JP4030833B2

JP4030833B2 - 作業機の長尺構造部材

Info

Publication number: JP4030833B2
Application number: JP2002240966A
Authority: JP
Inventors: 展祥増本; 俊夫田中; 達志伊藤; 馨安達
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: US20030126772A1; CN1429953A; JP2003261956A; CN1270031C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基端部に枢支軸を挿入するボス部が形成される板材で構成されるアームもしくはブームなど長尺構造部材における連結要部を補強構造に構成された作業機の長尺構造部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば油圧ショベルの作業機として用いられているブーム先端に取付けられてショベルを支持するアームでは、図５（ａ）に示されるように、ボックス断面構造のアーム１００、あるいは図５（ｂ）に示されるように、ラウンド三角形断面構造のアーム１００Ａが知られている。これら構造のアーム１００，１００Ａにおいては、ブーム（図示せず）の先端部に対してピン連結するために、基部下側にボス１０１（１０１ａ）が設けてあり、このボス１０１（１０１ａ）の周りを補強するために外側面に補強板１０２（１０２ａ）が溶接されている。また、基端部１０３（１０３ａ）にはこのアーム１００（１００Ａ）を操作する油圧シリンダのピストンロッド（図示せず）を連結するためにブラケット１０４（１０４ａ）が溶接されて取付けられている。
【０００３】
そのブラケット１０４（１０４ａ）を取付ける部分は、ボックス構造（ラウンド三角形断面構造）で形成されるアーム１００（１００Ａ）の端面部を閉じるプレート１０５（１０５ａ）がアームを構成する側板端に沿わせて溶接されており、この溶接されたプレート１０５（１０５ａ）の表面に対してブラケット１０４（１０４ａ）を形成する板材が直交して溶接されて取付けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記作業機のアーム１００（１００Ａ）にあっては、このような構成であるために、ボス１０１（１０１ａ）の取付部ａ，アームシリンダのロッドを連結するブラケット１０４（１０４ａ）とアーム端部を閉じるプレート１０５（１０５ａ）に対するブラケット１０４（１０４ａ）を形成する部材の溶接端部ｂ，ｃあるいはアーム端面を閉じるプレートの終端部ｄにおいて亀裂が発生するという問題点がある。これらは、いずれも溶接接合部であるために、形状的な応力集中は避けられず、このために亀裂を防ぐため使用する板厚を厚くする、溶接喉厚を厚くする、あるいは溶接止端部をグラインダ加工するなどの対策がとられているが、部品の重量アップを招く結果となっている。
【０００５】
また、前述のようにアーム１００（１００Ａ）が溶接構造とされるので、ボス１０１（１０１ａ），補強プレート１０２（１０２ａ），ブラケット１０４（１０４ａ）は各々別個な部品であるので、これを組み立てて仮付け、本付けの各作業に多くの工数を要することになり、どうしても加工コストがアップするのが避けられないという問題がある。
【０００６】
このほかに、図５（ｂ）で示されるようなラウンド三角形断面のアーム１００Ａを、従来多く採用されている四角断面のブームと組み合わせようとする場合、従来の四角断面のアームに較べて底辺部の寸法が大きくなるので、連結のためのボス１０１ａ外端面間寸法（ボス幅）が、四角断面のブームの連結部ブラケット（トップブラケット）（図示省略）との組合せ寸法よりも大きくなって、組合せができないという問題点がある。そこで、組合せ可能となるように、ラウンド三角形断面アーム１０１Ａのボス幅を狭めるようにすると、三角断面の底辺幅が小さくなり、同一板厚では断面剛性が下がって強度上使用できないことになり、板厚を上げるとラウンド三角形断面とする主目的の軽量化が不可となる。
【０００７】
