JP2019135363A - 油圧ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】十分な強度が確保されたアームを備える油圧ショベルを提供すること。【解決手段】油圧ショベルは、アームと、前記アームの延設方向に沿って延設される側板と、前記アームの先端部に設けられ、前記側板に先端側から接合されたバケット連結部と、前記バケット連結部に設けられ、前記側板に対して交差する方向に沿って延設される円筒部と、前記バケット連結部において前記円筒部から後方側に向かって延設され、前記側板の先端縁部と接合される後端縁部を有する延設部と、を備える。前記側板の前記先端縁部及び前記延設部の前記後端縁部のそれぞれの形状は円弧形状である。【選択図】 図４

Description

本発明は、アームの先端部にバケットが取付けられた油圧ショベルに関する。

特許文献１には、油圧ショベルが開示されている。油圧ショベルは、ブームと、ブームの先端部に連結されるアームを備える。アームの先端部には、バケットが回動可能に取付けられている。アームの先端部には、バケット連結用ボス（バケット連結部）が設けられている。バケットは、バケット連結用ボスに挿入される連結ピンを介して、アームに対して取付けられている。バケット連結用ボスは、アームの側板に対して先端側に設けられ、側板とバケット連結用ボスとの間は、溶接されている。

実開平１−１５０６４９号公報

特許文献１の油圧ショベルでは、アームの先端部に取付けられたバケットによって掘削作業が行われる。このため、アームの先端部には、大きな衝撃力が作用する。このため、アームの強度が十分に確保されることが望まれている。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、アームの強度が確保された油圧ショベルを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のある態様の油圧ショベルは、先端側から後方側に向かって延設されるアームと、前記アームにおいて前記アームの延設方向に沿って延設される側板と、前記側板の先端を形成する先端縁部と、前記アームの先端部に設けられ、前記側板に先端側から接合されたバケット連結部と、前記バケット連結部に設けられ、前記側板に対して交差する方向に沿って延設される円筒部と、前記バケット連結部において前記円筒部から後方側に向かって延設され、前記側板の前記先端縁部と接合される後端縁部を有する延設部と、を備え、前記側板の前記先端縁部及び前記延設部の前記後端縁部のそれぞれの形状は円弧形状である。

本発明によれば、アームの強度が確保された油圧ショベルを提供することができる。

図１は、実施形態に係る油圧ショベルを概略的に示す図である。 図２は、実施形態に係る油圧ショベルのアームを概略的に示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る油圧ショベルのアームを幅方向の一方側から視た概略図である。 図４は、実施形態に係る油圧ショベルのアームの先端部を拡大して示す概略図である。 図５は、実施形態に係る油圧ショベルのアームのバケット連結用ボスを概略的に示す斜視図である。 図６は、実施形態に係る油圧ショベルのアームのバケット連結用ボスを部材ごとに分解して概略的に示す斜視図である。 図７は、実施形態に係る油圧ショベルのアームのバケット連結用ボスを構成するボス部材をアームの幅方向について内側から視た概略図である。 図８は、図７のＡ−Ａ線断面図である。 図９は、図２乃至図４に示すアームとは別の種類のアームを概略的に示す斜視図である。 図１０は、図９に示すアームを幅方向の一方側から視た概略図である。 図１１は、図２乃至図４に示すアームの先端部を示す概略図である。 図１２は、図２乃至図４に示すアーム及び図９乃至図１０に示すアームとは別の種類のアームの先端部を示す概略図である。

図１は、本実施形態の油圧ショベル１を示す図である。油圧ショベル１は、走行体４と、旋回体５とを備える。旋回体５は、走行体４上に設けられ、走行体４に対して旋回（回転）可能である。

旋回体５は、運転室６と、エンジン室７と、カウンタウエイト８とを備える。エンジン室７は、運転室６とカウンタウエイト８との間に配置されている。

旋回体５には、ブーム９と、ブーム９の操作用のブームシリンダ１０が取付けられている。ブームシリンダ１０は、油圧シリンダである。ブーム９は、ブームシリンダ１０が駆動されることにより、旋回体５に対して回動（起伏）する。

