JP2006056715A - 機械を操作する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】伸縮ブームを有する機械でブームオーバラップ量を制御し安全を確保する。
【解決手段】 機械10は、一端で又は一端の近くで前記機械のボディ11に装着されたブーム15を有しており、該ブーム15は、他端に荷重取扱い具19を有しており、該ブーム15は、少なくとも2つのセクション16,17を含んでいて、該セクションの一方17が他方16内で伸縮され、伸縮の限界を調節するために少なくとも1つの伸張アクチュエータ30があり、前記ブーム15は、少なくとも1つのリフトアクチュエータ21により、降下位置と上昇位置への間の運動のため移動可能である方法において、該方法は、前記ブーム15が上昇位置にあるときに許容される最小オーバーラップよりも大きい最小オーバーラップを前記ブームが降下位置にあるときに前記ブームセクション16,17間に与えるよう前記ブームセクション16,17の相対的伸張を防止する。
【選択図】 図1
【解決手段】 機械10は、一端で又は一端の近くで前記機械のボディ11に装着されたブーム15を有しており、該ブーム15は、他端に荷重取扱い具19を有しており、該ブーム15は、少なくとも2つのセクション16,17を含んでいて、該セクションの一方17が他方16内で伸縮され、伸縮の限界を調節するために少なくとも1つの伸張アクチュエータ30があり、前記ブーム15は、少なくとも1つのリフトアクチュエータ21により、降下位置と上昇位置への間の運動のため移動可能である方法において、該方法は、前記ブーム15が上昇位置にあるときに許容される最小オーバーラップよりも大きい最小オーバーラップを前記ブームが降下位置にあるときに前記ブームセクション16,17間に与えるよう前記ブームセクション16,17の相対的伸張を防止する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、ブームが一端で又はその近くで機械ボディに装着されると共に、ブームがその他端に荷重取扱い具を有する形式の機械を操作する方法に関するものである。特に、本発明は、ブームが少なくとも2つのセクションを有していて、通常、機械の最外方のセクションである一方のセクションが他方の又は次の最内方のセクション内で伸縮されると共に、伸縮の限界を調節するために1つ以上の伸張アクチュエータが存在するような方法に関するものである。
ブームは、1つ以上のリフトアクチュエータにより、該ブームがボディに装着されているところにある枢回軸線を通常中心として可動であり、荷重取扱い具により支持された荷重が地表面又はその近くに位置する降下位置と、荷重が置かれているかも知れない上昇位置もしくはそこから荷重を受け取るかも知れない上昇位置との間を移動する。
伸縮式に嵌め込まれたブームセクション間にはオーバーラップがあって、それは、これらブームセクションが相対的に十分に収縮したときが最大で、ブームセクションが相対的に十分に伸張したときが最小であることが分かる。
これらブームセクションは、例えばストッパにより又は伸張アクチュエータ(単数又は複数)の設計により、ブームセクション間に最小オーバーラップがある位置を越えて相対的に伸張するのを阻止されていて、最小オーバーラップの限界は、最大定格荷重に対しては、ブームがその降下位置にあるときに、これらセクションがオーバーラップしているブームの構造に作用する、例えば、セクション間の摩耗パッドに作用する力が最大であるときに、そして機械を、例えば機械のフロントアクスル(そこでブ−ムが前方に突き出ている)を中心として傾けようとする力が最大になろうとするときに、決定される。
しかしながら、十分に伸張した場合にブームが枢回軸線の回りに上昇するとき、構造的にブームに作用する力及び傾き力は、設計により許容されるオーバーラップの最小限界が決定されたされた場合にブームがその降下位置にあるときよりも小さくなるであろうことが分かる。
本発明の一形態によると、機械を操作する方法であって、該機械は、一端で又は一端の近くで前記機械のボディに装着されたブームを有しており、該ブームは、他端に荷重取扱い具を有すると共に、少なくとも2つのセクションを含んでいて、該セクションの一方が他方内で伸縮され、伸縮の限界を調節するために少なくとも1つの伸張アクチュエータがあり、前記ブームは、少なくとも1つのリフトアクチュエータにより、降下位置と上昇位置への間の運動のため移動可能である方法において、該方法は、前記ブームが上昇位置にあるときに許容される最小オーバーラップよりも大きい最小オーバーラップを前記ブームが降下位置にあるときに前記ブームセクション間に与えるよう前記ブームセクションの相対的伸張を防止することを含む、方法が提供されている。
