JP2014043329A - クレーンのラチスブーム - Google Patents

Abstract

【課題】ラチスブームの最大吊荷重を向上させる。
【解決手段】ブーム１０は、先端部および中間部が支持ケーブル８に支持されるラチスブームである。ブーム１０は、先端ブーム２０を備える。先端ブーム２０は、ブーム中心軸Ｃよりもブーム背面側Ｙ１に配置されるとともに支持ケーブル８が取り付けられるケーブル取付部２６を備える。中間ブーム１４の背面１４ｂとブーム中心軸Ｃとのブーム高さ方向Ｙにおける距離をＨとし、ケーブル取付部２６とブーム中心軸Ｃとのブーム高さ方向Ｙにおける距離をＤとしたとき、Ｄ／Ｈは３以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、クレーンのラチスブームに関する。

図４（ａ）及び（ｂ）に従来のラチスブーム（以下「ブーム」）を備えたクレーンを示す。クレーン本体の旋回中心から遠い位置で重量が大きい吊荷を吊り上げることができるように、ブームには、十分な強度および剛性が求められる。なお、図４（ｂ）に示すブームと同様のブームが特許文献１（図９）に記載されている。

特開平１１−２９２４７２号公報（図９）

クレーンを例えば保管場所と作業場所との間で輸送する際、ブームは分解されてトレーラ等で輸送される。このとき、ブームが積載されたトレーラ等の重量および寸法は厳しく規制される。そのため、ブームの強度および剛性を向上させるために、ブームを構成するパイプの寸法（板厚、径）及びブームの断面の枠寸を大きくすることには限りがある。

図４（ａ）に示すブームは、１本の支持ケーブルにより支持される。同図に示すように、このブームは腹面側にたわむ。その結果、ブーム全体での最大応力は、ブーム中央付近のブーム背面のパイプ（同図の点Ｅ参照）に発生する。

図４（ｂ）に示すブームは、ブームの先端部および中間部が支持ケーブルに支持される（ブーム中間部での支持を「中間支持」とする」）。このブームでは、図４（ａ）に示す腹面側へのブームのたわみを中間支持により抑制することで、ブームの強度および剛性を向上させて、ブームの最大吊荷重の向上を図っている。

しかし、図４（ｂ）に示すように、中間支持されるブームでは、ブームの変形モードが同図において二点鎖線で示すようになる。その結果、ブーム全体での最大応力は、中間支持がされる位置（中間支持部１６）の近傍のブーム腹面のパイプ（同図の点Ｆ参照）に発生する。このようなブームの最大吊荷重をさらに向上させるためには、点Ｆでの応力を軽減する必要がある。

本発明の目的は、最大吊荷重を向上できる、クレーンのラチスブームを提供することである。

本発明は、先端部および中間部が支持ケーブルに支持されるラチスブームである。このラチスブームは、最もブーム基端側に配置される下部ブームと、前記下部ブームの先端側に連結されるとともに前記支持ケーブルが背面に取り付けられる中間ブームと、前記中間ブームの先端側に連結されるとともに最もブーム先端側に配置される先端ブームと、を備える。前記先端ブームは、ブーム中心軸よりもブーム背面側に配置されるとともに前記支持ケーブルが取り付けられるケーブル取付部を備える。前記中間ブームの背面とブーム中心軸とのブーム高さ方向における距離をＨとし、前記ケーブル取付部とブーム中心軸とのブーム高さ方向における距離をＤとしたとき、Ｄ／Ｈは３以上である。

上記構成により、ラチスブームの最大吊荷重を向上できる。

クレーンの全体図である。 図１に示すブーム１０の先端部周辺を示す図である。 図２に示す点Ａ及び点Ｂでの応力とＤ／Ｈとの関係を示すグラフである。 従来のブームを備えるクレーンである。

図１〜図３を参照して本発明の実施形態のクレーン１のブーム１０（ラチスブーム）について説明する。

クレーン１は、図１に示すように、ブーム１０により吊荷（図示なし）を吊る建設機械である。クレーン１は、例えば移動式クレーンであり、例えばラチスブームクローラクレーンである。クレーン１は、クレーン１を走行させる下部走行体２と、下部走行体２の上方に取り付けられる上部旋回体４と、上部旋回体４にそれぞれ取り付けられるマスト６及びブーム１０と、マスト６とブーム１０とにつながれる支持ケーブル８と、を備える。

下部走行体２は、例えばクローラ式である（ホイール式でも良い）。
上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回可能に、下部走行体２の上方に取り付けられる。以下、「前」及び「後」は、上部旋回体を基準とする。

