使用复合材料的空中作业平台组件的制作方法

专利名称：使用复合材料的空中作业平台组件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及安装在车辆上的空中设备，更具体涉及这样的 设备的结构性元件，所述元件由绝缘复合材料制成。
背景技术：
车辆上安装的空中设备长久以来在各种场合得到应用，比如在 电线杆上执行工作，修剪树木，维修路灯，和维护高架电及电话线。 所述空中设备通常包括多节吊杆，所述多节吊杆或者是铰接吊杆或 者是望远镜形式的可伸縮的吊杆。上方吊杆的端部装有通常为平台 的人员携带设备，有时称为"斗"。所述空中作业平台组件包括 安装支架，平台，臂，控制组件，控制输入机构和所有其它的位于 上方吊杆的端部的元件。该组件通常被称为"吊杆头"。不止一个 平台可被连接在上方吊杆的端部，而且平台可以足够大到携带一个 或者多个工人。附加的负载起吊设备也可以安装在靠近平台的吊杆 上，目的是除了所述空中设备的人员起吊特征外还赋予它物资起吊 性能。所述负载起吊设备通常为可调节的臂，绞车或者两者的组合。
通常，空中设备广义地包括为操作员充当作业台的平台；可移 动臂；机动底座比如卡车；控制输入机构；和控制组件。所述平台 可操作来升起或者携带至少一个工人到升高的工作点，而且与吊杆 在其末端或末端附近相连接。因为所述平台可以靠近高压电线或者 高压设备使用，所述平台通常通过绝缘吊杆和绝缘车辆底座与地进 行电隔离，以为工人或者周围的人提供防止放电损害或者电击的二 级保护。通过吊杆和机动底座将平台上的占据者与地隔离的一个元件是非导电的平台衬垫，只要下肢都被包含在衬垫内并只与衬垫接 触，所述衬垫为占据者下肢提供一定的电隔离。
所述吊杆是可以移动的，以将平台升高或定位到所需的位置， 而且在下方吊杆的底端处或者底端附近与机动底座相连，所述底端 基本上与所述远端相反。上方吊杆由非导电的或者绝缘材料制成， 并且通过阻止所述吊杆及机动底座与地的通路来提供二级保护。一 般，为了进一步将平台与经过吊杆和机动底座放电电隔离，下方吊 杆的中间部分由非导电的或者绝缘材料制成，或者覆盖有这样的材 料。然而吊杆或者吊杆头的末端尽管与机动平台电隔离，但必须与 结构材料组成一体，以具有足够的结构强度来支撑平台和工人。这 种结构材料通常是导电金属，比如钢，由于钢，平台和控制组件被 视为电连接。除了吊杆组件，在吊杆端部的各种其它零件由金属制 成，比如钢或者铝，而且在吊杆端部的所有元件必须被视为电连接。 机动底座被机动化和装有轮子，或用其它方法适应于快速有效地移 动到作业点及离开作业点。所述机动底座或者会与带电地面比如地 球直接接触或者必须被视为与其直接或间接接触。
控制输入机构允许升高的工人提供控制输入以经过控制组件控 制吊杆的运动和平台的位置。 一般地，控制组件包括一个或者多个 液压控制阀， 一个或者多个流体通道和大量液压流体，以向下传递 给吊杆执行用的控制输入。然而，必要的通道连接阻止控制阀落于 平台和它的保护衬垫内部。此外，因为控制输入机构必须与控制组 件直接物理接触，目的是按照控制输入来启动阀，所述控制输入机 构也必须位于平台和保护衬垫的外部。因此，工人可以到达保护衬 垫的外部来启动控制输入机构，如果他们违反了联邦安全规程和雇 员安全规章在带电电线区域内工作，从而将他或她暴露在可能发生 的电击中。连接着控制输入机构的所述控制阀通常由导电材料制成。此外，控制阀可被置于紧密靠近前述使用的以加强吊杆末端的 导电结构性支撑材料的位置。
因此，尽管前述绝缘的吊杆部分确实通过吊杆和机动底座防止 放电，但是它不会防止通过吊杆末端的导电结构性材料、通过控制 阀、和通过控制输入机构直接的放电。例如，放电路径会从未保护 的第一导体到吊杆头处的任何元件，到吊杆头处的任何其它元件， 包括控制输入机构，到没有带橡胶手套的工人，以及到第二未保护 的导体。应当认识到绝缘的吊杆部分没有提供保护来防止这种或者 类似的放电路径。