本発明の方法を実施することにより、これらブームセクションは、ブームが上昇するときに更に相対的に伸張することができ、そしてブーム構造に作用する力及び出された傾き力は、同じ相対的伸張について、ブームがその降下位置にあるときのそれらの力よりも小さい。従って、ブームセクション間に許容される最小オーバーラップが全ブーム位置について同じである同一の概略長さのブームを有する機械と比較して、伸張した上方到達範囲をもつ機械が提供されうる。
本発明の方法は、ブームが上昇するときのブームセクション間の許容最小オーバーラップを減少させるためブームの幾何学的形状を機械的に調節すること、或いはブームが上昇するときのブームセクション間の許容最小オーバーラップを減少させるためブームの幾何学的形状を液圧により調節すること、或いはブームが上昇するときのブームセクション間の許容最小オーバーラップを減少させるためブームの幾何学的形状を電気−液圧的に調節することを含む、種々の手段により実施しうる。
本発明の第2の形態によると、本発明の第1の形態の方法において使用するための、荷重を取り扱うブームを有する機械が提供される。
次に、本発明の諸実施形態について、添付図面を参照して説明することにする。
図1を参照すると、ホイールローダ10又は伸縮式取扱い装置として知られている機械が示されており、この機械は、2対のホイール13,14に支持されたボディ11を有し、該ボディ11にブーム15を装着せしめている。
図1の実施形態におけるブーム15は、2セクションのブームである。第1セクション16は、降下位置と上昇位置との間をほぼ水平な軸線Aを中心として移動可能にボディ11に枢軸状に装着されている。第2ブームセクション17は、後から詳細に説明するように、第1ブームセクション16内に伸縮式に嵌め込まれていて、そして第2ブームセクション17は、その外端に、図示の積込みフォーク19のような荷重取扱い具を支持している。
ブーム15が実線で示すように降下位置にあるとき、フォーク19により支持される荷重は地上にあるか又はその近くにあり、そしてブーム15が上昇するときに、荷重は、符号20で示す高位置へと持ち上げられるか或いはこの高位置から降下されうる。
機械10は、ブーム15及びボディ11の間で作動する液圧作動式の少なくとも1つのリフトアクチュエータ21を含んでおり、該アクチュエータ21は、この実施形態において、ボディ11に枢軸状に結合されるシリンダ22を含んでおり、該シリンダ内にピストン23(図2及び図3参照)が設けられている。このピストン23はピストンロッド24に結合されており、該ピストンロッドがブーム15に枢軸状に結合されている。
ブーム15は、第2セクション17を第1セクション16に関して伸縮させることにより、伸張及び収縮可能であり、伸縮は、この実施形態において、ブーム15内に設けられると共にブームの2つのセクション16,17間で作用する線形液圧作動アクチュエータ30(図2、図2a及び図3参照)により実現される。
リフトアクチュエータ21及び伸張アクチュエータ30は、以下にもっと詳しく説明するように、機械10の運転室31内からオペレータの制御を受けて作動されることができる。
第1及び第2ブームセクション16,17間には、ブームの伸張の程度に応じて変化するオーバーラップがあることが分かるであろう。荷重がボディ11の外方へ更に延びるときに、ブームセクション16,17がオーバーラップしているブーム15の構造に作用する力は、増大するであろう。なお、これらの力は、第1ブームセクション16内の第2ブームセクション17の滑動を容易にするために例えば図2及び図2aに示す位置においてブーム15内に設けられた摩耗パッド32を介して与えられる。また、フロントホイール軸Bの回りの機械10を不安定にさせる傾向のある傾き力は、荷重がボディ11の外側へ移動されるにつれて増大するであろう。図1全体において、安定化レッグ34は、フロントホイール13を持ち上げて大地から離し、こうして、ブーム15が前方へ突き出るフロントエンドでの大地と機械10との接触の点を前方へ移動させることにより、傾き力の影響を軽減するよう配備され示されている。
