JP5577015B2

JP5577015B2 - 作業機ブーム

Info

Publication number: JP5577015B2
Application number: JP2007230798A
Authority: JP
Inventors: 数彦小野; 英二名畑; 浩隆足立
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: JP2009062713A

Description

本発明は作業機ブームに関する。

油圧ショベル等の作業車両は、本体部と、本体部に取り付けられる作業機とを備えている。本体部は、例えば、下部走行体と、下部走行体に旋回機構を介して旋回可能に装着される上部旋回体とを有する。作業機は、互いに回動可能に接続されるブーム、アーム、バケットを有しており、上部旋回体に取り付けられる。そして、このような作業車両は、ブーム、アーム、バケットが油圧シリンダ等の駆動装置によって駆動されて揺動することによって、各種の作業を行うことができる。

上記の作業機ブームは、通常、長手方向の中間部において湾曲した形状を有している。このため、作業機ブームに負荷が掛かると、湾曲した中間部の側面において座屈が生じ易い。
特開平９−２４２１０９号公報

上記のような作業機ブームの側面における座屈の発生は、側面部のうち中間部の側面を構成する部材の板厚を側面部の他の部材の板厚よりも大きくすることによって抑えることができる。しかし、この場合、作業機ブームの重量が増大してしまう。また、使用される材料が増大することにより、製造コストも増大してしまう。

本発明の課題は、座屈の発生を抑えることができると共に、軽量且つ製造コストの低い作業機ブームを提供することにある。

第１発明の作業機ブームは、長手方向の中間部において湾曲した形状を有する作業機ブームであって、上面部と、下面部と、一対の側面部とを備える。一対の側面部は、第１部材と第２部材とをそれぞれ有する。第２部材は、第１部材と接合され、少なくとも中間部の側面を構成し、第１部材よりも降伏応力の高い材料で形成された部材である。第１部材は、第２部材の一端に接合されている。また、側面部は、第２部材の他端に接合された第３部材をさらに有している。そして、第２部材が最も降伏応力が高い材料で形成されている。

この作業機ブームでは、座屈が生じ易い中間部の側面を構成する第２部材が、最も降伏応力の高い材料で形成される。このため、側面部の板厚の増大を抑えながら、座屈の発生を抑えることができる。これにより、座屈の発生を抑えることができると共に、作業機ブームの軽量化および製造コストの低減が可能である。

第２発明の作業機ブームは、第１発明の作業機ブームであって、第２部材の板厚は、第１部材の板厚よりも大きい。

この作業機ブームでは、第２部材の板厚が比較的大きいため、中間部における側面部と、上面部および下面部との接合部分の強度を確保することができる。

本発明に係る作業機ブームでは、座屈が生じ易い中間部の側面を構成する第２部材が、第１部材よりも降伏応力の高い材料で形成される。このため、側面部の板厚の増大を抑えながら、座屈の発生を抑えることができる。これにより、座屈の発生を抑えることができると共に、作業機ブームの軽量化および製造コストの低減が可能である。

＜第１実施形態＞
〈構成〉
本発明の第１実施形態に係る作業機ブーム１を図１に示す。この作業機ブーム１は、図示しないアームやバケットと共に、油圧ショベルなどの作業車両に備えられる作業機を構成するものである。作業機ブーム１は、湾曲した外形を有しており、作業機ブーム１の一端は、作業車両に回転可能に取り付けられる。また、作業機ブーム１の他端は、アームに回転可能に取り付けられる。作業機ブーム１は、ブーム本体２と、第１ブラケット３と、第２ブラケット４と、第３ブラケット５と、第４ブラケット６とを備える。

〔ブーム本体２〕
ブーム本体２は、長手方向の中間部において上下方向に湾曲した形状を有し、図２に示すように、複数の板材が溶接により接合されることにより形成されたものである。なお、図２は、図１におけるブーム本体２のII−II断面図である。ブーム本体２は、上面部７と、下面部８と、一対の側面部９，１０とを有する。ブーム本体２は、上面部７と、下面部８と、一対の側面部９，１０とが四角形断面を形成するように組み合わされ、４つの角部に沿って溶接されることにより形成されている。

上面部７は、板状部材であり、互いに距離を隔てて配置された一対の側面部９，１０の上方を閉じる。上面部７は、側面部９，１０の湾曲に合わせて長手方向の中間部において上方に凸に湾曲した形状となっている。

下面部８は、板状部材であり、一対の側面部９，１０の下方を閉じる。下面部８も上面部７と同様に、側面部９，１０の湾曲に合わせて長手方向の中間部において上方に凸に湾曲した形状となっている。

一対の側面部９，１０は、水平方向に互いに間隔を隔てて配置される板状の部材である。以下、一対の側面部９，１０のうちの一方の側面部９を第１側面部９、他方の側面部１０を第２側面部１０と呼ぶ。

