JP4506296B2

JP4506296B2 - 作業車両のハンドレール

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Publication number: JP4506296B2
Application number: JP2004175058A
Authority: JP
Inventors: 修一金田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP2005350007A

Description

この発明は、作業車両のハンドレールに関するものである。

作業車両には一般に手摺としてのハンドレール（ハンドレール装置）が付設される。そして、ハンドレール装置としてはパイプ材を使用するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。この場合のハンドレール装置は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、パイプ材からなるハンドレール本体５１を備え、このハンドレール本体５１の両端部を扁平形状とした扁平端部５２、５３に形成し、この扁平端部５２、５３をボルト部材を介して取付相手に固定していた。
特開２００２−６１２３１号公報

ところで、近年、ハンドレールは安全規制により大型化しており、手摺となるパイプの質量が過去のものに比べて大きくなっている。このため、作業車両の振動による慣性負荷が大きくなるので、支持部に近いところは過大応力が発生しやすいものとなる。特に、特許文献１のハンドレール装置のように、パイプ材を潰して扁平端部を形成して取付け平面を作る構造では、断面変化による応力集中がさけられない。そのため、応力低減のための補強が必要であった。そこで、上記特許文献１のハンドレール装置では、図９に示すように、一方の扁平端部５２側をクランプ金具を使用した保持体５４にて保持（支持）し、図１０に示すように、他方の扁平端部５３にはこの扁平端部５３に嵌合するサポート体５５を付設し、これらを取付相手５６に固定していた。

図９に示すように、保持体５４は、略Ｕの字状の巻掛部５４ａと、この巻掛部５４ａの両端部から突出される一対の座板部５４ｂ、５４ｂとからなる。そして、弾性材料からなる筒体５７がハンドレール本体５１に嵌合されて、この筒体５７に巻掛部５４ａが嵌合され、その状態で座板部５４ｂ、５４ｂがボルト部材を介して取付相手５６に取付けられる。また、図１０に示すように、他方の扁平端部５３においては、サポート体５５が接着剤を介して扁平端部５３に取付けられ、このサポート体５５にボルト部材５８が螺着されることによって取付相手５６に取付けられる。従って、このようなハンドレール装置では、ハンドレール本体５１の端部に補強部材を付設する必要があり、全体としての部品点数が増加して、組立作業性に劣る要因となっていた。しかも、扁平端部を精度よく形成しなければ、取付相手に対して取付け難く、安定した支持が困難であった。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、支持部での応力集中の低減を図って補強部材が不用で安価に製作することができる作業車両のハンドレールを提供することにある。

そこで請求項１の作業車両のハンドレールは、パイプ材からなるハンドレール本体１１と、このハンドレール本体１１の端部２２に連結される支持ブラケット１２とを備えた作業車両のハンドレールであって、上記ハンドレール本体１１と支持ブラケット１２とを突き合わせ溶接にて接合すると共に、上記支持ブラケット１２は、上方開口状の凹窪部３０を有し、この凹窪部３０に所定曲率半径となる凹曲面２５ａを形成することによって、ハンドレール取付側から反対側に向かって厚肉となる厚肉部４０を設け、上記凹曲面２５ａの曲率半径をＲとし、上記ハンドレール本体１１の支持ブラケット側の端部２２の内径寸法をｄとしたときに、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくしたことを特徴としている。

上記請求項１の作業車両のハンドレールでは、支持ブラケット１２は、支持ブラケット１２のハンドレール取付側から反対側に向かって厚肉となる厚肉部４０を有するので、強度的に優れ、上記凹曲面２５ａの曲率半径をＲとし、上記ハンドレール本体１１の支持ブラケット側の端部２２の内径寸法をｄとしたときに、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくしたことによって、上記厚肉部４０の厚肉開始部位４１での応力集中率を１．１以下にすることができ、厚肉開始部位４１における応力集中を緩和することができる。また、厚肉部４０を簡単な形状にて確実に構成することができる。