また、ラウンド三角形断面のアームにおいて、底辺が上側になるように反転させる構成にすると、前記ボス幅は小さくできて四角断面のブームとの組合せが可能となるが、応力的に苛酷なボス部が従来のラウンド三角形断面の下辺に配されるので、アームの側面からボス部の突出し長さが大きくなるために、より苛酷な構造となって実用的でないという問題がある。なお、ラウンド三角形断面の底辺部を下側にして軽量化を達成できる条件の下で四角断面のブームにおけるトップブラケット側を合わせるようにその組合せ面間の幅を大きくすると、ブームトップ部分にかかる捻りモーメントが大きくなり、トップ部の断面を大きくする必要があり、ブーム全体の設計変更を余儀なくされ、現実的でないという問題がある。
【０００８】
また、四角形断面のアームにおいてもその軽量化を図るために、従来の構造に代わるものとして、板材を曲げ加工してコーナ部を形成する部材を用いて溶接個所を少なくするなどの試みがなされているが、やはり前述のようにブームの連結部ブラケットに対する連結構造部において、多くの部品を溶接することでは、当該部分での作業工数に変わりがなく、かつその構造上重量の軽減について目的を達成できるまでに到っていない。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、他の支持構造体との支持連結部を構成する部位を鋳造部材として、これに板材で構成される長尺部材を組合せて一体化され応力集中を回避できる構成とされた作業機の長尺構造部材を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による作業機の長尺構造部材は、第１に、
長尺部位の後部に基部構成部位が結合された作業機のラウンド三角形断面を有する長尺構造部材であって、
前記長尺部位は、鋼板製で、その後部に下半部から後端にかけて開放された形状の開放縁を有し、
前記基部構成部位は、前記長尺部位の開放縁を覆うような形状とされ、前部位置に連結支持部となるボスが、後端部外面に操作シリンダのロッドが連結される二股状に平行するブラケットがそれぞれ設けられて鋳鋼にて一体形成され、
前記長尺部位の開放縁に前記基部構成部位の接合縁部を嵌め合わせて全周にわたって溶接することにより、前記長尺部位の後部に前記基部構成部位が一体化された
ことを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
本発明によれば、例えば油圧ショベルなどの作業機として用いられるアームの基部となる部位であって、他の部材（例えばブーム）との連結支持部となるボスおよび操作シリンダのロッドが連結されるブラケットを含む基部構成部位が鋳鋼で一体成形され、この基部構成部位がラウンド三角形断面を有する長尺部位と溶接にて接合されて一体化されているので、その溶接接合個所において支障が生じない状態に形成されることにより、従来発生していた局部的な応力集中個所をなくすることができ、かつ構成部品を一体化で加工性を高めて省力化ができ、従来の強度的な問題と製作時の問題とを一挙に解決することが可能になり、合理化を図りコストダウンできるという効果を奏するのである。
【００１２】
また、他の部材と連結するためのボス部やブラケットが一体化されている基部構成部位とこれに繋がる長尺部位とが嵌め合わせによって一体化されているので、接合時において安定性の乏しい鋼板製の部材の端部を鋳鋼製の部材によって保形して安定された状態で溶接されることになり、加工性がよく、一体強固に接合されるという効果を奏する。
【００１３】
本発明において、前記長尺部位は、その三角底辺部を上側に位置する形状にされたラウンド三角形断面であり、前記基部構成部位が、前記長尺部位の断面形状に適合する形状に形成されているのが好ましい（第２発明）。このようにすると、基部構成部位が鋳鋼で一体に形成できるので、例えば油圧ショベルの作業機におけるアームとして採用する場合でも、その基部に設けられる連結部ボスの幅寸法をブームのトップブラケット面間寸法に合わせることが可能となるので、従来の四角断面ブームと組み合わせて使用可能になる。
【００１４】
また、本発明による作業機の長尺構造部材は、第２に、
長尺部位の後部に基部構成部位が結合された作業機のラウンド四角形断面を有する長尺構造部材であって、
前記長尺部位は、鋼板製で、その断面形状における幅方向のコーナ部外形が曲面に形成された扁平なＵ字形の上面部材と下面部材とが相対向して上下に配され、これら上面部材および下面部材の両フランジ部間が平板材で突合せ溶接して形成され、その後部に開放縁を有し、
前記基部構成部位は、前記長尺部位の開放縁を覆うような形状とされ、前部位置に連結支持部となるボスが、後端部外面に操作シリンダのロッドが連結される二股状に平行するブラケットがそれぞれ設けられて鋳鋼にて一体形成され、
