致动缸的缸体及其制造方法和混凝土泵送设备 |
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| 申请号 | CN201210195986.3 | 申请日 | 2012-06-14 | 公开(公告)号 | CN102705293B | 公开(公告)日 | 2014-04-09 |
| 申请人 | 中联重科股份有限公司; | 发明人 | 李晓超; 王佳茜; 李庶; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种致动缸的缸体，包括 内衬 层（1）和结合在该内衬层的外部的第一 纤维 复合材料 层（2），第一纤维复合材料层由第一纤维材料和基体 树脂 复合而成。还公开了一种具有该缸体的 混凝土 泵 送设备。相应地，本发明还公开了一种致动缸的缸体的制造方法，包括：形成内衬层步骤：形成内衬层；以及结合步骤：采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层并将该第一纤维复合材料层结合到内衬层的外部。通过上述技术方案，致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐 腐蚀 性较好，而且 热膨胀 性较小。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的 密封性 以及与 活塞 接触 的 耐磨性 的要求，因此不会影响缸体的使用性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种致动缸的缸体，该缸体包括内衬层（1）和结合在该内衬层（1）的外部的第一纤维复合材料层（2），所述第一纤维复合材料层（2）由第一纤维材料和基体树脂复合而成； |
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| 说明书全文 | 致动缸的缸体及其制造方法和混凝土泵送设备技术领域[0001] 本发明涉及致动缸领域，具体地，涉及一种致动缸的缸体以及该缸体的制造方法，还涉及一种具有该缸体的混凝土泵送设备。 背景技术[0002] 致动缸通常包括液压缸和气缸，其应用非常广泛。例如以液压缸为例，在混凝土泵送设备（例如混凝土泵车）中通常都包括有液压缸，用于驱动砼缸往复运动，从而输送混凝土。目前在混凝土的作用过程中，越来越多的混凝土输送工作采用混凝土泵车完成。随着混凝土机械技术的高速发展，工程作业要求将混凝土输送到更高更远的距离，混凝土机械的臂架、液压缸等部件所选用的材料都向轻质高强方向发展。现有的液压缸的缸体由单一的合金钢材料制成，由于合金钢的密度较大，使液压缸的自身重量较大，严重限制了混凝土泵车臂架长度的增加，制约了混凝土泵车的发展。因此，开发一种既能同时满足混凝土泵车强度要求又具有质量轻的液压缸的缸体对于混凝土泵车向长臂架方向发展具有重要意义。此外，由单一的合金钢制成的致动缸的缸体还具有耐疲劳性和耐腐蚀性较差且热膨胀性较大等缺点，从而使得致动缸的应用受限。 发明内容[0003] 本发明的一个目的是提供一种致动缸的缸体，该缸体的强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得致动缸能够得到更广泛的应用。本发明的另一个目的是提供一种该制动缸的缸体的制造方法。 [0005] 另一方面，本发明还提供了一种混凝土泵送设备，其中，该混凝土泵送设备的泵送缸的缸体为如上文所述的致动缸的缸体。 [0006] 还另一方面，本发明还提供了一种致动缸的缸体的制造方法，其中，该方法包括：形成内衬层步骤：形成内衬层；以及结合步骤：采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层并将该第一纤维复合材料层结合到所述内衬层的外部。 [0007] 通过上述技术方案，致动缸的缸体包括内衬层和第一纤维复合材料层，由于纤维复合材料与现有的金属材料相比，在同等强度下重量较轻，而且耐疲劳性和耐腐蚀性较好，热膨胀性较小，因此能够使得该致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得该致动缸能够得到更广泛的应用。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求，因此不会影响缸体的使用性能。 [0010] 图1是根据本发明的一种实施方式的致动缸的缸体的剖视示意图； [0011] 图2是图1中的A部的局部放大示意图； [0012] 图3是如图1所示的致动缸的缸体的内衬层的整体结构示意图。 [0013] 附图标记说明 [0014] 具体实施方式[0015] 以下结合附图对本发明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发明，并不用于限制本发明。 [0016] 如图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式提供了一种致动缸的缸体，其中，该缸体包括内衬层1和结合在该内衬层1的外部的第一纤维复合材料层2。 [0017] 通过上述技术方案，致动缸的缸体包括内衬层1和第一纤维复合材料层2，由于纤维复合材料与现有的金属材料相比，在同等强度下重量较轻，而且耐疲劳性和耐腐蚀性较好，热膨胀性较小，因此能够使得该致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得该致动缸能够得到更广泛的应用。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求，因此不会影响缸体的使用性能。 [0018] 所述内衬层1可以选用能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求的各种适当的材料制成，例如可以采用现有的通常用于制造缸体的金属材料制成。 [0019] 本发明中提到的纤维复合材料（例如第一纤维复合材料层2、第二纤维复合材料层4的纤维复合材料）是指由纤维材料和基体树脂复合而成的材料，也就是纤维增强树脂复合材料。 [0020] 所述第一纤维复合材料层2可以采用各种适当的纤维材料与基体树脂复合而制成，纤维材料例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维中的一者或多者。优选地，第一纤维复合材料层2由碳纤维材料和基体树脂制成。碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等一系列优点。碳纤维材料可以与各种基体树脂复合形成碳纤维复合材料，该基体树脂例如可以为不饱和聚酯、乙烯基树脂、酚醛树脂等，优选地采用工艺性较好、强度较高且韧性较好的环氧树脂体系。在用于形成第一纤维复合材料层2的纤维材料中，有的为导电材料，有的为非导电材料，当所述内衬层1和第一纤维复合材料层2由导电材料制成（例如内衬层1由金属材料制成，第一纤维复合材料层由碳纤维复合材料制成）时，优选地，所述内衬层1和第一纤维复合材料层2之间还设置有绝缘层3。从而能够防止内衬层1与第一纤维复合材料层2之间出现电化学腐蚀，延长了致动缸的缸体的寿命。绝缘层3可以采用各种适当的绝缘材料制成，例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维中的一者或多者。绝缘层3例如可以通过高韧性胶黏剂粘附在内衬层1上。 [0021] 优选地，如图1和图2所示，所述第一纤维复合材料层2的外部还设置有第二纤维复合材料层4。该第二纤维复合材料层4有助于提高缸体承受外界冲击的性能。第二纤维复合材料层4可以采用各种适当的纤维材料和基体树脂形成，该纤维材料例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维中的一者或多者。第一纤维复合材料层2和第二纤维复合材料层4的基体树脂可以相同，也可以不同。 [0022] 本发明不涉及对所述致动缸的缸体的整体形状的改变，也就是说，致动缸的缸体的整体形状的结构可以与现有的致动缸的缸体相同，可以大致为中空的圆柱形，并且在两端设置有连接螺纹和/或油口等，其中连接螺纹主要用于与致动缸的端盖连接，油口则主要用于与致动缸的工作油路连接，以便工作油路与缸体内的工作腔连通。本发明主要的发明点在于将缸体分为多个材料层，从而提高缸体的强度、减轻重量，并且提高耐腐蚀性和耐疲劳性，减小热膨胀性。缸体的多个材料层（例如上述内衬层1、第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4）可以各自采用均匀的厚度或不均匀的厚度。优选地，如图1至图3所示，所述内衬层1大致为筒状，包括中间部11和分别位于该中间部11两侧的两个端部12，所述中间部11的厚度小于所述端部12的厚度。中间部11和两个端部12大致沿缸体的轴向布置，内衬层1大致形成两头大、中间小的结构，这不仅利于加工和设置进出口，而且对两个端部12对中间部11外形成的纤维复合材料具有一定的固定作用。 [0023] 更优选地，每个所述端部12与所述中间部11之间还具有过渡部13，所述过渡部13的厚度从所述端部12的厚度过渡到所述中间部11的厚度。通过设置过渡部13，可以消除由于厚度突然变化带来的应力集中的问题。 [0024] 优选地，所述内衬层1的端部12上设置有油口和/或连接螺纹，所述第一纤维复合材料层2设置在所述内衬层1的中间部11和过渡部13的外部。