專利名稱：一種桁架結構的制作方法
相關申請的交叉引用本專利申請是1997年1月13日提交的，申請?zhí)枮?8/782,329的專利申請的部分繼續(xù)申請，而該申請又是1996年11月4日提交的，申請?zhí)枮?8/743,388的專利申請的部分繼續(xù)申請。
技術領域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種由復合材料制成的多用電桿。
2．相關技術介紹多用電桿通常由緊固在地面內(nèi)的木桿構成。多用電桿一般具有用來支承多根電力線的若干個臂。持續(xù)地暴露在苛刻的環(huán)境條件下將使木桿腐爛和損壞。為了防止發(fā)生腐爛，往往將木桿用碳基材料(例如瀝清)進行處理。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，最常用的木處理材料對環(huán)境是有害的。此外，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，大量的電流漏入地面，從而降低了電力系統(tǒng)的能效率。
為了提高多用電桿的壽命，已經(jīng)安裝了金屬桿。金屬桿很容易導電，并且通常將產(chǎn)生一個對于維修的公務人員來說是不安全的環(huán)境。此外，金屬桿和木桿都比較重，一般需要使用起重機來提升和安裝電桿。
授于McCombs的美國專利(專利號為5,175,971)中公開了一種中空的多用電桿，該電桿是由一種復合材料(例如一種浸漬了玻璃纖維的樹脂)制成的。McCombs電桿具有一個位于一個六角形的主電桿內(nèi)的六角形的襯管。外部的主電桿具有多個可使臂附件固定于電桿上的鳩尾槽。此外，這些鳩尾槽也可使公務人員容易爬上電桿。但是，這些鳩尾槽也產(chǎn)生了許多位于與主電桿的較薄的頸部相鄰接處的圓指。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當制作該復合材料的多用電桿時，樹脂和玻璃纖維將不會均勻地流入到主電桿的頸部和指部中。這種不均勻的樹脂流動和玻璃纖維的分布將會使電桿的結構堅固性降低。圓指部分也將增加可能為40英尺長的多用電桿的厚度和重量。
中空的多用電桿具有相當?shù)偷膹澢团まD(zhuǎn)剛度。這種相當?shù)偷膭偠缺仨氂幂^厚的壁來補償。但是，壁厚的增加將使電桿的重量增加。因此，提供一種能有效地由一種復合材料制成，并且相當堅固而重量又輕的多用電桿將是所希望的。
風力發(fā)電機通常包括一個或多個與發(fā)電機相連接的葉片。當葉片由風力所轉(zhuǎn)動時，發(fā)電機將產(chǎn)生電力。為了給葉片提供一個距離，通常通過一個鋼的桁架結構把發(fā)電機架高。該桁架結構必須非常堅固，足以支承起相當重的發(fā)電機。當桁架和發(fā)電機受到風力時，作用在桁架上的負載還將增加。因此，一般通過多根與桁架相連接并且系緊在地面上的導向索來使桁架結構穩(wěn)定。
發(fā)電機必須定期地降低到地面上以便對該裝置進行修理或維護。桁架結構必須具有多個鉸鏈，以便使發(fā)電機可以降低到地面上。發(fā)電機一般可以通過拉動一根導向索來使其降低。把一個相當重的桁架結構移到地面上可以為進行這項工作的人員創(chuàng)造一個安全的工作條件。因此，提供一種重量輕又足以支承一個例如風力發(fā)電機這樣的裝置的桁架結構將是所希望的。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個實施例示出了一個具有一個六角形的外表面和一個圓形的內(nèi)通道的組合的多用電桿以及其他用途。
附圖簡介對于在本技術領域的普通技術人員來說，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點在閱讀了下面的詳細說明和附圖以后將變得一清二楚，附圖中

