JP4008815B2 - 少なくとも１つの延長アーム又はマルチリンクのクレーン型の延長アーム用の支持体アーム、コンクリート・スプレッダ円柱及び同様物を備えた装置 - Google Patents

Description

発明の説明

本発明は、少なくとも１つの延長アーム又はマルチリンクのクレーン型の延長アーム用の支持体アーム、コンクリート・スプレッダ円柱、リフティング・プラットフォーム、マニプレータ及び同様のマルチリンクの作動システムを備えた装置に関する。また、本発明は、かかる装置、特に当該装置に使用される液圧式差動シリンダ、の生産のための方法に関する。より詳しくは、本発明は、移動可能とされた又は固定された位置にあるコンクリートポンプのためのコンクリート・スプレッダ円柱の組立に関する。前記円柱（マスト）は、折りたたみ可能とされ、またおそらくは伸縮自在とされた数個のセクションから成り、円柱アームの動作は特に液圧式差動シリンダによる影響を受ける。

関節接合により相互に連結され、省スペースの観点から折りたたみ可能とされ、結果として実際の作動目的で張り出す又は伸びることが可能とされた円柱アームから成るコンクリート・スプレッダ円柱は、特に、最も低い伸び及び／又は１つ若しくは複数の支持体アームのために、比較的大きな液圧差動シリンダを利用する。液圧差動シリンダは、持ち上げと下げのため、また必要に応じて、延長アームの伸縮のための駆動に用いられる。この目的のために使われる液圧シリンダは、2.5メートル以上のストローク長を持つ。これらの液圧シリンダが、円柱全体が操作されるときに生じる力に対処することができ、また、特に、アームを望むように確実に伸ばし及び／又は動かすことができるように、十分に大きく広がりをもった安定性のあるように設計しなければならないことは、実用上は自明である。そのようなマルチリンクの円柱構造がかなりの重量を持つことは合理的ではない。そこで、最小の液圧シリンダによって動作される質量を最小にするように特別な注意を払われなければならない。それゆえ、このタイプの延長アームにとって、可能な限り軽く作ることは望ましい。

このように、記述された種類の装置をさらに開発することは本発明のタスクである。この開発は、延長アーム又はマルチリンクのクレーン型の延長アームの支持体アーム、コンクリート・スプレッダ円柱及び同様物のための駆動として用いられ、それゆえ軽量化の視点から設計されるべき液圧差動シリンダ、による当該装置の重量削減を可能とし、上手な設計が与えられるような手法で行われる。

本発明によれば、このタスクは請求項１の特徴づけ部分に提示された装置の特徴によって解消される。そのような装置の製作のための解決策のプロセス・エンジニアリング側面は、独立の請求項６の特性によって決定される。

本発明によれば、液圧差動シリンダは、ピストン棒が中空の構成要素として設計されるという事実によって、すでに軽量構造に変わっている。中空のピストン棒は管状セグメントと当該管状セグメントの端部に設けられた終片部とを備えており、特に、ピストンの側の終片部は、その前面にて閉じられていることが望ましく、また、ピストン棒のピン接合部の側の終片部でも同様である。ピストンは、ピストン側の終片部に配置され、そこにねじ連結又はスレッドによって取り付けられる。また、当該ピストンは、必要に応じて、溶接によって取り付けられる。本発明によれば、管状セグメントと終片部とは単一の構成要素で構成されるか、又は、材質の連続性を保証するように互いに接合される。このように材質の連続性を持たせるには、少なくとも一方の終片部を溶接すると、有効である。もう１つの終片部が溶接されるか、又は、何らかの方法で（おそらくスレッド又はねじによって）取り付けられるならば、管の反対側の端部は、適切に設計することができる。しかし、反対側の端部もまた、管状セグメントを持つ単一の部品として設計されるかもしれない。管状セグメント又は管として構成されたピストン棒の両端部が、適当な終片部へ溶接されることもまた、本発明の範囲内である。

ピストン棒が単一の部品によって構成されるとき、当該ピストン棒は、当該ピストン棒の中に空洞を形成するために、当該ピストン棒の一方の端部からの後続の材料除去機械加工によって、鋳造されたブランクから作り出される。この連結では、７００N/mm2より大きい引張強さを持つ材料が使用される。そのため、それにより作られたピストン棒は、非常に大きい荷重に耐えることができる。

