JP2005513312A - 負荷部材を強化する方法および装置 - Google Patents

Abstract

作業機械で使用する負荷部材の設計において、このような構造の重量を最少化することはしばしば有益である。それはまた、作業機械の積載量を増加させ、サイクル時間を短縮することを可能にするであろう。しかし、このような軽重量構造は、予期される負荷状態に耐えるために特定領域で追加支持を必要とするであろう。本発明はプラットフォーム（１０１）を有するタイプの作業機械（１００）で使用する負荷構成を提供する。少なくとも１つの部材（１０５）がプラットフォーム（１０１）に連結し、軸線（５００）を有し、少なくとも１つの強化構造（２２１、３１０）が部材（１０５）の少なくとも１つの特定された破損しやすい場所（６００）に取付けられている。

Description

本発明は負荷部材を強化する装置に関し、より詳しくは負荷部材の少なくとも１つの破損しやすい場所を特定し強化する、このような装置および方法に関する。

ブーム、スティック（棒状のもの）、クレーン・ブーム等の負荷部材は一般的に、部材を横断して作用する合成負荷を生じる可能性がある負荷を支える必要がある。溶接方法のような製造方法における改善は、部材の負荷に耐える能力を改善させる効果がある。このような改善の例として、溶接方法により生ずる熱影響域（ＨＡＺ）の範囲を減少させる、溶接の質の改善がある。製造方法におけるこのような改良は、また、部材の生産においてより薄い材料の使用を可能にし、その結果、このような構造物の重量の低減によって積載量を増加させ、サイクル時間を改良する。しかし、ある場所または所望の負荷状態を支える場所では部材の厚さが不十分になり得る点に到達するであろう。このような場合、部材が、このような部材の重量の低減を最少化することを犠牲にせずに、必要とされる負荷状態に耐えられるようにその特定の領域を強化することが望ましいであろう。

先行技術にクレーン・ブームの強化の方法を教示する例が存在する。このような例は、例えば、１９７８年９月１２日にＦｒｉｔｓｃｈらに交付された米国特許公報（特許文献１）、１９７７年６月７日にＴｙｍｃｉｕｒａｋに交付された米国特許公報（特許文献２）、１９７５年６月２４日にＬａｍｅｔらに交付された米国特許公報（特許文献３）の中に見いだされる。これらは全て、クレーン・ブームに付加的な強化を提供するためのトラス型の支持方法を教示している。

米国特許第４，１１２，６４９号明細書 米国特許第４，０２７，４４８号明細書 米国特許第３，８９０，７５７号明細書

本発明の一実施形態によれば、プラットフォームを有するタイプの作業機械で使用する負荷構成を提供する。このような配置は、プラットフォームに連結し、軸線を有する少なくとも１つの部材と該部材の少なくとも１つの特定された破損しやすい場所に取付けられる少なくとも１つの強化構造とを含む。

本発明の形態によれば、作業機械で使用する負荷部材の強化のための方法を提供する。この方法は、部材への負荷状態をシミュレーションするステップと、そのシミュレーション・ステップに基づき該部材が座屈しやすい少なくとも１つの場所を決定するステップと、該部材に少なくとも１つの強化構造をその場所に提供するステップとを含む。

さて、図を参照するに、図１に示すのは、本発明の教示を組み込んだ例示的な作業機械１００である。作業機械１００は、第一部材またはブーム１０６および第二部材またはスティック１０７によりここに具体化した複数の負荷部材１０５を取付けたプラットフォーム１０１を備える。ブーム１０６はプラットフォーム１０１に旋回可能に連結され、伸縮可能な油圧シリンダーを備え得る一対の第一油圧アクチュエータ１１０によりここに具体化した第一移動手段によりプラットフォームに関して可動である。同様に、スティック１０７の第一端部１１１は、ピン１１２のような適切なコネクターによりブーム１０６に旋回可能に連結され、伸縮可能な油圧シリンダーを備え得る第二油圧アクチュエータ１１０によりここに具体化した第二移動手段によりブーム１０６に関して可動である。ここに示す作業機械１００は、バージアンローダで具体化されるが、ここに示したのは例示的なものであるに過ぎず、本発明の教示は例えばバックホウローダ、掘削機械等のような負荷を支えるために使用する作業機械用に広い適用可能性を有し得ることを理解されたい。