圖1是本發(fā)明的電話桿一個透視圖；圖2是電話桿的一個剖面圖；圖3a,3b,3c和3d是電話桿的另一個實施例；圖4a是臂連接組件的一個分解圖；圖4b是臂固定架的一個透視圖；圖5是連接在電話桿的上部的一個臂的分解圖；圖6是一個透視圖，圖中示出了與多用電桿相結合的一個手攀爬裝置和一個腳攀爬裝置的透視圖7是示出多用電桿的復合材料的編排的一個頂視圖；圖8是一個分層布置的電桿的一個透視圖；圖9是示出該桿的各層的透視圖；圖10是一個具有光學纖維元件埋置于其壁中的電桿的剖視圖；圖11是一個透視圖，圖中示出了插入到編織的保護套中的一個內(nèi)模具；圖12是一個透視圖，圖中示出了一個內(nèi)模具和通過一個外模具拉出的編織的保護套；圖13是一個透視圖，圖中示出了多個在桁架結構中的梁，該結構支承著一個風力發(fā)電機；圖14是一個透視圖，圖中示出了把組合梁在桁架結構中連接在一起的連接器；圖15是一個與圖11類似的透視圖，圖中示出了在一個梁保護套中形成的一個曲率；圖16是梁的另一個實施例的剖視圖；圖17是梁的另一個實施例的頂視圖；圖18是圖17中的梁的一個擴大的剖視圖；圖19是多用電桿的一個側視圖；圖20是用于多用電桿的一個連接插塞的透視圖；圖21是連接在多用電桿的第一組合梁上的連接插塞的透視圖。
發(fā)明詳述詳細地參看用標號標注的附圖，圖1示出了本發(fā)明的多用電桿組件10。桿組件10的各個元件是由一種復合材料(例如玻璃纖維增強的樹脂)制成的。通常復合材料的外表面是光滑的，以致動物都不能爬上該桿。另外，復合材料不會攜帶細菌或產(chǎn)生可能會傷害維護和修理該桿的公務人員的裂縫。復合材料還是一種絕緣材料，它將大大減少漏到地面的電流量，從而增加了電力系統(tǒng)的能效率。復合材料的桿組件通常不受腐蝕性的周圍環(huán)境的影響并且不易被雷電所擊中。復合材料上還可以纏繞一種含有能提供太陽能防護的紫外線添加劑的布。
組件10包括與一個套管14相連接的一個電桿12。套管14具有一個底座16，該底座可以埋入地下或者可以用螺栓固定在基礎上，以便將12固定。或者，電桿12也可以用螺栓固定。套管14最好一個內(nèi)腔，該內(nèi)腔具有與電桿12相同的形狀，以便電桿12可以滑入或在套管14上打滑。組件10通常還包括若干個用來支承電線的臂18。組件10還可以具有一個頂蓋22。頂蓋22的形狀可以是錐形，以防止鳥類在電桿上棲息。頂蓋22還可以具有一個插入在電桿12中的內(nèi)唇26。
圖2示出了電桿12的一個最佳實施例。電桿12具有一個三角形的第一組件26，該組件具有一個內(nèi)通道28。內(nèi)通道28由相交于相應的頂點36,38和40處的三個壁30,32，和34所限定。在內(nèi)通道28內(nèi)部的是一個三角形的第二組件42。第二組件42也具有一個內(nèi)通道44，該內(nèi)通道由相交于相應的頂點52-56處的三個壁46-50所限定。第二組件42的頂點52-56與第一組件26的壁30-34相交，使得壁46-50穿過內(nèi)通道28延伸。在該最佳實施例中，頂點52-56與壁30-34的中點相交。壁30-34可以有杯形座58，這些座可以使第二組件42固定在內(nèi)通道28中。
第二組件42的壁46-50為第一組件26提供了支撐結構，并且提供了一個剛度相當大的組合的多用電桿。電桿的剛度使得組件可以使用比沒有這種橫撐的電桿更薄的壁來制造。這種薄壁可以產(chǎn)生一個重量相當輕的電桿。電桿的剛度還可以通過把第三和第四三角形組件60，62套裝在第二組件42內(nèi)而增加。各組件的內(nèi)部空間可以用泡沫材料64充填，從而進一步增加了電桿的結構堅固性。組件的各元件可以用一種固化薄膜，粘合劑(或者把電桿的各種零件連接在一起的其他方法)連接在一起。
圖3a和3b示出了組件的另外一些實施例，其中第一組件26′和26″分別具有凹形和凸形的壁。凹形/凸形的壁可以提供流線型更好的電桿，這種電桿可以受到較小的風的切力。圖3c示出了另一個實施例，其中第二組件42′具有一個六角形的剖面。圖3d示出了又一個實施例，其中包括一對矩形的件26a和42a。
圖4a示出了一個可以與電桿12相連接的臂連接組件70。該組件包括一個具有兩個十字梁74和76的連接件72。連接件72通過一個緊固件78固定在一個電桿壁上。連接件72具有多個腿部80，它們與電桿的壁相鄰并且可以防止梁74和76相對于電桿12的轉(zhuǎn)動。18通過一對緊固在梁74和76上的夾板82被夾緊在連接件72上。連接件72，臂18和夾板82都可以由復合材料制成。圖4b示出了一個用帶子固定在電桿12上的臂固定支架83，該支架支承著一個以某個角度從電桿12伸出的臂18。