請求項２の作業車両のハンドレールは、上記厚肉開始部位４１が、上記ハンドレール本体１１と支持ブラケット１２との接合面に対応することを特徴としている。

請求項２の作業車両のハンドレールでは、厚肉開始部位４１が、上記ハンドレール本体１１と支持ブラケット１２との接合面に対応するので、この接合面での断面の急変を無くすことができ、応力集中を緩和することができる。

請求項３の作業車両のハンドレールは、支持ブラケット１２は、上記厚肉部４０よりもハンドレール側に直線部１８を備え、この直線部１８の内面２０及び外面２１と上記ハンドレール本体１１の支持ブラケット側の端部２２の内面２３及び外面２４とがそれぞれ直線状に連続することを特徴としている。

上記請求項３の作業車両のハンドレールでは、支持ブラケット１２は直線部１８を備え、しかも、この直線部１８の内面２０及び外面２１とハンドレール本体１１の支持ブラケット側の端部２２の内面２３及び外面２４とがそれぞれ直線状に連続するので、ハンドレール本体１１の端部２２から支持ブラケット１２の直線部１８にかけて断面変化がなく、断面変化による応力集中を無くすことができる。

請求項１の作業車両のハンドレールによれば、支持ブラケットは強度的に優れ、しかも、厚肉開始部位における応力集中を緩和することができる。このため、他の補強部材を付設することなく、このハンドレールを支持ブラケットを介して作業車両に安定して固定することができる。すなわち、部品点数の減少が可能となって、組立性の向上を図ることができる。

この作業車両のハンドレールによれば、厚肉部を簡単な形状にて確実に構成することができ、製造性に優れる。

また、この作業車両のハンドレールによれば、厚肉部の厚肉開始部位での応力集中率を１．１以下に安定して設定することができるので、信頼性に優れるハンドレールとなる。

請求項２の作業車両のハンドレールによれば、ハンドレール本体と支持ブラケットとの接合面に対応するので、この接合面での断面の急変を無くすことができ、応力集中を緩和することができ、手摺として長期にわたって安定して使用することができる。

請求項３の作業車両のハンドレールによれば、ハンドレール本体の端部から支持ブラケットの直線部にかけて断面変化がなく、断面変化による応力集中を無くすことができる。すなわち、断面変化がない範囲を大きくとれるので、手摺として長期にわたって一層安定して使用することができる。

次に、この発明の作業車両のハンドレールの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図３はこのハンドレールＨを使用した作業車両の斜視図である。この作業車両は油圧ショベルであって、下部走行体１と、下部走行体１の上部に旋回機構を介して旋回可能に装着される上部旋回体３とを備え、上部旋回体３に作業機４が連設されている。この作業機４は、その基部が上部旋回体３に揺動可能に連結されているブーム５と、ブーム５の先端に揺動可能に連結されているアーム６と、アーム６の先端に揺動可能に連結されているバケット７とを備える。また、上部旋回体３は、キャブ８と、エンジン室９、及びカウンタウエート１０等を備え、この上部旋回体３にハンドレールＨが付設されている。

ハンドレールＨは、パイプ材からなるハンドレール本体１１と、このハンドレール本体１１の端部に接合される支持ブラケット１２（図１等参照）とを備える。ハンドレール本体１１は、横部材１３と縦部材１４とからなり、縦部材１４の端部（下端部）に支持ブラケット１２が取付けられている。

支持ブラケット１２は、図１と図２に示すように、固定側（上部旋回体３側）に取付けられる取付部１５と、ハンドレール本体１１の縦部材１４に連結される連結部１６とを有し、取付部１５に取付具であるボルト部材（図示省略）が挿通される取付用孔１７が設けられている。また、支持ブラケット１２の連結部１６は上方開口状の凹窪部３０が形成されている。