マスト６は、支持ケーブル８を介してブーム１０を起伏させる起伏部材である。マスト６は、ブーム１０の後方に配置される。

支持ケーブル８は、ブーム１０を後方から支持する（支持の詳細は後述）。支持ケーブル８は、例えば、ウインチ（図示なし）による巻出し及び巻込みが可能なロープと、ウインチによる巻出し及び巻込みが不能なガイラインと、が連結されたものである。支持ケーブル８は、ロープ及びガイラインのうち一方のみを備えていても良い。

ブーム１０（ラチスブーム）は、ロープ１１を介して吊荷を吊るための、棒状の構造物である。ブーム１０は、上部旋回体４に起伏可能に取り付けられる。ブーム１０は、格子状構造を備えたブーム、すなわちラチスブームである。ここで、ブーム１０の中心軸（ブーム中心軸Ｃ）の方向をブーム軸方向Ｘとする。ブーム軸方向Ｘにおいて、ブーム１０の先端側をブーム先端側Ｘ１、ブーム１０の基端側をブーム基端側Ｘ２とする。ブーム１０の背面１０ｂと腹面１０ｖとが対向する方向をブーム高さ方向Ｙとする。ブーム高さ方向Ｙにおいて、背面１０ｂ側をブーム背面側Ｙ１、腹面１０ｖ側をブーム腹面側Ｙ２とする。

このブーム１０は、ブーム軸方向Ｘに分解可能である。ブーム１０は、ブーム基端側Ｘ２からブーム先端側Ｘ１に順に、下部ブーム１２と、中間ブーム１４と、先端ブーム２０と、を備える。

このブーム１０の先端ブーム２０（先端部）および中間ブーム１４（中間部）は、支持ケーブル８に支持される。支持ケーブル８は、例えば次のようにブーム１０に接続される。マスト６の先端部と先端ブーム２０とをつなぐ１本の支持ケーブル８が中間ブーム１４の後方（ブーム背面側Ｙ１）で枝分かれして、枝分かれした支持ケーブル８が中間ブーム１４につながれる。なお、先端ブーム２０とマスト６とに１本の支持ケーブル８がつながれるとともに、中間ブーム１４とマスト６とに他の１本の支持ケーブル８がつながれても良い。

下部ブーム１２は、ブーム軸方向Ｘに分解されるブーム１０の構成部品のうち、最もブーム基端側Ｘ２に配置される。下部ブーム１２の基端部（ブームフット１２ｆ）は、上部旋回体４に取り付けられる。下部ブーム１２は（ブーム１０は）、ブームフット１２ｆを回動中心として、上部旋回体４に対して起伏可能である。

中間ブーム１４は、下部ブーム１２のブーム先端側Ｘ１に連結される。中間ブーム１４の背面１４ｂには、支持ケーブル８が取り付けられる。中間ブーム１４は、背面１４ｂに設けられるとともに支持ケーブル８が取り付けられる中間支持部１６を備える。ここで、図２に示すように、中間ブーム１４の背面１４ｂとブーム中心軸Ｃとのブーム高さ方向Ｙにおける距離をＨ（中間ブーム１４の半幅Ｈ）とする。すなわち、中間ブーム１４の背面１４ｂと腹面１４ｖとのブーム高さ方向Ｙの距離を２Ｈ（「幅２Ｈ」）とする。中間ブーム１４の半幅Ｈがブーム軸方向Ｘの位置によって異なる場合（例えば、中間ブーム１４の先端よりも中間支持部１６の方が半幅Ｈが大きい場合など）は、中間ブーム１４の先端と中間支持部１６との間での半幅Ｈの平均値を、「中間ブーム１４の半幅Ｈ」とする。

先端ブーム２０は、中間ブーム１４のブーム先端側Ｘ１に連結される。先端ブーム２０は、ブーム軸方向Ｘに分解されるブーム１０のうち、最もブーム先端側Ｘ１に配置される。先端ブーム２０は、中間ブーム１４の先端に取り付けられる本体部２２と、本体部２２からブーム背面側Ｙ１に突出するように形成された突出部２４と、突出部２４に設けられたケーブル取付部２６と、を備える。なお、図１に示すロープ１１は図２では省略している。

ケーブル取付部２６は、支持ケーブル８が取り付けられる（接続される）部分である。ケーブル取付部２６は、ブーム中心軸Ｃよりもブーム背面側Ｙ１に配置される。ここで、ケーブル取付部２６とブーム中心軸Ｃとのブーム高さ方向Ｙにおける距離をＤ（「オフセット距離Ｄ」）とする。ケーブル取付部２６は、従来のケーブル取付部１２６（図２において二点鎖線で示す、オフセット距離Ｄ１）の位置よりも、ブーム背面側Ｙ１に移動させている。中間ブーム１４の半幅Ｈに対するオフセット距離Ｄの条件は次の通りである。Ｄ／Ｈは、３以上である。好ましくは、Ｄ／Ｈは５以下である。さらに好ましくは、Ｄ／Ｈは、３．５以上、４．５以下である。さらに好ましくは、Ｄ／Ｈは、４．０（３．９５〜４．０５）である。さらに好ましくは、Ｄ／Ｈは３．９７である。