前記長尺部位の開放縁に前記基部構成部位の接合縁部を嵌め合わせて全周にわたって溶接することにより、前記長尺部位の後部に前記基部構成部位が一体化された
ことを特徴とするものである。（第３発明）。
本発明によれば、基部構成部位が鋳鋼で一体に形成できるので、例えば油圧ショベルの作業機におけるアームとして採用する場合、その基部に設けられる連結部ボスを対応するブームのトップブラケットにそのまま適合させて連結することができる。しかも、その基部構成部位は鋳鋼にて成形されているので、従来のような強度低下を生じさせることもなく、許容最小限の肉厚で成形されたものを用いることで軽量化を図れると同時に、工作性も良好となって生産コストを低減できるという効果を奏する。
【００１５】
前記各発明において、前記長尺部位の先端部には、鋳鋼で一体に形成される別途連結体の支持部となるボスを含む先端部構成部位が溶接により一体化されているのがよい（第４発明）。こうすると、従来行われていたボスなどを別個部品として製作し、これを長尺部位の先端部に溶接することで生じていたアーク溶接部での強度低下や亀裂の発生などの不具合を解消して強化できるとともに、加工工数を低減できて、かつ補強が不用となることで軽量化が促進できるという効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による作業機の長尺構造部材の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１には本実施形態の作業機のアーム正面図（ａ）とそのＡ−Ａ視側面図（ｂ）およびＢ−Ｂ線に沿った端面図（ｃ）が、図２には要部の拡大断面図が、それぞれ示されている。
【００１８】
この実施形態の長尺構造部材１は、油圧ショベルの作業機に用いられるアームに適用されたものである。この長尺構造部材１（以下、アーム１という）は、断面が図１（ｂ）で示されるように、鋼板でラウンド三角形断面（三角形の各角部を円弧状に形成されている）に形成されたものであり、アームを形成する長尺部位２に対して基部構成部位６を鋳鋼で一体形状に形成され、その長尺部位２と基部構成部位６とを溶接により一体に接合して構成されている。
【００１９】
このアーム１における長尺部位２は、先端にバケットなどのアタッチメントが取付けられるボス３が設けられ、後部を基部構成部位６と結合するように下半部から後端にかけて開放された形状の開放縁５にして、ラウンド三角形断面で所要長さ寸法に形成されている。なお、後部の上側には鋼板製のアタッチメント操作シリンダの取付ブラケット４が付設されている。
【００２０】
一方、基部構成部位６は、前記長尺部位２における後部の開放部を覆うような形状に形成され、その前部位置にブームとの連結用のボス７がアームの軸線に直交して、また後端部外面にはアーム操作シリンダのロッドを連結するブラケット８が二股状に平行して、それぞれ設けられ、かつ前記長尺部位２の後部開放縁５との接合縁部９では、その接合部の形状に合わせて、図２に示されるように、嵌め合わせる段部９ａが形成されている。
【００２１】
このように形成される長尺部位２と基部構成部位６とは、予め所要形状寸法に製作された鋼板製の長尺部位２の後部開放縁５に、鋳造された基部構成部位６の接合縁部９を、その接合縁部９に沿って形成されている段部９ａを前記後部開放縁５に嵌め合わせ、その後に接合縁部９と後部開放縁５とを接合状態に保持して溶接し一体に結合させる。したがって、長尺部位２と基部構成部位６との接合部１０は、全周にわたって溶接される。
【００２２】
このように異なる二種類の部材（長尺部位２と基部構成部位６）を組み合わせてアーム１を形成するに際しては、一方の長尺部位２が鋼板を曲げ加工して形成されている部材に対して、他方の基部構成部位６は鋳造によって成形されたものであるので、その基部構成部位６の接合縁部９の段部９ａを基準にして、長尺部位２の後部開放縁５を嵌め合わせ、部分的に仮付けすれば、変則的な形状にされている後部開放縁５であっても、確実に保形されて正しく接合することができる。
【００２３】
こうして組み合わされたアーム１は、その基部が前述のように鋳鋼製の部材で構成されているから、使用に際して外力を受けても局部的に応力集中が生じることはない。したがって、亀裂が発生するような問題を起こすことなく長期使用に耐えるものとすることができる。しかも、手数のかかる部分を一体成形とすることで、部品点数を最小限にでき、加工工数を少なくしてコストダウンを図ることができるという効果が得られる。
【００２４】
