JP5101458B2 - 建設機械のアタッチメント - Google Patents

Description

本発明は、建設機械のアタッチメントに関し、より具体的には、中空箱型断面構成のアタッチメントに関する。

従来、建設機械におけるブーム又はアーム等のアタッチメントは、図１で示されるように、上板、下板及び二つの側板から成る四つの鋼板を溶接により接合して構成される。なお、図１は、上板２、下板４及び側板６、８を溶接により接合して構成されるブーム１０の分解斜視図であり、図２は、その組立図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は、そのブーム１０を搭載するパワーショベルＥの斜視図を示す。

また、このような構成のブームにおいて一定の剛性を維持しながらも軽量化を実現させる技術が開示されており、例えば、図５の斜視図で示されるように、上板１９と下板２０と一対の側板１８ａ、１８ｂとで形成されるブームの中央部２１（湾曲部分）における内部空間を、第一仕切り板３０及び第二仕切り板３１で横断的に仕切り、更に、縦仕切り板３３で縦断的に仕切る構造を有するブームが開示されている（特許文献１参照。）。なお、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。

また、図７の断面図で示されるように、その中央部（湾曲部分）で矩形断面を有し、その矩形断面の四隅を含む上下の各部分が、閉じられた断面を持つ管９ａ、９ｂによって形成されたブームが開示されている（特許文献２参照。）。
特開２００３−１９３５１２号公報 特開２００４−１２４３５７号公報

しかしながら、特許文献１及び２で開示されるブームは、一定の剛性を維持しながらも軽量化を実現させ得るが、その加工の困難性、溶接線の増大、必要とされる追加部材の増大の割には軽量化又は高剛性化の効果が必ずしも高いとは言えない。

そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、より簡易な構成で重量と剛性との間の最適なバランスを実現させる建設機械のアタッチメントを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る建設機械のアタッチメントは、ブームフート、ブームシリンダボス、アームシリンダ取り付けブラケットを備え、長手方向に延在する上板、下板及び一対の側板で形成される中空箱型断面を有する建設機械のアタッチメントであって、前記上板又は前記下板の幅方向の端は、前記側板の外面を含む平面から幅方向に突出する突出部を形成し、前記上板又は前記下板における、前記ブームフートの位置する領域、前記ブームシリンダボスの位置する領域、前記アームシリンダ取り付けブラケットの位置する領域のうちの少なくとも一つの領域における突出部の突出量が、前記上板又は前記下板における、前記少なくとも一つの領域以外の領域における突出部の突出量より大きいことを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る建設機械のアタッチメントであって、前記突出部は、前記上板又は前記下板の幅方向の両端から突出し、前記突出部の突出量は、幅方向に左右対称であることを特徴とする。

また、第三の発明は、第一又は第二の発明に係る建設機械のアタッチメントであって、前記突出部の突出量は、前記上板又は前記下板の長手方向に沿って曲線的に変化することを特徴とする。

上述の構成により、本発明は、より簡易な構成で重量と剛性との間の最適なバランスを実現させる建設機械のアタッチメントを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図８は、本発明に係るアタッチメントの上板１０２の概略上面図であり、上板１０２は、一枚の平板鋼材で成形され、幅方向の図中右側に延在する二つの突出部１１０ＵＲ及び１１２ＵＲ、並びに、幅方向の図中左側に延在する二つの突出部１１０ＬＲ及び１１２ＬＲを有する（図の灰色部分参照。）。

また、上板１０２は、ブームフートのところで幅方向の図中右側に延在するブームフート突出部１１６ＵＲ、及び、幅方向の図中左側に延在するブームフート突出部１１６ＵＬを有する（図の灰色部分参照。）。

突出部のそれぞれの突出量ｄは、好適には、重量のバランスを取るために左右対称であるが、左右の対応する突出部（例えば、１１０ＵＬ及び１１０ＵＲである。）で異なる大きさを有してもよく、同じ側の隣り合う突出部（例えば、１１０ＵＬ及び１１２ＵＬである。）で異なる大きさを有してもよい。

