐腐蚀性能。由上述管状结构构成的吊臂具有较高的强度、韧性、耐用性和安全性，能够承受较大的载荷，不易断裂。另外，管状结构的材质为碳纤维和PMI，不会发生锈蚀，而且，管状结构为中空结构，能够使吊臂保持轻巧，具有较高的可操控性，便于转移和安装。

优选地，PMI膜由100％PMI制成。

优选地，PMI膜的厚度不超过1mm。

厚度不超过1mm的PMI膜在常温下具有一定的可卷曲性，应用这种PMI膜作为制备管壁的芯层材料，可以直接将PMI膜贴合基材的轮廓复合在基材外侧，便于批量制作吊臂。此外，相对于厚板间的复合，薄层间结合的复合具有较大的层间结合力，层间结合得更为紧密，不易脱层，提高了吊臂的整合性以及力学性能。在管状结构的管壁中，每层PMI膜的厚度占比较小，因此，可以采用多层PMI膜复合的形式使车架具有更大的机械强度。

可选地，PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。

可选地，PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的外围。

使构造层状结构的材料以螺旋缠绕的方式形成层状结构，可以适应于不同部件所具有的异型管状结构的制作要求，组成管壁的所有层状结构可以紧实地相互复合，不存在死角或间隙。

优选地，还包括支架和液压气缸；吊臂与支架通过转轴活动连接，液压气缸安装在支架上，液压气缸的活塞杆与吊臂连接，吊臂、支架和液压气缸共同组成三角形结构。

优选地，在吊臂的臂身上，吊臂与活塞杆的连接处位于吊臂与支架的连接处和吊臂的起吊端之间。

优选地，支架倾斜设置，液压气缸的活塞杆沿竖直方向设置。

通过液压气缸的活塞杆的往复运动带动吊臂的摆动，能够提高吊臂的稳定性。此外，根据三角形特有的稳定性质，支架和活塞杆能够为吊臂提供一定的支撑作用，使吊臂不易断裂、掉落。

优选地，支架由管状结构组成。

优选地，活塞杆由管状结构组成。

附图说明

图1为活塞杆的管壁的层状结构图；

图2为实施例1的机械臂的正视图；

图3为实施例1的机械臂的立体结构示意图。

上图中各附图标记的对应关系如下：1.PMI膜层，2.碳纤维层，3.吊臂，4.支架，5.液压气缸，51.活塞杆，6.支撑脚，7.底座，71.中空棱柱，72.平板，73.滑轮，74.推拉扶手。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

1.管状结构的制备

本实施例所涉及的管状结构按照如下方法制备：

S1.原料预处理：将碳纤维制成碳纤维预浸料；以PMI板材作为原材料，削切得到厚度为1mm的PMI膜。

S2.在管芯模具表面涂覆脱模剂，贴合模具的表面，将碳纤维预浸料铺覆在管芯模具的表面，由此构建的第一层碳纤维层2作为基座3外壁的基底层；

S3.夹层结构的扩建

S3.1在作为基底层的碳纤维层2表面涂覆树脂，利用PMI膜贴合并缠绕在碳纤维层2的外围，在半成品最外侧的碳纤维层2的外围构建1层PMI膜层1，由此形成的PMI膜层1具有螺旋状的纹路；

S3.2在上一步骤所制得的半成品的最外侧PMI层1表面涂覆树脂，将碳纤维预浸料铺覆在半成品的外围，由此在半成品的外围构建1层碳纤维层2；

S3.3在上一步骤所制得的半成品的最外侧碳纤维层2表面涂覆树脂，利用PMI膜贴合并缠绕在碳纤维层2的外围，在半成品最外侧的碳纤维层2的外围构建1层PMI膜层1，由此形成的PMI膜层1具有螺旋状的纹路；