（ケーブル取付部２６による作用）
次に、ケーブル取付部２６を、従来（ケーブル取付部１２６参照）よりもブーム背面側Ｙ１に移動させたことによる作用を説明する。

（点Ａでの応力σＡ）図１に示すように、ブーム１０は、吊荷の荷重やブーム１０の自重により、中間支持部１６と先端ブーム２０との間の部分にブーム腹面側Ｙ２へのたわみ（「たわみδ」とする）が生じる。なお、図１において二点鎖線で示すブーム１０は、ブーム１０の変形モードのイメージ図である。図２に示すように、このたわみδによる圧縮応力が点Ａで最大となる（点Ａでの発生応力を「応力σＡ」とする）。点Ａは、具体的には、中間ブーム１４の腹面１４ｖを構成するパイプのうち、中間支持部１６よりもブーム先端側Ｘ１の、中間支持部１６の直近（直上）の部分である。なお、従来のブーム、すなわちケーブル取付部１２６を備えるブームでは、応力σＡがブーム全体での最大応力となる。

上述したように、ケーブル取付部２６は、ブーム中心軸Ｃよりもブーム背面側Ｙ１に配置される。よって、ブーム１０の先端部付近（中間支持部１６よりもブーム先端側Ｘ１の部分）にブーム背面側Ｙ１回りの局所曲げモーメントＭが生じる。この局所曲げモーメントＭにより、たわみδが抑制される。ブーム１０では、従来のブーム（ケーブル取付部１２６参照）よりもブーム背面側Ｙ１にケーブル取付部２６を移動させているので、この局所曲げモーメントＭが従来よりも大きくなり、たわみδによる応力σＡが抑制される。

（点Ｂでの応力σＢ）一方、局所曲げモーメントＭによる圧縮応力が点Ｂで最大となる（点Ｂでの発生応力を「応力σＢ」とする）。点Ｂは、具体的には、中間ブーム１４の背面１４ｂを構成するパイプのうち、中間ブーム１４の先端よりもブーム基端側Ｘ２の、中間ブーム１４の先端の直近（直下）の部分である。ブーム１０では、局所曲げモーメントＭがある量を超えると、応力σＢがブーム１０全体での最大応力になる（後述）。

なお、局所曲げモーメントＭがある量を超えると、中間ブーム１４の腹面１４ｖに引張応力が生じ得る。しかし、この引張応力は、ブーム１０全体にかかるブーム軸方向Ｘの圧縮応力に相殺されるので、ブーム１０全体の最大応力に影響しない。

（計算１）
次に、比較例のブーム（図２に示すケーブル取付部１２６を備えるブーム）と、ブーム１０と、に生じる応力等を計算して比較した。この計算１では、比較例のブームとブーム１０とに、同じブーム自重及び吊荷重を与えた。そして各ブームに生じる、たわみ、及び、ブーム全体での最大応力を計算した。ブーム１０は、Ｄ／Ｈ＝３．１８とした。比較例のブームは、Ｄ１／Ｈ＝１．１８とした。

計算結果を表１に示す。結果は、比較例の各結果を１とした場合の比率で表した。表１に示すように、比較例のブームに比べブーム１０では、最大応力については２９％減少し、たわみについては４６％減少した。

（計算２）
ブーム１０について、点Ａでの発生応力（応力σＡ）及び点Ｂでの発生応力（応力σＢ）と、Ｄ／Ｈと、の関係を計算した。結果を図３のグラフに示す。グラフの横軸はＤ／Ｈを示し、縦軸は応力を示す。結果（応力）は、比較例のブームにおける点Ａでの発生応力を１とした場合の比率で表した。応力σＡ及び応力σＢをそれぞれ線形補間すると、Ｄ／Ｈを大きくするほど、応力σＡは減少するとともに応力σＢは増加した。１．１８＜Ｄ／Ｈ≦３．９７の範囲では、応力σＡ（＝ブーム１０全体での最大応力）が、比較例のブームよりも小さくなった。Ｄ／Ｈ＝３．９７のとき、ブーム１０全体での最大応力が最小となった。Ｄ／Ｈ＞３．９７の範囲では、応力σＡよりも応力σＢが大きくなり、ブーム１０全体での最大応力が応力σＢになった。１．１８≦Ｄ／Ｈ≦５．０５の範囲では、ブーム１０全体での最大応力が比較例のブームよりも２割以上低減した。