从而可以根据需要预先在端部12上形成缸体的油口和/或连接螺纹，而该油口和/或连接螺纹不被第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4（如果有的话）覆盖，从而该缸体的加工工艺性较好，无需在内衬层1以外的其他材料层（例如第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4）上再额外地加工油口和/或连接螺纹。 [0025] 过渡部13可以为厚度逐渐均匀过渡的斜坡状，也可以为厚度分阶段逐渐过渡的阶梯状，也可以为其他适当的形状。更优选地，如图1至图3所示，所述过渡部13包括斜坡部131和设置在该斜坡部131上的凸起部132，所述斜坡部131的厚度从所述端部12的厚度逐渐均匀地过渡到所述中间部11的厚度。凸起部132有助于内衬层1与其他材料层（例如第一纤维复合材料层2）的结合，提高结合力，防止内衬层1与其他材料层相分离。凸起部132可以形成为凸起的一个或多个连续的环（如图3所示为一个连续的环），当然也可以为离散的多个凸块或凸条等。 [0026] 另一方面，本发明还提供了一种混凝土泵送设备，其中，该混凝土泵送设备的泵送缸的缸体为如上文所述的致动缸的缸体。 [0027] 还另一方面，本发明还提供了一种致动缸的缸体的制造方法，其中，该方法包括：形成内衬层步骤：形成内衬层1；以及结合步骤：采用第一纤维材料和基体树脂形成第一纤维复合材料层2并将该第一纤维复合材料层2结合到所述内衬层1的外部。 [0028] 通过上述技术方案，致动缸的缸体包括内衬层1和第一纤维复合材料层2，由于纤维复合材料与现有的金属材料相比，在同等强度下重量较轻，而且耐疲劳性和耐腐蚀性较好，热膨胀性较小，因此能够使得该致动缸的缸体强度较大、重量较轻、耐疲劳性和耐腐蚀性较好，而且热膨胀性较小，从而使得该致动缸能够得到更广泛的应用。此外，由于缸体的内衬层能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求，因此不会影响缸体的使用性能。 [0029] 所述内衬层1可以选用能够满足缸体内壁的密封性以及与活塞接触的耐磨性的要求的各种适当的材料制成，例如可以采用现有的通常用于制造缸体的金属材料制成。 [0030] 所述第一纤维复合材料层2可以采用各种适当的纤维材料与基体树脂复合而制成，纤维材料例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维中的一者或多者。优选地，在所述结合步骤中，采用碳纤维和基体树脂形成所述第一纤维复合材料层2。碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等一系列优点。碳纤维材料可以与各种基体树脂复合形成碳纤维复合材料，该基体树脂例如可以为不饱和聚酯、乙烯基树脂、酚醛树脂等，优选地采用工艺性较好、强度较高且韧性较好的环氧树脂体系。在用于形成第一纤维复合材料层2的纤维材料中，有的为导电材料，有的为非导电材料，优选地，在所述形成内衬层步骤中，通过导电材料（例如金属材料，更具体地，例如 27SiMn）形成所述内衬层1；在所述结合步骤中，通过导电材料（例如碳纤维复合材料）形成所述第一纤维复合材料层2；并且所述制造方法还包括形成绝缘层步骤：在所述结合步骤之前，先在所述内衬层1外形成绝缘层3，从而使得该绝缘层3位于所述内衬层1和第一纤维复合材料层2之间。从而能够防止内衬层1与第一纤维复合材料层2之间出现电化学腐蚀，延长了致动缸的缸体的寿命。绝缘层3可以采用各种适当的绝缘材料制成，例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维中的一者或多者。例如可以通过将纤维材料布（例如玻璃纤维布）包覆在内衬层1外部的方式来形成绝缘层。绝缘层3例如可以通过高韧性胶黏剂粘附在内衬层1上。 [0031] 可以采用各种适当的方式形成并结合第一纤维复合材料层，优选地，在所述结合步骤中，采用湿法缠绕工艺将浸有基体树脂的束状的第一纤维材料缠绕在所述内衬层1的外部。具体地说，可以将连续的第一纤维浸渍配置好的液态环氧树脂后，经过缠绕机绕丝嘴缠绕于固定好的内衬层1上，完成纤维的缠绕。湿法缠绕成形所制得的产品可以充分发挥复合材料的特点，使制品最大限度地获得所要求的结构性能，且成型成本较低，工艺相对较为简单。 [0032] 更优选地，在缠绕所述束状的第一纤维复合材料时，所述束状的第一纤维复合材料的延伸方向与所述缸体的轴向之间的角度为70°至90°，即第一纤维复合材料的缠绕角度为70°至90°。由于缸体的径向受力通常为环向受力的2-3倍，该缠绕角度能够提高缸体的径向强度，也就是提高缸体的力学性能，降低缸体的整体厚度，为缸体提供良好的耐疲劳性能。 [0033] 优选地，该制造方法还包括：在所述第一纤维复合材料层2外部形成第二纤维复合材料层4。该第二纤维复合材料层4有助于提高缸体承受外界冲击的性能。