また、それら突出部は、好適には、応力が局所（例えば、角部である。）に集中してしまうことを避けるために長手方向に沿ってその突出量を曲線的に変化させるが、直線的に変化するものであってもよい（図１３参照。）。

図９は、突出部の配置を説明するための図であり、図９（Ａ）がブームの底面図、図９（Ｂ）がブームの側面図、図９（Ｃ）がブームの上面図をそれぞれ示す。

図９（Ａ）で示されるように、ブームの下板１０４は、ブームシリンダボス１２０のところで幅方向に左右に突出する突出部１１２ＬＬ、１１２ＬＲを備え、且つ、ブームフート１２４のところで幅方向に左右に突出するブームフート突出部１１６ＬＬ、１１６ＬＲを備える。

突出部１１２ＬＬ、１１２ＬＲ、及び、ブームフート突出部１１６ＬＬ、１１６ＬＲが配置される位置は、例えば、掘削アタッチメント（ブーム、アーム及びバケット並びに関連する油圧アクチュエータで構成されるアタッチメントである。）による掘削作業等が行われた際に局所的に大きな曲げモーメントが発生する箇所に対応する。なお、掘削アタッチメントの種々の動きに応じて発生する曲げモーメントの大きさは、公知の構造解析ソフトウェアを用いて予め算出されるものとする。

また、図９（Ｃ）で示されるように、ブームの上板１０２は、アームシリンダ取り付けブラケット１２２のところで幅方向に左右に突出する突出部１１０ＵＬ、１１０ＵＲを備え、ブームシリンダボス１２０のところで幅方向に左右に突出する突出部１１２ＬＬ、１１２ＬＲを備え、且つ、ブームフート１２４のところで幅方向に左右に突出するブームフート突出部１１６ＵＬ、１１６ＵＲを備える。

上述のように、突出部１１０ＵＬ、１１０ＵＲ、１１２ＵＬ、１１２ＵＲ、及び、ブームフート突出部１１６ＵＬ、１１６ＵＲが配置される位置も、掘削アタッチメントによる掘削作業等が行われた際に局所的に大きな曲げモーメントが発生する箇所に対応する。

次に、図１０及び図１１を参照しながら、突出部における突出量ｄの決定方法の一例について説明する。なお、図１０は、図８のＸ−Ｘ線断面図であり、図１１は、従来型ブームの図１０に対応する部分における断面図である。また、一点鎖線ＮＡは、ブームの中立軸を示し、距離ｅは、中立軸ＮＡからブームの外面までの距離を示す。

図１０を参照すると、本実施例に係るブームは、長手方向に一定である共通の厚みｔ１と、ブームシリンダボス１２０（図９参照。）のところで最大となる高さｈ１とを備える一対の側板１０６、１０８を有する。また、本実施例に係るブームは、長手方向に一定である共通の厚みｔ２と、ブームシリンダボス１２０のところで最大となる幅（この幅は、ｂ１とｂ１+Δｂ１との間で変化する。なお、Δｂ１は、左右の突出部の突出量ｄの合計である。）とを持つ上板１０２及び下板１０４を有する。

一方、図１１を参照すると、従来型ブームは、長手方向に一定である共通の厚みＴ１と、ブームシリンダボスのところで最大となる高さＨ１とを備える一対の側板６、８を有する。また、従来型ブームは、長手方向に一定である共通の厚みＴ２と長手方向に一定である共通の幅Ｂ１とを持つ上板２及び下板４を有する。

ここで、ブームシリンダボスのところで曲げモーメントＭが発生した場合における、従来型ブームでの最大曲げ応力と本実施例に係るブームでの最大曲げ応力とを比較する。

最大曲げ応力σは、曲げモーメントＭを断面係数Ｚで除した値であり、断面係数Ｚは、断面二次モーメントＩを距離ｅで除した値である。なお、断面二次モーメントＩは、短辺ｘ及び長辺ｙを持つ長方形断面の梁の場合、