为了将受伤的危险降到最低，按照有效的政府规章，比如那些 由职业安全与卫生管理局(OSHA)所公布的和由雇主所采用的安 全作业规章，操作员必须总是与电线保持安全距离。此外，如果有 电接触或者距电最近的可能，操作员必须使用适当的保护性设备来 提供防止电伤的初级保护。当操作员或者吊杆头处的元件与另 一 电 线、地面或者电极接触或者距其最近时，空中设备不会提供保护来 防止与放电电线的接触或者离其最近。如果这样的接触或者接近发 生，吊杆头处的所有元件，包括控制设备，会带电。应当理解，没 有任何发明会彻底防止电气事故。然而，本发明可以提供比现有设 计更好的保护，防止工人因其行为不符合政府规章和安全作业规章 而承受的电伤。
因此，由于技术上和新的可用材料的改进，现在存在机会改进 空中作业平台组件，在没有遵守规章和安全规章时，改进的空中作 业平台组件可更好地保护工人免受放电损害。虽然各种非金属比如 橡胶、塑料和合成材料可以满足在这样的改进系统中元件的绝缘要 求，但是大多数这样的材料是不适当的。空中作业平台组件的各个 元件必须在结构上强度高并耐用，但是为了操作不能过于庞大和笨重。因此理想的解决方案是建造这样一种空中作业平台组件，除了 比现有技术组件的结构有更高的成本效率外，它使重量轻、结构刚 性、耐用和基本不导电的零件的数量最大化。从下述说明书，可以 看到本发明实现了所有这些目的。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供使用非导电复合材料的空中作 业平台组件。
本发明的另一个目的是提供一种空中作业平台组件，它更换了 组件中最多的金属零件以减少或者消除导电性。
本发明的又一个目的是提供在重量上比传统设计更轻的空中作 业平台组件。
本发明的另一个目的是提供一种保持所需结构整体性并降低制 造成本及维修成本的空中作业平台组件。
因此，提供一种空中作业平台组件，包括平台轴保持组件；连 接到平台轴保持组件的安装支架；和连接到安装支架的平台；其中 所述平台轴保持组件、安装支架和平台由含有织物加强树脂的相同 的或者不同的复合材料制成。可选择地，所述织物加强树脂包括具 有一致的三维织法的预成型织物，而且所述树脂是从环氧树脂、环 氧乙烯基酯树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂和酚醛树脂中任一选择 的绝缘树脂。


图l描述有车辆、转盘、吊杆组件和平台的传统空中设备的正 视图。
图2是现有技术空中作业平台组件的分解视图。 图3A和3B分别是按照本发明的空中作业平台组件的优选实施方案的组装图和分解图。
图4A和4B是安装支架子组件的详图。
图5A和5B是阀支架组件和它的结构的详图。
具体实施例方式
在组装和操作本发明中使用但对于本领域的那些普通技术人员 熟知的并且不具有新颖性要点的具体特征，比如螺钉、螺栓、螺母、 焊接件和其它普通的紧固件，为了清晰起见不画出。为了认识本发 明的新颖性和它在现有设计上作出的改进，首先参照图l和图2对 现有技术作出详细说明，随后是本发明的各个实施方案的说明。在 认识到许多其它的现有技术空中结构的变体同样适合于应用本发 明的前提下，下述的说明重点在于一个现有技术结构，特别是具有 铰接空中设备。
I.空中设备的现有设计
现在更详细地参照附图，特别是图1，现有技术中熟知的铰接 空中设备组件10被安装在多用途车辆50的底座。固定基座11被 安装在车辆底座中正好位于驾驶室后面的位置。安装在基座11上 用于转动的是支撑转盘13的转动系统12。为了将空中设备10转动 到各种位置，转盘13通过驱动马达(没有画出)绕垂直旋转轴线 进行转动。根据设备的具体功能，车辆50也可以包含薄皮箱51和 机柜52。
