CN111108247B - 作业机械的作业臂 - Google Patents

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Abstract

作业机械的作业臂具备由多个板部件构成的箱型构造体(21)、安装于对置的板部件(22)的一对轴套(30)、以及连结一对轴套(30)的圆筒状的轴套连结部件(42)。轴套(30)具有：轴套主体部(31)，其具有供连结销(48)插通的销插通孔(31a)且在板部件(22)的排列方向上延伸；以及凸边部(32)，其从轴套主体部(31)的外周部向外侧伸出并经由第一焊接部(44)而接合于板部件(22)。轴套主体部(31)由箱型构造体(21)的外表面侧的圆筒状的外侧主体部(33)、内表面侧的圆筒状的内侧主体部(34)构成。轴套连结部件(42)的两端部经由第二焊接部(45)而接合于内侧主体部(34)的端部。内侧主体部(34)构成为其凸边部(32)侧的外径(D2)比外侧主体部(33)的轴向端部的外径(D1)小。由此，能够提高接合轴套(30)和板部件(22)的焊接部(44)的疲劳寿命。

Description

作业机械的作业臂
技术领域
本发明涉及作业机械的作业臂，更详细而言，涉及具备称为轴套的轴承部件的作业机械的作业臂。
背景技术
液压挖掘机等作业机械具备由起重臂、悬臂等构成的作业臂。为了使作业臂动作，液压缸等伸缩部件经由旋转自如的轴(销)安装于作业臂。起重臂、悬臂为呈箱形状的钢板的焊接构造的情况较多。安装有液压缸的旋转轴(销)由称为轴套的轴承部件支撑，该轴套设于构成箱形状的起重臂、悬臂的一部分的侧板。该轴套通过焊接固定于侧板的情况较多。
轴套经由旋转轴(销)承受来自液压缸的各个方向的负载。因此，在接合轴套和侧板的焊接部按照起重臂、悬臂的动作、它们的负载状况等而产生各种应力。作为降低在轴套与侧板的焊接部产生的应力的方法，公知有专利文献1以及专利文献2所记载的方法。
在专利文献1所记载的工程机械的作业机的轴套构造中，一对轴套分别由中心部的轴承部、从轴承部向轴心方向延伸的圆筒部、以及从轴承部沿径向扩展的凸缘部构成。通过接合这些轴套的圆筒部的端面彼此来构成左右对称的中心轴套，在此基础上将中心轴套的左右两侧的凸缘部的周缘部焊接于起重臂的侧板。在该轴套构造中，以确保轴套与侧板的焊接部的良好的焊接品质(减轻焊接部的负担)为目的，切削中心轴套的凸缘部的表面，使凸缘部的周缘部的坡口高度与侧板的板厚相等。
在专利文献2所记载的工程机械的起重臂构造中，通过将形成于轴套的凸缘部焊接于起重臂的侧板来将轴套固定于侧板。另外，在侧板的固定的轴套之间设置用于加强的筒状的连结部件。在该起重臂构造中，以防止应力集中于起重臂的侧板与轴套的焊接部并提高起重臂的信赖性为目的，在凸缘部形成槽状的壁厚调整部，由此使焊接位置处的侧板的壁厚与凸缘部的壁厚相等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－332654号公报
专利文献2：日本特开2012－219441号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1以及专利文献2所记载的现有技术中存在以下课题。
在专利文献1所记载的技术中，通过使轴套的凸缘部和起重臂的侧板的焊接部的厚度与侧板的板厚相等，从而能够使在两者产生的应力的大小大致相等。但是，在焊接材和被焊接材中，疲劳强度不同，焊接材的疲劳强度比被焊接材的疲劳强度小。因此，即便使焊接部与侧板的产生应力的大小大致相同，也会从焊接部产生疲劳裂纹。例如，在由于作用于轴套的载荷而在起重臂的侧板产生面外方向(起重臂的箱形状的内表面侧以及外表面侧的方向)的弯曲变形的情况下，由于使轴套的凸缘部和侧板的焊接部的厚度与侧板的板厚相同，因此在该焊接部以及侧板产生的弯曲应力的大小大致相等。因此，会在疲劳强度更小的焊接部产生疲劳破坏。
在专利文献2所记载的技术中，与专利文献1所记载的技术相同，由于使轴套的凸缘部和起重臂的侧板的焊接部的壁厚与侧板的壁厚相等，因此在两者产生的应力的大小大致相等。因此，会从疲劳强度更小的焊接部产生疲劳裂纹。
本发明是基于上述情况而提出的方案，其目的在于提供一种能够提高接合轴套与板部件的焊接部的疲劳寿命的作业机械的作业臂。
用于解决课题的方案
本申请包含多个解决上述课题的方案，如果举出其中一例，则有如下方案：
一种作业机械的作业臂，其特征在于，具备：箱型构造体，其由多个板部件构成；一对轴套，其安装于上述多个板部件中对置的板部件；以及圆筒状的轴套连结部件，其配置于上述一对轴套之间并连结上述一对轴套，上述一对轴套分别具有：轴套主体部，其具有供连结销插通的销插通孔，且在上述对置的板部件的排列方向上延伸；以及凸边部，其从上述轴套主体部的外周部向外侧伸出，前端部经由第一焊接部而接合于上述对置的板部件，上述轴套主体部由以上述凸边部的位置为边界位于上述箱型构造体的外表面侧的圆筒状的第一主体部、和位于上述箱型构造体的内表面侧的圆筒状的第二主体部构成，上述轴套连结部件的轴向两端部分别经由第二焊接部而接合于上述第二主体部的轴向端部，上述第二主体部构成为其凸边部侧的部分的外径比上述第一主体部的轴向端部的外径小。
发明的效果
根据本发明，由于使轴套的轴套主体部中位于作业臂的箱型构造体的内表面侧的第二主体部的凸边部侧的部分的外径比位于外表面侧的第一主体部的轴向端部的外径小，相应地，轴套的凸边部的面外方向的弯曲刚性变小。因此，可缓和接合作业臂的板部件和轴套的凸边部的第一焊接部的弯曲应力，能够提高该第一焊接部的疲劳寿命。其结果，提高作业机械的耐久性以及信赖性。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明将会更加清晰。
附图说明
图1是表示应用了本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的液压挖掘机的侧视图。