発明者は、この液圧シリンダを必要な大きさにすることは有利と考えた。そして、液圧差動シリンダの操作において応力集中になることが最小限にまで削減されるようになったとしても、液圧差動シリンダの上に配置されたコンクリート・スプレッダ円柱の全重量を動かさなければならない。設計が、起こり得る集中状態を考慮に入れていた場合、液圧差動シリンダの構成要素の壁が適度に厚く作られていることは、一般的な効果を持つ。このように厚みを持たせることは、それに応じた重量の増加を伴う。しかし、操作中に生じ得る応力集中を削減した場合、液圧差動シリンダの構成要素の壁を、適度に、より小さくされた厚みで設計することが可能となる。2.5メートル以上のストローク長で液圧差動シリンダを使用することが非常に頻繁に必要になることを考えた場合には特に、これはかなりの重量の利点となる。本発明によれば、この結果は、特に管状セグメントの内側の溶接接合領域を、材料除去加工と平滑化の形の仕上げプロセスに任せることによって得られる。機械加工工具のアクセス可能性は、少なくとも１つの終片部に開口部が設けられ、そこから切削工具と可能な平滑化工具を、必要な作業が行えるようにピストン棒の内部へ導くことができる。もちろん、好ましい適用分野はクレーン形の延長アーム、コンクリート・スプレッダ円柱、及び同様のマニプレータによって構成されるけれども、本発明は、上で述べた応用ケースに独立に用いられる液圧差動シリンダに全く一般的に適用可能である。

特に、壁の厚みが関係する限り、管状セグメントの長さ、及び当該部分と終片部間の遷移が均一のままとされていること、及び／又は、横断部が変化するか又は管状セグメントから終片部への遷移があるケースにおいて応力集中の影響を避ける曲率半径が設定され、表面が全体的に滑らかにされていることは、本発明の目的にとって不可欠であり、これはまた、ピストン棒が単一の部材により構成されているケースとの関連では特に不可欠である。これは、応力集中の影響を実質的に避けることを確実にする。応力集中係数はこのように適切に最小にされ、及び／又は、削減される。そのため、この係数によって管の肉厚を減らして、対応する重量最小化、及び／又は、重量削減を図ることが可能になる。液圧差動シリンダのこのような重量最小化も、当該構成の他の構成要素に対し影響を及ぼす。

生じ得る応力集中のための負荷削減、又は、以前に作成された固体の鋳造物からのピストン棒内部の空間作成の目的で、中空のピストン棒の内面が加工される及び／又は平滑化されることになっているならば、機械加工工具がピストン棒の内部の空洞にアクセスできるように、中空のピストン棒の少なくとも１つの終片部に開口部を設けることは、利点を持つ。機械加工工具のガイド目的で必要とされるこの開口部に関しては、中空のピストン棒のピン・ジョイント端部にこの開口部を設けることには利点がある。なぜなら、このことは、ピストンの側の端部に設けた開口部に比べ構造的な利点があることを示唆し、これは特に、ねじに事前に荷重をかけること又はスレッド接合によって、機械的に安全な方法でピストン側のピストン棒の閉じた端部にピストンが取り付けられている場合に当てはまる。なぜなら、延長アームが軽ければ軽いほど、水平及び垂直の両方向における有効なリーチはより大きくなる。軽い構成にするという要件は基本的に当該構造の全ての構成要素に当てはまるけれども、当該要件は、特に液圧シリンダに当てはまる。

ジョイントを跨って材料の連続性を得るための特に単純な方法は、溶接（特に、管状セグメントとの終片部の正面溶接）によって代表される。もし、このケースで中空のピストン棒のスムーズな仕上げが、溶接されたジョイント領域においても得られるならば（ここでの「スムーズな」は、面に関しては滑らかで壁の横断面に関しては平面であることを意味する）、特に、少なくともこれらの領域で、中空のピストン棒の内側及び／又は外側の壁を材料除去処理にかけることには、利点がある。当該材料除去機械処理では、特に、肉厚の急激な変化を排除するだけでなく、溶接された継ぎ目の根元を削除できる程度に、溶接された継ぎ目を除去することを確実にするよう留意が払われる。なぜならば、肉厚の急激な変化が全く存在しないにもかかわらず、溶接された継ぎ目の根元が未だ存在していれば、溶接された継ぎ目は応力集中を生じさせるからである。このように上述した方法によれば、
- 表面を滑らかにすること、
- 肉厚の急激な変化を避けること、そして、
- 溶接された継ぎ目の根元を除去すること
によって、応力集中を避けて、それにより同じ安定性を得ながら、液圧差動シリンダの構成要素をより軽量に設計することが可能となる。