ブーム９の先端部には、アーム１１と、アーム１１の操作用のアームシリンダ１２が取付けられている。アームシリンダ１２は、油圧シリンダである。アーム１１は、アームシリンダ１２が駆動されることにより、ブーム９に対して回動する。

アーム１１の先端部には、作業アタッチメントであるバケット１３と、バケット１３の操作用のバケットシリンダ１４が取付けられている。バケットシリンダ１４は、油圧シリンダである。バケット１３は、バケットシリンダ１４が駆動されることによりアーム１１に対して回動する。

バケットシリンダ１４とバケット１３との間には、リンク機構１５が設けられている。バケットシリンダ１４とバケット１３との間にリンク機構が設けられることにより、バケット１３のアーム１１に対する回動範囲が拡大する。

また、ブーム９、アーム１１、バケット１３、リンク機構１５及び各油圧シリンダ（１０、１２、１４）は、旋回体５と一緒に走行体４に対して旋回する。油圧ショベル１は、バケット１３を用いて土砂などの掘削を行う油圧式作業車である。

図２及び図３は、アーム１１を示す図である。図２及び図３に示すように、アーム１１は、上板２１と、一対の側板２２と、下板２４とを備える。上板２１、側板２２及び下板２４のそれぞれは、アーム１１の延設方向に沿って延設されている。上板（天板）２１、側板２２及び下板（腹板）２４は、例えば、鋼製の板材である。アーム１１は、上板２１、側板２２及び下板２４を溶接することによって、箱形の形状（箱形構造体）に形成されている。また、図４は、アーム１１の先端部を上板２１及び下板２４が取り外された状態で示す図である。図２乃至図４に示すように、上板２１及び下板２４は、アーム１１の内部において対向している。また、一対の側板２２は、互いに対して略平行であり、アーム１１の内部において対向している。

ここで、アーム１１の延設方向のうち、バケット１３が取付けられる側、バケット１３との連結部が設けられる側を先端側とする。また、アーム１１の延設方向のうち、ブーム９が取付けられる側、すなわち、ブーム９との連結部が設けられる側を後方側とする。そして、アーム１１の延設方向に対して垂直又は略垂直な方向のうち、側板２２が向く方向をアーム１１の幅方向とする。また、アーム１１の延設方向に対して略垂直で、かつ、幅方向に対して略垂直な方向を、アーム１１の上下方向とする。図３は、アーム１１を幅方向の一方側から視た図である。

アーム１１には、ブーム９との連結部であるブーム連結用ボス３１が設けられている。ブーム連結用ボス３１は、アーム１１における後方側部位に設けられている。また、アーム１１は、アームシリンダ１２が取付けられるブラケット３３と、バケットシリンダ１４が取付けられるブラケット３５を備える。

アーム１１の先端部には、バケット１３との連結部（バケット連結部）であるバケット連結用ボス（アタッチメント連結用ボス）３７が設けられている。バケット１３及びバケット連結用ボス３７に連結ピン１７が挿入されることにより、バケット１３とアーム１１とが連結される。バケット連結用ボス３７は、側板２２の先端縁部２８のそれぞれに先端側から溶接（接合）されている。また、アーム１１の先端部には、リンク機構１５が連結されるリンク連結用ボス３９が設けられている。リンク連結用ボス３９は、バケット連結用ボス３７よりも後方側に設けられている。

図５及び図６は、バケット連結用ボス３７を示す図である。図５及び図６に示すように、バケット連結用ボス３７は、円筒部４５と、一対の延設部（フランジ部）４６とを備える。バケット連結用ボス３７は、強度の観点から、鋳造によって製造されるよりも、鍛造によって製造されることが好ましい。

円筒部４５は、バケット連結用ボス３７の先端部に設けられている。円筒部４５は、両端が開口した円筒形状に形成されている。円筒部４５には、バケット１３とアーム１１とを連結する連結ピン１７が挿入される。円筒部４５は、延設軸Ｒに沿って延設されている。延設軸（中心軸）Ｒは、円筒部４５に挿入される連結ピン１７の中心軸となる。また、延設軸Ｒは、側板２２に対して交差する（垂直又は略垂直な）方向に沿って延設されている。円筒部４５の延設軸Ｒは、アーム１１の延設方向に対して垂直又は略垂直で、かつ、アーム１１の幅方向に対して平行又は略平行となる。

