JP2018080019A - 伸縮ブーム - Google Patents

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Abstract

【課題】伸縮ブームにおいて、外側ブームの角部の応力が高くなるのを防止又は抑制する。【解決手段】伸縮ブーム20は、筒状に形成された第1ブーム21と、伸縮ブーム20の全長を縮めた状態で第1ブーム21の内側に収容され、伸縮ブーム20の全長を伸ばした状態で第1ブーム21の軸方向に第1ブーム21から突出する第2ブーム22と、第1ブーム21と第2ブーム22との間に配置され、第1ブーム21の内面と第2ブーム22の外面とに接触したスライドプレート31,32と、を備え、第1ブーム21のうち、伸縮ブーム20の全長を伸ばした状態でスライドプレート31,32が接触する部分に対応した軸方向の位置における上板21aの中央部分21dが第1ブーム21の他の部分に比べて板厚が薄く、第1ブーム21の軸方向に対して交差する方向に伸び易く形成されている。【選択図】図4

Description

本発明は、伸縮ブームに関する。
クレーンの伸縮するブーム(以下、伸縮ブームという。)は、縮めた状態では、外側ブームの内側に、外側ブームよりも外形の小さい内側ブームを入れ子式に収容し、伸ばした状態では、外側ブームの一方の端部から内側ブームを突出させる。ここで、内側ブームが突出した状態(伸縮ブームを伸ばした状態)で、外側ブームの中に内側ブームの後端が残置している範囲では、内側ブームと外側ブームとが直接的に接触するのを防止するための、スライドプレート(摺動パッドと称するものもある。)が配置されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−212922号公報
伸縮ブームが伸びた状態で荷物を吊った場合、内側ブームの先端に、荷物の重量によって下方に引かれる方向の荷重が作用し、この結果、外側ブームの中に残置している後端は、外側ブームの先端の下側を支点として、スライドプレートを介して外側ブームの上側の板(上板)に上方に押し上げる荷重を作用させる。このとき、外側ブームの上板を上方に押し上げる荷重は、テコの原理により、吊り荷の重量の数倍から数十倍まで大きくなる。一方、外側ブームの先端の下側は、支点としての荷重により下方に向く荷重を受ける。したがって、外側ブームは、上下方向に伸ばされる荷重を受ける。この結果、外側ブームの上板は、幅方向の中央部分が上方に突出するように弾性変形する。
外側ブームは、上板の中央部分が上方に突出する弾性変形により、上板の両側部は幅方向の中央部分側に引っ張られるとともに両側部も傾く。上板の両側部にはそれぞれ側板が連なっているが、上板と側板との間の曲げられている角部の角度(通常は直角)は、上側の板が傾いても維持されるため、上板が傾くことによって側板も傾く。このとき側板は、下方の部分ほど、上板の幅方向の中央部分側に近づく。つまり、側板は下方になるほど外側ブームの内側に入り、両側板間の幅が狭くなる。
ここで、スライドプレートが、外側ブームと内側ブームとの上下方向の接触だけでなく、幅方向の接触も防止するように上板と側板とが連なる角部の近くに設けられていると、上述した変形により内側に傾いた側板が、スライドプレートの側面に接触し、スライドプレートから幅方向の外側に向けた反力を受ける。この反力は、上板と側板との間の角部を押し広げる応力となり、角部の応力を高める。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、外側ブームの角部の応力が高くなるのを防止又は抑制する伸縮ブームを提供することを目的とする。
本発明は、筒状に形成された外側ブームと、ブームの全長を縮めた状態で前記外側ブームの内側に収容され、ブームの全長を伸ばした状態で前記外側ブームの軸方向に前記外側ブームから突出する内側ブームと、前記外側ブームと前記内側ブームとの間に配置され、前記外側ブームの内面と前記内側ブームの外面とに接触したスライドプレートと、を備え、前記外側ブームのうち、ブームの全長を伸ばした状態で前記スライドプレートが接触する部分に対応した軸方向の位置における上板の部分が、前記外側ブームの他の部分に比べて、前記外側ブームの軸方向に対して交差する方向に伸び易く形成されている伸縮ブームである。
