一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，屬于混凝土泵車臂架連接【技術(shù)領(lǐng)域】。該接頭為復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合材料蒙皮、芯材和金屬榫頭；金屬榫頭嵌入到芯材內(nèi)且金屬榫頭的一個端面與芯材的端面齊平，復(fù)合材料蒙皮位于芯材和金屬榫頭外面；其中芯材起到定型作用，金屬榫頭和復(fù)合材料蒙皮是主要承載部件。本發(fā)明的接頭通過樹脂基復(fù)合材料、芯材及榫頭結(jié)構(gòu)尺寸的變化，可以最大限度的以較小的質(zhì)量成本獲得較高的結(jié)構(gòu)功效。
【專利說明】一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，屬于混凝土泵車臂架連接【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土泵車是一種用于輸送和澆注混凝土的專用機(jī)械，可以將混凝土沿管道連續(xù)輸送到澆注現(xiàn)場，逐步成為建筑施工中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。目前市場常用泵車臂架一般由4臂節(jié)至6臂節(jié)依次首尾相連構(gòu)成，工作時臂架部分伸展較大，在力學(xué)上屬懸臂梁結(jié)構(gòu)，受力比較復(fù)雜，對復(fù)合材料臂節(jié)結(jié)構(gòu)連接是極大考驗。
[0003]由于復(fù)合材料較大的比強(qiáng)度、比剛度特性，是一種輕質(zhì)高效的材料，國內(nèi)外已有復(fù)合材料臂節(jié)技術(shù)的探索。CN201210232251.3.CN201010524256.4公開了中聯(lián)重科股份有限公司生產(chǎn)炭纖維復(fù)合材料混凝土泵車臂架生產(chǎn)方法，采用可伸縮氣囊中充氣，形成具有第一狀態(tài)的氣囊，在其外表面鋪放碳纖維預(yù)浸料，獲取第一過渡組件；將第一過渡組件放入箱型模具內(nèi)部，向具有第一狀態(tài)的氣囊內(nèi)部充氣，對碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行壓縮定型，獲取第二過渡組件；將第二過渡組件進(jìn)行升溫固化，固化后冷卻脫模獲取碳纖維臂架。未提及接頭的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝。CN201010524104.4XN201010524111.4公開了威海光威復(fù)合材料有限公司的碳纖維臂架生產(chǎn)方法，采用芯模，臂架為中空結(jié)構(gòu)，制造碳纖維臂架的原材料鋪放在芯模外表面上，原材料外部用真空膜包覆，真空膜兩端密封在芯模的兩端，真空膜上設(shè)有抽氣孔，整個模具放入熱壓罐內(nèi)，利用壓縮空氣加壓，用電加熱管進(jìn)行加熱固化成型。未提及接頭的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝。US20040843187公開了消防車臂節(jié)采用纖維纏繞臂節(jié)管的生產(chǎn)工藝，外層采用纖維纏繞工藝，內(nèi)層采用耐磨氨基甲乙酯，每一臂節(jié)段由氨基甲乙酯管外面纏繞碳纖維，接頭結(jié)構(gòu)為套管式結(jié)構(gòu)，未提及接頭的生產(chǎn)工藝。
[0004]已有技術(shù)中一般采用復(fù)合材料直接用螺栓連接，或為了提高局部強(qiáng)度，采用復(fù)合材料采用金屬軸套嵌入連接位置，之后再用螺栓連接，不足之處在于:前者(I)對螺栓連接孔處纖維破壞嚴(yán)重，降低承力效果；(2)由于復(fù)合材料局部在加工過程受損傷，易于發(fā)生局部分層破壞。后者(I)金屬軸套嵌入位置定位不準(zhǔn)，(2)在承載較大的力的時候，可能由于局部材料強(qiáng)度不足產(chǎn)生破壞，承載量能力低于本發(fā)明。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，本發(fā)明具有輕質(zhì)高效、不僅可以節(jié)約材料、降低成本，而且成形工藝簡單、精準(zhǔn)；并且具有可設(shè)計型強(qiáng)的優(yōu)點，使復(fù)合材料連接安全可靠性等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明的混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，該接頭為復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合材料蒙皮、芯材和金屬榫頭；金屬榫頭嵌入到芯材內(nèi)且金屬榫頭的一個端面與芯材的端面齊平，復(fù)合材料蒙皮位于芯材和金屬榫頭外面；其中芯材起到定型作用，金屬榫頭和復(fù)合材料蒙皮是主要承載部件。
[0008]所述復(fù)合材料接頭可有多種橫截面形式，如矩形截面、五邊形截面、三角形、梯形。
[0009]所述接頭中金屬榫頭為鋼、鈦、鋁中的一種或其中任意兩種的合金。
