JP2014055411A - 建設機械のブーム - Google Patents
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Abstract
【課題】重量増を抑えつつも、その剛性・強度を高く維持することができるブーム構造を提供すること。
【解決手段】ブーム1は、所定の間隔をあけて配置されアームシリンダ7の基端部がピン9を介して回動可能に取り付けられる左右一対の側板2R・2Lと、左右一対の側板2R・2L間に掛け渡されて側板2R・2Lの上端部に固定される上板3と、を備えている。アームシリンダ7の少なくとも基端部を覆うように上板3を設ける。
【選択図】図1
【解決手段】ブーム1は、所定の間隔をあけて配置されアームシリンダ7の基端部がピン9を介して回動可能に取り付けられる左右一対の側板2R・2Lと、左右一対の側板2R・2L間に掛け渡されて側板2R・2Lの上端部に固定される上板3と、を備えている。アームシリンダ7の少なくとも基端部を覆うように上板3を設ける。
【選択図】図1
Description
本発明は、油圧ショベルなどの建設機械のブームの構造に関する。
建設機械のブームの構造に関して、例えば特許文献1、2に記載されている。特許文献1では、左右一対の側板の間に間隔保持部材(スペーサ―ボス)を配置し、左右一対の側板と間隔保持部材とを溶接することなくピンを用いて固定することでブームを形成している。この構成により、疲労強度の小さい溶接部が存在しないので、大きな強度のブームとすることができる。
特許文献2では、左右一対の側板の間に当該側板に直交する方向の中リブ板を固設してブームを形成している。少なくともブームの根元部分に2枚の中リブ板を平行に配置することを特徴としている。この構成により、少なくともブームの根元部寄りの部位においてのブームの強度を確保することができ、ねじれ荷重がかかっても変形しにくい構造となる、と称されている。
本発明者らは、ブームの剛性・強度について鋭意検討した結果、ブームのうちのある特定の部位に生じる曲げモーメントが際立って大きいことを究明した。しかしながら、特許文献1、2に記載されたようなブーム構造は、この部位の剛性・強度を向上させるものではない。ブームを構成する板材の厚みを増すことで、ブームの剛性・強度を向上させることができるが、この方法ではブームの重量が大幅に増加してしまう。ブームの重量が増加すると、ブームを動かすための動力源の仕事量が増加して、その燃費に悪影響を及ぼしてしまう。また、油圧ショベルのような建設機械においては、その安定度を確保するために、カウンタウェイトの重量も増加し、コスト面・輸送面でも不利となる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、重量増を抑えつつも、その剛性・強度を高く維持することができるブーム構造を提供することである。
本発明者らは、ブームの剛性・強度について鋭意検討した結果、ブームの長手方向における各部のうち、アームシリンダの基端部が取り付けられる部位に生じる曲げモーメントが際立って大きいことを究明した。
本発明は、建設機械の前部に取り付けられるブームの構造に関するものである。ブームは、所定の間隔をあけて配置され、アームシリンダの基端部が回動可能に取り付けられる左右一対の側板と、前記左右一対の側板間に掛け渡されて前記側板の上端部に固定される上板と、を備えている。前記アームシリンダの少なくとも基端部を覆うように前記上板が設けられている。
本発明によると、ブーム各部のうちのアームシリンダの基端部が取り付けられる部位の断面高さが従来よりも高くなる。これにより、ブームを構成する板材の厚みを増すことなく、当該部位の高さ方向の断面二次モーメントを大きくすることができる。また、断面二次モーメントを従来と同程度に維持する場合は、ブームを構成する板材の厚みを下げることができる。すなわち、本発明によると、重量増を抑えつつも、その剛性・強度を高く維持したブームとすることができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明は、各種の建設機械のうち例えば油圧ショベルに適用される。
以下では、ブームのうちのいずれの部位に生じる曲げモーメントが大きいのか、および、ブームの形状上の制約について、図3、4を参照しつつまず説明する。その後、図1、2を参照しつつ本発明を実施するためのいくつかのブーム形態について説明する。
(油圧ショベルの構成)
図4に示すように、油圧ショベル200は、クローラ式の下部走行体61の上に上部旋回体62が縦軸(旋回中心)Oまわりに旋回自在に搭載されてなる建設機械である。油圧ショベル200の上部旋回体62の構造体であるメインフレーム63の上には、キャビン64を含む各種設備が搭載される。また、ブーム52・アーム58・バケット59を備える作業アタッチメントがメインフレーム63の前部に装着され、メインフレーム63の後端部にはカウンタウェイト65が装着される。