本発明に係る伸縮ブームによれば、外側ブームの角部の応力が高くなるのを防止又は抑制することができる。
クレーンの一例であるラフテレーンクレーンを右側方から見た側面図である。 伸縮ブームの伸長状態における第1ブームの先端部と第2ブームの基端部との接続部分を示す、図1における縦断面図である。 図2におけるI−I線に沿った横断面を示す断面図である。 上板の中央部分の板厚を他の部分に比べて薄く形成した第1ブームを示す、図3相当の横断面図である。 上板における中央部分を、他の部分よりヤング率の小さい材質の材料で形成した第1ブームを示す、図3相当の横断面図である。 上板における中央部分の断面輪郭形状を、他の部分より応力が集中する断面輪郭形状(その1)で形成した第1ブームを示す、図3相当の横断面図である。 上板における中央部分の断面輪郭形状を、他の部分より応力が集中する断面輪郭形状(その2)で形成した第1ブームを示す、図3相当の横断面図である。 第1ブームの上板が上方に突出した変形状態を示す、図3相当の断面図である。
以下、本発明に係る伸縮ブームの実施の形態について、図面を参照して説明する。
<クレーンの概略構成>
図1は、クレーンの一例であるラフテレーンクレーン100(以下、単にクレーン100という。)を右側方から見た側面図である。なお、本発明に係る伸縮ブームは、ラフテレーンクレーンが備えた伸縮ブームに限定されるものではなく、オールテレーンクレーン、トラッククレーン、積載型トラッククレーン、高所作業車などが備えた伸縮ブームにも適用することができる。
クレーン100は、図1に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車両部10と、車両部10と伸縮ブーム20とを備えている。車両部10は、車体11と、車体11の四隅に設けられたアウトリガ12と、車体11に対して水平旋回可能に取り付けられた旋回台13と、旋回台13に設置されたブラケット14とを備えている。
<伸縮ブームの構成>
伸縮ブーム20は、ブラケット14に取り付けられている。伸縮ブーム20は、最もブラケット14に近い基端(後端)側に配置された第1ブーム21と、ブラケット14から最も離れ、先端側に配置された第3ブーム23と、第1ブーム21と第3ブーム23との間に配置された第2ブーム22とを備えている。
3つのブーム21,22,23はいずれも高張力鋼などの金属によって中空の筒状に形成されている。第1ブーム21は3つのブーム21,22,23のうち最も太く形成されている。第2ブーム22は、第1ブーム21に次いで太く、第3ブーム23は3つのブーム21,22,23のうち最も細く形成されている。
伸縮ブーム20は、全長を縮めた状態のとき、第2ブーム22は、第1ブーム21の内側の空間に入れ子式に収容され、第3ブーム23は第2ブーム22の内側の空間に入れ子式に収容されている。伸縮ブーム20は、全長を伸ばした状態のとき、第2ブーム22は、第1ブーム21の軸方向に、第1ブーム21から突出し、第3ブーム23は第2ブーム22の軸方向に、第2ブーム22から突出する。図1は、伸縮ブーム20が全長を伸ばした状態を示している。
ここで、第1ブーム21は第2ブーム22に対して外側ブームであり、第2ブーム22は第1ブーム21に対して内側ブームである。また、第2ブーム22は第3ブーム23に対して外側ブームであり、第3ブーム23は第2ブーム22に対して内側ブームである。
伸縮ブーム20は、内側の空間に、伸縮ブーム20の軸方向に沿って伸縮する伸縮シリンダ(図示せず)を備えている。そして、この伸縮シリンダが伸長することにより、第1ブーム21から第2ブーム22を突出させ、第2ブーム22から第3ブーム23を突出させて、伸縮ブーム20は伸長する。一方、伸縮シリンダが短縮することにより、第3ブーム23を第2ブーム22の内部に収容させ、第2ブーム22を第1ブーム21の内部に収容させて、伸縮ブーム20は短縮する。
