混凝土泵車復(fù)合材料節(jié)臂的設(shè)計與成型工藝研究.pdf

1、混凝土泵車是一種輸送混凝土的專用機(jī)械，其中最能體現(xiàn)混凝土泵車設(shè)計水平、制造能力的是臂架的結(jié)構(gòu)和形式，現(xiàn)階段混凝土泵車發(fā)展的顯著特點是發(fā)展超長臂架技術(shù)，那就需要更加輕質(zhì)高強的材料作為臂架的材料。目前最新的技術(shù)就是用碳纖維復(fù)合材料作為臂架材料，采用熱壓罐工藝成型。但此方法設(shè)備投資大、成本高。鑒于以上情況，本文首次提出用氣囊輔助真空灌注工藝的方法來制備混凝土泵車節(jié)臂。首先以混凝土末節(jié)節(jié)臂為對象，設(shè)計了節(jié)臂的結(jié)構(gòu)形狀和鋪層，設(shè)計氣囊輔助成型模具

2、，并研究了氣囊輔助真空灌注成型工藝參數(shù)。并制備出節(jié)臂樣品，對其性能進(jìn)行測試及計算機(jī)驗證。
　　 本文首先利用等代設(shè)計法，根據(jù)金屬節(jié)臂設(shè)計了復(fù)合材料節(jié)臂的外形。然后使用ABAQUS軟件，對復(fù)合材料節(jié)臂進(jìn)行了有限元分析。根據(jù)節(jié)臂的受力情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和鋪層優(yōu)化。確定采用6KT300方格布和12KT700單向布進(jìn)行鋪層。共采用12KT700單向布30層，其中0°方向鋪層20層，±45°方向鋪層10層。最里層和最外層均采用兩層6KT30

3、0方格布。通過鋪層優(yōu)化設(shè)計，減輕了復(fù)合材料節(jié)臂的整體重量，提高了其承載能力。最終設(shè)計復(fù)合材料節(jié)臂截面尺寸為150mm*200mm，壁厚為10mm，重量為67kg。經(jīng)過校核，性能達(dá)到要求。
　　 根據(jù)節(jié)臂的結(jié)構(gòu)外形，本文采用了氣囊輔助真空灌注的成型工藝方法來制備節(jié)臂的主體結(jié)構(gòu)。首先對氣囊芯模的材料進(jìn)行了選擇，采用不同硅橡膠基體及增強材料，測試其強度和斷裂伸長率，選擇出符合要求的氣囊材料。并制備了符合工藝要求的模具。然后研究了氣囊輔

4、助真空灌注工藝的工藝參數(shù)，包括氣囊壓力對制品性能的影響，流道設(shè)計對制品性能的影響。制備出在不同成型壓力下的節(jié)臂樣品，測試其力學(xué)性能，確定了最佳工藝參數(shù)。其中氣囊最佳充壓壓力為0.1MPa，制備出的玻璃纖維增強乙烯基樹脂材料性能達(dá)到最佳，樹脂含量為30.1％，彎曲強度為400MPa，拉伸強度為360MPa，彈性模量為22.2Gpa。最終根據(jù)確定的最佳工藝參數(shù)制備出碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料節(jié)臂樣品，并測試其性能，從樣品外觀來看，纖維浸潤良