次に、図３にラウンド三角形断面の底辺部を上側にしたアームの一実施形態を表わす図で、正面図（ａ），ｄ−ｄ断面図（ｂ），右側面図（ｃ）が、それぞれ示されている。
【００２５】
この実施形態では、基本的に前記実施形態のアームと同様であり、長尺部位の断面形状が前述のアームと逆に形成されている点で相違する。したがって、前述のものと同一もしくは同様の部分については同一の符号で表わしている。
【００２６】
このように形成されるアーム１Ａにおいても、長尺部位２ａは鋼板でラウンド三角形断面にして所要長さに形成され、基部構成部位６ａを鋳鋼で所要形状にされ、基部構成部位６ａの接合縁部９に形成されている段部９ａを基準にして、長尺部位２ａの後部開放縁５を前記実施形態のものと同様に嵌め合わせ、その後部開放縁５と前記基部構成部位６ａの接合縁部９とを溶接にて一体に接合されて構成される。
【００２７】
この形態においては断面がいわゆる逆三角になるが、連結用のボス７を基部構成部位として一体成形されるので、前記ボス７の幅寸法を従来型のものと同様に無理なく形成することができる。したがって、既存のブーム（図示せず）と組合わせて使用することができる。
【００２８】
また、この形態では、使用に際して応力的に苛酷な前記ボス部７は、アーム１Ａのラウンド三角形状の頂部を底辺に位置することになるが、鋳造一体構造であるので、ボス形成部の根元部分を曲面にするなど負荷に対応できる補強形状を任意選択することが可能であるため、負荷に対して安定した構造とすることができて、耐久性を備えたものとすることができる。
【００２９】
以上の説明では、ラウンド三角形断面の長尺構造部材について記載したが、これを四角断面もしくはそれ以上の多角形断面のものにおいても採用することができる。
【００３０】
図４には、ラウンド四角形断面の作業機のアーム全体斜視図（ａ）とそのＣ−Ｃ視断面図（ｂ）が示されている。
【００３１】
この実施形態のアーム１Ｂは、鋼板製の長尺部位２０と、前記実施形態と同様に鋳鋼製の基部構成部位３０および先端部構成部位３６とを溶接により一体に結合してラウンド四角形断面構造とされている。
【００３２】
前記長尺部位２０は、図４（ｂ）によって表わされるように、所要寸法でコーナ部が円弧面である扁平なＵ字形に形成された上面部材２１と下面部材２２とを所要間隔を取って上下に対向させて、それら上面部材２１と下面部材２２との平坦部から直交して屈曲する断面幅方向の両側の相対向するフランジ部２１ａ，２２ａ間を、所要寸法に裁断された鋼板材にてなる側板２３と前記フランジ部２１ａ，２２ａの端面とを突合せて溶接され、ラウンド四角形断面で、所要外形で所要長さ寸法に形成されている。
【００３３】
前記基部構成部位３０は、前記長尺部位２０における後部の開放部を覆うような形状に形成され、その前部側面位置にブームとの連結用のボス部３１がアーム１Ｂの軸線に直交して、また後端部にアーム操作シリンダのロッドを連結するブラケット３２が二股状に平行して、それぞれ設けられている。さらに、上面前部にはアタッチメント操作シリンダの取付ブラケット３３が一体に突設されている。そして、前記長尺部位２０の後部開放縁２４との接合縁部３４は、前記実施形態のものと同様にその接合部の形状に合わせて、嵌め合わせる段部が形成され、この段部に前記長尺部位２０の後部開放縁２４を嵌合させて溶接結合される（図２参照）。
【００３４】
また、前記先端部構成部位３６は、鋳鋼製で所要外形寸法で先端にバケットなどのアタッチメントが取付けられるボス部３７やリンク取付ボス部３７'を軸線に直交するようにして一体に設けられ、後端の接合縁部３８を前記基部構成部位３０の接合縁部３４と同様に段部にして、前記長尺部位２０の前端縁２５を嵌合させて溶接結合されるようになされている。
【００３５】
このように構成される実施形態の作業機のアーム１Ｂでは、ラウンド四角形断面構造で、中間部である長尺部位２０の先端側と基端側とに位置する形状複雑な部位を鋳鋼製の成形品によって構成されているので、それら鋳鋼製の成形品を許容される範囲で薄肉に成形すれば、複雑な溶接部分が解消されるので、加工性が良好となり、強度も高められて軽量化を促進させ得る効果が得られる。また、複雑な構造部を成形によって形成できるので外観的にも美麗に仕上られる。なお、このラウンド四角形断面のアーム１Ｂ（長尺構造部材）において、その長尺部位２０を構成する上面部材２１と下面部材２２とは、鋼板を曲げ加工したもののほかに、ラウンド部分の肉厚を厚く形成した圧延形鋼を使用すれば、断面強度が向上してより強度を高めることができる。
【００３６】