で表される。

ここで、Ｔ１＝１４ｍｍ、Ｈ１＝６７６ｍｍ、Ｔ２＝１３ｍｍ、Ｂ１＝３７６ｍｍの従来型ブームを考えると、断面二次モーメントＩは、

で表され、距離ｅは、

で表され、断面係数Ｚは、

で表され、結果として断面係数Ｚが５３５９４２８ｍｍ^３であると算出される。

このとき、従来型ブームの上板２及び下板４の厚みＴ２のみを徐々に減少させた場合の断面係数Ｚの推移を以下の表に示す。

一方、本実施例に係るブームの断面二次モーメントＩは、

で表され、距離ｅは、

で表され、断面係数Ｚは、

で表されるが、上板１０２及び下板１０４の厚みｔ２を、従来型ブームの厚みＴ２よりも薄くしながら、従来型ブームの断面係数Ｚと同等の断面係数Ｚを得るために、Δｂ１を徐々に増大させた場合の断面係数Ｚの推移を以下の表に示す。なお、以下の表は、厚みｔ２をＴ２（１３ｍｍ）よりも２ｍｍ薄くして１１ｍｍとした場合におけるΔｂ１と断面係数Ｚとの関係を示す。

上記の二つの表を参照すると、本実施例に係るブームにおける上板１０２及び下板１０４の厚みｔ２を、従来型ブームの上板２及び下板４の厚みＴ２よりも２ｍｍ薄くして１１ｍｍとした場合、本実施例に係るブームにおける上板１０２及び下板１０４の突出部の突出量ｄの合計Δｂ１を６７ｍｍとすれば、従来型ブームの断面係数Ｚ（５３５９４２８ｍｍ^３）とほぼ同等の断面係数Ｚ（５３６０６１４ｍｍ^３）が得られることが分かる。この場合、突出部を左右対称とすると、その突出量ｄはそれぞれ、３３．５ｍｍとなる。

このようにして、本実施例に係るブームは、従来型ブームと比べて上板１０２及び下板１０４の一方又は双方の厚みｔ２を平板全体に亘って薄くしてその重量を低減させながらも、大きな曲げモーメントが作用する部分（例えば、ブームシリンダボス１２０のところである。）におけるその幅をその周辺の幅から突出させることで、従来型ブームと同等の最大曲げ応力（＝曲げモーメントＭ／断面係数Ｚ）を実現させることができる。

同様に、本実施例に係るブームは、上板１０２又は下板１０４の一部の厚みを増大させるための困難な加工を必要とすることなく、また、上板１０２又は下板１０４の幅を長手方向全体に亘って増大させるといった過剰な補強を施すこともなく、上板１０２又は下板１０４の一部の幅のみを増大させることで、その重量を大幅に変化させることなしにその構造強度（曲げ剛性）を高めることができる。

また、本実施例に係るブームは、従来と比べ、特別な生産設備を必要とすることもなく、溶接線を増大させることもなく、また、加工及び組立を困難にすることもない。

また、本実施例に係るブームの上板１０２及び下板１０４は、その拡幅により、平板としてのそれら自身の曲げ剛性をも増大させるので、上板１０２及び下板１０４のそれぞれの撓みによって側板１０６、１０８との間の溶接が剥離してしまうのを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施例では、上板１０２がブームシリンダボス１２０のところに突出部１１２ＵＬ、１１２ＵＲを備え、且つ、下板１０４がブームシリンダボス１２０のところに突出部１１２ＬＬ、１１２ＬＲを備えるが、図１２で示すように、上板１０２のみがブームシリンダボス１２０のところに突出部１１２ＵＬ、１１２ＵＲを備えるようにしてもよく、反対に、下板１０４のみがブームシリンダボス１２０のところに突出部１１２ＬＬ、１１２ＬＲを備えるようにしてもよい。