図１に示すように、第１側面部９は、第１部材１１と、第２部材１２と、第３部材１３とを有する。

第１部材１１は、平坦な板状の部材であり、第２部材１２の後端部に溶接により接合されている。第１部材１１は、上端部および下端部が直線状の形状であり、後側（作業車両に取り付けられる第４ブラケット６側）ほど上端部と下端部との間の距離が小さくなる先細りの形状を有する。

第２部材１２は、平坦な板状の部材であり、第１部材１１と第３部材１３との間に位置している。第２部材１２は、上端部および下端部が上方に凸に湾曲した形状となっており、作業機ブーム１の湾曲した中間部の側面を構成している。

第３部材１３は、平坦な板状の部材であり、第２部材１２の前端部に溶接により接合されている。第３部材１３は、第１部材１１と概ね対称な形状を有する。第３部材１３は、上端部および下端部が直線状の形状であり、前側（アームが取り付けられる第３ブラケット５側）ほど上端部と下端部との間の距離が小さくなる先細りの形状を有する。

上記の第１側面部９を構成する第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３のうち第２部材１２は、他の部材よりも降伏応力の高い材料で形成されている。具体的には、図３に示すように、上面部７、下面部８、第１部材１１、第３部材１３の材質は、SS400（一般構造用圧延鋼材：JIS（日本工業規格）、降伏応力σｙ≧245N/mm²）であり、第２部材１２の材質は、SM490B（溶接構造用圧延鋼材：JIS、降伏応力σｙ≧325N/mm²）である。

第２部材１２の板厚は、上面部７、下面部８、第１部材１１、第３部材１３の板厚よりも大きく、第１部材１１と第３部材１３との板厚は同じである。また、上面部７の板厚は、下面部８の板厚よりも小さく、上面部７と下面部８との板厚は、第１部材１１および第３部材１３の板厚よりも大きい。

なお、第２側面部１０は、第１側面部９と同様の構成である。

〔第１ブラケット３〜第４ブラケット６〕
第１ブラケット３は、アームを駆動するための油圧シリンダを取り付けるためのものであり、上面部７すなわちブーム本体２の上面に溶接により固定されている。第１ブラケット３の概ね後半分は、ブーム本体２の第２部材１２の上方に位置しており、第１ブラケット３の前半分は、第３部材１３の上方に位置している。第１ブラケット３には、第１ブラケット３を水平方向に貫通する孔が設けられている。この孔には、作業機ブーム１に油圧シリンダを取り付けるための固定ピン（図示せず）が通される。

第２ブラケット４は、作業機ブーム１を駆動するための油圧シリンダを取り付けるためのものであり、下面部８すなわちブーム本体２の下面に溶接により固定されている。第２ブラケット４の大部分は、第２部材１２の下方に位置している。第２ブラケット４には、第２ブラケット４を水平方向に貫通する孔が設けられている。この孔には、作業機ブーム１に油圧シリンダを取り付けるための固定ピン（図示せず）が通される。

第３ブラケット５は、作業機ブーム１にアームを取り付けるためのものであり、ブーム本体２の前端部に取り付けられている。第３ブラケット５には、水平方向に貫通する孔が設けられており、この孔には、作業機ブーム１にアームを取り付けるための固定ピン（図示せず）が通される。

第４ブラケット６は、作業機ブーム１を作業車両に取り付けるためのものであり、ブーム本体２の後端部に取り付けられている。第４ブラケット６には水平方向に第４ブラケット６を貫通する孔が設けられている。この孔には、作業機ブーム１を作業車両に取り付けるための固定ピン（図示せず）が通される。

〈特徴〉
一般に、作業機ブーム１では、（１）第１ブラケット３とブーム本体２との溶接部および第２ブラケット４とブーム本体２との溶接部、（２）ブーム本体２の湾曲した中間部における上面部７と側面部９，１０との溶接部および下面部８と側面部９，１０との溶接部、（３）側面部９，１０のうち、ブーム本体２の湾曲した中間部の側面を構成する部分、に大きな負荷がかかりやすく、これらの部分の強度を確保することが重要である。このため、従来の作業機ブームでは、上面部７、下面部８、側面部９，１０の板厚を大きくすることで強度を確保することが行われている。しかし、（３）の部分における座屈の発生を防止できる程度に側面部９，１０の板厚を大きくした場合、（１）、（２）の部分の強度を確保するために必要な板厚より大きな板厚になってしまう。

例えば、図４に示すように、側面部９，１０を構成する第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３が全て同じ材質（SS400）で形成される場合には、第２部材１２の座屈を防止するために9.0mmの板厚が必要となる。この板厚は、上面部７および下面部８と側面部９，１０との溶接部や、第１ブラケット３および第２ブラケット４とブーム本体２との溶接部の強度確保のために必要な板厚よりも大きい。

これに対して、本発明に係る作業機ブーム１では、座屈が生じ易い中間部の側面を構成する第２部材１２が、他の部材よりも降伏応力の高い材料で形成される。このため、第２部材１２の板厚を上記の9.0mmより小さい8.0mm（図３参照）として板厚の増大を抑えながら、座屈の発生を抑えることができる。これにより、座屈の発生を抑えることができると共に、作業機ブーム１の軽量化および製造コストの低減が可能である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る作業機ブーム１における上面部７、下面部８、第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３の材質と板厚を示す表を図５に示す。