圖5示出了具有一個插入在電桿12內(nèi)的頂蓋84的另一個電桿組件，該組件具有一對從一個底座部分88伸出并且可用來支承電線的臂86。
圖6示出了一個手攀爬裝置90和一個腳攀爬裝置92，這些裝置可以由公務人員使用以便攀登電桿12。攀登者通常分別為每個手和腳分開使用手攀爬裝置90和腳攀爬裝置92。每個裝置具有一對從底座部分96伸出的腿部94。這些裝置的尺寸和剛度應使腿部94能卡緊在電桿12上，并且能保持攀登者的位置。為了松開并且移動手裝置90，攀登者可以拉動手柄98，使相鄰的腿部94從桿壁上離開。同樣，通過拉動一個腳平臺100，使相鄰的腿部從桿上離開，并且使腳裝置從桿壁上松開，就可以使腳裝置相對于桿移動。裝置90和92具有足夠的彈性，以便當公務人員松開手裝置/平臺時，可以彈回原處并夾緊電桿12。攀登者可以通過連續(xù)不斷地拉動，移動和松開裝置90和92來約略計量該桿的尺寸。
圖7示出了用來制作復合材料的一個最佳實施例。該復合材料具有一條基本上與第二加強材料帶112相平行的第一加強材料帶110。然后將第三加強材料帶114在該兩條帶之間以一種能產(chǎn)生多個三角形的方式進行編排或綁結。第三帶114為第一和第二帶110和112提供了支撐結構。該樹脂浸漬的加強材料通常是一種玻璃纖維或其他常規(guī)的復合加強材料。加強材料通常用樹脂進行浸漬。該復合材料通常是通過擠壓或拉制工藝形成電桿構件的形狀。
圖8和9示出了另一個分層布置的電桿121的實施例。電桿121可以制成為120英尺(或以上)的長度，從而提供了一個大大接長的通用組件。電桿121可以制成三個具有遞減的剖面的分層布置的部分120,122和124。還可以增加更多的層數(shù)。將電桿分層布置可以減少重量并且不會損害電桿的結構堅固性。
圖10示出了另一個具有埋置在壁30-34內(nèi)的光纜126的桿的實施例。這些光纜通常沿著桿的長度布置。
圖11和12示出了利用拉伸工藝制成一個多用電桿的最佳方法。最初，將編織和/或針織的纖維(例如玻璃纖維)制成一個保護套200。然后將內(nèi)模具202放入保護套200內(nèi)。保護套200的每端具有一根繩204，該繩最好由KEVLAR材料制成。拉伸繩204，以便使保護套200伸長并使纖維處于受拉伸狀態(tài)。
由一個拉制機將內(nèi)模具202和受拉伸的保護套200通過一個樹脂槽206和一個外模具208。最好使內(nèi)模具202和外模具208處于加熱狀態(tài)，以便使樹脂形成其最后形狀。拉制工藝/噴射系統(tǒng)18將樹脂浸漬到受拉伸的編織保護套200中。使受拉伸的浸漬了樹脂的保護套硬化，以便形成一個拉制件212。保護套200的預拉伸增加了件212的剛度。隨后將拉制件212加工成各個多用電桿件，然后將它們進行裝配，以便形成多用電桿。
圖13示出了從多個組合梁302裝配而成的桁架結構300。結構300可以包括三個通過連接器304而連接在一起的單個的組合梁302。每個組合梁302沿著其縱向軸線具有一個曲率。連接器304除了可以連接組合梁302以外，還可以在梁302之間分配載荷。
圖14示出了連接器304的一個實施例。連接器304包括用來容納復合梁的余隙孔306。這些梁可以通過施加在孔306的內(nèi)表面上的粘合劑308而連接在連接器304上。在一個實施例中，連接器304由一種復合材料所制成。
參看圖13，桁架結構300可支承一個風力發(fā)電機300。發(fā)電機300可以由一個連接在梁302上的平臺312所支承。發(fā)電機300具有多個由風力使之轉(zhuǎn)動的葉片314。葉片314的轉(zhuǎn)動可以驅(qū)動一個發(fā)電機(未示出)，發(fā)電機以在本技術領域內(nèi)眾所周知的方式產(chǎn)生電力。桁架結構300通常在地面316的上方100英尺(或以上)處支承發(fā)電機100。
結構300可以通過多根固定在地面316上的導向索318系緊。梁302中的兩個梁可以通過鉸鏈320固定在地面316上，這樣操作者就可將導向索318松開并將發(fā)電機310下降到地面316上。其余的梁302可以由一個銷(未示出)連接，該銷可以取出，以便允許該其余的兩個梁302的轉(zhuǎn)動。