延設部４６のそれぞれは、円筒部４５から後方側に向かって延設されている。延設部４６は、側板２２に対して平行又は略平行な平板形状に形成されている。延設部４６は、互いに対して対向する。延設部４６の先端部は、円筒部４５の外周面と連続している。延設部４６は、後端縁部４７を備える。後端縁部４７は、延設部４６の後方側の端部に設けられている。後端縁部４７のそれぞれは、側板２２の先端縁部２８の一方に先端側から接合される。

また、バケット連結用ボス３７は、一対のボス部材４１と、ボス部材４１の間に配置されるパイプ４３とが接合されることにより形成されている。図７及び図８は、ボス部材４１を示す図である。図７は、ボス部材４１をアーム１１の幅方向について内側から視た図であり、図８は、図７のＡ−Ａ線断面図である。

ボス部材４１のそれぞれは、円筒部４５の一部を形成するリング部４５Ａと、延設部４６を備える。円筒部４５は、リング部４５Ａのそれぞれとパイプ４３とによって形成されている。リング部４５Ａと延設部４６は、鍛造等によって一体に形成されている。

パイプ４３は、円筒形状に形成され、延設軸Ｒに沿って延設されている。また、パイプ４３の内径は、ボス部材４１における円筒部４５の内径よりも大きく形成されている。

延設部４６のそれぞれは、後端縁部４７と、突出部５１とを備える。図４に示すように、後端縁部４７は、側板２２の先端縁部２８と対向及び接触している。アーム１１の幅方向についての後端縁部４７の寸法（厚さ）は、アーム１１の幅方向についての側板２２の寸法（厚さ）と同じ又は略同じである。

突出部５１は、アーム１１の幅方向について側板２２の内側に位置する。突出部５１は、後端縁部４７から後方側に向かって突出している。また、突出部５１の外向面５２は、幅方向について外側を向き、側板２２の先端部の内向面２６と対向及び接触している。

側板２２にバケット連結用ボス３７を接合する際には、側板２２の先端縁部２８と延設部４６の後端縁部４７とが接触した状態で、側板２２の先端縁部２８と延設部４６の後端縁部４７との間においてアーム１１の幅方向の外側から溶接が行われる。これにより、側板２２の先端縁部２８及び延設部４６の後端縁部４７の間の境界部分に、接合部（溶接部）５０が形成される。

側板２２の先端縁部２８及び延設部４６の後端縁部４７のそれぞれは、円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状に形成されている。このため、側板２２の先端縁部２８及び延設部４６の後端縁部４７の間の境界部分に形成される接合部５０は、円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状に形成される。接合部５０の円弧形状の中心角は、鋭角であり、９０°よりも小さい。また、接合部５０では、円筒部４５の延設軸Ｒからの距離がいずれの箇所でも一定となる。

次に、本実施形態の油圧ショベル１の作用及び効果について説明する。

本実施形態では、バケット連結用ボス３７は、円筒部４５と延設部４６を備え、円筒部４５のリング部４５Ａと延設部４６とは、鋳造などによって一体に形成されている。また、延設部４６には、溶接用の後端縁部４７が設けられている。そして、側板２２にバケット連結用ボス３７を溶接する際には、側板２２の先端縁部２８とバケット連結用ボス３７の後端縁部４７との間が溶接される。このため、本実施形態では、バケット連結用ボス３７に延設部４６を設けることにより、円筒部４５に側板２２を直接溶接することなく、バケット連結用ボス３７と側板２２との間を溶接することができる。延設部４６と側板２２との間で溶接を行うことにより、円筒部４５に側板２２を直接溶接した場合に比べて、接合部５０の強度（溶接強度）が大きくなる。また、接合部５０の強度が大きくなることにより、バケット連結用ボス３７の円筒部４５を小径化することが可能になる。これにより、バケット連結用ボス３７及びアーム１１の先端部の軽量化が可能になる。