また、上述の実施例では、突出部の突出量ｄを曲線的に滑らかに変化させるが、図１３に示すように、突出部の突出量ｄを直線的に変化させるようにしてもよく、段階的に変化させるようにしてもよい。

また、上述の実施例では、上板１０２及び下板１０４の端面、すなわち、各突出部の端面はそれぞれ、上板１０２及び下板１０４の上面及び下面に対して垂直となるように構成されるが、図１４で示されるように、その端面にテーパ加工が施されていてもよく、或いは、ラウンド加工が施されていてもよい。更なる軽量化のため、或いは、接触時における被接触物の損傷を和らげるためである。

また、上述の実施例では、図８に示すように、比較的小さい曲げモーメントが予期される領域における突出部の突出量を標準突出量としながら、より大きい曲げモーメントが予期される領域における突出部１１０ＵＲ、１１０ＵＬ、１１２ＵＲ、１１２ＵＬの突出量をその標準突出量より大きいものとするが、図１５に示すように、比較的大きい曲げモーメントが予期される領域における突出部の突出量を標準突出量としながら、より小さい曲げモーメントが予期される領域における突出部１１８ＵＲ、１１８ＵＬの突出量をその標準突出量より小さいものとしてもよい。

また、上述の実施例では、上板１０２、下板１０４、並びに側板１０６及び１０８の厚みは長手方向に一定とされるが、それぞれの厚みを部分的に薄くしたり、或いは、厚くしたりして、予期される曲げモーメントに対応する必要十分な断面係数を得るようにしてもよい。

従来型ブームの分解斜視図である。 図１のブームの組立斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１のブームを搭載した油圧ショベルの斜視図である。 別の従来型ブームの斜視図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 更に別の従来型ブームの断面図である。 第一実施例に係るブームの上面図である。 図８のブームの底面図、側面図及び上面図である。 図８のＸ−Ｘ線断面図である。 従来型ブームの図１０に対応する部分の断面図である。 第二実施例に係るブームの断面図である。 第三実施例に係るブームの上面図である。 第四実施例に係るブームの上面図である。 第五実施例に係るブームの上面図である。

符号の説明

１０２・・・上板 １０４・・・下板 １０６、１０８・・・側板 １１０ＵＬ、１１０ＵＲ、１１２ＵＬ、１１２ＵＲ、１１８ＵＬ、１１８ＵＲ・・・上板突出部 １１２ＬＬ、１１２ＬＲ・・・下板突出部 １１６ＵＬ、１１６ＵＲ・・・上板ブームフート突出部 下板ブームフート突出部・・・１１６ＬＬ、１１６ＬＲ １２０・・・ブームシリンダボス １２２・・・アームシリンダ取り付けブラケット １２４・・・ブームフート

Claims (3)

1. ブームフート、ブームシリンダボス、アームシリンダ取り付けブラケットを備え、長手方向に延在する上板、下板及び一対の側板で形成される中空箱型断面を有する建設機械のアタッチメントであって、
   前記上板又は前記下板の幅方向の端は、前記側板の外面を含む平面から幅方向に突出する突出部を形成し、
   前記上板又は前記下板における、前記ブームフートの位置する領域、前記ブームシリンダボスの位置する領域、及び前記アームシリンダ取り付けブラケットの位置する領域のうちの少なくとも一つの領域における突出部の突出量が、前記上板又は前記下板における、前記少なくとも一つの領域以外の領域における突出部の突出量より大きい、
   ことを特徴とする建設機械のアタッチメント。
2. 前記突出部は、前記上板又は前記下板の幅方向の両端から突出し、
   前記突出部の突出量は、幅方向に左右対称である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械のアタッチメント。
3. 前記突出部の突出量は、前記上板又は前記下板の長手方向に沿って曲線的に変化する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械のアタッチメント。

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