圖15示出了用于產(chǎn)生曲線的組合梁302的方法。最初，應提供一個具有一對拉帶324和326的編織保護套322。保護套322放在模具328的上面。然后，以相反的方向拉動拉帶，使得編織保護套322的一側處于受拉狀態(tài)，而保護套322的另一側處于受壓狀態(tài)。作用在編織保護套322上的偏心的拉力使得在合成梁桿上形成一個曲率。將該桿按時進行切削，以便形成各個梁302。在這種情況下，使保護套322通過一個樹脂槽(未示出)和一個拉制模(未示出)。
圖16示出了組合梁350的另一個實施例，該組合梁在梁350的第一側354內(nèi)具有一個第一材料352以及在梁350的第二側358內(nèi)具有一個第二材料356。第一材料352的熱膨脹系數(shù)可以與第二材料356的熱膨脹系數(shù)不同。作為一個實例，第一材料352可以是一種玻璃纖維織物，以及第二材料356是一種碳纖維織物。
第一材料352和第二材料356可以結合在圖15中所示的保護套322中使用。應對樹脂槽進行加熱以便在第一材料352和第二材料356受拉通過熔槽和拉制模時發(fā)生膨脹。然后使埋入樹脂的保護套322冷卻到環(huán)境溫度。第一材料352和第二材料356以不同的速率進行膨脹和收縮，從而使冷卻后的合成梁具有一個曲率。
圖17示出了多用電桿的組合梁400的另一個實施例。梁400具有一個六角形的外表面402和一個圓形的內(nèi)通道404。作為一個實例，外表面402可以是八角形。提供一個圓形的通道404可以消除在現(xiàn)有技術的非圓形通道中發(fā)現(xiàn)的應力集中點。提供一個六角形的外表面可以使多用梁的重量和材料價格減至最小，并且不會使梁400的結構堅固性有較大的降低。
圖18示出了梁400的剖面。梁400包括多個位于與一對纖維織物408相鄰接的粗紗406。粗紗406可以包括一束位于0°取向的未扭曲的纖維。每個纖維織物408可以包括多個纖維，例如編織或針織的玻璃纖維。這種編織或針織可以是二維或三維的。
一個織物410位于纖維織物408之間。織物410可以由向下分層的連續(xù)(或中斷)的粗紗(它被制成為具有或不具有膠合劑的布)所制成。梁400還可以具有一個外罩412。外罩412可以是一種非編織織物，它包括聚酯，人造纖維，尼龍，碳或其他纖維結構。粗紗408，織物410和外罩412被疊合成為一個保護套，該保護套可以受拉動通過一個樹脂槽和拉制模，以便樹脂414埋入其中。外罩412在拉制過程中將外粗紗406俘獲。外罩412還可以對具有紫外線頻率的能量提供免受其害的保護。梁400可以罩上一個外層416，該外層可以提供保護以免受到紫外線的傷害。
圖19示出了多用電桿組件420的一個實施例。電桿組件420具有一個第一組合梁422和一個第二組合梁424。每個組合梁422和424可以具有一個六角形的外表面和一個圓形的內(nèi)通道，如圖17中所示。第二組合梁424可以提供一個固定在地面上的底座結構。第一組合梁422最好小于第二組合梁，以便減少電桿組件420的上端的重量。較大的第二組合梁424可以提供用來支承電桿組件420的附加強度。梁422和424可以通過一個連接插塞426相連接。
如圖20和21中所示，連接插塞426包括多個連接在一個保持器環(huán)430上的連接梁428。環(huán)430具有多個用來容納梁428的端部的長槽432。梁428和環(huán)430可以粘接在第一組合梁422的外表面上。然后，把插塞426插入第二組合梁424的內(nèi)通道中并且粘接在梁424上。
雖然上面已經(jīng)對示于附圖中的某些典型的實施例進行了說明，但是，應當指出，這些實施例對于公開的本發(fā)明只是說明性的，而決不是對于本發(fā)明的限制。因此，本發(fā)明不受已經(jīng)示出和說明的具體結構和配置的限制，因為，對于那些在本技術領域的普通技術人員來說，可以對本發(fā)明作出各種改變。
權利要求
1．一種電桿，包括一組合梁，其具有一六角形的外表面和一圓形的內(nèi)通道。
2．權利要求1所述的電桿，其中，所述外表面具有一八角形的形狀。
3．權利要求1所述的電桿，所述梁包括埋入一編織的纖維材料內(nèi)的樹脂。