第1ブーム21は、付け根においてブラケット14に水平に設置された支持軸に回動自在に取り付けられている。また、ブラケット14と第1ブーム21の間には、起伏シリンダが架け渡されており、この起伏シリンダを伸縮することにより、伸縮ブーム20の全体が支持軸回りに回転して起伏する。第3ブーム23の先端にはワイヤ24が掛けられており、このワイヤ24の先端には荷を吊るためのフック25が取り付けられている。
図2は、伸縮ブーム20の伸長状態における第1ブーム21の先端部と第2ブーム22の基端部との接続部分を示す、図1における縦断面図、図3は、図2におけるI−I線に沿った横断面を示す断面図である。伸縮ブーム20は、図2,3に示すように、外側ブームである第1ブーム21と内側ブームである第2ブーム22との間に、スライドプレート31,32,33,34が配置されている。
スライドプレート31〜34は、摩擦係数の小さい、例えばポリアミド樹脂などの樹脂材によって形成されている。スライドプレート31〜34は、伸縮ブーム20の伸縮動作の際の、第1ブーム21と第2ブーム22との間の摺動を円滑にするためのものである。なお、スライドプレート31〜34は、第2ブーム22の側に固定されていて、伸縮ブーム20が伸縮するときは、第1ブーム21に対して、第2ブーム22と共に動く。
スライドプレート31,32は、図3に示すように、第1ブーム21の上板21aと第2ブーム22の上板21aとの間に配置されている。スライドプレート31は、第2ブーム22の上板22aの右側に配置されていて、スライドプレート31の右側面31aは第2ブーム22の右側板22bよりも外側に出っ張って配置されている。スライドプレート32は、第2ブーム22の上板22aの左側に配置されていて、スライドプレート31の左側面32aは第2ブーム22の左側板22cよりも外側に出っ張って配置されている。
なお、スライドプレート31の右側面31aと第1ブーム21の右側板21bとの間には隙間が設けられている。同様に、スライドプレート32の左側面32aと第1ブーム21の左側板21cとの間にも隙間が設けられている。これらの隙間は、同じ寸法である。
スライドプレート33,34は、図2に示すように、第1ブーム21の下板と第2ブーム22の下板との間に配置されていて、スライドプレート33は、第2ブーム22の下板の右側に、スライドプレート34は、第2ブーム22の下板の左側に、それぞれ配置されている。
なお、図2に示すように、第2ブーム22が第1ブーム21から突出した状態で、スライドプレート31,32は第2ブーム22の基端側に設けられているのに対して、スライドプレート33,34は第2ブーム22の基端側ではなく、第1ブーム21の先端側に設けられている。これは、フック25に荷を吊って、伸縮ブーム20に荷重が作用し、第2ブーム22の先端に、下方に向いた荷重が作用したとき、第2ブーム22は、第1ブーム21の先端の下側を支点として、第2ブーム22の基端に、上方に向いたモーメントが作用するためである。
スライドプレート31〜34は、第1ブーム21と第2ブーム22との間にのみ配置されているのではなく、外側ブームとしての第2ブーム22と内側ブームとしての第3ブーム23との間にも同様に設けられている。なお、第2ブーム22と第3ブーム23との間に配置されているスライドプレート31〜34は、上述した第1ブーム21と第2ブーム22との間に配置されているスライドプレート31〜34についての説明において、第1ブーム21を第2ブーム22に置き換え、第2ブーム22を第3ブーム23に置き換えて読み替えればよい。
ここで、図3に示すように、スライドプレート31,32を挟んで、相対的に外側の配置となる第1ブーム21の上板21aは、この上板21aの幅方向(図3において左右方向(第1ブーム21の軸方向(延在方向)に対して直角に交差する方向))の中央部分が、上板21aの他の部分に比べて、幅方向に関して伸び易く(弾性変形し易く)形成されている。なお、幅方向の中央部分は、幅方向の中心を含み、この中心を挟んで左右対称となる領域である。なお、この中央部分は、上板21aが側板21b,21cにそれぞれ連なる角部までは含まない領域である。