所述空中设备包括由下方吊杆M和上方吊杆15组成的铰接吊 杆组件。下方吊杆14的底端通过位于下方吊杆枢轴16的水平销， 枢轴地连接有转盘13。下方吊杆14通过液压缸17可以围绕下方吊 杆枢轴16的轴线上下转动，所述液压缸的底端相对于转盘13进行 枢轴转动并且它的活塞杆端相对于下方吊杆14上的支架进行枢轴转动。
下方吊杆14的顶端在铰接点或关节18处枢轴连接有上方吊杆
15的底端。水平枢轴19形成转动轴线，上方吊杆15能够绕着该转动轴线相对于下方吊杆进行关节式地连接。上方吊杆15相对于下方吊杆14的运动是通过传动杆22实现的，通过上方吊杆气缸23操作传动杆22。传动杆22通过固定在上方吊杆15底端的上方吊杆传动焊件24进行啮合，所述传动焊件充当链轮齿，于是传动杆22的运动引起上方吊杆传动焊件24的转动和上方吊杆15的关节联接。优选地，上方吊杆15能够相对于下方吊杆14以大的铰接角转动。在本发明的优选形式中，这个铰接角超过180度并且可以到达360度。铰接的空中设备10和吊杆组件的进一步详情在美国专利US4602,462中有描述，该专利的公开内容通过引用在此结合。在它的顶端或者在平台轴保持组件25处，上方吊杆15运载一个或者多个平台20。在下方吊杆14和上方吊杆15的所有位置，操作传统的调平系统(没有画出)来维持平台20对地水平。
空中设备IO具有存放位置，在该位置下方吊杆14和上方吊杆15并靠着并且成水平。在所述存放位置，下方吊杆14被降到卡车50上。上方吊杆15被降到零度联接角并停靠在安装于转盘13 —侧上的上方吊杆支撑(没有画出)上。可选择地，驾驶室防护罩(没有画出)可以伸到驾驶室顶部上方以提供工人能够出入平台20的便利面。
图2是现有技术的空中作业平台组件的分解视图，该组件通常具有固定到上方吊杆15的平台轴保持组件25，安装支架26，和平台20。平台轴保持组件25通常由钢或者铝制成并含有轴承27，所述轴承可转动地支撑从安装支架26伸出的钢轴28。调平系统29通常由链及链轮齿系统组成，它可操作地连接到在平台轴保持组件25内的轴28，以保持平台20在使用过程中对地水平。这样的调平系统29的一个例子在美国专利US5,944，138中有描述，该专利的公开内容通过引用在此结合。平台20通常由玻璃纤维材料制成，并且通过螺栓或者销穿过适当的配合孔被连接到安装支架26。液压控制阀30和工具口优选通过螺栓连接到平台安装支架26。控制手柄31以本领域熟知的方式连接到液压控制阀30，沿着液压管(没有画出)来操作上下吊杆气缸17， 23，所述液压管提供流入流出阀30的液压油。各种平台盖32由ABS塑料制成并被设计和放置成防护各种金属元件，比如安装支架26和控制阀30，与外界物体进行接触。安装支架26也可以包括绳索连接孔(没有画出)，工人在平台20内时可以将安全绳系到绳索连接孔。如前所述，平台20通常需要可拆卸的绝缘衬垫34，目的是在发生与未保护电线的不预期接触时为工人提供二级保护层。需要指出图2中平台轴保持组件25被设计成双面的，从而根据当时的具体需求，平台20和安装支架26可被安装在平台轴保持组件25的任一侧。
II.优选的复合材料