この場合、支持ブラケット１２の連結部１６は、円筒状の直線部１８と、この直線部１８から連続して形成される厚肉部４０とを備える。そして、直線部１８の内面２０及び外面２１と、ハンドレール本体１１の端部（支持ブラケット側の端部）２２の内面２３及び外面２４とがそれぞれ直線状に連続する。すなわち、ハンドレール本体１１の端部２２の内径寸法ｄと直線部１８の内径寸法ｄ１とを略同一とすると共に、ハンドレール本体１１の端部２２の外径寸法ｄ２と直線部１８の外径寸法ｄ３とを略同一とする。また、厚肉部４０は、直線部１８の内面２０から連続する凹曲面２５ａを形成することによって構成する。具体的には、凹曲面２５ａは、Ｏを中心とする曲率半径Ｒの円弧面であり、中心Ｏは直線部１８の下端縁の中心であって、曲率半径Ｒが直線部１８の内径寸法ｄ１の１／２に略一致する。この曲率半径Ｒとは、横断面において周方向に沿って形成される円弧の半径ではなく、縦断面において軸方向に沿って形成される円弧の半径である。

このため、支持ブラケット１２は、支持ブラケット１２のハンドレール取付側から反対側に向かって厚肉となる厚肉部４０を有していることになる。また、上記凹曲面２５ａの曲率半径をＲとし、上記ハンドレール本体１１の支持ブラケット側の内径寸法をｄとしたときに、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくすることによって、上記厚肉開始部位４１での応力集中率を１．１以下としている。ここで、応力集中率とは、この応力集中率をαとしたときに、直線部１８の応力がσｏであり、厚肉開始部位４１の応力がσであれば、α＝σ／σｏとなるように定義する。この場合、厚肉開始部位４１は、直線部１８と凹曲面２５ａとの境部である。

このように構成された支持ブラケット１２は、その上端縁２７をハンドレール本体１１の端部２２の下端縁２６に突き合わせた状態で溶接して、ハンドレール本体１１に接合する。また、下端側に支持ブラケット１２が取付けられた縦部材１４は、その上端部が横部材１３に溶接等にて連結される。そして、支持ブラケット１２がボルト部材等の取付具を介して上部旋回体３に取付けられる。すなわち、このハンドレールＨは、ブラケット側（一端側）が固定側に支持され、反支持ブラケット側が開放される。ここで、反支持ブラケット側とは横部材１３側である。このため、オペレータがこの横部材１３を手で持ったりしてこのハンドレールＨに沿って上部旋回体３上を移動することができ、ハンドレールＨが手摺として機能する。

また、支持ブラケット１２は直線部１８を備え、しかも、この直線部１８の内面２０及び外面２１とハンドレール本体１１の支持ブラケット側の端部２２の内面２３及び外面２４とがそれぞれ直線状に連続するので、ハンドレール本体１１の端部２２から支持ブラケット１２の直線部にかけて断面変化がなく、断面変化による応力集中を無くすことができる。このため、手摺として長期にわたって一層安定して使用することができる。この際、支持ブラケット１２の直線部１８の軸方向長さＡが大であれば、断面変化がない範囲を大きくとれるので、応力集中を無くすことの観点から特に好ましい。さらに、上記支持ブラケット１２が固定側に支持されると共に、反支持ブラケット側が開放されているので、作業車両の振動や旋回によって発生する負荷に対しても、支持部側の応力集中を緩和することができる。これにより、このハンドレールは長期にわたって手摺としての機能を安定して発揮することができる。

次に図４は支持ブラケットの変形例を示し、この場合、直線部１８の内面２０から屈曲部を形成することなく連続する凹曲面２５ａ及び傾斜面２５ｂにて形成している。この場合も、厚肉部４０を有すると共に、直線部１８の内面２０及び外面２１と、ハンドレール本体１１の端部２２の内面２３及び外面２４とがそれぞれ直線状に連続している。このため、この図４に示す支持ブラケット１２も、厚肉部４０を有すると共に、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくしたことによって、この厚肉部４０の厚肉開始部位４１での応力集中率を１．１以下に安定して設定することができる。このため、上記図２に示す支持ブラケット１２と同様の作用効果を奏することができる。