また、延設部４６には、突出部５１が設けられている。突出部５１は、延設部４６の後端縁部４７よりも後方側まで延設されている。また、突出部５１は、接合部５０よりもアーム１１の幅方向について内側に配置されている。このため、延設部４６の後端縁部４７と側板２２の先端縁部２８との間をアーム１１の幅方向の外側から溶接して接合部５０を形成する際に、突出部５１は、溶接での裏当て材（補強板）と同様に機能する。したがって、本実施形態では、突出部５１が設けられていることにより、裏当て材（補強板）等の新たな部材を設けることなく、バケット連結用ボス３７の側板２２に対する溶接を、容易に、かつ、確実に行うことができる。

また、油圧ショベル１は、アーム１１の先端部に取付けられたバケット１３を用いて、土砂等の掘削作業を行う。このため、アーム１１の先端部には、バケット１３との連結に用いられる連結ピン１７を介して、アーム１１の後方側部位やブーム９よりも大きな衝撃力が作用する。このため、アーム１１の先端部に形成される接合部５０には、大きな衝撃力が作用する。

例えば、作業時において、バケット連結用ボス３７の円筒部４５に、アーム１１の延設方向に沿うピン荷重Ｆ１（図３参照）が作用することがある。ここで、ピン荷重Ｆ１は、アーム１１の延設方向に沿ってアーム１１の先端部を後方側へ押圧する圧縮荷重である。ピン荷重Ｆ１は、バケット連結用ボス３７の先端部から後方側へ伝達され、接合部５０を介して、側板２２に伝達される。

本実施形態では、接合部５０は、アーム１１の上下方向に対して垂直な直線形状ではなく、円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状に形成されている。このため、接合部５０では、バケット連結用ボス３７と側板２２との接触面は、アーム１１の上下方向に対して垂直な直線形状ではなく、円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状となる。また、接合部５０では、バケット連結用ボス３７は、アーム１１の延設方向とは異なる方向を含む複数の方向から側板２２に当接する。このため、接合部５０においてバケット連結用ボス３７から側板２２にピン荷重Ｆ１が伝達される際には、ピン荷重Ｆ１は、アーム１１の延設方向とは異なる方向を含む複数の方向へ分散される。これにより、接合部５０が真直ぐである場合に比べて、側板２２に伝達されるピン荷重Ｆ１のうちアーム１１の延設方向に沿う力が小さくなる。すなわち、接合部５０が円弧形状に形成されていることにより、接合部５０が真直ぐである場合に比べて、側板２２に伝達される圧縮力が低減される。側板２２に伝達される圧縮力が低減されることにより、側板２２での座屈の発生が防止される。そして、側板２２での座屈の発生が防止されることにより、アーム１１の強度が向上する。また、アーム１１の強度が向上することにより、円筒部４５を小さくした場合でも、アーム１１の強度を確保することが可能になり、円筒部４５の小径化が可能になる。

また、作業時において、上下方向に沿うピン荷重Ｆ２（図３参照）が、バケット連結用ボス３７の円筒部４５に作用することがある。この場合、アーム１１には、ピン荷重Ｆ２によって、ブーム９との連結部（３１、３３）を支点としてアーム１１を曲げようとする曲げ荷重が作用する。そして、アーム１１の先端部の接合部５０では、ブーム９との連結部（３１、３３）からの距離が大きいため、アーム１１の後方側部位に比べて、ピン荷重Ｆ２によって作用する曲げ荷重が大きくなる。接合部５０では、ピン荷重Ｆ２によって作用する曲げ荷重は、バケット連結用ボス３７を側板２２に対して上下方向について移動させようとするせん断力として作用する。

本実施形態では、接合部５０は、アーム１１の上下方向に対して垂直な直線形状ではなく、円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状に形成されている。このため、本実施形態では、接合部５０において側板２２とバケット連結用ボス３７との接触面は、ピン荷重Ｆ２によって接合部５０に作用するせん断力（曲げ荷重）の作用方向に対して、沿わない。また、接合部５０では、バケット連結用ボス３７は、アーム１１の延設方向とは異なる方向を含む複数の方向から側板２２に当接する。したがって、接合部５０が円弧形状に形成されていることにより、接合部５０が真直ぐに形成された場合に比べて、接合部５０に作用するせん断力が低減され、せん断力によってバケット連結用ボス３７が側板２２に対して移動することが抑制される。