正如从现有技术的前述说明中能够看到的，金属元件的使用是大量的。用绝缘复合材料替换这些零件会带来许多好处。例如，复合材料通常比钢重量轻。更轻的元件在车辆上需要更少的配重，使得吊杆及平台有更大的侧边范围，允许在平台内更大的工人和工具容积。此外，重量的任何减轻会导致调平系统和其它机械系统的尺寸减少，进一步节约生产成本。复合材料能够设计成不导电的，这基本上减少或消除空中作业平台组件内的潜在电流路径。此外，所需的任何盖子都可能进行设计，做为在改进组件中采用的结构件的整体部分。最后，由于复合零件不会生锈的事实，减少了零件所需的维修。然而，使用复合材料存在许多可能的缺陷。第一，保守的工程实践比使用延展性材料有关的实践需要执行更高的设计安全因素。第二，复合材料在试图设计完整的元件时需要更复杂的零件设计，这正好与用于同一目的的各种焊接金属零件的简单特性相反。另外，就工具成本和最终的零件成本来说，复合材料的成本通常比钢的高。最后，对传统由钢和铝制成的系统采用复合材料会受到那些要改变传统方法和材料很迟缓的工厂和消费者的抵制。
不过，发明人在此确定， 一些优选复合材料当在空中作业平台组件的元件的制造中使用时具有出众的组合效果。正如本领域已知的，大多数"传统的"纤维加强型复合材料由加强纤维组成，比如玻璃纤维或凯夫拉尔@以及聚酯或环氧树脂的周围基质。这些材料一般通过层压几层纺织物、通过细丝缠绕或者通过交叉放置连续的细丝纤维带形成。然而，这些传统的层压结构经常遭受分层和最终故障的发展趋势。因此，作出努力来发展三维编织的"预成型品"作为层压复合结构中固有分层问题的解决方案。例如，美国专利
US5,085，252和US5,465，760描述了形成各种截面形状的和多层三维织物的方法，这两篇专利通过引用在此被结合。应用这些方法的产品由3TEX公司以商标"3WEAVE "和"3BRAID "在http:〃www.3tex.com出售。当这些类型的预成型品与各种已知树脂一起使用时，就能够控制机械性能比如弯曲(硬度)，抗拉强度，压縮强度，剪切和其它。此外，依发明人的经验，体现这些三维编织方法的预成型品的使用比编织的织物或粗纱布特别是使用非导电树脂的使用，即由Reichhold Chemicals公司以商标Hydrex⑧出售的树脂的使用具有更多有利的机械特性。已经发现编织的预成型品，即3TEX的3BRAK)tm和3WEAVETm材料，特别适合于那些复
杂并需要织物的高度一致性和渗透性的零件的成型，这从下述优选和替换实施例的说明是很明显的。III.应用复合材料的本发明
参照图3A和3B，分别表示的是本发明的优选实施例的组装和分解视图。图4A到5B进一步提供了在图3A和3B中画出的子组件的详图。尽管看起来和图l和图2的现有技术有许多相似，本发明在下述方面有重大不同。
第一，本发明包括由前面所述的编织纤维预成型品和树脂复合材料制成的平台轴保持组件100，该组件允许更富有特征的设计。平台轴保持组件100包括两个用于安装枢轴102的同心孔，枢轴102从新设计的平台安装支架101伸出。平台轴保持组件100还包括轴轴承27和用于允许调平系统29进入的端部开口。所述端部开口在操作过程中易于被端盖107覆盖。
正如在图4A和4B中更清楚地描述的，安装支架101是通过将两个初级复合材料构件，即上角撑板120和中心角撑板121，利用粘结剂比如甲基丙烯酸甲酯粘结到一起形成的。中心角撑板121和上角撑板120也包括要粘结枢轴102的水平部分。枢轴102由钢或铝柱体制成。中心角撑板121也被粘结到下方管122，该管通过下平台销106连接到平台104，最佳如图3A至4B所示。上角撑板120和中心角撑板121都由前述绝缘复合材料制成，该材料的纤维一般平行于每一个件的纵轴线延伸。上角撑板120具有两个在同心凸耳(boss)截止的水平臂，两个上平台销105穿过所述凸耳安装到平台104的上部。平台支架罩123和平台支架挡板124，如图4B所示，利用比如甲基丙烯酸甲酯的剂被粘结到支架组件上。