图2是表示包含本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的作业前部体的侧视图。
图3是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的铲斗内表面推压载荷的作用位置和方向以及起重臂缸、悬臂缸所产生的推力的方向的图。
图4是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的铲斗外表面推压载荷的作用位置和方向以及起重臂缸、悬臂缸所产生的推力的方向的图。
图5是从V－V箭头观察图2所示的本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的剖视图。
图6是以放大由图5的符号X所示的构成本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。
图7是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的图3所示的铲斗内表面推压载荷时的变形状态的说明图。
图8是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的图4所示的铲斗外表面推压载荷时的变形状态的说明图。
图9是表示轴套的内表面侧的外径相对于外表面侧的外径的比与轴套的焊接部的疲劳寿命的关系的特性图。
图10是以放大本发明的作业机械的作业臂的第二实施方式中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。
图11是表示轴套主体部的槽底部的曲率半径相对于轴套的凸边部的厚度的比与应力集中系数的关系的特性图。
图12是以放大本发明的作业机械的作业臂的第三实施方式中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。
图13是以放大本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。
图14是以放大本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式的变形例中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。
图15是表示本发明的作业机械的作业臂的第五实施方式的侧视图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的作业机械的作业臂的实施方式进行说明。在本实施方式中，作为作业机械的一例，以液压挖掘机为例进行说明。
首先，使用图1对应用了本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的液压挖掘机的结构进行说明。图1是表示应用了本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的液压挖掘机的侧视图。在此，使用从就坐于驾驶席的操作员观察到的方向来进行说明。
在图1中，液压挖掘机1具备：能够自行的履带式的下部行驶体2；以及经由回转轴承装置5能够回转地搭载于下部行驶体2上，且与下部行驶体2一起构成的车体的上部回转体3。在上部回转体3的前端部，以能够仰俯动作的方式设有作业前部体4。
上部回转体3构成为包括：能够回转地搭载于下部行驶体2上的作为支撑构造体的回转框架6；设置在回转框架6上的右前侧的驾驶室7；设置在回转框架6的后端部的配重8；以及配置在驾驶室7与配重8之间的机械室9。在驾驶室7配置有指示下部行驶体2、作业前部体4等的动作的操作装置、供操作员就坐的驾驶席等(均未图示)。配重8用于与作业前部体4取得重量平衡。在机械室9收纳有发动机、液压泵(均未图示)等。
作业前部体4是用于进行挖掘作业等的多关节型的工作装置，由作为作业臂的起重臂11及悬臂12、以及安装于作业臂的前端的作为作业具(附件)的铲斗13构成。起重臂11的基端侧能够转动地连结于上部回转体3的前端部。在起重臂11的前端部，能够转动地连结有悬臂12的基端部。在悬臂12的前端部，能够转动地连结有铲斗13的基端部。在悬臂12的前端侧与铲斗13之间设有铲斗连杆15。
起重臂11通过一对起重臂缸16(在图1中仅图示出一个)转动。悬臂12通过悬臂缸17转动。铲斗13经由铲斗连杆15并通过铲斗缸18转动。即，起重臂缸16、悬臂缸17以及铲斗缸18构成驱动起重臂11、悬臂12以及铲斗13的驱动装置。在本实施方式中，起重臂缸16、悬臂缸17以及铲斗缸18由液压缸构成。
以下，使用图2以及图5对包含本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的作业前部体的各部的结构进行说明。图2是表示包含本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的作业前部体的侧视图，图5是从V－V箭头观察图2所示的本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的剖视图。
在图2以及图5中，构成作业臂的一部分的起重臂11具备以弓形状弯曲并且在一个方向(在图2中为大致左右方向)上延伸的长尺寸的箱型构造体21。箱型构造体21通过利用焊接来接合多个钢板(板部件)而横剖面呈矩形状的闭剖面构造。具体而言，箱型构造体21由以下各部分构成：在液压挖掘机1(参照图1)的宽度方向(在图5中为左右方向)上隔开间隔地对置并且在一个方向(在图2中为大致左右方向)上延伸的一对侧板22；通过焊接接合于两侧板22的上端侧的上板23；以及通过焊接接合于两侧板22的下端侧的下板24。各侧板22、上板23、以及下板24例如使用由高张力钢构成的钢材。各侧板22、上板23、以及下板24例如接合多个板部件而构成。