図4に示すように、油圧ショベル200は、クローラ式の下部走行体61の上に上部旋回体62が縦軸(旋回中心)Oまわりに旋回自在に搭載されてなる建設機械である。油圧ショベル200の上部旋回体62の構造体であるメインフレーム63の上には、キャビン64を含む各種設備が搭載される。また、ブーム52・アーム58・バケット59を備える作業アタッチメントがメインフレーム63の前部に装着され、メインフレーム63の後端部にはカウンタウェイト65が装着される。
ブーム52の基端部は、メインフレーム63の前部にピンを介して取り付けられる。ブーム52の先端部には、アーム58の基端部がピンを介して取り付けられる。アーム58の先端部には、バケット59の基端部がピンを介して取り付けられる。
ブーム52は、ブームシリンダ60によって回動(起伏)する。アーム58は、アームシリンダ7によって回動する。バケット59は、バケットシリンダ66によって回動する。
(従来のブーム構造)
油圧ショベル200の前部に取り付けられるブーム52は、箱形状のブームであって、図3に符号を付して示したように、所定の間隔をあけて配置された左右一対の側板53と、左右一対の側板53の上端部に固定された上板56と、左右一対の側板53の下端部に固定された下板55とを備えている。
油圧ショベル200の前部に取り付けられるブーム52は、箱形状のブームであって、図3に符号を付して示したように、所定の間隔をあけて配置された左右一対の側板53と、左右一対の側板53の上端部に固定された上板56と、左右一対の側板53の下端部に固定された下板55とを備えている。
ブーム52の先端部にはアーム取付部6が設けられ、ブーム52の基端部にはフレーム取付部5が設けられている。アーム取付部6の側面およびフレーム取付部5の側面には、それぞれ、ピン孔6aおよびピン孔5aが形成されている。
ブーム52は、「く」の字状に湾曲する形態となっている。上板56のうちの湾曲部よりも少し先端側の部位には、アームシリンダ7の基端部を取り付けるためのアームシリンダ用ブラケット57が固定されている。このアームシリンダ用ブラケット57の側面にはピン孔57aが形成されている。また、このピン孔57aよりも後方(基端側)の部分の側板53には、ブームシリンダ60のピストンロッドの先端部を取り付けるためのピン孔53aが形成されている。
ここで図3においてブーム52の下方に載せたグラフは、掘削時にブーム52に生じる曲げモーメントの分布を示すグラフである。グラフの横軸はブーム52の長手方向の各位置を示し、縦軸はその位置における曲げモーメントを示す。掘削作業中、ブーム52には、バケット59先端の掘削反力、油圧シリンダ(60・7・66)の推力、により曲げ荷重がかかる。図3のグラフからわかるように、ブーム52の長手方向における各部のうち、アームシリンダ7の基端部が取り付けられる部位に生じる曲げモーメントが際立って大きい。
(ブームの形状上の制約)
図4は、油圧ショベル200をトレーラで輸送するときの油圧ショベル200の姿勢を示す図である。
図4は、油圧ショベル200をトレーラで輸送するときの油圧ショベル200の姿勢を示す図である。
油圧ショベル200を例えばトレーラで輸送するとき輸送時の高さ制限がある。この高さを超える荷(油圧ショベル)とすることはできない。すなわち、ブームの形状には、ブームを前方に倒した図4に示す油圧ショベル200の輸送姿勢からくる制約がある。
また、バケット59の先端の軌跡を図4中に点線の円弧で示している。バケット抱え込み時にブーム52とバケット59とが干渉しないようにしなければならない。すなわち、ブームの形状には、バケット抱え込み時の姿勢からくる制約がある。
(第1実施形態のブーム構造)
図1を参照しつつ第1実施形態のブーム1の構造について説明する。図1(a)は、ブーム1の側面図であり、図1(b)は、ブーム1の平面図である。図1(c)は、図1(a)のA−A断面図である。
図1を参照しつつ第1実施形態のブーム1の構造について説明する。図1(a)は、ブーム1の側面図であり、図1(b)は、ブーム1の平面図である。図1(c)は、図1(a)のA−A断面図である。
なお、以下の説明においては、ブームを構成する側板・上板・下板として、いずれも2枚の板材を接合してなるものを例示しているが、本発明のブームはこの形態に限られるものではない。3枚以上の板材を接合して、側板・上板・下板をそれぞれ形成してもよいし、1枚の板材で、側板・上板・下板をそれぞれ形成してもよい。
図1に示すように、ブーム1は、箱形状のブームであって、所定の間隔をあけて配置された左右一対の側板2R・2Lと、側板2R・2L間に掛け渡されて当該側板2R・2Lの上端部に固定された上板3と、側板2R・2L間に掛け渡されて当該側板2R・2Lの下端部に固定された下板4とを備えている。
