CN215479347U - 纤维复材梁结构、臂节、臂架和机械设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械设备的臂架领域，公开了一种纤维复材梁结构、臂节、臂架和机械设备。其中，所述纤维复材梁结构包括：中空的纤维复材梁主体，以及固定在所述纤维复材梁主体的内周面上的多根加强筋；其中，所述多根加强筋沿着所述纤维复材梁主体的纵向延伸，且在所述纤维复材梁主体的内周面的环周方向上间隔分布。本实用新型提供的技术方案，有利于提升纤维复材臂架的抗弯性能和抗疲劳寿命。

Description

纤维复材梁结构、臂节、臂架和机械设备

技术领域

本实用新型涉及机械设备的臂架领域，具体地，涉及一种纤维复材梁结构，进一步，本实用新型还涉及一种臂节、一种臂架和一种机械设备。

背景技术

臂架是混凝土泵车、消防车、挖掘机、起重机等工程机械设备的关键作业部件，决定着工程机械设备的整机的使用性能。

随着经济建设的飞速发展，越来越多的作业场合需要臂架更长的工程机械设备。随着臂架长度的增加，臂架重量以及工作力矩增加，这不仅对底盘结构提出了更高的要求，而且臂架疲劳开裂问题变得更加突出。为了解决这些问题，有必要加强臂架轻量化设计。

纤维复合材料(以下简称“纤维复材”)由于具有高比强度、高比模量，耐疲劳性能好，破损安全性好，阻尼减振性能好，可设计性强等优点，而在臂架轻量化设计与制造中得到有效应用，并取得明显成效。

现有的纤维复材臂架在使用过程中，存在抗疲劳寿命低，可靠性不足的问题。因此，有必要提供一种新的技术方案，以提高纤维复材臂架的抗疲劳寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种技术方案，用于提高纤维复材臂架的抗疲劳寿命。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种纤维复材梁结构，所述纤维复材梁结构包括中空的纤维复材梁主体，以及固定在所述纤维复材梁主体的内周面上的多根加强筋；其中，所述多根加强筋沿着所述纤维复材梁主体的纵向延伸，且在所述纤维复材梁主体的内周面的环周方向上间隔分布。

优选地，所述加强筋独立于所述纤维复材梁主体制作而成，所述加强筋为纤维复材加强筋，所述纤维复材加强筋粘接固定在所述纤维复材梁主体的内周面上。

优选地，多根所述加强筋在所述纤维复材梁主体的内周面的环周方向上均匀间隔分布。

优选地，所述加强筋的纵向与所述纤维复材梁主体的纵向之间的夹角为0°～45°。

优选地，所述纤维复材梁主体的横截面为矩形，所述加强筋的横截面为矩形。

优选地，所述纤维复材梁主体的横向的其中两相对侧的侧壁上，纤维复材的敷设角度为第一角度；所述纤维复材梁主体的横向的另外两相对侧的侧壁上，纤维复材的敷设角度为第二角度；其中，所述第一角度小于所述第二角度；所述纤维复材的敷设角度为纤维复材与所述纤维复材梁主体的纵向之间的夹角。

优选地，所述第一角度的取值范围是0°～45°；所述第二角度的取值范围是45°～90°。

基于本实用新型第一方面提供的纤维复材梁结构，本实用新型第二方面提供一种臂节，所述臂节包括根据本实用新型第一方面所述的纤维复材梁结构。

基于本实用新型第二方面提供的臂节，本实用新型第三方面提供一种臂架，所述臂架包括臂节，所述臂节为根据本实用新型第二方面所述的臂节。

基于本实用新型第三方面提供的臂架，本实用新型第四方面一种机械设备，所述机械设备包括根据本实用新型第三方面所述的臂架。

本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果：

多根所述加强筋在所述纤维复材梁主体的内周面的环周方向上间隔分布，通过所述加强筋可以提升所述纤维复材梁结构的强度和刚度，提高纤维复材梁结构的抗弯性能和抗疲劳寿命，从而提升纤维复材臂架的抗疲劳寿命。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的纤维复材梁结构的立体结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的纤维复材梁结构的截面示意图；其中，2A是纤维复材梁结构的横截面示意图；2B是纤维复材梁结构的部分纵剖面示意图。

图3是本实用新型实施例提供的芯模的结构示意图；其中，3A为芯模的横截面示意图，3B是芯模的主视图。

图4是本实用新型实施例提供的安装有加强筋的芯模的结构示意图；其中，4A是安装有加强筋的芯模的横截面示意图，4B是安装有加强筋的芯模的主视图。

图5是本实用新型实施例提供的纤维复材在芯模上缠绕的结构示意图。

图6是本实用新型实施例提供的纤维复材梁结构的制造方法中的脱模示意图。

附图标记说明

1-纤维复材梁主体；2-加强筋；3-凹槽；4-芯模；5-纤维复材。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所指的上、下、左、右。“内、外”是指相对于部件本身轮廓的内、外。