固体のブランクを材料除去機械加工の対象とすることにより、ピストン棒の内部に空洞が設けられた単一の中空ピストン棒が製作されるケースでは、既知の成形工程（例えば、鍛造、鋳造、圧延又は同様のもの）によって当該ブランクを製作することは、利点を持つ。なぜなら、単純な製作が可能となるからである。

本発明の好適な実施形態は、図面を参照して記述される。

図１は、本発明に応じた液圧差動シリンダ１の実施形態の横断面を示す。

液圧シリンダ１は、シリンダチューブ３とピストン棒２とから成り、ピストン棒２は、シリンダチューブ３の中に移動可能に配置され、中空のピストン棒として設計されている。中空のピストン棒２は管状セグメント４を備え、管状セグメント４はピストン側の端部に終片部５が、他方の端部に終片部６が設けられ、ピストン１１がネジ結合１０によってピストン側の終片部５に取り付けられている。

ピストン棒のピンジョイント端部の終片部６は、ピストン棒を円柱アーム又は類似物に連結するための、側面に張り出した２つの管状突起１３、１４と、外からピストン棒２内の空洞にアクセス可能とするための開口部８とを備えている。ピストン壁９の横断面は、管状セグメント４の全体領域にわたって一様に滑らかで平坦とされており、終片部５、６へ遷移する部分も応力集中の影響を避けるように成形されている。特に、管状セグメント４からピストン側の終片部５への遷移部は、固体材料で構成され、許容できない応力集中の影響が生じないように十分に大きな曲率半径で形成されている。

中空のピストン棒は、溶接ジョイント７によって、終片部５、６と管状セグメント４とから製作される。溶接ジョイント７（図示された実施形態ではＶ字ジョイントの形態を仮定している）は、接合されることになっている部品間のジョイント位置にて滑らかで平坦で同一平面上にある遷移部が得られるように、材料除去仕上げ処理により成形されている。このようにして、応力集中の影響の発生に寄与する図２に示すような溶接ジョイント部品の計画可能性を避けることができる。図２での文字Ａは仕上げ処理の後、溶接ジョイントの応力集中のない残部を示す。そのため、ジョイントの領域での外側表面は隣接の管面と同一平面上のままである。

これに加うるに、図３は、溶接された終片部６が中空のピストン棒２に設けられた本発明に応じた液圧シリンダ１のさらなる実施形態を示しており、溶接されたジョイントは参照番号７によって示されている。中空のピストン棒２の残部が関係する限り、それは固体材料から成り、図示された実施形態では厚くされた壁が設けられた終片部５が組み込まれた単一の部品として製作される。厚くするエリアは、１２によって示される。参照番号２０は、終片部５のジャケット外側表面に適用されたスレッドを示す。対応するスレッド１１はピストン１１の上に配置され、それゆえ、終片部５にネジ留めされる。８により示され、中空のピストン棒２の内部の空洞へのアクセスを可能とする工具アクセスのための開口部は、ピストン側の終片部５に設けられている。

図４と図５は、中空のピストン棒が単一の部品によって構成されている液圧差動シリンダ１の実施形態を示す。このために、図４により図示された実施形態にて、その中に空洞を形成するために上部から加工される鋳造ブランクが利用されることが望ましい。このケースでは、ピン・ジョイントされた端部の終片部６及び管状セグメント４の内側壁１５は、応力集中の影響が生じるのを避けるために材料除去機械加工によって、滑らかにされる。空洞１６の終端での正面への遷移部は、応力集中の影響を避ける丸み１７の形成が想定されている。

同じことが図５に示す実施形態についても当てはまる。ただ、唯一の相違点は、このケースでは材料除去処理が、他方の側から、即ち、図５に示すピストン棒の底の端部から影響を受けることである。丸み１８と１９は、遷移領域に設けられる。これは、応力集中の影響が生じるのを避けることが意図されている。内側壁１５は、応力集中の影響が生じるのを避けるために、材料除去機械加工によって、再度滑らかにされる。