平台104也由复合材料制成，所述复合材料含有真空注入树脂的三维编织预成型品。重要地，因为复合材料的优越特性，平台104比现有设计强度更高、重量更轻并更具有刚性。优选地，每一个平台销105和106也由复合材料形成，进一步使平台104和工人与可能的电击隔离。
控制阀30，带有相关的控制手柄31，被组装到阀支架103，阀支架由前述绝缘复合材料制成并用螺栓固定到平台安装支架101。液压管110以普通方式被连接到控制阀30并且如现有技术那样沿着上方吊杆15的路线。
平台支架101也包括用作液压管110， 10!的通道的上开口区。如上述，平台支架101和平台104之间的界面利用两个能够容易卸下的上平台销105，使得平台104在下平台销106上转动并向下倾斜，于是允许水和碎屑从平台104卸下并允许接近控制阀30进行维修。
如对本领域的普通技术人员变得明显的，前述设计特征提供了克服现有技术的空中技术的一系列优点。第一，在绝缘方面，因为在制造复合材料和元件中使用的树脂是非导电的，所有由这样的材料制成的零件提高了整个组件的电气安全。就重量而言，使用由本发明人在原型中获得的实际数据，安装支架101意味着比现有支架26和平台盖32节省重量30%。类似地，平台轴保持组件100意味着在不需要上方吊杆15盖住新的平台轴保持组件100的地方节省至少10磅。此外，复合材料平台安装销105和106比现有设计中使用的拉-销斗附件少大约40%的重量。
采用三维编织的预成型织物的前述零件的结构整体性也基本上得到改进，正如由本发明人作出的有限元分析所证明的。具体地，结构件更少地倾向于灾难性故障，因为当大量的件在很大程度上保持原样并能够支撑远超过通常操作条件的负荷时，这样的件在表面处更可能分裂。另外，零件内部的相容性大大地改进了，特别是在轴102内，因为在使用钢或铝气缸136来配合调平系统链轮齿29并保持由轴承27支撑时，依旧能够获得复合材料的所需特征。
最后，减少组件的总制造成本，并且增加了制造的容易程度，因为在复合材料零件的所需制造中有相应的减少。重要地，在制造的组件数量随时间增加时，希望这些趋势得到改进。
尽管已经画出并描述了本发明的示例性实施例，没有必要脱离本发明的精神和范围，本领域的一名普通技术人员可以作出许多变化、改进和替换。例如，本发明没有严格限于使用那些比如此处描述的关节式或伸缩式空中设备。任何需要将操作员放置在电绝缘的平台内的装置都可以通过添加要求权利的使用复合材料的空中作业平台组件得到改善，比如挖掘起重机的情况。此外，应当理解，任何由纤维加强树脂制造的并符合所需结构标准的单一零件，会给整个吊杆组件带来好处，而且落入本发明的范围。类似地，应当理解，每一个或者任一个前述零件，比如(仅是举例，不做为穷举的
列表)平台轴保持组件100，安装支架101，或者平台104根据它们要经受的操作条件可以由不同规格的织物和树脂制成。
权利要求
1、一种空中作业平台组件，包括(a)平台轴保持组件；(b)连接到所述平台轴保持组件的安装支架；和(c)连接到所述安装支架的平台；其中所述平台轴保持组件由含有第一织物加强树脂的复合材料制成。
2、 如权利要求1所述的组件，其中所述安装支架由第二织物加 强树脂制成。
3、 如权利要求1所述的组件，其中所述平台由第三织物加强树 脂制成。
4、 如权利要求1所述的组件，其中所述织物加强树脂包括具有 一致的三维织法的预成型织物。
5、 如权利要求1所述的组件，其中所述树脂是从下述组中选择 的绝缘树脂，所述组由环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、乙烯基酯树 脂、聚酯树脂和酚醛树脂组成。
6、 一种空中作业平台组件，包括(a) 平台轴保持组件；(b) 连接到所述平台轴保持组件的安装支架；和(c) 连接到所述安装支架的平台； 其中所述安装支架由含有第一织物加强树脂的复合材料制成。