参阅图1-图2，本实用新型实施例第一方面提供一种纤维复材梁结构，所述纤维复材梁结构包括中空的纤维复材梁主体1，以及固定在所述纤维复材梁主体1的内周面上的多根加强筋2；其中，所述多根加强筋2沿着所述纤维复材梁主体1的纵向延伸，且在所述纤维复材梁主体1的内周面的环周方向上间隔分布。

其中，纤维复材梁结构指得是用纤维复材制成的长条结构，可以是纯纤维复材，也可以是复合型纤维复材，即纤维复材梁结构的仅部分材料为纤维复材。在本实用新型优选实施例中，通过纯纤维复材形成纤维复材梁结构，由此可以更好地实现纤维复材梁结构的轻量化设计需求。以上纤维复材梁结构可以制成工程机械设备的臂。

纤维复材梁结构包括中空的纤维复材梁主体1，纤维复材梁主体1的横截面可以是任意合适的情况，例如圆形、椭圆形、多边形等，在本实用新型优选实施例中，纤维复材梁主体1的横截面为矩形。中空的纤维复材梁主体1指的是空腔在纤维复材梁主体1内部，沿着纤维复材梁主体1的纵向延伸，延伸的长度基本等于纤维复材梁主体1的纵向长度。

本实用新型的独创之处在于，在纤维复材梁主体1的内周面上，固定有多根加强筋2；该多根加强筋2沿着所述纤维复材梁主体1的纵向延伸，即，加强筋2的纵向平行于纤维复材梁主体1的纵向，或与纤维复材梁主体1的纵向呈一定的夹角，该夹角例如可以为0°～45°。在本实用新型优选实施例中，所述加强筋2的纵向平行于所述纤维复材梁主体1的纵向，即加强筋2的纵向与纤维复材梁主体1的纵向之间的夹角为0°。

多根所述加强筋2在所述纤维复材梁主体1的内周面的环周方向上间隔分布，通过所述加强筋2可以提升所述纤维复材梁结构的强度和刚度，提高纤维复材梁结构的抗弯性能和抗疲劳寿命。

所述加强筋2的更细节的形状、尺寸和分布方式以及数量等，可以根据需要设定。以形状为例，例如所述加强筋2的横截面可以为圆形、三角形、方形等其他异形，在本实用新型优选实施例中，所述纤维复材梁主体1的横截面为矩形，所述加强筋2的横截面也为矩形。

进一步，为了更好地提升纤维复材梁结构的强度和刚度，在本实用新型优选实施例中，多根所述加强筋2在所述纤维复材梁主体1的内周面的环周方向上均匀间隔分布。例如，在图1-图2所示出的实施例中，横截面为矩形的纤维复材梁主体1的内周面的每侧均设置有两根加强筋2，相邻两根加强筋2之间的距离基本相同。

所述加强筋2的材质可以有多种，在本实用新型优选实施例中，所述加强筋2和所述纤维复材梁主体1的材质均为纤维复材。其中，纤维复材加强筋2可以通过纤维复材缠绕、拉挤、模压等方法，独立于纤维复材梁主体1制作而成，并通过胶粘方式粘接固定在纤维复材梁主体1的内周面上。

如前文所述，纤维复材梁结构的横截面形状可以是多种形状中的一种，本申请的发明人在研究中发现，对于横截面形状为多边形的纤维复材梁结构而言，臂架在作业过程中，纤维复材梁结构主要承担臂架自重及负载产生的弯矩和扭矩，且每个侧面的受力状态不同。以纤维复材梁结构的横截面为矩形为例，在作业过程中，纤维复材梁结构的上、下两个侧面主要承受拉伸和压缩载荷，左、右两个面主要承受剪切载荷。

为了适应纤维复材梁结构在不同侧面的受力情况，以提高纤维复材梁结构的力学性能和使用寿命。本实用新型优选实施例中，在纤维复材梁结构的上、下两个面上敷设的纤维复材的角度为第一角度；而在纤维复材梁结构的左、右两个面上敷设的纤维复材的角度为第二角度。其中，纤维复材的角度指示纤维复材与纤维复材梁结构的纵向之间的夹角。

其中，第一角度小于第二角度。本申请的发明人在研究中发现，纤维复材敷设的第一角度α1选择为0°≤α1＜45°，第二角度α2选择为45°≤α2≤90°可以更好地提升纤维复材梁结构的力学性能和使用寿命。更优选地，第一角度α1为0°，第二角度α2为45°时，效果最佳。