延長アーム又はキャリア・アームを動かすのに好適な液圧差動シリンダの横断面図である。 図１の溶接ジョイントの詳細を示す横断面図である。 このような液圧差動シリンダのもう一つの実施形態を示す横断面図である。 単一の部品として設計されたピストン棒の横断面図である。 単一の部品として設計されたピストン棒の横断面図である。

符号の説明

１…液圧差動シリンダ、２…ピストン棒、３…シリンダチューブ、４…管状セグメント、５…終片部、６…終片部、７…溶接ジョイント、８…開口部、９…ピストン壁、１０…ネジ結合、１１…ピストン、１２…厚くするエリア、１３、１４…管状突起、１５…内側壁、１６…空洞、１７、１８、１９…丸み。

Claims (7)

1. 少なくとも一つの延長アームまたはマルチリンク延長アーム用サポート用アーム、コンクリート・スプレッダ・コラム、昇降型プラットフォーム、マニピュレータおよび同等物を備え、更に、前記アームを操作する為の少なくとも一つの液圧差動シリンダを備える装置において、前記アームは、一方で関節につながれ、当該液圧差動シリンダによって昇降さらに／または伸縮可能である、前記装置であって、
   前記液圧差動シリンダは、中空ピストン棒（２）が備えられ、管状セグメントと２つの終片部（５，６）とを備え、２つの終片部（５，６）は当該セグメント（４）の端部に配置され、
   応力集中を避ける観点より、管状セグメント（４）の全長にわたって管状セグメント（４）の壁の横断面、及び管状セグメント（４）から終片部（５，６）にかけての遷移部が、十分に滑らかで平坦にされるか、又は、強度の点で実用上の不利な影響が生じない曲率半径を持ち、
   少なくとも一つの終片部（５，６）がセグメント（４）に溶接されており、
   溶接ジョイント（７）は、材料除去処理形式（特に材料除去機械加工）における仕上げ工程により、セグメント（４）と、溶接ジョイント（７）によってセグメント（４）に接合された終片部と実質的に同一の高さになっており、溶接ジョイント（７）の根元が仕上げ工程によって除去され、溶接ジョイント領域は、少なくとも管状セグメント（４）の内面で滑らかにされており、少なくとも一つの終片部（５，６）（好ましくは、ピストン棒のピン接合された端部にある終片部（６））に開口部（８）が備えられ、その開口部（８）を通して、切削工具が中空ピストン棒（２）内の空間に導かれ内部の前記仕上げ処理を実行することを特徴とする、前記装置。
2. 中空のピストン棒(2)の内壁及び／又は外壁が、応力集中を最小にするために、材料除去処理、特に、材料除去機械加工によって処理が施され、滑らかにされることを特徴とする請求項１に従う装置。
3. 管状セグメント(4)と終片部(5,6)の間の少なくとも１つのジョイントが、溶接ジョイント (7) であることを特徴とする請求項１又は請求項２に従う装置。
4. 管状セグメント(4)と終片部(5,6)の間の少なくとも１つのジョイントが、スレッド連結又はねじ連結によって構成され、スレッド連結のケースでは管状セグメントの壁の肉厚が終端部にて増加していることを特徴とする請求項１又は請求項２に従う装置。
5. 請求項１〜４に従う液圧差動シリンダを製造する方法であって、
   管状セグメント（４）と、このセグメントの一端に配置された少なくとも一つの終片部（５，６）とを備えたブランクを形成する第１ステップであって、このブランクは、少なくとも一つの終片部（５，６）に設けられた開口部（８）によって切削工具がアクセス可能になっている、前記第１ステップと、
   終片部（５，６）と管状セグメント（４）の内側との間の少なくとも溶接ジョイント領域が、材料除去機械加工によって処理されて滑らかにされる第２ステップと、
   を備えることを特徴とする、前記方法。
6. 前記第１ステップにおいて、棒セグメントと、この棒セグメントの端部に備えられた２つの終片部（５，６）とを持つブランクが、所望の材料成形処理によって形成され、
   前記第２ステップにおいて、材料除去処理（特に、材料除去機械加工）によって、中空のピストン棒（２）を製作するために、終片部（５，６）の少なくとも一つに開口部、前記棒セグメント内に空洞が形成されていることを特徴とする、請求項５に従う方法。
7. 支持体アームが、請求項１〜４の何れか１項に対応する１つ以上の液圧差動シリンダを備えることを特徴とする、コンクリート・スプレッダ円柱又は類似物のためのマルチリンクでマストのような支持体アーム。

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