ブーム1(側板2R・2L、上板3、下板4)は、全体として「く」の字状に湾曲する形態となっている。
ブーム1の先端部にはアーム取付部6が設けられ、ブーム1の基端部にはフレーム取付部5が設けられている。アーム取付部6の側面およびフレーム取付部5の側面には、それぞれ、ピン孔6aおよびピン孔5aが形成されている。ブーム1は、フレーム取付部5を介して油圧ショベルのメインフレームに取り付けられる。また、アームの基端部がブーム1先端のアーム取付部6に取り付けられる。
(側板)
側板2R・2Lのうちの「く」の字状湾曲部よりも少し先端側(アーム取付部6よりも「く」の字状湾曲部寄りの部分)であって、側板2R・2Lの上方側部分には、アームシリンダ7の基端部を、ピン9を介して取り付けるためのピン孔2bが形成されている。
側板2R・2Lのうちの「く」の字状湾曲部よりも少し先端側(アーム取付部6よりも「く」の字状湾曲部寄りの部分)であって、側板2R・2Lの上方側部分には、アームシリンダ7の基端部を、ピン9を介して取り付けるためのピン孔2bが形成されている。
また、このピン孔2bよりも後方(基端側)の部分の側板2R・2Lには、ブームシリンダ60のピストンロッドの先端部を、ピンを介して取り付けるためのピン孔2aが形成されている。なお、下板4のうちの「く」の字状湾曲部付近の下面に、ブームシリンダ60のピストンロッドの先端部を取り付けるためのブームシリンダ用ブラケット(不図示)が取り付けられる場合もある。
(上板)
ブーム1を構成する上板3は、フレーム取付部5側の基端部側上板13と、アーム取付部6側の先端部側上板23とからなる。
ブーム1を構成する上板3は、フレーム取付部5側の基端部側上板13と、アーム取付部6側の先端部側上板23とからなる。
ここで、基端部側上板13は、アームシリンダ7の基端部を上から覆うような形状とされる。他の表現では、基端部側上板13は、ブーム側面視において(ブームをその側方から見たときに)、アームシリンダ7の基端部よりも上方に位置する形状とされる。
本実施形態においては、基端部側上板13は、ブーム1が前方に倒されてその輸送姿勢(例えば図4参照)とされた状態のときに、「く」の字状湾曲部の基端部側の頂部13aから前方に向かって水平に延在し、ピン孔2bを超えたところで、水平に対して斜め下向きに傾斜するという形状とされている。そのあと、基端部側上板13は、先端部側上板23に接合する。なお、基端部側上板13と先端部側上板23との接合箇所(つなぎ合わせる箇所)は、図1に示した位置に限られることはない。
基端部側上板13のうち、アームシリンダ7の基端部を覆う部分の幅方向中央部は、U字状に所定の幅切り欠かれ、切欠き部12が形成されている。この切欠き部12は、アームシリンダ7の長手方向に沿う。アームシリンダ7の基端部の上方が切欠き部12により開放されている。
アームシリンダ7の基端部の上方が開放されているので、アームシリンダ7が基端部を中心に回動しても、アームシリンダ7と上板3とが干渉することはない。
アームシリンダ7の基端部の下方には蓋板11が配置されている。この蓋板11は、ブーム1の内部に土砂などの異物が入らないようにするためのものであり、側板2R・2L、上板3、下板4のような構造部材(強度部材)である必要はない。
蓋板11のフレーム取付部5側の部分は、斜め上方に折り曲げられた形態で基端部側上板13の下面に接合されている。斜め上方に折り曲げられた形態とすることなく、先端部側上板23をそのまままっすぐ延長する形態で基端部側上板13に蓋板11を接合してもよいが、本実施形態のように、斜め上方に折り曲げられた形態で基端部側上板13に蓋板11を接合することで蓋板11の長さを短くすることができる。すなわち、ブーム1の軽量化を図ることができる。
(下板)
ブーム1を構成する下板4は、フレーム取付部5側の基端部側下板14と、アーム取付部6側の先端部側下板24とからなる。下板4の形状は、図3・4に示した従来の下板55と同じとされている。そのため、バケット抱え込み時に、ブーム1とバケットとが干渉することはない。
ブーム1を構成する下板4は、フレーム取付部5側の基端部側下板14と、アーム取付部6側の先端部側下板24とからなる。下板4の形状は、図3・4に示した従来の下板55と同じとされている。そのため、バケット抱え込み時に、ブーム1とバケットとが干渉することはない。
(スペーサ)
図1(c)に示したように、アームシリンダ7の基端部の両側には、当該基端部の軸直交方向の可動範囲を規制するスペーサ8が、それぞれ2枚ずつ配置されている。なお、アームシリンダ7の基端部の両側にそれぞれ1枚ずつスペーサ8が配置されていてもよい。
図1(c)に示したように、アームシリンダ7の基端部の両側には、当該基端部の軸直交方向の可動範囲を規制するスペーサ8が、それぞれ2枚ずつ配置されている。なお、アームシリンダ7の基端部の両側にそれぞれ1枚ずつスペーサ8が配置されていてもよい。