如图2所示，在箱型构造体21的基端部(在图2中为左端部)，通过焊接接合有基端侧轴套25。基端侧轴套25支撑连结销(未图示)，该连结销将起重臂11与液压挖掘机1的回转框架6(参照图1)的前端部连结为相对能够转动。在箱型构造体21的前端侧(在图2中为右端部)设有悬臂安装部件26。悬臂安装部件26将悬臂12的基端侧经由连结销28能够转动地连结于起重臂11。
在箱型构造体21的上板23的长度方向的中间部设有悬臂缸第一托架27。悬臂缸第一托架27由在上板23的宽度方向上隔开间隔地对置的一对板部件构成，一对板部件通过焊接接合于上板23。在悬臂缸第一托架27，能够转动地销结合有悬臂缸17的底侧端部。
如图2以及图5所示，在各侧板22的长度方向的中央部，分别设有圆形的轴套嵌合孔22a。在两侧板22的轴套嵌合孔22a，分别通过焊接接合有起重臂中心轴套30。两起重臂中心轴套30通过配置在两起重臂中心轴套30之间的圆筒状的轴套连结部件42连结。两起重臂中心轴套30与轴套连结部件42一起支撑连结销48，该连结销48将一对起重臂缸16(参照图1)的杆侧前端部以相对能够转动的方式安装于起重臂11。起重臂中心轴套30以及轴套连结部件42的详细的构造将于后文叙述。
如图2所示，构成作业臂的一部分的悬臂12具备在一个方向上延伸的长尺寸的箱型构造体51。箱型构造体51通过利用焊接接合多个钢板(板部件)而横剖面呈矩形状的闭剖面构造。具体而言，箱型构造体51由以下各部分构成：在液压挖掘机1(参照图1)的宽度方向上隔开间隔地对置并且在一个方向上延伸的一对侧板52；接合于两侧板52的上端侧的上板53；接合于两侧板52的下端侧的下板54；以及封闭由两侧板52、上板53、下板54形成的基端侧(后端侧)的开口的后板55。各侧板52、上板53、下板54、以及后板55例如使用由高张力钢构成的钢材。各侧板52、上板53、以及下板54例如接合多个板部件而构成。在箱型构造体51的前端部侧设有铲斗连结轴套57。铲斗连结轴套57支撑连结销58，该连结销58将铲斗13与悬臂12连结为相对能够转动。
在构成箱型构造体51的各侧板52的基端侧分别设有凹弯形状的切口52a。在两侧板52的切口52a，通过焊接接合有起重臂连结轴套60。起重臂连结轴套60支撑连结销28，该连结销28将起重臂11的前端部(悬臂安装部件26)与悬臂12的基端侧连结为相对能够转动。在两侧板52的前端侧设有连杆连结轴套(未图示)。连杆连结轴套将铲斗连杆15经由连结销63能够转动地安装于悬臂12。
在构成箱型构造体51的后板55设有悬臂缸第二托架65。悬臂缸第二托架65由在箱型构造体51的宽度方向上隔开间隔地对置的一对板部件构成，一对板部件通过焊接接合于后板55。在悬臂缸第二托架65，能够转动地销结合有悬臂缸17的杆侧端部。
在构成箱型构造体51的上板53的基端侧设有铲斗缸托架66。铲斗缸托架66由在上板53的宽度方向上隔开间隔地对置的一对板部件构成，一对板部件通过焊接接合于上板53。在铲斗缸托架66，能够转动地销结合有铲斗缸18的底侧端部。
作为作业具(附件)的铲斗13具备托架71。托架71由在左右方向上隔开间隔地对置的一对大致板状的部件构成。在托架71，能够转动地销结合有铲斗连杆15的前端部。另外，托架71将铲斗13经由连结销58能够转动地连结于悬臂12的前端侧。
接着，使用图5对构成本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的一部分的起重臂中心轴套以及轴套连结部件的构造进行说明。
在图5中，起重臂中心轴套(以下称为轴套)30分别具有：在起重臂11的两侧板22的排列方向(在图5中为左右方向)上延伸的筒状的轴套主体部31；以及从轴套主体部31的外周部的轴向的大致中间部向径向外侧伸出的圆环状的凸边部32。轴套主体部31和凸边部32例如通过铸造而一体形成。
筒状的轴套主体部31的内周侧成为供连结销48插通的销插通孔31a。轴套主体部31构成为其轴向的长度比凸边部32的厚度大，由以凸边部32的位置为边界位于箱型构造体21的外表面侧的外侧主体部33、和位于箱型构造体21的内表面侧的内侧主体部34构成。
凸边部32的前端部与起重臂11的侧板22的轴套嵌合孔22a的内周缘部对接并经由第一焊接部44而接合于侧板22。凸边部32构成为其前端部的厚度与侧板22的板厚大致相同，作用于轴套30的载荷(力)从凸边部32经由第一焊接部44顺畅地传递至侧板22。另外，凸边部32在其根基部(与轴套主体部31连续的部分)具有箱型构造体21的外表面侧的厚度朝向外侧主体部33(径向内侧)渐増的第一曲面部32b，并且具有箱型构造体21的内表面侧的厚度朝向内侧主体部34(径向内侧)渐増的第二曲面部32c。
轴套连结部件42是具有轴对称的圆环剖面且没有肋等加强部的圆筒状的部件。轴套连结部件42以上述销插入孔31a的轴L一致的方式连结轴套30彼此。另外，圆筒状的轴套连结部件42以其轴与销插入孔31a的轴L一致的方式配置，其内部与销插通孔31a连通。轴套连结部件42的轴向两端部分别经由第二焊接部45接合于轴套主体部31的内侧主体部34的轴向端部。
在轴套30的凸边部32与侧板22的对接部分的箱型构造体21的内表面侧设有垫板部件46。垫板部件46例如是圆环状的部件，以将轴套30焊接于侧板22时的轴套30的凸边部32的定位、防止焊接金属的烧穿为目的而使用。