[0010]所述芯材為泡沫芯材，可為PVC芯材、PMI芯材、聚氨酯芯材、三聚氰胺芯材、BALSA木的一種或任意兩種以上的組合。
[0011]所述復(fù)合材料蒙皮為樹脂基復(fù)合材料，其中纖維采用玻璃纖維或碳纖維的一種或組合；樹脂采用聚氨酯基樹脂、乙烯基酯基樹脂或環(huán)氧樹脂或以及上述樹脂的改進(jìn)型。
[0012]所述金屬榫頭的側(cè)面沿圓周方向有凹槽，用于纏繞玻璃纖維或碳纖維；凹槽個數(shù)可單個或多個且尺寸可相同或不同，凹槽外鋪單向或多軸玻璃纖維或碳纖維，形成局部格柵定向增強(qiáng)為復(fù)合材料蒙皮，用于增強(qiáng)臂節(jié)的連接強(qiáng)度和剛度。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0014]本發(fā)明的接頭通過樹脂基復(fù)合材料、芯材及榫頭結(jié)構(gòu)尺寸的變化，可以最大限度的以較小的質(zhì)量成本獲得較高的結(jié)構(gòu)功效。
[0015]本發(fā)明采用機(jī)加工芯材定型定位，使榫頭安裝位置更精準(zhǔn)，接頭可與被連接件之一采用真空灌注工藝一次成型，工藝實施更為簡單。本發(fā)明采用內(nèi)襯金屬件榫頭，由于直接連接金屬破壞應(yīng)力大于復(fù)合材料，由金屬榫頭及纏繞其上的碳纖維、玻璃纖維或多軸玻璃纖維或碳纖維編織物制成的復(fù)合材料格柵蒙皮承載，連接強(qiáng)度增大，使連接更加安全可靠。
[0016]本發(fā)明采用按照設(shè)計角度鋪放碳纖維、玻璃纖維或其多軸玻璃纖維或碳纖維編織物制成的復(fù)合材料滿足目標(biāo)強(qiáng)剛度指標(biāo)，采用真空灌注工藝一次成型，工藝簡單，易于實施。由于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性，使結(jié)構(gòu)緊湊型，輕質(zhì)高效。
[0017]本發(fā)明的接頭可用于混凝土泵車及其他具有類似臂架的機(jī)械。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明接頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明接頭芯材剖面圖；
[0021]圖4為本發(fā)明接頭內(nèi)嵌榫頭主視圖和俯視圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0023]如圖1所示為本發(fā)明涉及混凝土泵車臂節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。復(fù)合材料臂節(jié)由骨架1、混凝土輸送管路2、連接螺栓3、液壓機(jī)構(gòu)4和連接銷軸5 ;骨架I包括位于其一端的大端接頭、位于其中間部位的主體和位于其另一端的小端接頭；
[0024]混凝土輸送管路2通過連接螺栓3固定在骨架I的主體的側(cè)面；液壓機(jī)構(gòu)4的一端活動連接在骨架I的主體的底面上，液壓機(jī)構(gòu)4的另一端活動連接在連接銷軸5的一端上，連接銷軸5的中間部位活動連接在骨架I的小端接頭的一個連接孔上，連接銷軸5的另一端活動連接在下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的一個連接孔上；骨架I的小端接頭的另一個連接孔與下一節(jié)臂節(jié)的骨架的大端接頭的另一個連接孔活動連接；
[0025]圖2為本發(fā)明接頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該接頭為復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合材料蒙皮7、芯材8和金屬榫頭6 ;金屬榫頭6嵌入到芯材8內(nèi)且金屬榫頭6的一個端面與芯材8的端面齊平,復(fù)合材料蒙皮7位于芯材8和金屬榫頭6外面；其中芯材8起到定型作用，金屬榫頭6和復(fù)合材料蒙皮7是主要承載部件。
[0026]所述復(fù)合材料接頭的橫截面為矩形截面；
[0027]所述接頭中金屬禪頭6為鋼。
[0028]所述芯材7為PMI芯材。
[0029]所述復(fù)合材料蒙皮7為碳纖維環(huán)樹脂基復(fù)合材料。
[0030]所述金屬榫頭6的側(cè)面沿圓周方向有一個凹槽，用于纏繞碳纖維。
[0031]圖3為本發(fā)明接頭芯材剖面圖，芯材根據(jù)設(shè)計的截面形式加工成相應(yīng)的形狀，并將榫頭的安裝位置準(zhǔn)確定位，并加工。
[0032]圖4為本發(fā)明接頭內(nèi)嵌榫頭主視圖和俯視圖。復(fù)合材料臂架組件在運行過程中，主要的載荷施加在臂節(jié)的連接部位，為了增強(qiáng)接頭強(qiáng)度，采用圖4所示的內(nèi)嵌榫頭，同時兩個連接孔之間采用單向碳纖維編織物直接在榫頭上纏繞和鋪放，對金屬件進(jìn)行局部加固，起到增加連接強(qiáng)度和剛度的作用。整個結(jié)構(gòu)采用真空導(dǎo)入復(fù)合材料成型工藝一次固化成型，由此可提高接頭與臂節(jié)的連接強(qiáng)度，防止臂節(jié)在較大作用力下破壞或疲勞失效。
[0033]上述的接頭為大端接頭或小端接頭，只是大端接頭和小端接頭的尺寸不同。