側板2R・2Lに形成されたピン孔2b、およびスペーサ8には、アームシリンダ7の基端部を回動可能に取り付けるためのピン9が差し込まれる。ピン9には抜け止め部材10が取り付けられる。
ここで、例えば、スペーサ8の輪郭を上板3(基端部側上板13)の下面に沿う形状とし、上板3(基端部側上板13)の下面および側板2R・2Lの内面にスペーサ8を固定してもよい。なお、本実施形態の場合、上板3(基端部側上板13)の下面および側板2R・2Lの内面に固定するのは、アームシリンダ7の基端部の片側に配置した2枚のスペーサ8のうち側板側のスペーサとなる。アームシリンダ7側のスペーサ8は、例えば上板3(基端部側上板13)の下面に固定することとなる。
(作用効果)
本実施形態によると、アームシリンダ7の基端部を覆うように上板3が設けられているため、ブーム1の長手方向における各部のうちのアームシリンダ7の基端部が取り付けられる部位の断面高さが従来よりも高くなる。これにより、ブーム1を構成する板材の厚みを増すことなく、生じる曲げモーメントが際立って大きい部分の高さ方向の断面二次モーメントを大きくすることができる。結果として、重量増を抑えつつも、ブームの剛性・強度を高くすることができる。
本実施形態によると、アームシリンダ7の基端部を覆うように上板3が設けられているため、ブーム1の長手方向における各部のうちのアームシリンダ7の基端部が取り付けられる部位の断面高さが従来よりも高くなる。これにより、ブーム1を構成する板材の厚みを増すことなく、生じる曲げモーメントが際立って大きい部分の高さ方向の断面二次モーメントを大きくすることができる。結果として、重量増を抑えつつも、ブームの剛性・強度を高くすることができる。
また、ブームの高さ方向の断面二次モーメントを従来と同程度に維持する場合は、アームシリンダ7の基端部が取り付けられる部位の断面高さが従来よりも高くなった分、上板3(基端部側上板13)および下板4(基端部側下板14)のうちの少なくともいずれかの板厚を下げることができる。これにより、ブームの軽量化を図ることができる。
さらには、アームシリンダ7の基端部を回動可能に側板2R・2Lに取り付けているので、アームシリンダ用ブラケット57も不要となっている。これらにより、本実施形態のブーム構造によると、重量増を抑えつつも、その剛性・強度を高く維持したブームとすることができる。
また、上板3(基端部側上板13)に前記した切欠き部12が設けられていることで、アームシリンダ7が基端部を中心に回動しても、アームシリンダ7と上板3とが干渉することはない。
さらには、アームシリンダ7の基端部を覆うように形成された上板3(基端部側上板13)部分の幅方向中央部に切欠き部12を設けたことで、上板3(基端部側上板13)のうちの切欠き部12の両側部分でアームシリンダ7の基端部が囲まれる。これにより、アームシリンダ7の基端部から作用する左右いずれの方向のねじれ荷重も、断面二次モーメントが高められた上板3(基端部側上板13)部分で受けることができる
また、アームシリンダ7の基端部の両側に配置されるスペーサ8を、上板3(基端部側上板13)の下面および側板2R・2Lの内面に固定することで、アームシリンダ7の基端部の周辺のブームの剛性・強度をより高くすることができる。
本実施形態のブーム1は、生じる曲げモーメントが際立って大きい部分の断面高さを高くするために、下板4の形状を変更することなく上板3の形状を前記したように工夫することで対応している。そのため、図4に示した油圧ショベル200において、ブーム52の代わりに本実施形態のブーム1を用いても、すなわち、ブーム1を備える油圧ショベル200としても、バケット抱え込み時に、ブーム1とバケットとが干渉することはない。
また、ブーム1が前方に倒されてその輸送姿勢(例えば図4参照)とされた状態のときに、ブーム1を構成する基端部側上板13(上板3)は、「く」の字状湾曲部の基端部側の頂部13aから前方に向かって水平に延在されている。このため、トレーラなどによる油圧ショベルの輸送時の高さ制限を従来と同様に守ることができる。なお、輸送高さが許せば、側面視において、アームシリンダ7の基端部が取り付けられる部位の上板3の高さを本実施形態のものよりも高くしてもよい。
(第2実施形態のブーム構造)
図2を参照しつつ第2実施形態のブーム102の構造について説明する。図2(a)は、ブーム102の側面図であり、図2(b)は、ブーム102の平面図である。第1実施形態と同様の部品・部材については同一の符号を付している。
図2を参照しつつ第2実施形態のブーム102の構造について説明する。図2(a)は、ブーム102の側面図であり、図2(b)は、ブーム102の平面図である。第1実施形態と同様の部品・部材については同一の符号を付している。