在此，对起重臂11的箱型构造体21的焊接顺序的一例的概略进行说明。首先，在各轴套30的凸边部32的前端部的内侧主体部34侧焊接圆环状的垫板部件46。在焊接有垫板部件46的两轴套30焊接轴套连结部件42来连结两轴套30。接着，相对于连结后的两轴套30分别从外侧嵌入侧板22。此时，利用垫板部件46使侧板22相对于轴套30的凸边部32定位。接着，相对于侧板22暂时焊接上板23以及下板24，由此形成剖面为矩形状的箱型的构造物。之后，通过从箱型的构造物的外侧进行焊接，从而将两轴套30分别接合于侧板22。此时，利用垫板部件46，可防止焊接金属向箱型的构造物的内部的烧穿。另外，在轴套30的凸边部32与侧板22的焊接时，垫板部件46的一部分熔敷于第一焊接部44。由于焊接轴套30的对象物是箱型构造体21，因此在轴套30的焊接施工后难以除去垫板部件46。因此，在轴套30的焊接施工后，垫板部件46也以局部熔敷于第一焊接部44的状态残留在箱型构造体21的内部。
以下，使用图5以及图6对本实施方式中的轴套的特征部的构造进行说明。图6是以放大由图5的符号X所示的构成本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。此外，在图6中，与图1、图2以及图5所示的符号相同的符号的构件是同一部分，因此省略其详细的说明。
在图5所示的插入于轴套30的销插入孔31a的连结销48的两端部分别安装有起重臂缸16(参照图1)，来自起重臂缸16的载荷经由连结销48作用于两轴套30。在这样构成的情况下，起重臂缸16的安装位置附近的连结销48的两端部侧被特别强有力地按压至轴套主体部31的外侧主体部33的轴向端部的销插入孔31a的内表面(由虚线S所示的部分)。因此，在外侧主体部33的该部分产生比其它部分高的面压。
因此，在本实施方式中，如图6所示，将轴套主体部31的外侧主体部33的轴向端部的外径D1设定为不使外侧主体部33的轴向端部中的销插入孔31a的内表面(由虚线S表示的部分)产生塑性变形那样的外径。即，轴套主体部31(外侧主体部33)构成为，不使销插通孔31a塑性变形地支撑从连结销48承受的载荷。具体而言，将外侧主体部33的外径D1设定为与现有的起重臂中心轴套的外表面侧(外侧主体部)的外径的实际值大致相同。外侧主体部33形成为外径从轴向端部至凸边部32侧的部分大致恒定的圆筒状。
另一方面，在轴套主体部31的内侧主体部34中的销插入孔31a的内表面，不会产生外侧主体部33那么高的面压。因此，将内侧主体部34的凸边部32侧的部分的外径D2设定为比外侧主体部33的外径D1小。内侧主体部34形成为外径从轴向端部至凸边部32侧的部分大致恒定的圆筒状。也就是，内侧主体部34的圆筒部的厚度比外侧主体部33的圆筒部的厚度薄。在现有的起重臂中心轴套中，其内表面侧(内侧主体部)的外径设定为比外表面侧(外侧主体部)的外径大。也就是，本实施方式的内侧主体部34的外径D2比现有的起重臂中心轴套的内表面侧(内侧主体部)的外径的实际值小。
另外，轴套连结部件42的外径D3设定为与轴套主体部31的内侧主体部34(的轴向端部)的外径D2大致相同。即，轴套连结部件42的外径D3比现有的轴套连结部件的外径的实际值小。另外，轴套连结部件42构成为，圆筒部的厚度比内侧主体部34的圆筒部的厚度薄。也就是，轴套连结部件42的内径比内侧主体部34的内径大。
以下，使用图3至图9对本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的作用以及效果进行说明。图3是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的铲斗内表面推压载荷的作用位置和方向以及起重臂缸、悬臂缸所产生的推力的方向的图，图4是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的铲斗外表面推压载荷的作用位置和方向以及起重臂缸、悬臂缸所产生的推力的方向的图，图7是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的图3所示的铲斗内表面推压载荷时的变形状态的说明图，图8是表示本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式的图4所示的铲斗外表面推压载荷时的变形状态的说明图，图9是表示轴套的内表面侧的外径相对于外表面侧的外径的比与轴套的焊接部的疲劳寿命的关系的特性图。图9中，横轴D2/D1表示轴套的轴套主体部的内表面侧的外径相对于轴套主体部的外表面侧的外径的比，纵轴Nf表示第一焊接部以及第二焊接部的疲劳寿命。实线A表示第一焊接部的特性曲线，虚线B表示第二焊接部的特性曲线。
载荷经由连结销48从起重臂缸16(参照图1)作用于图5所示的起重臂11的轴套30。由于该载荷，在轴套30的凸边部32以及起重臂11的侧板22向面外方向(箱型构造体21的外表面侧的方向或者内表面侧的方向)产生弯曲变形，在轴套30的凸边部32以及侧板22产生应力。具体而言，若如图3所示在挖掘作业等在起重臂缸16产生收缩方向推力，在悬臂缸17产生伸展方向推力，在铲斗13作用铲斗内表面推压载荷，则如图7所示，轴套30的轴套主体部31以及轴套连结部件42向上变形为凸形状，从而在构成起重臂11的轴套30的凸边部32、侧板22、上板23、下板24产生面外方向的弯曲变形。另一方面，若如图4所示因按压作业等而在起重臂缸16产生伸展方向推力，在悬臂缸17产生收缩方向推力，在铲斗13作用铲斗外表面推压载荷，则如图8所示，轴套主体部31和轴套连结部件42向下变形为凸形状，从而在凸边部32、侧板22、上板23、下板24产生面外方向的弯曲变形。
若侧板22的弯曲变形过度，则有引起侧板22压曲或者塑性变形的担忧。在本实施方式中，利用轴套连结部件42连结安装于各侧板22上的两轴套30之间，因此可防止侧板22的过度的弯曲变形，且能够防止侧板22的压曲以及塑性变形。