ピン１１８のような適切なコネクターを使ってスティック１０７の第二端部１１５に隣接して取付けられるのは、破片、ゴミ、岩、物品或いは他のタイプの物質を含む物質の負荷をつかみ保持するのに使う付属部品１１９である。ここに図示した付属部品１１９はクラムシェルバケットによって具体化されるが、それは例示のためであって限定されるものではなく、他の付属部品のタイプも本発明の精神から逸脱することなく使用されることが理解される。付属部品１１９はまた、付属部品１１９を作動するのに使用する第三の油圧アクチュエータ（図示せず）を備え得る。

さて、図２を参照するに、ブーム１０６は本発明の教示を組み込んで示される。ブーム１０６は、好ましくはロボット溶接法により上板２０１と底板２０２にそれぞれ取付けられた一対の離間した側板２００を備える。ブーム１０６は、一対の耳２０６を有する第一端部２０５を含み、各耳２０６は、ブーム１０６をプラットフォーム１０１に旋回可能に連結されるピン（図示せず）の受け穴２０９または他の適切な装置を含んでいる。ブーム１０６はまた、ピン１１８の受け穴２１４を有する一対の耳２１３を有する第二端部２１０を含む。チューブ２１７が各側板２００から伸長し、第一油圧アクチュエータ１１０をブーム１０６に連結するのに使用される。連結アセンブリ２１８は底板２０２から伸長し、周知の方法で第二油圧アクチュエータ１１４を旋回可能に支えるのに使用される。

また、図２に隠線（ｈｉｄｄｅｎ ｄｅｔａｉｌ）で示すのは、各側板２００が破損しないように強化するために使用する強化構造２２１である。強化構造２２１の具体的な詳細はこの明細書が進むにつれてより詳しく説明するが、ここでは、本発明の強化構造２２１を使うことにより、ブーム１０６にかかる負荷がある一定の量に達したときまたはそれを超えたとき側板２００の座屈を防ぐと共に、より薄い側板２００を使用できるようになる、というので十分であろう。

さて、図３を参照するに、本発明の教示を組み込んだスティック１０７が示されている。スティック１０７も、上板３０１と底板３０２とを好ましくはロボット溶接法でそれぞれ取付けた、一対の離間した側板３００を備える。スティック１０７は、ブーム１０６の第二端部２１０の耳２１３の間に適合する大きさの第一端部１１１を含む。第一端部１１１はさらに、ピン１１２の受け穴３０６を含み、それにより上述の旋回式付属部品をブーム１０６に提供する。スティック１０７の第二端部１１５も、ピン１１８を受け入れる大きさの穴３０７を有する。連結アセンブリ３０９は底板３０２から伸長し、周知の方法で第二油圧アクチュエータ１１４を旋回可能に支えるのに使用される。

また、図３に隠線で示すのは、どちらも参照符号３１０で示す側板３００の複数の強化構造である。この構造は、該側板３００が、予め決定した座屈しやすい領域において、座屈しないように各々強化するのに使用される。強化構造３１０の具体的な詳細もこの明細書が進むにしたがってより詳しく説明するが、ここでは、本発明の強化構造３１０を使うことにより、スティック１０７にかかる負荷がある一定の量に達したときまたはそれを超えたとき、予め決定した座屈しやすい領域において、側板３００の座屈を防ぐと共に、スティック１０７のより薄い側板３００を使用できるようになる、というので十分であろう。

以下の図６に伴う説明を参照するに、使用する強化構造２２１、３１０の数は、設計の選択の問題であり、必要とされる能力を得るのに必須な分より大きな数になる必要はなく、強化構造２２１、３１０の使用数を制限することにより、ブーム１０６およびスティック１０７の重量を最少限にすることができることを当業者は理解するであろう。

