CN217947586U

CN217947586U - 一种叠层中空混杂结构复合材料货叉

Info

Publication number: CN217947586U
Application number: CN202222378650.2U
Authority: CN
Inventors: 曹伟伟; 朱波; 宋函默; 谈红
Original assignee: Huaxia Xingchen Suzhou New Material Technology Co ltd
Current assignee: Huaxia Xingchen Suzhou New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2032-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，涉及机器人部件技术领域，解决了现有货叉重量大、加工难度大、制作成本高的问题，提高了货叉的强度、刚度、耐冲击性和耐摩擦性，方便了机器人货叉部件的制作以及使用，具体方案如下：包括叉体，所述叉体由刚性层、包裹刚性层的蜂窝层和包裹蜂窝层的强度层组成，相邻层之间采用改性树脂胶粘剂进行粘接，所述刚性层为矩形中空结构，刚性层由高模量碳纤维二维平面编织结构与热固性树脂复合构成；所述蜂窝层由两层碳纤维板以及固定设置在两层碳纤维板之间的蜂窝板构成；所述强度层由三维编织结构与热塑性树脂复合构成。

Description

一种叠层中空混杂结构复合材料货叉

技术领域

本实用新型涉及机器人部件技术领域，特别是涉及一种叠层中空混杂结构复合材料货叉。

背景技术

货叉是搬运机器人的重要安全部件之一，可代替人工搬运重物或搬运玻璃基板等易碎物品，货叉作为承载装置，其结构、形状和生产方式都会影响搬运机器人工作的稳定性及使用性能。

发明人发现，货叉常用材质有35Cr、40Cr、35CrMo等中碳合金钢，中碳合金钢的使用导致货叉重量较大，不便于货叉的安装使用，且货叉重量大还增加了机器人工作时的能源消耗，同时，中碳合金钢的使用还存在着加工难度大、制作成本高等问题,例如，35cr、40cr材质的钢材热处理难度及能源消耗比较大，成本略高，且其淬透性高，变形大，给后续工序带来一定难度，不利于进行大规模量产；35CrMo材质由于使用了贵金属Mo，成本较高；

为了解决上述问题，现有技术提出了一种混杂复合中空结构货叉(CN216860807U)，该货叉分为三层，其中，其中间层由二维编制结构与热塑性树脂基体复合而成，虽然能够保证与其两侧结构层连接在一起，提高货叉的韧性，但其刚度较低，而货叉是用于直接承担重物压力的结构，需要保证货叉的强度、刚度，否则在搬运重物时极易发生货叉弯曲、重物滑落的现象。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，货叉的叉体从内到外依次由内部的刚性层、中间的蜂窝层、表面的强度层构成，叉体内部中空，刚性层、蜂窝层、强度层均是利用碳纤维作为增强体的树脂基复合材料制成，最大限度提高了货叉的强度及应用性能，解决了现有货叉重量大、制作难度以及制作成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本实用新型提供了一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，包括叉体，所述叉体由刚性层、包裹刚性层的蜂窝层和包裹蜂窝层的强度层组成，相邻层之间采用改性树脂胶粘剂进行粘接，所述刚性层为矩形中空结构，刚性层由高模量碳纤维二维平面编织结构与热固性树脂复合构成；所述蜂窝层由两层碳纤维板以及固定设置在两层碳纤维板之间的蜂窝板构成；所述强度层由三维编织结构与热塑性树脂复合构成。