図4は、上板21aの中央部分21dの板厚を他の部分に比べて薄く形成した第1ブーム21を示す、図3相当の横断面図である。伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dは、具体的には、例えば図4に示すように、上板21aにおける中央部分21d以外の他の部分に比べて、板厚が薄く形成されている構造であってもよい。
図5は、上板21aにおける中央部分21dを、他の部分よりヤング率の小さい材質の材料で形成した第1ブーム21を示す、図3相当の横断面図である。伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dは、具体的には、例えば図5に示すように、上板21aにおける中央部分21d以外の他の部分(例えば、高張力鋼(鉄))に比べてヤング率の小さい材質の材料(例えば、アルミ合金など)で形成されている構造であってもよい。
図6,7は、上板21aにおける中央部分21dの断面輪郭形状を、他の部分より応力が集中する断面輪郭形状で形成した第1ブーム21を示す、図3相当の横断面図である。伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dは、具体的には、例えば図6,7に示すように、第1ブーム21の幅方向に向けた応力が集中する断面輪郭形状部分を有する構造であってもよい。ここで、図6に示した中央部分21dの断面輪郭形状部分は、外方に三角形状に突出した形状であり、図7に示した中央部分21dの断面輪郭形状部分は、外方に矩形状に突出した形状である。
<伸縮ブームの作用>
図8は、第1ブーム21の上板21aが上方に突出した変形状態を示す、図3相当の断面図である。以上のように構成された実施形態の伸縮ブーム20によると、図1に示すように伸縮ブーム20が伸びた状態でフック25に荷物を吊った場合、第3ブーム23を介して第2ブーム22の先端に、荷物の重量によって下方に引かれる方向の荷重が作用し、図2に示すように第1ブーム21の中に残置している第2ブーム22の後端(基端)は、第1ブーム21の先端の下側に接するスライドプレート33,34を支点として、後端のスライドプレート31,32を介して第1ブーム21の上板21aに上方に押し上げる荷重を作用させる。
このとき、第1ブーム21の上板21aを上方に押し上げる荷重は、テコの原理により、吊り荷の重量の数倍から数十倍まで大きくなる。一方、第1ブーム21の先端の下側は、スライドプレート33,34を介して支点として下方に向く荷重を受ける。したがって、第1ブーム21の、第2ブーム22が内部に収容されている範囲Lの部分は、図示の上下方向に伸ばされる荷重を受ける。この結果、第1ブーム21の上板21aは、図8に示すように、幅方向の中央部分21dが上方に突出するように弾性変形する。
第1ブーム21は、上板21aの中央部分21dが上方に突出する弾性変形により、上板21aの両側部は幅方向の中央部分21d側に引っ張られる。ここで、本実施形態の伸縮ブーム20は、中央部分21dが、上板21aの他の部分(中央部分21dを除いた他の部分)よりも弾性変形し易く形成されているが、本発明が適用されない従来の伸縮ブーム(第1ブーム21の先端の上板21aの中央部分21dが他の部分に比べて弾性変形し易くなっていないもの)の場合、その中央部分21dが上方に向けて突出すると、上板21aの両側部も傾く。
そして、上板21aの両側部にはそれぞれ側板21b,21cがそれぞれ連なっているが、上板21aと側板21b,21cとの間の曲げられている角部の角度(例えば、直角の角度)は、上板21aが傾いても維持されるため、上板21aが傾くことによって側板21b.21cも傾く。このとき側板21b,21cは、下方の部分ほど、上板21aの幅方向の中央部分21d側に近づく。つまり、側板21b,21cは下方になるほど第1ブーム21の内側に入り、両側板21b,21c間の幅が狭くなる。