なお、前述のラウンド三角形断面のアーム１，１Ａにおいても、その先端部構成部位として、前記ラウンド四角形断面のアーム１Ｂと同様に、図示省略するが、鋳鋼製の部位を長尺部位２，２ａの先端部に溶接して一体構成することができる。こうすれば、前記実施形態と同様の効果が得られることになる。
【００３７】
本発明によれば、作業機のアームのように他の部材（例えばブーム）と組み合わせて可動的に取付けられる長尺構造部材として、大きな負荷を受ける組み合わせ連結部を鋳鋼製の一体構造として強度を高める部材と寸法的に長尺に形成される鋼板製の部材とを接合して一体化することにより、従来強度的なネックと製造上のネックとを一挙に解決することが可能になる。また、ラウンド三角形断面構造のアームの場合、例えば油圧ショベルにおける従来から広く採用されている四角断面のブームと組み合わせて、作業機の軽量化を図ることができ、これに伴いカウンタウエイトの重量軽減、あるいは製作コストの改善を実現することができるという効果が得られるのである。もちろん、ラウンド四角形断面構造のものにおいても同様に強度を高めて軽量化を図ることができる。
【００３８】
以上の説明では、作業機のアームについて記載したが、前述の油圧ショベルの作業機用のみならず、他の機械において採用される連結部を備える長尺構造部材においても同様であり、これらは本発明の範疇に属することはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態の作業機のアーム正面図（ａ）とそのＡ−Ａ視側面図（ｂ）およびＢ−Ｂ線に沿った端面図（ｃ）である。
【図２】図２は、要部の拡大断面図である。
【図３】図３は、ラウンド三角形断面の底辺部を上側にしたアームの一実施形態を表わす図で、正面図（ａ），ｄ−ｄ断面図（ｂ），右側面図（ｃ）である。
【図４】図４は、ラウンド四角形断面の作業機のアーム全体斜視図（ａ）とそのＣ−Ｃ視断面図（ｂ）である。
【図５】図５は、従来の作業機アームの全体斜視図で、四角断面構造のアーム（ａ）とラウンド三角形断面構造のアーム（ｂ）である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂアーム
２，２ａ，２０長尺部位
４ブラケット
５，２４後部開放縁
６，６ａ，３０基部構成部位
７，３１，３７，３７' ボス部
８，３２，３３ブラケット
９，３４，３８接合縁部
９ａ段部
１０接合部
２１上面部材
２２下面部材
２３側板
２５長尺部位の前端縁

Claims

長尺部位の後部に基部構成部位が結合された作業機のラウンド三角形断面を有する長尺構造部材であって、
前記長尺部位は、鋼板製で、その後部に下半部から後端にかけて開放された形状の開放縁を有し、
前記基部構成部位は、前記長尺部位の開放縁を覆うような形状とされ、前部位置に連結支持部となるボスが、後端部外面に操作シリンダのロッドが連結される二股状に平行するブラケットがそれぞれ設けられて鋳鋼にて一体形成され、
前記長尺部位の開放縁に前記基部構成部位の接合縁部を嵌め合わせて全周にわたって溶接することにより、前記長尺部位の後部に前記基部構成部位が一体化された
ことを特徴とする作業機の長尺構造部材。
前記長尺部位は、その三角底辺部を上側に位置する形状にされたラウンド三角形断面であり、前記基部構成部位が、前記長尺部位の断面形状に適合する形状に形成されている請求項１に記載の作業機の長尺構造部材。
長尺部位の後部に基部構成部位が結合された作業機のラウンド四角形断面を有する長尺構造部材であって、
前記長尺部位は、鋼板製で、その断面形状における幅方向のコーナ部外形が曲面に形成された扁平なＵ字形の上面部材と下面部材とが相対向して上下に配され、これら上面部材および下面部材の両フランジ部間が平板材で突合せ溶接して形成され、その後部に開放縁を有し、
前記基部構成部位は、前記長尺部位の開放縁を覆うような形状とされ、前部位置に連結支持部となるボスが、後端部外面に操作シリンダのロッドが連結される二股状に平行するブラケットがそれぞれ設けられて鋳鋼にて一体形成され、
前記長尺部位の開放縁に前記基部構成部位の接合縁部を嵌め合わせて全周にわたって溶接することにより、前記長尺部位の後部に前記基部構成部位が一体化された
ことを特徴とする作業機の長尺構造部材。
前記長尺部位の先端部には、鋳鋼で一体に形成される別途連結体の支持部となるボスを含む先端部構成部位が溶接により一体化されている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の作業機の長尺構造部材。