S3.4重复S3.2–S3.3至管壁达到所需厚度；

S4.在上一步骤所制得的半成品的最外侧碳纤维层2表面涂覆树脂，将碳纤维预浸料铺覆在半成品的外围，在半成品的外围构建1层碳纤维层2以作为管壁的蒙皮层；

S5.加热，使粘接各层状结构的树脂交联固化，使管状结构的管壁定型，在其他实施例中也可以采用紫外光照射的方式使树脂交联固化；

S6.脱去管芯模具，制得成品的管状结构。

在实际应用中，可以在适当的范围内，根据需要分别调整组成充当不同部件的管状结构的管壁层状结构的层叠方式、层数以及厚度。

本实施例提供一种机械臂，该机械臂包括以下零部件：吊臂3、支架4、液压气缸5、支撑脚6和底座7，其中，上述吊臂3、支架4和液压气缸5的活塞杆51都为由本实施例提供的上述方法制备而成的管状结构。

液压气缸5的活塞杆51为横截面呈圆形的竖直管状结构，以直杆状的圆柱体模具作为管芯模具，按照上述管状结构的制作方法制得活塞杆51。活塞杆51的管壁具有如图1所示的层状结构。

吊臂3和支架4皆为横截面呈四边形的竖直管状结构，根据吊臂3和支架4的尺寸要求选择分别用于成型吊臂3和支架4的、横截面呈四边形的直杆模具作为管芯模具，按照上述管状结构的制作方法制得吊臂3和支架4。

2.零部件组装

如图2–4所示，本实施例的底座7包括两根平行设置的中空棱柱71、焊接于两根中空棱柱71上表面的平板72、一个推拉扶手74和四个滑轮73，其中两个滑轮73可转动地安装在平板72的下表面，另外两个滑轮73分别可转动地安装于两条中空棱柱71的尾部，推拉扶手74焊接于平板72的上表面，从而使得底座7便于转移。利用铣削工具，分别在吊臂3、支架4和活塞杆51的表面开设相应的通孔，以便于各零部件的组装。按照液压气缸5的一般组装方式，利用本实施例制得的活塞杆51组装液压气缸5。在平板72上预开设有与支架4的尺寸相匹配的预留孔，将支架4倾斜地插装在该预留孔中，然后，利用螺栓等连接件，在支架4上固接安装支撑脚6，支撑脚6的底面与平板72的上表面固接。采用转轴实现支架4头部和吊臂3头部的活动连接，液压气缸5的尾部通过紧固件固接于支架4的尾部，垂直于水平面安装液压气缸5，液压气缸5的活塞杆51能够在竖直方向上作往复运动，采用转轴实现活塞杆51和吊臂3的活动连接。由此，支架4、吊臂3和液压气缸5共同组成三角形结构。在施工过程中，随着液压气缸5的活塞杆51沿竖直方向做往复运动，吊臂3在活塞杆51的带动下相对于支架4摆动。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于：具有中空的管状结构，所述管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，所述层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层所述PMI膜的内侧和外侧均为所述碳纤维层，且所述管壁的基底层和蒙皮层均为所述碳纤维层；

所述机械臂包括吊臂，所述吊臂由所述管状结构组成。

2.如权利要求1所述机械臂，其特征在于：所述PMI膜由100％PMI制成。

3.如权利要求2所述机械臂，其特征在于：所述PMI膜的厚度不超过1mm。

4.如权利要求3所述机械臂，其特征在于：所述PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。

5.如权利要求3所述机械臂，其特征在于：所述PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的外围。

6.如权利要求1–5任一项所述机械臂，其特征在于：

还包括支架和液压气缸；

所述吊臂与所述支架通过转轴活动连接，所述液压气缸安装在所述支架上，所述液压气缸的活塞杆与所述吊臂连接，所述吊臂、所述支架和所述液压气缸共同组成三角形结构。

7.如权利要求6所述机械臂，其特征在于：在所述吊臂的臂身上，所述吊臂与所述活塞杆的连接处位于所述吊臂与所述支架的连接处和所述吊臂的起吊端之间。

8.如权利要求7所述机械臂，其特征在于：所述支架倾斜设置，所述液压气缸的所述活塞杆沿竖直方向设置。

9.如权利要求8所述机械臂，其特征在于：所述支架由所述管状结构组成。

10.如权利要求8所述机械臂，其特征在于：所述活塞杆由所述管状结构组成。

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