また、図５は支持ブラケットの別の変形例を示し、この場合、凹窪部３０に、曲率半径がＲ（ｒ１）の凹曲面２５ａと、曲率半径がｒ２の凹曲面２５ｂとを形成している。そして、凹曲面２５ａの曲率半径ｒ１を凹曲面２５ｂの曲率半径ｒ２よりも大きく設定すると共に、この凹曲面２５ａと凹曲面２５ｂとの間に屈曲部が形成されないようにしている。このため、この図５に支持ブラケット１２においても、直線状を有さないが、厚肉部４０を有すると共に、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくしたことによって、この厚肉部４０の厚肉開始部位４１での応力集中率を１．１以下に安定して設定することができる。この際、厚肉開始部位４１は、ハンドレール本体１１と支持ブラケット１２との接合面に対応することになる。このため、この接合面での断面の急変を無くすことができて、応力集中を緩和することができるので、この支持ブラケット１２であっても、手摺として長期にわたって安定して使用することができる。なお、この場合の曲率半径ｒ１、ｒ２も縦断面において軸方向に沿って形成される円弧の半径である。また、この支持ブラケット１２は、直線部１８を取れない又は長く取れないときのものである。ここで、直線部１８の軸方向長さを長くとれないときとは、凹窪部３０の深さ寸法Ｂを製作上長くできない場合等である。

次に、応力集中率を低下させるための支持ブラケット１２の形状について検討する。この場合、Ｒ／（ｄ／２）をパラメータにして接合部（突き合わせ部）における応力集中率αを調べた。ここで、Ｒは凹曲面２５ａの曲率半径（すなわち、縦断面において軸方向に沿って形成される円弧の半径であって、図５の曲率半径ｒ１）であり、ｄはハンドレール本体１１の端部２２の内径寸法である。表１に示すように、図６（ａ）ではＲが１３．８ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「１」の場合であり、図６（ｂ）ではＲが２４．８ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「１．８」の場合であり、図６（ｃ）ではＲが２９．２ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「２．１」の場合であり、図６（ｄ）ではＲが４４ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「３．２」の場合であり、図６（ｅ）ではＲが５０．５ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「３．７」の場合であり、図６（ｆ）ではＲが６２ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「４．５」の場合であり、図６（ｇ）ではＲが１４７ｍｍであって、Ｒ／（ｄ／２）が「１０．７」の場合である。

そして、Ｒ／（ｄ／２）が「１」の場合では応力集中率が１．２となり、Ｒ／（ｄ／２）が「１．８」の場合では応力集中率が１．１３となり、Ｒ／（ｄ／２）が「２．１」の場合では応力集中率が１．１５となり、Ｒ／（ｄ／２）が「３．２」場合では応力集中率が１．０９となり、Ｒ／（ｄ／２）が「３．７」の場合では応力集中率が１．０７となり、Ｒ／（ｄ／２）が「４．５」の場合では応力集中率が１．０３となり、Ｒ／（ｄ／２）が「１０．７」の場合では応力集中率が１．０１となった。これをグラフに表せば、図７に示すグラフ図となる。