第二纤维复合材料层4可以采用各种适当的纤维材料和基体树脂复合而形成，例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维中的一者或多者。例如，可以通过在所述第一纤维复合材料层2外部包覆第二纤维材料布，并使所述第一纤维复合材料层2中的基体树脂渗入所述第二纤维材料布中，从而形成所述第二纤维复合材料层4。当然，在形成第二纤维复合材料层4时，也可以额外地在第二纤维材料布上浸基体树脂，而不采用第一纤维复合材料层2中的基体树脂。 [0034] 本发明不涉及对所述致动缸的缸体的整体形状的改变，也就是说，致动缸的缸体的整体形状的结构可以与现有的致动缸的缸体相同，可以大致为中空的圆柱形，并且在两端设置有连接螺纹和/或油口等。本发明主要的发明点在于将缸体分为多个材料层，从而提高缸体的强度、减轻重量，并且提高耐腐蚀性和耐疲劳性，减小热膨胀性。缸体的多个材料层（例如上述内衬层1、第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4）可以各自采用均匀的厚度或不均匀的厚度。优选地，所述形成内衬层步骤包括：提供大致为中空圆柱形的内衬坯材；以及机加工工序：通过机加工（例如车削）的方式将所述内衬坯材的部分厚度减薄，以使得所述内衬层1形成为包括中间部11和分别位于该中间部11两侧的两个端部12，所述中间部11的厚度小于所述端部12的厚度。中间部11和两个端部12大致沿缸体的轴向布置，内衬层1大致形成两头大、中间小的结构，这不仅利于加工和设置进出口，而且对两个端部12对中间部11外形成的纤维复合材料具有一定的固定作用。 [0035] 更优选地，在所述机加工工序中，还使得每个所述端部12与所述中间部11之间形成过渡部13，所述过渡部13的厚度从所述端部12的厚度过渡到所述中间部11的厚度。通过设置过渡部13，可以消除由于厚度突然变化带来的应力集中的问题。 [0036] 更优选地，在所述形成内衬层步骤中，还在所述内衬层1的端部12形成油口和/或连接螺纹；在所述结合步骤中，将所述第一纤维复合材料层2结合在所述内衬层1的中间部11和过渡部13的外部。从而可以根据需要预先在端部12上形成缸体的油口和/或连接螺纹，而该油口和/或连接螺纹不被第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4（如果有的话）覆盖，从而该缸体的加工工艺性较好，无需在内衬层1以外的其他材料层（例如第一纤维复合材料层2、绝缘层3和第二纤维复合材料层4）上再额外地加工油口和/或连接螺纹。 [0037] 过渡部13可以为厚度逐渐均匀过渡的斜坡状，也可以为厚度分阶段逐渐过渡的阶梯状，也可以为其他适当的形状。优选地，在所述机加工工序中，还使得所述过渡部13形成为包括斜坡部131和设置在该斜坡部131上的凸起部132，所述斜坡部131的厚度从所述端部12的厚度逐渐均匀地过渡到所述中间部11的厚度。凸起部132有助于内衬层1与其他材料层（例如第一纤维复合材料层2）的结合，提高结合力，防止内衬层1与其他材料层相分离。凸起部132可以形成为凸起的一个或多个连续的环（如图3所示为一个连续的环），当然也可以为离散的多个凸块或凸条等。 [0038] 更优选地，所述形成内衬层步骤还包括：喷砂工序，在所述机加工工序形成的所述内衬层1的外表面进行喷砂处理，以提高内衬层1的外表面的粗糙度。从而能够提高内衬层1与其他材料层（例如绝缘层3、第一纤维复合材料层2等）的结合能力。 [0039] 下面以如图1至图3所示致动缸的缸体的实施方式为例，简略说明一下该缸体的制造过程。 [0040] （1）通过机加工的方式形成如图3所示的内衬层1。 [0041] （2）采用高韧性胶黏剂将玻璃纤维布粘附在内衬层1的中间部11外部，以形成绝缘层3。 [0042] （3）在绝缘层3的外部以及内衬层1的过渡部13的外部通过湿法缠绕的方式形成第一纤维复合材料层2。 [0043] （4）在第一纤维复合材料层2的外部包覆玻璃纤维布，并使第一纤维复合材料层2中的基体树脂浸入该玻璃纤维布中，以形成第二纤维复合材料层4。 [0044] （5）将上述缸体放入烘箱，以便加热固化成型。 [0046] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。 [0047] 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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。 [0048] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。 |
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