ブーム15の構造に作用する最大の力及び傾き力は、任意の荷重について、ブーム15が例えば図1において実線のブームで表わされる実質的に水平な降下位置にあるとき、かつブーム15が最大限度まで外方へ伸縮するときに、発生される。
従って、従来、定格最大荷重について、ブーム15が伸張できる限界は、最小量のオーバーラップが第1及び第2ブームセクション16,17間に常にあるように、制限されており、そして許容される最小オーバーラップは、最悪状況について、即ち、ブーム15をほぼ水平な降下位置にした最大荷重について決定される。
図1において、Cと表示された線は、軸線Aの回りのブーム位置の全範囲にわたり同一の最小ブームセクションオーバーラップを保持しながらブーム15が上昇するときに従来実現できる最大上方到達範囲を表わしている。
しかしながら、ブーム15が上昇するときに、荷重は、ほぼ水平方向にボディ11に向かい内方へ移動することが分かるであろう。従って、最高位置20へ上昇したときに、ブーム15が水平である場合に設定したブームセクション16,17の最小オーバーラップは、主たる状態について実際に必要とされるよりも大きいであろう、即ち、最小オーバーラップは、ブーム15が上昇するときブーム15の構造にかかる力及び傾き力が減少するであろうから、ブーム15が水平であるときほど大きい必要はない。
図1において、従来の方法で作動されるブーム15の上方到達範囲は線Cにより表わされており、本発明に基づいて機械10を操作することにより実現しうるものが線Dによる付加的な上方到達範囲である。
図2を参照すると、本発明の方法を実施する手段が示されている。
図2において、ブーム15が上昇するときに、ブーム15の幾何学的形状は、ブーム15が上昇するにつれてブームセクション16,17間の最小オーバーラップを減じるように機械的に変化する。
この実施形態において、伸張アクチュエータ30はブーム15内に装着されており、そして該アクチュエータ30はシリンダ38及びピストン39を含み、該ピストン39はピストンロッド40に結合されていることが分かる。このピストンロッド40は、符号41で表わされた装着位置で第2ブームセクション16に結合されるのに対して、シリンダ38は、ブーム15内で所定位置に装着されると共に、単式リンク42により形成されるリンク機構に枢軸状に結合され、次にこの単式リンクが機械10のボディ11に枢軸状に結合される。
このような幾何学的配置であるために、リフトアクチュエータ21の作動によりブーム15が上昇するにつれて、ブーム15とボディ11との間、延いてはシリンダ38とボディ11との間の角度の変化のために、リンク42がシリンダ38をブーム15に沿ってボディの外方へ直線的に移動させる結果となり、従って、伸張ラム30が完全に伸張すればブーム15が伸張できる限度が大きくなる。
従って、このような構成であると、伸張ラム30が完全に伸張するときのブーム15の上方到達範囲は、図1に見られる線Cから線Dへと増大することができる。最大高さの位置20において、得られる到達範囲の増大はかなりになる。この到達範囲の増大は、ブーム15が伸張するときのブームセクションの最小オーバーラップの程度を減少させることにより得られるが、上に述べた理由のため、これは、ブーム15の構造を損なうことはない、或いは傾きもしくはチッピングモーメントを降下位置にあるときのブーム15について決定された設計能力以上に増大させることはない。
シリンダ38は、該シリンダ38が上述したようなリンク42によりブーム15内を直線的に移動するのを可能にする取付部45により第1ブームセクション16中に装着されており、シリンダ38は第1ブームセクション16内で直線運動以外の運動をすることを抑制されていることが分かる。
ブーム15が最高位置20から降下するときに、勿論、ブーム15とボディ11との間の角度変化により、リンク42はシリンダ38をブーム15に沿って後方に引っ張り、従って、ブームセクション16,17の最小オーバーラップを伸張アクチュエータ30が最大限まで伸張されたら可能とされる程度まで増大させるであろう。
図2aは、図2に示したものと非常に似ているが、改変してある構造を示している。この図において、リフトアクチュエータ21及びその他細部は、簡単にするため省略されている。
図2aにおいて、ブーム15は、図2に示すようにブーム15の外部の枢軸位置ではなく、ブーム15の内部の枢軸位置にある水平軸線Aを中心として運動自在に装着されている。
従って、簡単な単式リンクであるリンク機構を提供すると言うよりもむしろ、第1リンク42a、第2リンク42及び中間要素43を含む複雑なリンク機構を提供している。