7、 如权利要求6所述的组件，其中所述平台轴保持组件由第二 织物加强树脂制成。
8、 如权利要求6所述的组件，其中所述平台由第三织物加强树脂制成。
9、 如权利要求6所述的组件，其中所述织物加强树脂包括具有 一致的三维织法的预成型织物。
10、 如权利要求6所述的组件，其中所述树脂是从下述组中选 择的绝缘树脂，所述组由环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、乙烯基酯 树脂、聚酯树脂和酚醛树脂组成。
11、 一种空中作业平台组件，包括(a) 平台轴保持组件；(b) 连接到所述平台轴保持组件的安装支架；和(c) 连接到所述安装支架的平台； 其中所述平台由含有第一织物加强树脂的复合材料制成。
12、 如权利要求11所述的组件，其中所述平台轴保持组件由第 二织物加强树脂制成。
13、 如权利要求11所述的组件，其中所述安装支架由第三织物 加强树脂制成。
14、 如权利要求11所述的组件，其中所述织物加强树脂包括具 有 一 致的三维织法的预成型织物。
15、 如权利要求11所述的组件，其中所述树脂是从下述组中选 择的绝缘树脂，所述组由环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、乙烯基酯 树脂、聚酯树脂和酚醛树脂组成。
16、 适用于与空中设备上的吊杆一起使用的平台轴保持组件， 其中所述平台轴保持组件由织物加强树脂制成。
17、 如权利要求16所述的平台轴保持组件，其中所述织物加强树脂包括具有一致的三维织法的预成型织物。
18、 如权利要求16所述的平台轴保持组件，其中所述树脂是从 下述组中选择的绝缘树脂，所述组由环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、 乙烯基酯树脂、聚酯树脂和酚醛树脂组成。
19、 适用于与空中设备上的平台一起使用的安装支架，其中所述安装支架由织物加强树脂制成。
20、 如权利要求19所述的安装支架，其中所述织物加强树脂包括具有一致的三维织法的预成型织物。
21、 如权利要求19所述的安装支架，其中所述树脂是从下述组 中选择的绝缘树脂，所述组由环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、乙烯 基酯树脂、聚酯树脂和酚醛树脂组成。
22、 适用于与空中设备上的吊杆一起使用的平台，其中所述平 台由织物加强树脂制成。
23、 如权利要求22所述的平台，其中所述织物加强树脂包括具 有 一 致的三维织法的预成型织物。
24、 如权利要求22所述的平台，其中所述树脂是从下述组中选 择的绝缘树脂，所述组由环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、乙烯基酯 树脂、聚酯树脂和酚醛树脂组成。
全文摘要
提供一种空中作业平台组件，包括平台轴保持组件；连接到平台轴保持组件的安装支架；和连接到安装支架的平台；其中所述平台轴保持组件、安装支架和平台由含有织物加强树脂的相同或者不同的复合材料制成。可选择地，所述织物加强树脂包括具有一致的三维织法的预成型织物，而且所述树脂是从环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂和酚醛树脂中任一选择的绝缘树脂。
文档编号E06C5/00GK101495711SQ200680007460
公开日2009年7月29日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年2月10日
发明者D·J·希金斯, R·麦金尼 申请人:阿尔泰克工业公司