図４の断面図を参照して、強化構造２２１、３１０の場所と形態を説明する。簡明さのために、以下の説明はブーム１０６の強化構造２２１に限定するが、ここに開示したものはスティック１０７に使用する強化構造３１０にも同様に適用可能であることが理解されよう。図示したように、少なくとも１つの強化構造２２１が、適切な取付け法、好ましくはレーザー溶接法により側板２００の内面４００に取付けられている。当業者が理解するように、レーザー溶接を使用して強化構造２２１を側板２００に取付けると、溶接領域を囲む熱影響域を減少させ、それによって異なる溶接法で取付けたとき必要な側板２００をより薄くすることが可能となることが分かっている。各強化構造２２１の取り付け場所は、例示的なものであるに過ぎず、例えば側板２００の各々の外面４０１のような、強化構造２２１の他の取り付け場所があり得ると考えられることを理解されたい。

図示のように、各強化構造２２１は、基礎部分４０４と該基礎部分４０４から伸長するつば部分４０５とを有するほぼ真直ぐな部材を備える。強化構造２２１は、金属性のあるいは他の剛性材料を備えることが可能であり、部材１０５の少なくとも１つの部材上で行われ図６を参照して説明する破損分析に基づき、使用者が選択する長さを有する。さらに、本発明の精神から離れて、例えば円筒または平面の形態のような強化構造２２１に用いる他の形態も使用されることも考えられる。

次に図５を参照するに、スティック１０７の部分立面図が示されている。再度、簡明さのために、以下の説明はスティック１０７を参照して行うが、ここで行った説明は等しくブーム１０６にも適用されることを理解されたい。強化構造３１０は、ブームの軸線５００に関して例示的な配向βで側板３００に加えた隠線で示す。当業者には理解されるであろうが、０°〜９０°の間で変動する、ブームの軸線５００に関して使用者が選択する配向即ち角度βで各強化構造３１０が側板３００に取付けられ得る。

図６に示すのは、例えばブーム１０６で行った座屈分析の結果の一つの例示的な概略図である。図示したように、側板２００から突出している６００で表示した領域は、ブーム１０６にかかるシミュレーションした負荷に基づくように、座屈しやすい側板２００の場所を示している。上記の分析を行うのに種々の方法を使用することが可能であるが、ブーム１０６とスティック１０７の負荷特性をモデル化し、座屈しやすい領域に関する上記情報を得るために、例えばＮａｓｔｒａｎ（商標）のようなソフトウェア・プログラムをコンピューティング・システム（図示せず）と共に使用することができる。上記座屈分析から得た情報に基づき、強化構造２２１、３１０各々の全長および基礎部分４０４とつば部分４０５のそれぞれのサイズは、必要以上の実験をせずに、選択可能である。

使用中も作動中も、各強化構造２２１、３１０は、或る一定のレベルに達するかまたはそれを超える負荷を受けたとき座屈しやすい可能性のある、特定された破損しやすい領域を強化するために、ブーム１０６、スティック１０７にまたは両方に配置することが可能である。当業者には理解されるであろうが、必要な支持を要求する領域のみに強化構造３１０を配置することにより、ブーム１０６とスティック１０７の重量を最少に保つことができ、それによりいかなる所与の作業にとっても積載量の増加およびサイクル時間の短縮になる。コンピューティング・システムと共に使用されるＮａｓｔｒａｍ（商標）のようなモデルプログラムは、破損を受けるおそれのあるブーム１０６とスティック１０７の潜在領域を特定するために使用可能である。当業者には理解されるであろうが、ブーム１０６とスティック１０７の破損しやすい場所を特定することにより、各強化構造２２１、３１０のサイズと場所を最適化することができ、ブーム１０６とスティック１０７の重量を最少化し、それにより作業機械１００の潜在積載量を増加させる。

本発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって得られる。

本発明の原理を具体化する例示的な作業機械の側面図である。 本発明の原理を具体化するブームを備える部材の等角図である。 本発明の原則を実施するスティックを備える部材の等角図である。 図２の断面４−４に沿った断面図である。 図２に示すブームの部分側面図である。 座屈分析の例示的な結果を示すブームを備える部材の等角図である。

Claims (20)