このため、応力集中率が例えば１．１以下となるようにするには、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくする必要があることがわかる。すなわち、Ｒ／（ｄ／２）が３以下であれば、応力集中率が１．１を越えることになり、安定した手摺の機能を発揮することができないおそれがある。この際、上記Ｒでは４４ｍｍ以上を必要とすることになり、このＲが大きいほど、つまりＲが無限大となるのが好ましいことになる。なお、Ｒ／（ｄ／２）というパラメータを使用して、応力集中率が１．１以下となるようにする場合、上記したようにこのＲ／（ｄ／２）を３よりも大きくする必要があるが、設定する応力集中率の限界を変更すれば、もちろんこのＲ／（ｄ／２）の限界値が変わることになる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、ハンドレール本体１１の横部材１３及び縦部材１４の数の増減は任意であり、また、縦部材１４の外径寸法や内径寸法も、使用する支持ブラケット１２等に応じて、ハンドレール本体１１の端部２２から支持ブラケット１２にかけて断面変化がなく、断面変化による応力集中を無くすことができる範囲で任意に設定することができる。さらに、横部材１３と縦部材１４とが外径寸法等が相違するものであってもよい。また、支持ブラケット１２の凹曲面２５ａの曲率半径Ｒとしては、ハンドレール本体１１の端部２２から支持ブラケット１２にかけて断面変化がなく、断面変化による応力集中を無くすことができる範囲で種々変更可能である。ところで、ハンドレール本体１１と支持ブラケット１２とを接合する方法として、開先溶接も可能である。しかしながら、開先溶接では、ハンドレール本体１１（パイプ材）と支持ブラケット１２との接続部において、溶接ルート部の断面変化による応力集中が避けられず、ハンドレール本体１１の安定した支持が困難である。なお、作業車両としては油圧ショベルに限るものではなく、クレーン、破砕機等の種々の建設機械が対象となる。そして、作業車両に応じてこのハンドレールＨの配置位置、配置範囲、高さ寸法、及び縦部材１４の配設ピッチ等を変更することができる。

この発明の作業車両のハンドレールの実施形態を示す要部斜視図である。上記作業車両のハンドレールの支持ブラケットの要部拡大断面図である。上記作業車両の斜視図である。支持ブラケットの変形例を示す要部拡大断面図である。支持ブラケットの他の変形例を示す要部拡大断面図である。応力集中率を調べた支持ブラケットを示し、（ａ）は応力集中率が１．２となる支持ブラケットの断面図であり、（ｂ）は応力集中率が１．１３となる支持ブラケットの断面図であり、（ｃ）は応力集中率が１．１５となる支持ブラケットの断面図であり、（ｄ）は応力集中率が１．０９となる支持ブラケットの断面図であり、（ｅ）は応力集中率が１．０７となる支持ブラケットの断面図であり、（ｆ）は応力集中率が１．０３となる支持ブラケットの断面図であり、（ｇ）は応力集中率が１．０１となる支持ブラケットの断面図である。上記図６に示した各支持ブラケットの応力集中率を示すグラフ図である。従来のハンドレールを示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は底面図である。従来のハンドレールの一方の端部の支持方法を示す要部断面図である。従来のハンドレールの他方の端部の支持方法を示す要部断面図である。

符号の説明

１１・・ハンドレール本体、１２・・支持ブラケット、１８・・直線部、２０・・内面、２１・・外面、２２・・端部、２３・・内面、２４・・外面、２５ａ・・凹曲面、３０・・凹窪部、４０・・厚肉部、４１・・厚肉開始部位

Claims

パイプ材からなるハンドレール本体（１１）と、このハンドレール本体（１１）の端部（２２）に連結される支持ブラケット（１２）とを備えた作業車両のハンドレールであって、上記ハンドレール本体（１１）と支持ブラケット（１２）とを突き合わせ溶接にて接合すると共に、上記支持ブラケット（１２）は、上方開口状の凹窪部（３０）を有し、この凹窪部（３０）に所定曲率半径となる凹曲面（２５ａ）を形成することによって、ハンドレール取付側から反対側に向かって厚肉となる厚肉部（４０）を設け、上記凹曲面（２５ａ）の曲率半径をＲとし、上記ハンドレール本体（１１）の支持ブラケット側の端部（２２）の内径寸法をｄとしたときに、Ｒ／（ｄ／２）を３よりも大きくしたことを特徴とする作業車両のハンドレール。
上記厚肉開始部位（４１）が、上記ハンドレール本体（１１）と支持ブラケット（１２）との接合面に対応することを特徴とする請求項１の作業車両のハンドレール。
支持ブラケット（１２）は、上記厚肉部（４０）よりもハンドレール側に直線部（１８）を備え、この直線部（１８）の内面（２０）及び外面（２１）と上記ハンドレール本体（１１）の支持ブラケット側の端部（２２）の内面（２３）及び外面（２４）とがそれぞれ直線状に連続することを特徴とする請求項１の作業車両のハンドレール。