第1リンク42aは、伸張アクチュエータ30のシリンダ38(別の実施形態においてはそうではなくてピストンロッド40に枢軸状に結合しうる)と中間要素43とに枢軸状に結合されている。第2リンク42bは、中間要素43と機械10のボディ11とに枢軸状に結合されている。中間要素43自体は、第1ブームセクション16に枢軸状に結合されている。
従って、このような幾何学的配置のため、ブーム15が上昇するとき、許容される最小ブームオーバーラップが減少される。
図3において、本発明の特性を実現するための液圧手段が例示されている。図1及び図2に示したものと同様の部材は同じような引用で表示されている。
この構造において、伸張アクチュエータ30のシリンダ38は、図1の構造の伸張アクチュエータ30と比較すると、改変構造になっている。シリンダ38は、半径方向に延びる壁46により互いに離隔された第1及び第2部分38a,38bを有している。
第1シリンダ部分38aは、その内部を滑動自在の第1ピストン39aを有しており、それに結合された第1ピストンロッド40aは、装着位置41aにおいて機械10の第1ブームセクション16に対して結合されている。
第2シリンダ部分38bもまた、その内部を滑動自在の第2ピストン39bを有しており、それに結合された第2ピストンロッド40bは、装着位置41bにおいて第2ブームセクション17に結合されている。従って、伸張アクチュエータ30は、シリンダ部分38a,38bの各非ピストンロッド側にあるチャンバ内に液圧流体を導入することにより伸張されうる。
この構造は以下のように作動しうる。
ブーム15を伸張するために、ピストン39bが許可される最大限界へと移動されるまで、液圧流体をピストン39bの非ピストンロッド側で第2シリンダ部分38b内に導入する。なお、この最大限界は、ブームセクション16,17間の最小オーバーラップが維持されるときの状態に対応しているであろう。
ブーム15を伸張するために、ピストン39bが許可される最大限界へと移動されるまで、液圧流体をピストン39bの非ピストンロッド側で第2シリンダ部分38b内に導入する。なお、この最大限界は、ブームセクション16,17間の最小オーバーラップが維持されるときの状態に対応しているであろう。
ブーム15を上昇させるために、制御弁50から供給される液圧流体はリフトアクチュエータ21のピストン23の非ピストンロッド側に送られる。ブーム15をリフトするためピストン23が移動するときに、流体は、ピストン23のピストンロッド側から排出されるであろう。従来の構造においては、この流体は、制御弁50を経由してタンクTに直接に戻りうるが、本発明に基づくと、排出された流体は、伸張アクチュエータ30の第2シリンダ部分38aのピストン39aの非ピストンロッド側に送られる。従って、この流体は、ピストン39aを第1シリンダ部分38aの外方へ移動させて、第1ブームセクション16に対して固定されたピストンロッド40aを伸張させるであろう。従って、第2ブームセクション17はブーム15が上昇するときに伸張し、それゆえにブームセクション16,17間の最小オーバーラップの限界を減少させるであろう。従って、最小オーバーラップは、ブーム15がその最高位置20へと向かい上昇するときに、ブーム15がその降下位置にある場合にブーム15が拘束される最小オーバーラップと比較して、減少する。
第1シリンダ部分38aのピストン39aのピストンロッド側から排出される流体は制御弁50を経由してタンクTに戻される。
ブーム15が降下するとき、流体は、制御弁50から第1シリンダ部分38aのピストン39aのピストンロッド側へ送られるので、ブーム15の最大伸張量、延いてはブームセクション16,17の最小オーバーラップは減少する。流体は、第1シリンダ部分38aのピストン39aの非ピストンロッド側から排出されて、リフトアクチュエータ用ピストン23のピストンロッド側に送られ、そのためブーム15が降下することになる。リフトアクチュエータ用ピストン23の非ピストンロッド側から排出された流体は、制御弁50を経由してタンクTに戻される。