第2実施形態のブーム102では、アームシリンダ7の基端部の上方から側板2R・2Lの先端部部分まで(箱断面を形成している先端部まで)、ブーム側面視においてアームシリンダ7を覆うように上板3をまっすぐ延ばしている。
アームシリンダ7と上板3とが干渉することのないように、上板3に形成されるU字状の切欠き部22は、第1実施形態の切欠き部12よりも長いものとなっている。
なお、図示を省略しているが、図1(c)に示したと同様、本実施形態のブーム102においても、アームシリンダ7の基端部の両側には、当該基端部の軸直交方向の可動範囲を規制するスペーサ8が配置されている。
(作用効果)
ブーム102を構成する上板3は、フレーム取付部5側の基端部側上板33と、アーム取付部6側の先端部側上板43とからなる。本実施形態によると、アームシリンダ7の基端部付近からブーム先端部付近まで、その断面高さが従来よりも高くなる。すなわち、断面二次モーメントが大きくなる。その結果、先端部側上板43および先端部側下板24の板厚を下げることができる。これにより、ブームの軽量化をより図ることができる。
ブーム102を構成する上板3は、フレーム取付部5側の基端部側上板33と、アーム取付部6側の先端部側上板43とからなる。本実施形態によると、アームシリンダ7の基端部付近からブーム先端部付近まで、その断面高さが従来よりも高くなる。すなわち、断面二次モーメントが大きくなる。その結果、先端部側上板43および先端部側下板24の板厚を下げることができる。これにより、ブームの軽量化をより図ることができる。
また、アームシリンダ7の基端部の上方から側板2R・2Lの先端部部分まで、曲部を設けることなく上板3をまっすぐ延ばしている。すなわち、アームシリンダ7の基端部の上方から側板2R・2Lの先端部部分まで応力集中する箇所はない。これにより、ブームの強度がより高まる。
1:ブーム
2R・2L:側板
3:上板
4:下板
5:フレーム取付部
6:アーム取付部
7:アームシリンダ
8:スペーサ
12:切り欠き部
2R・2L:側板
3:上板
4:下板
5:フレーム取付部
6:アーム取付部
7:アームシリンダ
8:スペーサ
12:切り欠き部
Claims (6)
- 建設機械の前部に取り付けられるブームにおいて、
所定の間隔をあけて配置され、アームシリンダの基端部が回動可能に取り付けられる左右一対の側板と、
前記左右一対の側板間に掛け渡されて前記側板の上端部に固定される上板と、
を備え、
前記アームシリンダの少なくとも基端部を覆うように前記上板が設けられている、建設機械のブーム。 - 請求項1に記載のブームにおいて、
前記アームシリンダの基端部の上方から前記左右一対の側板の先端部部分まで、ブーム側面視において前記アームシリンダを覆うように前記上板が延在されている、建設機械のブーム。 - 請求項1または2に記載のブームにおいて、
前記上板は、前記アームシリンダの長手方向に沿う所定の幅の切欠き部を有しており、
前記アームシリンダの上方が前記切欠き部により開放されている、建設機械のブーム。 - 請求項3に記載のブームにおいて、
前記上板の幅方向中央部に前記切欠き部が形成されていることで、前記上板のうちの前記切欠き部の両側部分で前記アームシリンダが囲まれている、建設機械のブーム。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のブームにおいて、
前記アームシリンダの基端部の両側に配置され、当該基端部の軸直交方向の可動範囲を規制するスペーサが、前記上板の下面および前記側板の内面に固定されている、建設機械のブーム。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のブームを備える建設機械。
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Cited By (1)
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CN110439046A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-12 | 徐州徐工矿业机械有限公司 | 一种三铰点反铲动臂、挖掘机及提高反铲动臂可靠性的方法 |
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Cited By (1)
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CN110439046A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-12 | 徐州徐工矿业机械有限公司 | 一种三铰点反铲动臂、挖掘机及提高反铲动臂可靠性的方法 |
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