另外，轴套30的凸边部32以及侧板22的弯曲变形使接合轴套30与侧板22的第一焊接部44以及接合轴套30与轴套连结部件42的第二焊接部45也产生较高的应力。第一焊接部44以及第二焊接部45的应力根据起重臂缸16的动作而变动。应力值以及应力变动的重复数若超过固有的阈值则使材料产生疲劳破坏。尤其是公知，在接合被焊接部件的焊接部，由于焊接时的热而产生残留应力、残留变形的情况较多，因此焊接部的疲劳破坏的阈值比被焊接部件的疲劳破坏的阈值小。即，在起重臂11中，第一焊接部44以及第二焊接部45比轴套30的凸边部32、侧板22、轴套连结部件42更容产生疲劳破坏。尤其是，有在局部熔敷于第一焊接部44的状态下的垫板部件46与第一焊接部44的边界部产生疲劳裂纹的担忧。
在本实施方式中，如图6所示，由于将轴套主体部31的内侧主体部34的凸边部32侧的部分的外径D2设定为比外侧主体部33的外径D1小，因此与内侧主体部的外径比外侧主体部的外径大的现有构造相比，轴套30的凸边部32中的内侧主体部34侧的径向长度变长，相应地，凸边部32的面外方向的弯曲刚性变小。因此，由作用于轴套30的载荷产生的面外方向的弯曲变形主要产生在轴套30的凸边部32。其结果，接合凸边部32与侧板22的第一焊接部44中的面外方向的弯曲变形量相对地减少。由此，第一焊接部44中的弯曲应力变小，成为第一焊接部44的疲劳寿命増加的结果。
另外，在本实施方式中，将内侧主体部34的外径D2设定为比外侧主体部33的外径D1小。也就是，内侧主体部34的外径D2比现有构造的轴套的内侧主体部小。因此，轴套30的质量比现有构造的轴套小，能够使轴套30轻型化，其结果，实现起重臂11的轻型化。
并且，在本实施方式中，将轴套连结部件42的外径D3设定为与轴套主体部31的内侧主体部34的外径D2大致相同。也就是，轴套连结部件42的外径D3比现有构造的轴套连结部件小。因此，轴套连结部件42的质量比现有的轴套连结部件小，因此能够使轴套连结部件42轻型化，其结果，实现起重臂11的轻型化。
另外，根据与第一焊接部44以及第二焊接部45的疲劳龟裂相关解析结果来判明以下情况。第一，以垫板部件46与第一焊接部44的边界部为起点使第一焊接部44产生龟裂的应力比使接合轴套30与轴套连结部件42的第二焊接部45产生龟裂的应力小。即，关于应力值，第二焊接部45比第一焊接部44更容易产生疲劳裂纹。
第二，如图9分特性曲线A所示，轴套30的内侧主体部34的外径D2相对于外侧主体部33的外径D1的比(D2/D1)越小，则第一焊接部44的疲劳寿命越长。在此，将外侧主体部33的外径D1限定为能够使销插通孔31a的内表面不塑性变形地支撑连结销48的大小。另外，如图9的特性曲线B所示，D2/D1越小则第二焊接部45的疲劳寿命越短。
在本实施方式中，根据起重臂11的耐久性以及信赖性的观点，优选使D2/D1为0.7以上且小于1.0。若内侧主体部34的外径D2相对于外侧主体部33的外径D1变小，则第一焊接部44的疲劳寿命延长，另一方面，第二焊接部45的疲劳寿命变短。因此，为了将第一焊接部44以及第二焊接部45的疲劳寿命维持在预定的范围，优选上述范围。
另外，容易产生疲劳裂纹的垫板部件46与第一焊接部44的边界部位于起重臂11的箱型构造体21的内部，因此难以进行该部分的检查。通过使D2/D1设为0.7以上且小于1.0，从而能够增大第一焊接部44的强度方面的安全效率，能够抑制疲劳裂纹的产生。
如上所述，根据本发明的作业机械的作业臂的第一实施方式，由于使轴套30的轴套主体部31中位于起重臂11(作业臂)的箱型构造体21的内表面侧的内侧主体部34(第二主体部)的凸边部32侧的部分的外径D2比位于外表面侧的外侧主体部33(第一主体部)的轴向端部的外径D1小，因此相应地，轴套30的凸边部32的面外方向的弯曲刚性变小。因此，可缓和接合起重臂11(作业臂)的侧板22(板部件)与凸边部32的第一焊接部44的弯曲应力，能够提高该第一焊接部44的疲劳寿命。其结果，提高液压挖掘机1(作业机械)的耐久性以及信赖性。
以下，使用图10以及图11对本发明的作业机械的作业臂的第二实施方式进行说明。图10是以放大本发明的作业机械的作业臂的第二实施方式中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图，图11是表示轴套主体部的槽底部的曲率半径相对于轴套的凸边部的厚度的比与应力集中系数的关系的特性图。图11中，横轴ρ/t表示轴套主体部的槽部的底部的曲率半径ρ相对于轴套的凸边部的厚度t的比，纵轴α表示槽部的应力集中系数。此外，在图10中，对于与第一实施方式共同的结构，标注与第一实施方式的情况相同的符号，并省略其详细的说明。
图10所示的本发明的作业机械的作业臂的第二实施方式相对于第一实施方式而言，不同的主要方面有以下三个方面。
第一，轴套30A构成为，轴套主体部31A的内侧主体部34A的外径D2与外侧主体部33的外径D1相同。也就是，内侧主体部34A具有比第一实施方式大的外径。
第二，轴套连结部件42A构成为其外径D3与内侧主体部34A的外径D2大致相同，即与外侧主体部33的外径D1大致相同。轴套连结部件42A具有比第一实施方式大的外径。
第三，在内侧主体部34A的凸边部32侧的外周部，沿凸边部32的根基部设置槽部35。槽部35形成为使轴L与轴套主体部31A的销插入孔31a相同的圆环状。槽部35的底部的直径D4设定为比外侧主体部33的外径D1小。优选使内侧主体部34A的槽部35的直径D4相对于外侧主体部33的外径D1的比D4/D1为0.7以上且小于1.0。
另外，槽部35构成为，底部的剖面形状具有恒定的曲率半径ρ，不会引起应力集中导致的破坏。图11所示的特性图是表示轴套主体部31A的槽部35的曲率半径ρ相对于轴套30A的凸边部32的厚度t的比与槽部35的应力集中系数α的关系的计算结果的图。在本实施方式中，根据防止槽部35的底部的应力集中导致的疲劳破坏的观点，优选设定为ρ/t为1.5以上。该情况下，由于应力集中系数α为1.1以下，因此能够基本上忽视轴套30A的槽部35的疲劳强度的降低。