本発明のこの実施形態は、改変した手段により実施されうる。例えば、伸張アクチュエータ30が第1シリンダ部分38aにより提供される一体のオーバーラップ用アクチュエータ(integral overlap actuator)を有するように、伸張アクチュエータ30が第1及び第2シリンダ部分38a,38bを有する代わりに、伸張アクチュエータ30とは別に、ブーム15が昇降するときに伸張アクチュエータ30のシリンダ38の取付部を移動させるよう作動するオーバーラップ用アクチュエータを設けることができるので、ブーム15が上昇するときの最小オーバーラップは、ブーム15が降下位置、例えば、図1に示したようなほぼ水平な位置にあるときに許容される最小オーバーラップと比較して、減少する。
リフトアクチュエータ21に加えて、通常、リフトアクチュエータ21とはブーム枢回軸線Aの反対側に排出(displacement)用アクチュエータがある構造において、伸張アクチュエータ30の装着位置を移動させるために又はさもなければブームセクション16,17間に許容される最小オーバーラップを調節するために使用する液圧流体は、リフトアクチュエータ21の代わりに又はリフトアクチュエータ21に加えてこの排出用アクチュエータから得られる。このような排出用アクチュエータは、そこから排出される流体をブーム15の昇降時に荷重取扱い具19の姿勢を自動的に維持するのに利用しうるよう、設けられているのが典型的である。従って、この排出用アクチュエータは、液圧回路において、図1に見られる積込み実施用アクチュエータ53と接続しうる。
ブーム15が昇降するときのブームセクションの最小オーバーラップの限界を調節するのに使用する流体は、その目的のためだけに設けられた排出用アクチュエータから、或いは荷重取扱い具19の姿勢を自動的に維持する液圧回路の排出用アクチュエータから得られる。
別の実施形態において、ブーム15は、2つ以上のセクション16,17を有することができる。この場合、セクションの各々は、図3に示したものに類似する構造の伸張アクチュエータ30により次の隣接セクションに対して伸張しうる。伸張アクチュエータ30のうちの少なくとも1つのものの装着位置は、もう1つの伸張アクチュエータ30のピストン39aのピストンロッド側から排出される液圧流体により、隣接するブームセクション間の許容最小オーバーラップ量を変えるために伸張又は収縮されうる。従って、例えば図3を再び参照すると、第1シリンダ部分38aにおいてピストン39aのピストンロッド側で排出される流体は、第2及び第3伸縮ブームセクション間の同様の伸張アクチュエータ30の第2シリンダ部分38aのピストン39aの非ピストンロッド側に送られるので、第2ブームセクション17及び第3ブームセクション間の最小オーバーラップもまたブーム15が昇降されるときに調節される。
許容される最小オーバーラップを変えるためにブームの幾何学的形状が液圧的に調節される各構造において、リフトアクチュエータ及び(各)オーバーラップ用アクチュエータにおけるピストンの位置は相互依存の関係にあり、従って、幾何学的形状はオペレータが介入することなく自動的に調節される。
再び図1を参照すると、ブーム15が昇降するときに第1及び第2ブームセクション16,17間の最小許容オーバーラップを調節するための電気−液圧式構造の配置が示されている。
この構造において、必要ならば、リフトアクチュエータ21はそのピストンロッド24側に、そのシリンダ22からのピストンロッド24の実際の存在範囲を示す入力をコントローラ61に供給するリニアエンコーダを含んでいてよく、従って、この入力が枢回軸線Aの回りの実際のブーム位置を示す。しかしながら、機械10のボディ11に対するブーム15の実際の角位置を示す入力をコントローラ61に供給するため、枢回軸線Aのところに位置したロータリエンコーダ64が示されている。別の好適な固体センサを設けてもよく、いずれの場合もコントローラ61が軸線Aの回りのブーム15の位置を確実に決定することを可能にする。
更に、リニアエンコーダ60又は他の好適な固体センサが設けられていて、ブーム15の絶対的な伸張限界を示す入力をコントローラ61に提供する。
この構造において、伸張アクチュエータ30は、図1に実線で示した水平降下位置にブーム15があるとき最小希望オーバーラップの位置以上にブーム15を伸張させることができる。しかしながら、コントローラ61はアルゴリズムに基づいて作動して、ブーム15がその降下位置へ降下するときにブームの伸張を制限し、最大荷重を支持するときに評定されるブームセクション16,17間のオーバーラップをブーム15の構造設計により制約される最小値に維持する。しかしながら、ブーム15が上昇するとき及びブームセクション16,17間の最小オーバーラップの減少が容認できるとき、コントローラ61はアルゴリズムに基づいて作動して、ブームセクション16,17の更なる外方への伸縮を可能とするよう伸張アクチュエータ30が更に伸張するのを許容し、かくして許容される最小オーバーラップを減少させ、従って、上方到達限界を増大させる。これは、コントローラ61により機械的ストッパを作動するか、或いは、伸張アクチュエータ30を更に伸張させる圧力が大きくなれないように伸張アクチュエータ30への液圧送りラインにある逃し弁を開くか、或いはいずれかのその他の作動により達成されうる。例えば、コントローラ61は、電気的に制御される弁50の作動を阻止することによりアクチュエータ30の更なる伸張を許容しなくてよい。