作为进一步的实现方式，所述高模量碳纤维二维平面编织结构为平纹、斜纹、缎纹编织结构中的任意一种。

作为进一步的实现方式，所述叉体的长度为1200-2000mm，宽度为120-200mm。

作为进一步的实现方式，所述碳纤维板为多层碳纤维复合材料预浸布结构，所述刚性层的厚度为1-6mm。

作为进一步的实现方式，所述强度层的厚度为2-6mm。

作为进一步的实现方式，所述蜂窝层的厚度为2-5mm。

作为进一步的实现方式，所述三维编织结构选自三维四向、三维五向、三维六向或三维七向。

作为进一步的实现方式，所述刚性层、蜂窝层、强度层的两端均封闭。

作为进一步的实现方式，所述蜂窝板由若干多边形桶状结构拼接而成。

作为进一步的实现方式，所述蜂窝板的上下两面均为开口结构。

上述本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型的货叉整体为叠层中空矩形缠绕组合结构，由内部的刚性层、中间的蜂窝层以及外部的强度层三层叠加形成，蜂窝层由蜂窝板和碳纤维板粘接而成，方便了货叉的制作以及使用，降低了机器人能耗，蜂窝板的设置不仅降低了货叉的重量，还可将正压力进行分散并传递给碳纤维板，从而利用碳纤维板承担全部的正压力，以保证货叉的强度、刚度以及稳定性。

(2)本实用新型刚性层、蜂窝层、强度层均由碳纤维作为增强体的树脂基复合材料制成，有效提高了货叉叉体的强度、刚性、耐冲击性和耐摩擦性，同时降低了货叉的整体重量，方便了货叉的制作以及使用，降低了机器人工作的能耗。

(3)本实用新型强度层为三维编织结构，克服了传统板层间剪切强度低且易分层的缺点，有效保证了货叉外表面的抗剪能力，避免了货叉工作过程中受剪分层现象的发生。

(4)本实用新型货叉采用多层包裹的结构形式，可提高其整体性，有效避免了货叉受力而出现崩离分层的现象，大大提高了货叉的使用安全性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉的剖面结构示意图；

图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的蜂窝层的爆炸结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、刚性层；2、蜂窝层；3、强度层；4、碳纤维板；5、蜂窝板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，货叉常用材质有35Cr、40Cr、35CrMo等中碳合金钢，中碳合金钢的使用导致货叉重量较大，不便于货叉的安装使用，且货叉重量大还增加了机器人工作时的能源消耗，同时，中碳合金钢的使用还存在着加工难度大、制作成本高的问题，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种叠层中空混杂结构复合材料货叉。

如图1-图2所示(图1所示的结构是对货叉长度方向的两端均进行了剖面操作)，一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，包括，由刚性层1、蜂窝层2以及强度层3组成的叉体，其中，刚性层1位于最内层，蜂窝层2位于中间层，强度层3为最外层，具体的，刚性层1为矩形中空结构，蜂窝层2将刚性层1完全包裹，强度层3将蜂窝层2完全包裹，采用多层包裹的结构形式，且货叉每层的两端均封闭，可提高其整体性，有效避免了货叉受力而出现崩离分层的现象，大大提高了货叉的使用安全性能。

多层结构的层间过渡位置采用改性树脂胶粘剂进行粘接，即刚性层1、蜂窝层2以及强度层3之间采用热塑性树脂改性热固性树脂特种粘合剂进行粘接，有效提高了层与层间的受力顺利传递，从而有效发挥货叉整体的协同效应。

可以理解的是，刚性层1与蜂窝层2之间，蜂窝层2与强度层3之间也可以利用热固性胶结剂进行粘接以提高相邻层之间的连接强度。

刚性层1由高模量碳纤维二维平面编织结构与热固性树脂基体复合构成，其中，二维编织结构由高模量碳纤维编织而成，可以为平纹、斜纹、缎纹编织结构当中的任意一种；高模量碳纤维可选用M40、M55、M60、M40J、M55J、M60J等其中的任意一种且不限于以上类型，以保证刚性层1的刚性，使其不易弯曲或拉伸。

二维平面编织结构与热固性树脂复合，热固性树脂可选用环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、脲醛树脂等其中的任意一种或多种且不限于以上类型，刚性层1利用模压成型的方式成型，通过热固性树脂自身的粘接作用和高模量碳纤维的弹性模量特性，共同提高整体的刚度，刚性层1的整体厚度不大于6mm，热固性树脂含量为30％-60％。

蜂窝层2由碳纤维板4和蜂窝板5构成，其中，碳纤维板4设有两层，蜂窝板5固定设置在两层碳纤维板4之间，碳纤维板4为多层碳纤维复合材料预浸布结构，碳纤维复合材料预浸布是由若干不同角度的长条状的碳纤维预浸料铺层并热压固化而成，例如，正交、斜交、准各向同性等，有效提高整体强度和刚度，需要注意的是，相邻层的碳纤维预浸料的夹角应尽可能小，以减小受载的层间分层，提高抗冲击能力。