此外，与第一实施方式相同，外侧主体部33的外径D1设定为不使产生较高面压的外侧主体部33的销插入孔31a的内表面(由虚线S所示的部分)产生塑性变形的外径。
在本实施方式中，由于在轴套30A的内侧主体部34A的凸边部32侧的外周部设置圆环状的槽部35，并且将槽部35的直径D4设定为比外侧主体部33的外径D1小，因此若凸边部32的内侧主体部34A侧的径向长度包含槽部35的部分，则与第一实施方式的构造相同，实质上比现有构造长。因此，轴套30A的凸边部32中的面外方向的弯曲刚性比现有构造小，主要在轴套30A的凸边部32产生面外方向的弯曲变形。其结果，第一焊接部44中的面外方向的弯曲变形量相对减少，相应地，第一焊接部44的弯曲应力变小。因此，成为第一焊接部44的疲劳寿命増加的结果。
根据上述的本发明的作业机械的作业臂的第二实施方式，能够得到与上述的第一实施方式相同的效果。
另外，根据本实施方式，由于将轴套连结部件42A的外径D3设定为比第一实施方式大，因此轴套连结部件42A的弯曲刚性比第一实施方式大。因此，在接合轴套30A与轴套连结部件42A的第二焊接部45产生的应力相应地减少，与第一实施方式相比，能够更加提高第二焊接部45的疲劳寿命。并且，由于轴套连结部件42A的弯曲刚性比第一实施方式大，因此也提高起重臂11的侧板22的压曲裕度。
另外，根据本实施方式，通过在既有的起重臂使用的既有构造的轴套追加加工槽部35，从而能够提高接合追加加工后的轴套与起重臂的侧板的第一焊接部44的疲劳寿命。
以下，使用图12对本发明的作业机械的作业臂的第三实施方式进行说明。图12是以放大本发明的作业机械的作业臂的第三实施方式中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。此外，在图12中，对于与第二实施方式共同的结构，标注与第二实施方式的情况相同的符号，并省略其详细的说明。
图12所示的本发明的作业机械的作业臂的第三实施方式相对于第二实施方式而言，不同的主要方面有以下两方面。
第一，轴套30B构成为，轴套主体部31B的内侧主体部34B的外径D2比外侧主体部33的外径D1大。也就是，内侧主体部34B具有比第二实施方式大的外径。
第二，轴套连结部件42B构成为，其外径D3与轴套主体部31B的内侧主体部34B的外径D2大致相同，即比外侧主体部33的外径D1大。轴套连结部件42B具有比第二实施方式大的外径。
此外，与第二实施方式相同，在内侧主体部34B的凸边部32侧的外周部，沿凸边部32设有槽部35。槽部35的底部的直径D4设定为比外侧主体部33的外径D1小，优选使D4/D1为0.7以上且小于1.0。另外，优选轴套主体部31B的槽部35的曲率半径ρ相对于轴套30B的凸边部32的厚度t的比ρ/t设定为1.5以上。
在本实施方式中，与第二实施方式相同，在内侧主体部34B的凸边部32侧的外周部设置圆环状的槽部35，并且将槽部35的直径D4设定为比外侧主体部33的外径D1小，因此若凸边部32的内侧主体部34B侧的径向长度包含槽部35的部分，则与第二实施方式相同，实质上比现有构造长。因此，凸边部32的面外方向的弯曲刚性比现有构造小，主要在凸边部32产生面外方向的弯曲变形。其结果，第一焊接部44中的面外方向的弯曲变形量相对减少，相应地，第一焊接部44的弯曲应力变小。因此，成为第一焊接部44的疲劳寿命増加的结果。
根据上述的本发明的作业机械的作业臂的第三实施方式，能够得到与上述的第二实施方式相同的效果。
另外，根据本实施方式，由于将轴套连结部件42B的外径D3设定为比第二实施方式大，因此轴套连结部件42B的弯曲刚性比第二实施方式大。因此，在接合轴套30B与轴套连结部件42B的第二焊接部45产生的应力相应地减少，因此，与第二实施方式相比，能够更加提高第二焊接部45的疲劳寿命。并且，轴套连结部件42B的弯曲刚性比第二实施方式大，因此起重臂11的侧板22的压曲裕度也进一步提高。
以下，使用图13对本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式进行说明。图13是以放大本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。此外，在图13中，对于与第一实施方式共同的结构，标注与第一实施方式的情况相同的符号，并省略其详细的说明。
图13所示的本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式相对于第一实施方式而言，不同的主要方面在于，不使销插通孔31a的内表面塑性变形地支撑来自连结销48(参照图5)的载荷的轴套主体部由外径大致恒定的圆筒状的圆筒轴套部36、和嵌合于圆筒轴套部36的外周部的作为加强部件的圆环状的加强环40构成。
具体而言，轴套30C由以下各部分构成：在起重臂11的两侧板22的排列方向(在图13中为左右方向)上延伸的圆筒状的圆筒轴套部36；从圆筒轴套部36的外周部中的轴向的大致中间部向径向外侧伸出且与圆筒轴套部36一体形成的圆环状的凸边部32；以及嵌合于圆筒轴套部36的外周部中的位于比凸边部32靠箱型构造体21的外表面侧的部分的加强环40。圆筒轴套部36的内周侧成为供连结销48插通的销插通孔31a。圆筒轴套部36由以凸边部32的位置为边界位于箱型构造体21的外表面侧的外侧圆筒部37、和位于箱型构造体21的内表面侧的内侧圆筒部38构成。加强环40以在凸边部32之间形成间隙的方式配置，并通过热压嵌合或者冷装而安装于圆筒轴套部36的外周部。
加强环40的外径D5设定为，在加强环40嵌合于圆筒轴套部36的状态下，不会因与连结销48的接触而使外侧圆筒部37的销插入孔31a的内表面塑性变形的外径。即，加强环40与第一实施方式的轴套主体部31的外侧主体部33相同，构成为外径D5与现有的起重臂中心轴套的外表面侧(外侧主体部)的外径的实际值大致相等。