必要に応じて、コントローラ61は伸張アクチュエータ30の作動を制御し、ブーム15により支持された荷重の大きさに応じて最小許容ブームセクションオーバーラップの量を制御し、更なる伸張従って、許容最小オーバーラップの減少が、荷重が最大定格荷重よりも小さい場合に許容される。荷重の大きさは、例えば、リフトアクチュエータ21のピストン23の非ピストンロッド側における液圧を検知することにより測定することができる。
本発明の範囲から逸脱することなく種々のその他の改変を行なうことができる。例えば、本発明は伸縮式取扱い機械10におけるホイールローダについて説明してきたが、本発明は、例えばのこととして、ホイールの代わりに1対以上のキャタピラを有する自走式ローダのような任意のその他の積込み機に、或いはクレーンに、或いは荷重を取り扱うための伸縮式ブームを有する他の機械に適用してもよい。
Claims (9)
- 機械を操作する方法であって、該機械は、一端で又は一端の近くで前記機械のボディに装着されたブームを有しており、該ブームは、他端に荷重取扱い具を有すると共に、少なくとも2つのセクションを含んでいて、該セクションの一方が他方内で伸縮され、伸縮の限界を調節するために少なくとも1つの伸張アクチュエータがあり、前記ブームは、少なくとも1つのリフトアクチュエータにより、降下位置と上昇位置への間の運動のため移動可能である方法において、該方法は、前記ブームが上昇位置にあるときに許容される最小オーバーラップよりも大きい最小オーバーラップを前記ブームが降下位置にあるときに前記ブームセクション間に与えるよう前記ブームセクションの相対的伸張を防止することを含む機械を操作する方法。
- 前記ブームが上昇するときの前記ブームセクション間の前記許容最小オーバーラップを減じるよう前記ブームの幾何学的形状を機械的に調節することを含む請求項1に記載の機械を操作する方法。
- 前記ブームセクションを相対的に伸張及び収縮させるための前記伸張アクチュエータは、一端で第1ブームセクションに対して装着されると共に、他端で第2ブームセクションに対して装着されており、第1及び第2アクチュエータの装着位置の一方は、前記ブームが上昇又は降下するときに、それぞれのブームセクションに対して移動される請求項2に記載の機械を操作する方法。
- 線形アクチュエータが前記ブーム内に設けられており、前記装着位置の1つは、前記アクチュエータと前記機械の前記ボディとの間のリンク機構により、前記ブームが上昇又は降下されるときに前記ブームに関して直線的に可動である請求項3に記載の機械を操作する方法。
- 前記リンク機構は、前記アクチュエータと前記機械の前記ボディとの間に真直ぐに延びる単式リンクを含む請求項4に記載の機械を操作する方法。
- 前記リンク機構は、第1リンク及び第2リンクを含んでおり、該第1リンクは、前記アクチュエータと該第1リンクが枢軸状に結合される中間要素との間に延びており、該第2リンクは、前記中間要素と前記機械の前記ボディとに枢軸状に結合されており、前記中間要素は、前記第1ブームセクションに枢軸状に結合されされている請求項4に記載の機械を操作する方法。
- 前記ブームが上昇するときに前記ブームセクション間の許容最小オーバーラップを減じるよう前記ブームの幾何学的形状を液圧により調節することを含む請求項1に記載の機械を操作する方法。
- 前記ブームが上昇するときに前記ブームセクション間の許容最小オーバーラップを減じるよう前記ブームの幾何学的形状を電気−液圧的に調節することを含む請求項1に記載の機械を操作する方法。
- 請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載の機械を操作する方法において使用するための荷重を取り扱うブームを有する機械。
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