ここで、スライドプレート31,32は、第1ブーム21と第2ブーム22との上下方向の接触だけでなく、幅方向の接触も防止するように上板21aと側板21b,21cとが連なる角部の近くに設けられているため、上述した変形により内側に傾いた側板21b,21cが、スライドプレート31,32の側面31a,32aに接触し、スライドプレート31,32から幅方向の外側に向けた反力を受ける。この反力は、上板21a,と側板21b,21cとの間の角部を押し広げる応力となり、角部の応力を高める。
しかし、本実施形態の伸縮ブーム20は、中央部分21dが、上板21aの他の部分(中央部分21dを除いた他の部分)よりも弾性変形し易く形成されているため、中央部分21dが上方に向けて突出しても、その突出する分の全部又は一部は、中央部分21dの弾性範囲での伸びで吸収される。したがって、上板21aの両側部で傾く角度は、従来のものに比べて小さくなる。この結果、上板21aの両側部にそれぞれ連なる側板21b,21cの傾きが従来に比べて小さくなるため、側板21b,21cの下側がスライドプレート31,32に近づき難くなる。
しかも、中央部分21dの伸びによって上板21aの全体の長さが長くなると、スライドプレート31,32の側面31a,32aと側板21b,21cとの間に形成されている隙間が短くなる程度も、従来に比べて小さくなるため、側板21b,21cの全体がスライドプレート31,32に近づき難くなる。
これらの作用により、本実施形態の伸縮ブーム20は、本発明が適用されない従来の伸縮ブームに比べて、側板21b,21cがスライドプレート31,32の側面31a,32aに接触し難くなる。このため、側板21b,21cがスライドプレート31,32の側面31a,32aに接触することによって生じる、上板21aと側板21b,21cとの間の角部を押し広げる応力が発生し難くなり、角部の応力が高められるのを防止又は抑制することができる。
なお、伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dを、図4に示すように、中央部分21d以外の他の部分に比べて板厚を薄くして実現したものでは、第1ブーム21に異種の材料を使わずに伸び易い部分を形成することができる。つまり、第1ブーム21を単一の材料で形成することができる。
また、伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dを、図5に示すように、上板21aにおける中央部分21d以外の他の部分(例えば、高張力鋼(鉄))に比べてヤング率の小さい材質の材料(例えば、アルミ合金など)を適用して実現したものでは、第1ブーム21の上板21aを均一の厚さにするなどの制約があった場合にも、中央部分21dだけを薄くすることなく伸び易く形成することができる。
また、伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dを、図6,7に示すように、第1ブーム21の幅方向に向けた応力が集中する断面輪郭形状部分を有する構造で実現したものでは、異種の材料を用いずに(単一の材料で)、かつ上板21aを均一な厚さとする制約があった場合にも、中央部分21dを伸び易く形成することができる。
なお、伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dを、例えば方向によって物理的特性が異なる、材料の異方性を利用して実現してもよい。すなわち、第1ブーム21が炭素繊維強化プラスチック(CFRP:carbon-fiber-reinforced plastic)で形成又は補強されている場合、伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dを、CFRPの繊維の方向が、第1ブーム21の軸方向に一致するように配置され、中央部分21d以外の他の部分は、CFRPの繊維の方向が第1ブーム21の周方向に一致するように配置されている構成によって、本発明を実施することもできる。炭素繊維強化プラスチックは、繊維の方向の引っ張りには強いものの、繊維の方向と直交する方向への引っ張りには弱いからである。
この場合、異種の材料を用いずに、かつ上板21aを均一な厚さとする制約があり、さらに、応力の集中する凹凸のある断面輪郭形状を形成しない場合にも、中央部分21dだけを伸び易く形成することができる。