圆筒轴套部36构成为，外侧圆筒部37的外径D6与内侧圆筒部38的外径D7相同。外侧圆筒部37构成为，其外径D6比第一实施方式的轴套主体部31的外侧主体部33的外径D1小相当于安装加强环40的量。即，外侧圆筒部37的外径D6以及内侧圆筒部38的外径D7设定为比现有构造的实际值小。
在本实施方式中，圆筒轴套部36的外侧圆筒部37和加强环40构成轴套30C的轴套主体部的外侧主体部。另外，圆筒轴套部36的内侧圆筒部38构成轴套30C的轴套主体部的内侧主体部。
另外，在本实施方式中，通过在轴套30C的圆筒轴套部36的外侧圆筒部37嵌合加强环40，能够将外侧圆筒部37的外径D6以及内侧圆筒部38的外径D7设定为比第一实施方式的轴套主体部31的外侧主体部33的外径D1小，因此轴套30C的凸边部32中的外侧圆筒部37侧以及内侧圆筒部38侧的径向长度比现有构造大。另外，凸边部32的外侧圆筒部37侧的径向长度比第一实施方式大。因此，凸边部32的面外方向的弯曲刚性比现有构造以及第一实施方式小，主要在凸边部32产生面外方向的弯曲变形。其结果，第一焊接部44中的面外方向的弯曲变形量相对减少，相应地，第一焊接部44的弯曲应力变小。因此，成为第一焊接部44的疲劳寿命増加的结果。
另外，在本实施方式中，由于在连结销48主要接触的圆筒轴套部36的外侧圆筒部37嵌合加强环40，因此即使相对于外侧圆筒部37的销插入孔31a的内表面(由虚线S所示的部分)产生连结销48的接触导致的较高的面压，也可抑制销插入孔31a的内表面的塑性变形。因此，连结销48能够在销插入孔31a的变形部无干扰地进行顺畅的旋转。
另外，在本实施方式中，通过将直径比现有构造的轴套的轴套主体部小的圆筒轴套部36和凸边部32一体形成得到的构件作为各种作业机械的共同构件，并且根据作用于轴套30C的不同的销载荷来任意地设计加强环40的大小(外径)，从而能够构成与各种的作业机械对应的轴套。由此，能够将各种作业机械的构件共同化，能够削减制造成本。
根据上述的本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式，能够得到与上述的第一实施方式相同的效果。
以下，使用图14对本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式的变形例进行说明。图14是以放大本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式的变形例中的轴套及其周边部的构造的状态表示的剖视图。此外，在图14中，对于与第四实施方式共同的结构，标注与第四实施方式的情况相同的符号，并省略其详细的说明。
图14所示的本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式的变形例相对于第四实施方式而言，不同的主要方面在于，通过在轴套30D的圆筒轴套部36的外周部焊接固定加强环40。加强环40经由第三焊接部41而以圆环状接合于圆筒轴套部36的外侧圆筒部37的轴向端部。
根据上述的本发明的作业机械的作业臂的第四实施方式的变形例，能够得到与上述的第四实施方式相同的效果。
另外，在本实施方式中，通过焊接将加强环40固定于圆筒轴套部36，因此即使长期使用也能够抑制加强环40的脱落。
以下，使用图15对本发明的作业机械的作业臂的第五实施方式进行说明。图15是表示本发明的作业机械的作业臂的第五实施方式的侧视图。此外，在图15中，对于与第四实施方式的变形例共同的结构，标注与第四实施方式的变形例的情况相同的符号，并省略其详细的说明。
图15所示的本发明的作业机械的作业臂的第五实施方式针对第四实施方式的变形例为在轴套30D的外侧圆筒部37焊接圆环状的加强环40的例子，在轴套30E的外侧圆筒部37的外周部焊接多个(图15中为两个)圆弧状的加强部件40E。加强部件40E的外部尺寸与第四实施方式的变形例相同，设定为在加强部件40E固定于外侧圆筒部37的状态下，不会因与连结销48(参照图5)的接触而使外侧圆筒部37的销插入孔31a的内表面塑性变形的直径。加强部件40E固定于起重臂缸16(参照图1)的伸缩动作的方向Y的线上的位置。
在本实施方式中，通过在轴套30E的外侧圆筒部37的外周部安装圆弧状的加强部件40E，从而与第四实施方式的变形例相同，能够使轴套30E的凸边部32中的面外方向的弯曲刚性比现有构造以及第一实施方式小。因此，面外方向的弯曲变形主要产生于轴套30E的凸边部32，成为第一焊接部44的疲劳寿命増加的结果。
根据上述的本发明的作业机械的作业臂的第五实施方式，能够得到与上述的第四实施方式的变形例相同的效果。
另外，根据本实施方式，由于将轴套30E构成为不在整周而仅在特定的位置配置圆弧状的加强部件40E，因此与使用了第四实施方式的变形例的圆环状的加强环40的轴套30D相比，能够实现轻型化，能够削减轴套30E的材料费。
此外，本发明并不限于本实施方式，包含各种各样的变形例。上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而进行的详细说明，并非必须限定于具备所说明的全部的结构。能够将某实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的结构，另外，也能够在某实施方式的结构中追加其它实施方式的结构。另外，也能够对各实施方式的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、置换。
例如，在上述的本发明的作业机械的作业臂的第一至第五实施方式及其变形例中，示出了将本发明应用于液压挖掘机1的例子，但能够将本发明广泛应用于具备箱型构造的作业臂的各种作业机械。
另外，在上述的实施方式中，示出了将本发明应用于起重臂中心轴套的例子，但也能够将本发明应用于起重臂11的基端侧轴套25、悬臂12的起重臂连结轴套60、悬臂12的铲斗连结轴套57。