1. プラットフォーム（１０１）を有するタイプの作業機械（１００）で使用する負荷構成であって、
   プラットフォーム（１０１）に連結し、軸線（５００）を有するように構造化され配列された少なくとも１つの部材（１０５）と；
   前記部材（１０５）の少なくとも１つの特定された破損しやすい場所（６００）に取付け、前記軸線（５００）から角度βで方向づけられた、少なくとも１つの強化構造（２２１、３１０）とを含む負荷構成。
2. 前記部材（１０５）が、
   少なくとも１つの上板（２０１、３０１）と；
   少なくとも１つの底板（２０２、３０２）と；
   前記上板（２０１、３０１）と前記底板（２０２、３０２）に各々取付けられる少なくとも１対の離間した側板（２００、３００）とを含む、請求項１に記載の負荷装置。
3. １つの前記強化構造（２２１、３１０）を１つの前記側板（２００、３００）に取付け、もう１つの前記強化構造（２２１、３１０）を他方の前記側板（２００、３００）に取付けられる、請求項２に記載の負荷構成。
4. 各前記側板（２００、３００）が内面（４００）を有し、少なくとも１つの前記強化構造（２２１、３１０）を少なくとも１つの前記内面（４００）に取付けられる、請求項２に記載の負荷構成。
5. 前記強化構造が、
   基礎部分（４０４）と；
   前記基礎部分（４０４）から伸長するつば部分（４０５）とを含む、請求項１に記載の負荷構成。
6. βが０°〜９０°である、請求項１に記載の負荷構成。
7. 前記強化構造（２２１、３１０）が前記部材（１０５）にレーザー溶接される、請求項１に記載の負荷構成。
8. 前記強化構造（２２１、３１０）がほぼ平面である、請求項１に記載の負荷構成。
9. 前記強化構造（２２１、３１０）がほぼ円筒形である、請求項１に記載の負荷構成。
10. 前記部材（１０５、１０６）が第二部材（１０５、１０７）に旋回可能に連結される、請求項１に記載の負荷構成。
11. 前記部材（１０５）に旋回可能に連結される付属部品（１１９）を更に含む、請求項１に記載の負荷構成。
12. 前記付属部品（１１９）がバケットを含む、請求項１１に記載の負荷構成。
13. 負荷装置であって、
    プラットフォーム（１０１）を有する作業機械（１００）と；
    軸線を有し前記プラットフォームに連結した第一部材（１０６）と；
    前記プラットフォーム（１０１）に関して前記第一部材（１０６）を動かすための第一移動手段（１１０）と；
    軸線を有し前記第一部材（１０６）に旋回可能に連結される第二部材（１０７）と；
    前記第一部材（１０６）に関して前記第二部材（１０７）を動かすための第二移動手段（１１４）と；
    前記第一部材（１０６）と前記第二部材（１０７）のうちの少なくとも１つに取付け、前記軸線（５００）それぞれから角度βで方向づけられた、少なくとも１つの強化構造（２２１、３１０）とを含む負荷装置。
14. 前記第一（１１０）および第二（１１４）移動手段が油圧シリンダーを含む、請求項１３に記載の負荷装置。
15. 前記第二部材（１０７）の端部（１１５）に隣接して取り付けられる付属部品（１１９）を更に含む、請求項１３に記載の負荷装置。
16. 前記付属部品（１１９）がバケットを含む、請求項１３に記載の負荷装置。
17. 前記強化構造（２２１、３１０）の少なくとも１つを前記第一（１０６）または前記第二（１０７）部材のうちの少なくとも１つの特定された破損しやすい場所（６００）に取付けられる、請求項１３に記載の負荷装置。
18. 作業機械で使用する負荷部材（１０５）を強化するための方法であって、
    部材（１０５）への負荷状態をシミュレーションするステップと；
    前記シミュレーション・ステップに基づき部材（１０５）が座屈しやすい少なくとも１つの場所（６００）を決定するステップと；
    部材（１０５）に少なくとも１つの強化構造（２２１、３１０）を前記場所（６００）に提供するステップとを含む方法。
19. 前記シミュレーション・ステップをコンピューターが行う、請求項１８に記載の方法。
20. 前記強化部材（２２１、３１０）を部材（１０５）にレーザー溶接する、請求項１８に記載の方法。

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