为了便于理解，本实施例以三层碳纤维复合材料预浸布进行说明，其中，第一层长条状的碳纤维预浸料的铺设角度为0°，第二层为45°或-45°，第三层为90°，这种铺设方式大大增加了碳纤维板4的强度、刚性以及抗冲击性。

可以理解的是，多层碳纤维复合材料预浸布的具体层数以及每层的铺设角度可根据实际设计要求进行确定，具体的这里不做过多的限制。

蜂窝层5的整体厚度为2-5mm，蜂窝板5由若干多边形桶状结构拼接而成，其中，多边形桶状结构可以为五边形、六边形等，具体的可根据设计要求进行选择，蜂窝板5可以选用铝材、芳纶等材料制成，蜂窝板5通过粘接的方式与相邻的碳纤维板4固定连接，蜂窝板5的设置不仅降低了货叉的重量，蜂窝板5还可将正压力进行分散并传递给碳纤维板4，使得碳纤维板4受力均匀，从而利用碳纤维板4承担全部的正压力，以保证货叉的强度、刚度以及稳定性。

需要注意的是，蜂窝板5的上下两面均应为开口结构，以最大程度的降低其整体质量。

强度层3由高强度碳纤维与高韧性纤维混杂编织组合形成的三维编织结构和热塑性树脂基体复合构成，其中高强度的碳纤维可选用M40、M55、M60、M40J、M55J、M60J系列当中的任意一种，高韧性的混杂纤维可选用芳纶纤维(K29、K49、K129)、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维、玻璃纤维其中的任意一种或多种，高强度碳纤维与高韧性混杂纤维的组合比例为1：1～6：1，强度层3通过混杂纤维编织的方式综合各类纤维自身的优点，从而使得强度层3满足强度需求的同时还具有抗弯折的能力。

可以理解的是，高韧性混杂纤维的具体成分可根据实际设计要求进行选择，这里不做过多的限制。

其中，三维编织结构可采用三维四向、三维五向、三维六向、三维七向的编织结构；热塑性树脂可选用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等其中的任意一种且不限于以上类型。三维编织结构与热塑性树脂基体进行预浸料叠层模压结合，热塑性树脂基体含量为20％-40％，强度层3的整体厚度为2-6mm。

需要注意的是，刚性层1、蜂窝层2以及强度层3所形成的叠层中空矩形缠绕组合结构，其总体热塑性树脂基体的含量应控制在20％-60％范围内，以降低工作温度对货叉整体性能的影响。

强度层3采用三维编织结构，克服了传统板层间剪切强度低且易分层的缺点，有效保证了货叉外表面的抗剪能力，避免了货叉工作过程中受剪分层现象的发生。

刚性层1、蜂窝层2以及强度层3所形成的叠层中空矩形缠绕组合结构，通过中空矩形的设置方式降低了货叉整体的重量，方便了货叉的安装，同时降低了货叉使用过程中机器人工作的能源损耗；且货叉由多维编织碳纤维作为增强体的树脂基复合材料制成，综合运用多种特殊树脂基体与多种碳纤维排布结构，有效提高了货叉整体的力学刚度和强度，在保证强度、耐冲击性的同时，进一步降低了货叉的重量，大大方便了货叉的使用。

实施例1

一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，包括刚性层1、包裹刚性层的蜂窝层2和包裹蜂窝层的强度层3，相邻层之间采用改性树脂胶粘剂进行粘接，其中，刚性层1为矩形中空结构，刚性层1由二维平面编织结构与热固性树脂复合构成；蜂窝层2由两层碳纤维板4以及固定设置在两层碳纤维板4之间的蜂窝板5构成；强度层3由三维编织结构与热塑性树脂复合构成。