（効果１）
次に、図１に示すブーム１０による効果を説明する。ブーム１０は、先端部および中間部が支持ケーブル８に支持されるラチスブームである。ブーム１０は、最もブーム基端側Ｘ２に配置される下部ブーム１２と、下部ブーム１２の先端側（ブーム先端側Ｘ１）に連結されるとともに支持ケーブル８が背面１４ｂに取り付けられる中間ブーム１４と、中間ブーム１４の先端側（ブーム先端側Ｘ１）に連結されるとともに最もブーム先端側Ｘ１に配置される先端ブーム２０と、を備える。図２に示すように、先端ブーム２０は、ブーム中心軸Ｃよりもブーム背面側Ｙ１に配置されるとともに支持ケーブル８が取り付けられるケーブル取付部２６を備える。

中間ブーム１４の背面１４ｂとブーム中心軸Ｃとのブーム高さ方向Ｙにおける距離をＨ（中間ブーム１４の半幅Ｈ）とし、ケーブル取付部２６とブーム中心軸Ｃとのブーム高さ方向Ｙにおける距離をＤ（オフセット距離Ｄ）としたとき、Ｄ／Ｈは３以上である。
よって、ブーム１０の先端部付近にブーム背面側Ｙ１回りの局所曲げモーメントＭが発生する。この局所曲げモーメントＭにより、ブーム１０の先端部付近（ブーム１０の先端と中間支持部１６との間）のブーム腹面側Ｙ２へのたわみが抑制される。その結果、このたわみによりブーム１０に発生する応力（上記の応力σＡ参照）が抑制される。したがって、ブーム１０の最大吊荷重を向上させる事ができる。その結果、クレーン１の吊上げ能力を向上させる事ができる。また、上記構成では、ブーム１０の最大吊荷重を向上させるために、ブーム１０を構成するパイプの寸法（板厚、径）及びブーム１０の断面の枠寸を増やす必要が無い。

なお、図４（ａ）に示すように支持ケーブルが１本のブームに、図２に示す上記構成（ケーブル取付部２６の位置を従来のケーブル取付部１２６よりもブーム背面側Ｙ１に移動させた構成）を適用すると、ブーム１０のたわみ（図４（ａ）で二点鎖線で示す）が大きくなり、不利にしかならない。

（効果２）
図２に示すブーム１０では、Ｄ／Ｈは５以下である。よって、局所曲げモーメントＭにより生じる応力（上記の応力σＢ参照）を抑制できる。その結果、ブーム１０の最大吊荷重を確実に向上させる事ができる。

（効果３）
ブーム１０では、Ｄ／Ｈは、３．５以上、４．５以下である。よって、上記の効果１及び効果２がより顕著になる（図３のグラフ参照）。

（効果４）
ブーム１０では、Ｄ／Ｈは、４．０（３．９５〜４．０５）である。よって、上記の効果１及び効果２がさらに顕著になる（図３のグラフ参照）。

（変形例）
上記実施形態は様々に変形できる。例えば図２では先端ブーム２０のブーム軸方向Ｘの長さが短いもの（ブーム軸方向Ｘの長さとブーム高さ方向Ｙの幅とが同じ程度のもの）を示したが、先端ブーム２０のブーム軸方向Ｘはこれより長くても良い。

１ クレーン
８ 支持ケーブル
１０ ブーム（ラチスブーム）
１２ 下部ブーム
１４ 中間ブーム
１４ｂ （中間ブームの）背面
２０ 先端ブーム
２６ ケーブル取付部
Ｃ ブーム中心軸
Ｄ オフセット距離
Ｈ （中間ブームの）半幅
Ｘ１ ブーム先端側
Ｘ２ ブーム基端側
Ｙ ブーム高さ方向
Ｙ１ ブーム背面側

Claims (4)

1. 先端部および中間部が支持ケーブルに支持されるラチスブームであって、
   最もブーム基端側に配置される下部ブームと、
   前記下部ブームの先端側に連結されるとともに前記支持ケーブルが背面に取り付けられる中間ブームと、
   前記中間ブームの先端側に連結されるとともに最もブーム先端側に配置される先端ブームと、
   を備え、
   前記先端ブームは、ブーム中心軸よりもブーム背面側に配置されるとともに前記支持ケーブルが取り付けられるケーブル取付部を備え、
   前記中間ブームの背面とブーム中心軸とのブーム高さ方向における距離をＨとし、前記ケーブル取付部とブーム中心軸とのブーム高さ方向における距離をＤとしたとき、Ｄ／Ｈは３以上である、
   クレーンのラチスブーム。
2. 前記Ｄ／Ｈは５以下である、請求項１に記載のクレーンのラチスブーム。
3. 前記Ｄ／Ｈは、３．５以上、４．５以下である、請求項２に記載のクレーンのラチスブーム。
4. 前記Ｄ／Ｈは４．０である、請求項３に記載のクレーンのラチスブーム。