ここでは、第２部材１２の材質はSM570（溶接構造用圧延鋼材：JIS、降伏応力σｙ≧460N/mm2）であり、第１実施形態のSM490Bよりもさらに降伏応力の高い材料が用いられている。また、第２部材１２の板厚が第１実施形態よりも小さくなっている。このため、作業機ブーム１のさらなる軽量化が可能である。

なお、作業機ブーム１の他の構成は、上記の第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る作業機ブーム１における上面部７、下面部８、第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３の材質と板厚を示す表を図６に示す。

ここでは、第２部材１２の材質は、第１実施形態と同様にSM490Bである。第３部材１３の板厚は、第２部材１２の板厚と同じであり、第１部材１１の板厚よりも大きくなっている。また、第２部材１２の板厚は、第１実施形態よりも小さくなっている。このため、作業機ブーム１のさらなる軽量化および製造コストのさらなる削減が可能である。

＜第１参考例＞
本発明の第１参考例に係る作業機ブーム１における上面部７、下面部８、第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３の材質と板厚を示す表を図７に示す。

ここでは、第１実施形態と同様に、第１部材１１の材質は、SS400であり、第２部材１２の材質は、SM490Bである。ただし、第３部材１３の材質は、第２部材１２と同じSM490Bであり、板厚も、第２部材１２の板厚と同じである。第１部材１１の板厚は、第２部材１２および第３部材１３の板厚よりも小さい。作業機ブーム１の他の構成は、上記の第１実施形態と同様である。

この作業機ブーム１では、第２部材１２と第３部材１３とを同じ素材から製造することができる。

なお、第３部材の板厚が第２部材の板厚より薄くてもよい。

＜第２参考例＞
本発明の第２参考例に係る作業機ブーム１の構成を図８に示す。

この作業機ブーム１では、第１側面部９は、第１部材２１と第２部材２２との２枚の板状部材が接合されることによって構成されている。第２部材２２は、上記の実施形態における第２部材１２と第３部材１３とを合わせた形状となっており、ブーム本体２の湾曲した中間部および中間部より前側の部分の側面を構成している。また、図９に示すように、第２部材２２の材質は、SM490Bであり、上面部７、下面部８、第１部材２１よりも降伏応力の高い材料である。また、第２部材２２の板厚は、第１部材２１の板厚よりも大きいが、第１実施形態における第２部材１２の板厚よりも小さくなっている。このため、作業機ブーム１のさらなる軽量化が可能である。

なお、第２側面部１０も図８に示す第１側面部９と同様に２枚の部材で構成されている。また、作業機ブーム１の他の構成は、上記の第１実施形態と同様である。

＜他の実施形態＞
（ａ）
上記の実施形態では、ブーム本体が四角形断面を有する形状になっているが、他の多角形断面を有するものであってもよい。また、上面部７、下面部８、側面部９，１０のいずれか又は全てが曲面となっており、ブーム本体が曲線的な断面形状を有するものとなっていてもよい。

（ｂ）
上記の第１実施形態〜第３実施形態では、第１側面部９は３枚の部材が溶接されて構成されているが、４枚以上の部材で構成されていてもよい。この場合も、少なくとも湾曲した中間部の側面を構成する部材が他の部材よりも降伏応力の高い材料で形成されることによって、上記と同様の効果を奏することができる。

本発明は、座屈の発生を抑えることができると共に、作業機ブームの軽量化および製造コストの低減が可能であるという効果を有し、作業機ブームとして有用である。

第１実施形態に係る作業機ブームの斜視図。ブーム本体の断面図。第１実施形態に係る作業機ブームの構成部材の材質および板厚を示す表。従来の作業機ブームの構成部材の材質および板厚を示す表。第２実施形態に係る作業機ブームの構成部材の材質および板厚を示す表。第３実施形態に係る作業機ブームの構成部材の材質および板厚を示す表。第１参考例に係る作業機ブームの構成部材の材質および板厚を示す表。第２参考例に係る作業機ブームの斜視図。第２参考例に係る作業機ブームの構成部材の材質および板厚を示す表。

１作業機ブーム
７上面部
８下面部
９，１０側面部
１１，２１第１部材
１２，２２第２部材
１３第３部材

Claims

長手方向の中間部において湾曲した形状を有する作業機ブームであって、
上面部と、
下面部と、
第１部材と、前記第１部材と接合され、少なくとも前記中間部の側面を構成し、前記第１部材よりも降伏応力の高い材料で形成された第２部材とをそれぞれ有する一対の側面部と、
を備え、
前記第１部材は、前記第２部材の一端に接合されており、
前記側面部は、前記第２部材の他端に接合された第３部材をさらに有し、
前記第２部材が最も降伏応力が高い材料で形成されている、
作業機ブーム。
前記第２部材の板厚は、前記第１部材の板厚よりも大きい、
請求項１に記載の作業機ブーム。