4．權利要求3所述的電桿，其中，所述梁包括一織物。
5．權利要求4所述的電桿，其中，所述梁包括一多股的粗紗。
6．權利要求1所述的電桿，還包括一連接于所述組合梁的連接插塞。
7．權利要求6所述的電桿，其中，所述連接插塞包括多個連接于一保持器環(huán)的插塞梁。
8．一種電桿組件，包括；一第一組合梁，該梁具有一六角形的外表面和一圓形的內(nèi)通道；一連接于所述第一組合梁的連接插塞；以及一連接于所述連接插塞的第二組合梁，所述第二組合梁具有一六角形的外表面和一圓形的內(nèi)通道。
9．權利要求8所述的電桿組件，其中，所述外表面具有一八角形的形狀。
10．權利要求9所述的電桿組件，其中，所述梁包括埋入一編織的纖維材料內(nèi)的樹脂。
11．權利要求10所述的電桿組件，其中，所述梁包括一織物。
12．權利要求11所述的電桿組件，其中，所述梁包括一多股的粗紗。
13．權利要求8所述的電桿組件，其中，所述連接插塞包括多個連接于一保持器環(huán)的插塞梁。
14．一種承重的桁架結構，包括多個組合梁，每個所述組合梁沿其縱向軸線具有一曲率；以及一把所述梁連接在一起的連接器。
15．權利要求14所述的結構，其中，每個組合梁具有一鉸鏈。
16．權利要求14所述的結構，還包括多個連接于所述組合梁的導向索。
17．權利要求14所述的結構，其中，所述連接器粘接在所述組合梁上。
18．權利要求14所述的結構，其中，所述加強件包括一編織的網(wǎng)套。
19．權利要求14所述的結構，其中，每個所述組合梁的所述一側處于受拉狀態(tài)，而所述組合梁的另一側處于受壓縮狀態(tài)。
20．一種風力發(fā)電機結構，包括多個組合梁，每個所述組合梁沿其縱向軸線具有一曲率；一將所述梁連接在一起的連接器；以及一由所述梁支承的風力發(fā)電機。
21．權利要求20所述的結構，其中，每個組合梁具有一鉸鏈。
22．權利要求20所述的結構，還包括多個連接于所述組合梁的導向索。
23．權利要求20所述的結構，其中，所述連接器由一復合材料制成。
24．權利要求20所述的結構，其中，所述連接器粘接在所述組合梁上。
25．權利要求20所述的結構，其中，每個所述組合梁的所述一側處于受拉狀態(tài)，而所述組合梁的另一側處于受壓縮狀態(tài)。
26．一種用于制造一組合梁的方法，包括以下步驟a)形成一具有一第一側和一第二側的編織的保護套；b)把該編織的保護套拉過一樹脂槽和一模具，以便產(chǎn)生一組合梁，其中，所述編織的保護套的所述第一側在受拉狀態(tài)下被拉動，以便在組合梁中產(chǎn)生一曲率。
27．一種用于制造一組合梁的方法，包括以下步驟a)形成一具有一第一側和一第二側的保護套，所述保護套的第一側包括一具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料，所述保護套的第二側包括一具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二材料；b)在一溫度下，把保護套拉過一樹脂槽和一擠壓模具拉出，以便使第一材料和第二材料產(chǎn)生熱膨脹，其中，樹脂被埋入在保護套中；以及c)將保護套和樹脂冷卻，其中，第一材料和第二材料以不同的速率收縮，以便產(chǎn)生一弧形的組合梁。
28．權利要求27所述的方法，其中，第一材料包括玻璃以及第二材料包括碳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用電桿組件(420),該組件具有通過一個連接器(426)連接在一起、以構成第一組合梁(424)的一個六角形的外表面(402)和一個圓形的內(nèi)通道(404)。本發(fā)明還公開了一種桁架結構(300),該結構能夠支承一個例如風力發(fā)電機(310)這樣的裝置。桁架結構(300)可以包括多個通過一個連接器(304)連接在一起的組合梁(302)。每個組合梁(302)沿著其縱向軸線具有一個曲率。
文檔編號E04H12/24GK1313922SQ99809941
公開日2001年9月19日 申請日期1999年7月15日 優(yōu)先權日1998年7月15日
發(fā)明者D·圖爾納, J·A·梅瑟爾 申請人:鮑爾特魯申2000公司