上述纤维复材中的纤维可以有多种，例如碳纤维、玻璃纤维以及芳纶纤维等，优选碳纤维。纤维浸泡树脂后形成纤维复材，纤维复材按照一定的厚度和层数铺设形成纤维复材层，多层纤维复材层共同组成纤维复材梁结构。其中，树脂的种类可以有多种，例如环氧树脂、不饱和树脂以及酚醛树脂等，优选环氧树脂。

基于本实用新型实施例第一方面提供的纤维复材梁结构，本实用新型实施例第二方面提供一种臂节，所述臂节包括根据本实用新型实施例第一方面所述的纤维复材梁结构。为了制作所述臂节，需要在纤维复材梁结构上安装连接部件。例如在纤维复材梁主体1上开设伸缩油缸铰接孔，并在铰接孔处安装轴套等。

基于本实用新型实施例第二方面提供的臂节，本实用新型实施例第三方面提供一种臂架，所述臂架包括臂节，所述臂节为根据本实用新型实施例第二方面所述的臂节。对于一般的工程机械设备而言，其臂架通常是由多根臂节依次串联组成，串联相连的臂节组成可折叠的臂架。相邻臂节之间铰接相连，并且臂架的折叠动作可以通过伸缩油缸驱动完成。

基于本实用新型实施例第三方面提供的臂架，本实用新型实施例第四方面提供一种机械设备，所述机械设备包括根据本实用新型实施例第三方面所述的臂架。所述机械设备例如可以为消防车、混凝土泵车、挖掘机、起重机等。

参阅图3-图6，本实用新型实施例第四方面提供一种纤维复材梁结构的制作方法，所述方法包括：

步骤1，利用设计的工装夹具将芯模4安装在缠绕设备上。

如图3所示，所述芯模4为表面形成有凹槽3的长条形结构。所述凹槽3沿着所述芯模4的纵向，在所述芯模4的外周面上延伸，用于安装加强筋2。

步骤2，参阅图4，将加强筋2安装在芯模4的凹槽3内。所述加强筋2优选为纤维复材加强筋2。

步骤3，参阅图5，将纤维复材5自由端固定于芯模一侧，工装带动芯模旋转的同时绕丝嘴带动纤维复材5平行于芯模轴向运动，缠绕角度优选0°和90°。当芯模4的横截面为矩形时，还可以根据本实用新型实施例第一方面所述的纤维复材5的敷设角度的需求，在不同的侧面缠绕不同角度的纤维复材5。

纤维复材5的铺层方式、厚度等参数，依据具体设计而定，如此往复运动直至达到设计要求。

步骤4，将纤维复材梁结构放入固化炉中加热固化，或者利用微波、红外线等方式加热固化。

步骤5，参阅图6，将纤维复材梁结构固定在脱模工装上，将芯模沿着纤维复材梁结构的纵向自纤维复材梁结构的一端拔出。

步骤6，对纤维复材梁结构的表面进行打磨、美化及加工处理。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种纤维复材梁结构，其特征在于，所述纤维复材梁结构包括中空的纤维复材梁主体，以及固定在所述纤维复材梁主体的内周面上的多根加强筋；其中，所述多根加强筋沿着所述纤维复材梁主体的纵向延伸，且在所述纤维复材梁主体的内周面的环周方向上间隔分布。

2.根据权利要求1所述的纤维复材梁结构，其特征在于，所述加强筋独立于所述纤维复材梁主体制作而成，所述加强筋为纤维复材加强筋，所述纤维复材加强筋粘接固定在所述纤维复材梁主体的内周面上。

3.根据权利要求1所述的纤维复材梁结构，其特征在于，多根所述加强筋在所述纤维复材梁主体的内周面的环周方向上均匀间隔分布。

4.根据权利要求1所述的纤维复材梁结构，其特征在于，所述加强筋的纵向与所述纤维复材梁主体的纵向之间的夹角为0°～45°。

5.根据权利要求1所述的纤维复材梁结构，其特征在于，所述纤维复材梁主体的横截面为矩形，所述加强筋的横截面为矩形。

6.根据权利要求1所述的纤维复材梁结构，其特征在于，所述纤维复材梁主体的横向的其中两相对侧的侧壁上，纤维复材的敷设角度为第一角度；所述纤维复材梁主体的横向的另外两相对侧的侧壁上，纤维复材的敷设角度为第二角度；其中，所述第一角度小于所述第二角度；所述纤维复材的敷设角度为纤维复材与所述纤维复材梁主体的纵向之间的夹角。

7.根据权利要求6所述的纤维复材梁结构，其特征在于，所述第一角度的取值范围是0°～45°；所述第二角度的取值范围是45°～90°。

8.一种臂节，其特征在于，所述臂节包括根据权利要求1-7中任意一项所述的纤维复材梁结构。

9.一种臂架，其特征在于，所述臂架包括臂节，所述臂节为根据权利要求8所述的臂节。

10.一种机械设备，其特征在于，所述机械设备包括根据权利要求9所述的臂架。

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