このように、接合部５０がバケット連結用ボス３７の円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状に形成されていることにより、接合部５０に作用するせん断力に対する接合部５０の接合強度が向上する。

図９及び図１０は、図２乃至図４に示すアーム１１とは別の種類のアーム１１を示す図である。図９及び図１０に示すアーム１１は、図２乃至図４に示すアーム１１に対して、強度、延設方向についての長さ、側板２２の厚さなどが異なる。

本実施形態では、アーム１１の先端形状に関係なく接合部５０を同一の形状に形成することができるため、例えば図９及び図１０に示すアーム１１のような、図２乃至図４に示すアーム１１とは別の種類のアーム１１を用いた場合でも、同一形状のバケット連結用ボス３７を使用することができる。このため、多種類のアーム１１に対してのバケット連結用ボス３７の共通使用が可能となる。これにより、多種類のアーム１１のそれぞれに対応したバケット連結用ボス３７を用いる場合に比べて、設計、強度計算、応力解析、及び金型製造等にかかる費用等を削減することができる。

図１１は、図２乃至図４に示すアーム１１の先端部を示す図である。また、図１２は、図２乃至図４に示すアーム１１及び図９乃至図１０に示すアーム１１とは別の種類のアーム１１の先端部を示す図である。図１２に示すアーム１１は、図１１に示すアーム１１に対して、上板２１と下板２４の間の角度θが異なる。図１２のアーム１１では、図１１のアーム１１に比べて、上板２１と下板２４との間の角度θが小さい。したがって、図１２のアーム１１では、図１１のアーム１１に比べて、接合部５０が形成する円弧形状の中心角αが小さい。

本実施形態では、接合部５０は、円筒部４５の延設軸Ｒを中心とする円弧形状に形成されている。このため、本実施形態では、図１１のアーム１１と図１２のアーム１１との間において接合部５０が形成する円弧形状の中心角αが変化することにより、下板２４と接合部５０との接触部分Ｐ１における接合部５０の接線Ｌ１の、延設軸Ｒに対する位置関係が変化する。そして、図１１のアーム１１と図１２のアーム１１との間において、接触部分Ｐ１における接合部５０の接線Ｌと下板２４との間の角度β１の変化が、小さくなる。

すなわち、本実施形態では、接合部５０が円弧形状に形成されていることにより、接合部５０が直線形状に形成された場合に比べて、アーム１１の種類によって上板２１と下板２４の間の角度θが変化しても、接触部分Ｐ１における、下板２４と接合部５０との間の角度β１の変化（差）を小さくすることができる。同様に、アーム１１の種類によって上板２１と下板２４の間の角度θが変化しても、上板２１と接合部５０との接触部分Ｐ２における、上板２１と接合部５０（接線Ｌ２）との間の角度β２の変化（差）を小さくすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…油圧ショベル、４…走行体、５…旋回体、９…ブーム、１１…アーム、１３…バケット、２１…上板、２２…側板、２４…下板、２８…先端縁部、３７…バケット連結用ボス、４５…円筒部、４６…延設部、４７…後端縁部、５０…接合部、５１…突出部。

Claims (3)

1. 先端側から後方側に向かって延設されるアームと、
   前記アームにおいて前記アームの延設方向に沿って延設される側板と、
   前記側板の先端を形成する先端縁部と、
   前記アームの先端部に設けられ、前記側板に先端側から接合されたバケット連結部と、
   前記バケット連結部に設けられ、前記側板に対して交差する方向に沿って延設される円筒部と、
   前記バケット連結部において前記円筒部から後方側に向かって延設され、前記側板の前記先端縁部と接合される後端縁部を有する延設部と、を備え、
   前記側板の前記先端縁部及び前記延設部の前記後端縁部のそれぞれの形状は円弧形状である、
   油圧ショベル。
2. 前記円弧形状は、前記バケット連結部の前記円筒部の延設軸を中心とする円弧形状である、請求項１の油圧ショベル。
3. 前記延設部において前記アームの幅方向について前記後端縁部よりも内側に設けられ、前記後端縁部に対して後方側へ突出する突出部をさらに備える、請求項１の油圧ショベル。