并且，在上述的实施方式中，例示了在轴套30、30A、30B、30C、30D、30E的凸边部32与侧板22的对接部分设置垫板部件46的结构的起重臂11，但在未设置垫板部件46的起重臂也能够应用本发明。
另外，在上述的实施方式中，示出了将轴套30、30A、30B、30C、30D、30E的凸边部32形成为圆环状的例子，但凸边部32的形状并不限定于此。轴套的凸边部是与构成起重臂、悬臂等的作业臂的板部件对接地接合的部分，能够根据被接合的板部件而形成为扇形状、梯形形状等任意形状。
符号的说明
1—液压挖掘机(作业机械)，11—起重臂(作业臂)，12—悬臂(作业臂)，21—箱型构造体，22—侧板(板部件)，25—基端侧轴套(轴套)，30、30A、30B、30C、30D、30E—起重臂中心轴套(轴套)，31、31A、31B—轴套主体部，31a—销插入孔，32—凸边部，33—外侧主体部(第一主体部)，34、34A、34B—内侧主体部(第二主体部)，35—槽部，36—圆筒轴套部(轴套主体部)，37—外侧圆筒部(第一主体部)，38—内侧圆筒部(第二主体部)，40—加强环(加强部件)，40E—加强部件，41—第三焊接部，42、42A、42B—轴套连结部件，44—第一焊接部，45—第二焊接部，48—连结销，51—箱型构造体，52—侧板(板部件)，57—铲斗连结轴套(轴套)，60—起重臂连结轴套(轴套)。

Claims (8)

1.一种作业机械的作业臂，其特征在于，具备：
箱型构造体，其由多个板部件构成；
一对轴套，其安装于上述多个板部件中对置的板部件；以及
圆筒状的轴套连结部件，其配置于上述一对轴套之间并连结上述一对轴套，
上述一对轴套分别具有：
轴套主体部，其具有供连结销插通的销插通孔，且在上述对置的板部件的排列方向上延伸；以及
凸边部，其从上述轴套主体部的外周部向外侧伸出，前端部经由第一焊接部而接合于上述对置的板部件，
上述轴套主体部由以上述凸边部的位置为边界位于上述箱型构造体的外表面侧的圆筒状的第一主体部、和位于上述箱型构造体的内表面侧的圆筒状的第二主体部构成，
上述轴套连结部件的轴向两端部分别经由第二焊接部而接合于上述第二主体部的轴向端部，
上述第二主体部构成为其凸边部侧的部分的外径比上述第一主体部的轴向端部的外径小，
上述第二主体部构成为其轴向端部的外径与上述第一主体部的轴向端部的外径相同，
上述第二主体部具有设于其凸边部侧的外周部的圆环状的槽部，
上述槽部的底部的直径比上述第一主体部的轴向端部的外径小。
2.一种作业机械的作业臂，其特征在于，具备：
箱型构造体，其由多个板部件构成；
一对轴套，其安装于上述多个板部件中对置的板部件；以及
圆筒状的轴套连结部件，其配置于上述一对轴套之间并连结上述一对轴套，
上述一对轴套分别具有：
轴套主体部，其具有供连结销插通的销插通孔，且在上述对置的板部件的排列方向上延伸；以及
凸边部，其从上述轴套主体部的外周部向外侧伸出，前端部经由第一焊接部而接合于上述对置的板部件，
上述轴套主体部由以上述凸边部的位置为边界位于上述箱型构造体的外表面侧的圆筒状的第一主体部、和位于上述箱型构造体的内表面侧的圆筒状的第二主体部构成，
上述轴套连结部件的轴向两端部分别经由第二焊接部而接合于上述第二主体部的轴向端部，
上述第二主体部构成为其凸边部侧的部分的外径比上述第一主体部的轴向端部的外径小，
上述第二主体部构成为其轴向端部的外径比上述第一主体部的轴向端部的外径大，
上述第二主体部具有设于其凸边部侧的外周部的圆环状的槽部，
上述槽部的底部的直径比上述第一主体部的轴向端部的外径小。
3.一种作业机械的作业臂，其特征在于，具备：
箱型构造体，其由多个板部件构成；
一对轴套，其安装于上述多个板部件中对置的板部件；以及
圆筒状的轴套连结部件，其配置于上述一对轴套之间并连结上述一对轴套，
上述一对轴套分别具有：
轴套主体部，其具有供连结销插通的销插通孔，且在上述对置的板部件的排列方向上延伸；以及
凸边部，其从上述轴套主体部的外周部向外侧伸出，前端部经由第一焊接部而接合于上述对置的板部件，
上述轴套主体部由以上述凸边部的位置为边界位于上述箱型构造体的外表面侧的圆筒状的第一主体部、和位于上述箱型构造体的内表面侧的圆筒状的第二主体部构成，
上述轴套连结部件的轴向两端部分别经由第二焊接部而接合于上述第二主体部的轴向端部，
上述第二主体部构成为其凸边部侧的部分的外径比上述第一主体部的轴向端部的外径小，
上述轴套主体部由具有上述销插通孔并在上述对置的板部件的排列方向上延伸且外径为恒定的圆筒状的圆筒轴套部、和配置在上述圆筒轴套部的外周部的加强部件构成，
上述第一主体部由上述圆筒轴套部中以上述凸边部的位置为边界位于上述箱型构造体的外表面侧的外侧圆筒部、和固定于上述外侧圆筒部的外周部的上述加强部件构成，
上述第二主体部由上述圆筒轴套部中以上述凸边部的位置为边界位于上述箱型构造体的内表面侧的内侧圆筒部构成。
4.根据权利要求3所述的作业机械的作业臂，其特征在于，
上述加强部件是圆环状的部件，嵌合于上述外侧圆筒部的外周部。
5.根据权利要求4所述的作业机械的作业臂，其特征在于，
上述加强部件经由第三焊接部接合于上述外侧圆筒部的轴向端部。
6.根据权利要求3所述的作业机械的作业臂，其特征在于，
上述加强部件是圆弧状的部件，
上述加强部件配置在上述连结销的载荷所作用的方向上。
7.根据权利要求1～3任一项所述的作业机械的作业臂，其特征在于，
上述第二主体部的凸边部侧的部分的外径相对于上述第一主体部的轴向端部的外径的比为0.7以上且小于1.0。
8.根据权利要求1或2所述的作业机械的作业臂，其特征在于，
上述槽部构成为其底部的剖面形状具有恒定的曲率半径，
上述槽部的上述曲率半径相对于上述凸边部的厚度的比为1.5以上。
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