[0034]采用本發(fā)明進(jìn)行一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭的制備，具體實施步驟為:
[0035]1、按設(shè)計圖紙尺寸加工芯材8 ;
[0036]2、按設(shè)計圖紙尺寸加工加工金屬件榫頭6 ；
[0037]3、在榫頭6上纏繞設(shè)計厚度的單向復(fù)合材料編織布；
[0038]4、加工好的芯材8有預(yù)留槽，將金屬件大端榫頭6嵌入預(yù)留槽，并清理芯材8表面；
[0039]5、按照設(shè)計圖紙在芯材8上鋪放復(fù)合材料編織物；
[0040]6、按照工藝文件，鋪放導(dǎo)流網(wǎng)、鋪放隔離膜，導(dǎo)流管；
[0041]7、四周包裹真空袋，檢查真空度，合格后，注膠；
[0042]8、注膠完成后，加熱，中溫固化8-10小時；
[0043]9、固化完成后，冷卻，表面清理。
[0044]本實施例中復(fù)合材料蒙皮7為樹脂基復(fù)合材料格柵增強(qiáng)蒙皮、芯材8為按設(shè)計尺寸加工的泡沫芯材、榫頭6為金屬材料。所述三部分最終一次成型成為一整體結(jié)構(gòu)，為本發(fā)明涉及一種混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭。
[0045]本實施例中樹脂基復(fù)合材料格柵增強(qiáng)蒙皮7可為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基，也可是上述纖維混雜增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料等。本實施例中樹脂基復(fù)合材料格柵增強(qiáng)蒙皮7可為聚氨酯基復(fù)合材料、乙烯基酯基復(fù)合材料或環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料、以及上述樹脂的改進(jìn)型制造的復(fù)合材料。
[0046]本實施例中榫頭6及對其進(jìn)行局部加固的單向碳纖維編織物的設(shè)計，克服了復(fù)合材料連接接觸面區(qū)域應(yīng)力集中容易破壞的問題，同時采用單向碳纖維編織物纏繞的方案，增強(qiáng)的材料的軸向性能，材料配合合理，得到優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能。
[0047]本實施例中精確設(shè)計的芯材8與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料蒙皮7的巧妙配合使得混凝土泵車臂節(jié)接頭具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)可設(shè)計型，可最大限度的通過較小的質(zhì)量成本獲得較高的結(jié)構(gòu)功效。
[0048]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化，如接頭的形狀和尺寸等。
[0049]本發(fā)明說明書中未作描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，其特征在于:該接頭為復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合材料蒙皮(7)、芯材(8)和金屬榫頭(6);金屬榫頭(6)嵌入到芯材(8)內(nèi)且金屬榫頭(6)的一個端面與芯材(8)的端面齊平，復(fù)合材料蒙皮(7)位于芯材(8)和金屬榫頭(6)外面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，其特征在于:復(fù)合材料接頭的橫截面為矩形截面、五邊形截面、三角形或梯形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，其特征在于:所述接頭中金屬榫頭(6)為鋼、鈦、鋁中的一種或其中任意兩種的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，其特征在于:所述芯材(7)為泡沫芯材，可為PVC芯材、PMI芯材、聚氨酯芯材、三聚氰胺芯材、BALSA木的一種或任意兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，其特征在于:所述復(fù)合材料蒙皮(7)為樹脂基復(fù)合材料，其中纖維采用玻璃纖維或碳纖維的一種或組合；樹脂采用聚氨酯基樹脂、乙烯基酯基樹脂或環(huán)氧樹脂或以及上述樹脂的改進(jìn)型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架用復(fù)合材料接頭，其特征在于:所述金屬榫頭(6)的側(cè)面沿圓周方向有凹槽，用于纏繞玻璃纖維、碳纖維或纖維織物；凹槽個數(shù)為單個或多個。
【文檔編號】E04G21/04GK103953196SQ201410198955
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】王建昌, 張會杰, 宋世偉, 冷霜, 尤潔, 顏鴻斌, 游少雄, 許曉燕 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院