刚性层1采用M60高模量碳纤维进行二维斜纹编织与脲醛树脂进行复合，总体厚度为3mm，树脂含量为40％，模压成型设置压机温度为150℃，压强为6MPa，加压时间为70min，再停止加热保持35min；蜂窝层2采用铝蜂窝板材，胶结剂选用聚氨酯胶，热压罐中固化成型的固化温度120℃，成型压力为0.3MPa，蜂窝层厚度为2mm；强度层3采用T800高强度碳纤维与K129芳纶纤维3：1混杂编织，采用三维七向编织结构配合环氧树脂浸渍复合，总体厚度为4mm，树脂含量为40％。

上述3个叠层缠绕组合部分，总体树脂基体含量为35％，货叉的叉体长度为1200mm，宽度为120mm，厚度为20mm。

实施例2

刚性层1采用M60J高模量碳纤维进行二维平纹编织与不饱和聚酯树脂进行复合，总体厚度为4mm，树脂含量为55％，模压成型设置压机温度为180℃，压强为6MPa，加压时间为50min，再停止加热保持40min；蜂窝层2采用芳纶蜂窝板材，胶结剂选用环氧胶膜，热压罐中固化成型的固化温度130℃，成型压力为0.25MPa，蜂窝层厚度为3mm；强度层3采用T800高强度碳纤维与K129芳纶纤维2：1混杂编织，用三维五向编织结构配合酚醛树脂浸渍复合，厚度为2mm，树脂含量为30％。

上述3个叠层缠绕组合部分，总体树脂基体含量为40％，货叉的叉体长度为2000mm，宽度为200mm，厚度为19mm。

实施例3

刚性层1采用M55高模量碳纤维进行二维缎纹编织与环氧树脂进行复合，总体厚度为2mm，树脂含量为50％，模压成型设置压机温度为150℃，压强为5MPa，加压时间为60min，再停止加热保持40min；蜂窝层2采用铝蜂窝板材，胶结剂选用热熔胶膜，热压罐中固化成型的固化温度125℃，成型压力为0.4MPa，蜂窝层厚度为2mm；强度层3采用T1000高强度碳纤维与PBO纤维5：1混杂编织，采用三维四向编织结构配合不饱和聚酯树脂浸渍复合，厚度为3mm，树脂含量为50％。

上述3个叠层缠绕组合部分，总体树脂基体含量为35％，货叉的叉体长度为1500mm，宽度为150mm，厚度为16mm。

实施例4

刚性层1采用M40J高模量碳纤维进行二维斜纹编织与脲醛树脂进行复合，总体厚度为5mm，树脂含量为40％，模压成型设置压机温度为140℃，压强为6MPa，加压时间为40min，再停止加热保持30min；蜂窝层2采用芳纶蜂窝板材，胶结剂选用环氧胶膜，热压罐中固化成型的固化温度120℃，成型压力为0.3MPa，蜂窝层厚度为2mm；强度层3采用T800高强度碳纤维与PBO纤维6：1混杂编织，采用三维六向编织结构配合环氧树脂浸渍复合，厚度为2mm，树脂含量为40％。

上述3个叠层缠绕组合部分，总体树脂基体含量为30％，货叉的叉体长度为1800mm，宽度为130mm，厚度为20mm。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，包括叉体，所述叉体由刚性层、包裹刚性层的蜂窝层和包裹蜂窝层的强度层组成，相邻层之间采用改性树脂胶粘剂进行粘接，所述刚性层为矩形中空结构，刚性层由高模量碳纤维二维平面编织结构与热固性树脂复合构成；所述蜂窝层由两层碳纤维板以及固定设置在两层碳纤维板之间的蜂窝板构成；所述强度层由三维编织结构与热塑性树脂复合构成。

2.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述高模量碳纤维二维平面编织结构为平纹、斜纹、缎纹编织结构中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述叉体的长度为1200-2000mm，宽度为120-200mm。

4.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述刚性层的厚度为1-6mm。

5.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述强度层的厚度为2-6mm。

6.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述蜂窝层的厚度为2-5mm。

7.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述三维编织结构选自三维四向、三维五向、三维六向或三维七向。

8.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述刚性层、蜂窝层、强度层的两端均封闭。

9.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述蜂窝板由若干多边形桶状结构拼接而成。

10.根据权利要求1所述的一种叠层中空混杂结构复合材料货叉，其特征在于，所述蜂窝板的上下两面均为开口结构。