なお、本実施形態の伸縮ブーム20は、伸び易く形成されている上板21aの中央部分21dは、第1ブーム21の長さの全長に亘って形成されていてもよいし、又は上下方向に伸ばされる荷重を受ける、伸縮ブーム20を伸ばした状態で第2ブーム22の後端側が収容されている範囲L(図2参照)の全部または一部にのみ形成されていてもよい。第1ブーム21の長さの全長に亘って伸び易い部分が形成されているものは、長さ方向の一部範囲だけ伸び易い部分が形成されているものに比べて、製造が容易である。特に図6,7に示した断面輪郭形状によって実現したものは、その効果が顕著である。
一方、第1ブーム21の長さの全長に亘って伸び易い部分が形成されているのではなく、長さ方向の一部範囲(例えば、範囲L)だけ伸び易い部分が形成されているものは、全長に亘って伸び易い部分が形成されているものに比べて製造コストを安価に抑えることができる。特に、図5に示した異種の材料によって実現したものは、その効果が顕著である。
上述した実施形態の伸縮ブーム20についての説明は、第1ブーム21を本発明における外側ブームの例、第2ブーム22を本発明における内側ブームの例としたものであるが、伸縮ブーム20は、第2ブーム22と第3ブーム23とについても本発明が適用されている。すなわち、伸縮ブーム20は、第2ブーム22が本発明における外側ブームの例、第3ブーム23が本発明における内側ブームの例でもある。
したがって、説明は省略したが、第2ブーム22の先端側における上板22aの幅方向の中央部分は、第1ブーム21における中央部分21dと同様に、他の部分よりも伸び易く形成されていて、第2ブーム22の側板22b,22cが第2ブーム22と第3ブーム23との間に配置されたスライドプレートの側面に接触することによって生じる、上板22aと側板22b,22cとの間の角部を押し広げる応力が発生し難くなり、角部の応力が高められるのを防止又は抑制することができる。
20 伸縮ブーム
21 第1ブーム
21a,22a 上板
21b 右側板
21c 左側板
21d 中央部分
22 第2ブーム
31,32 スライドプレート
31a 右側面
32a 左側面
100 ラフテレーンクレーン

Claims (6)

  1. 筒状に形成された外側ブームと、
    ブームの全長を縮めた状態で前記外側ブームの内側に収容され、ブームの全長を伸ばした状態で前記外側ブームの軸方向に前記外側ブームから突出する内側ブームと、
    前記外側ブームと前記内側ブームとの間に配置され、前記外側ブームの内面と前記内側ブームの外面とに接触したスライドプレートと、を備え、
    前記外側ブームのうち、ブームの全長を伸ばした状態で前記スライドプレートが接触する部分に対応した軸方向の位置における上板の部分が、前記外側ブームの他の部分に比べて、前記外側ブームの軸方向に対して交差する方向に伸び易く形成されている伸縮ブーム。
  2. 伸び易く形成されている上板の部分は、他の部分に比べて板厚が薄く形成されている請求項1に記載の伸縮ブーム。
  3. 伸び易く形成されている上板の部分は、他の部分に比べてヤング率の小さい材質の材料で形成されている請求項1に記載の伸縮ブーム。
  4. 外側ブームはFRPで形成又は補強され、
    伸び易く形成されている上板の部分は、前記FRPの繊維の方向が、前記外側ブームの軸方向に一致するように配置され、前記他の部分は、前記FRPの繊維の方向が前記外側ブームの周方向に一致するように配置されている請求項1に記載の伸縮ブーム。
  5. 伸び易く形成されている上板の部分は、他の部分に比べて、前記外側ブームの幅方向に向けた応力が集中する断面輪郭形状部分を有する請求項1に記載の伸縮ブーム。
  6. 伸び易く形成されている上板の部分は、前記外側ブームのうち、ブームを伸ばした状態で前記内側ブームの後端側が収容されている範囲の全部または一部にのみ形成されている請求項1から5のうちいずれか1項に記載の伸縮ブーム。
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