JP6756567B2

JP6756567B2 - 作業機用の箱形構造体

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Publication number: JP6756567B2
Application number: JP2016193969A
Authority: JP
Inventors: 伸泰杉原; 勇起中谷; 慎平有藤; 孝滋新川; 覚窪田; 修平渡邊; 辻　徹; 徹辻; 一男高橋; 健司真田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: US20200291600A1; WO2018062418A1; KR20180110079A; JP2018053655A; CN108884654A; DE112017001439T5

Description

本発明は、作業機用の箱形構造体に関する。

油圧ショベルなどの作業車両は、ブーム及びアームなどの箱形構造体によって構成される作業機を備える。特許文献１では、中立軸線に沿って溶接される２つの分割体によって箱形構造体を構成するとともに、箱形構造体の端部における幅を拡大する手法が提案されている。特許文献１に記載の手法によれば、長手方向に亘って箱形構造体の断面を小さくして軽量化しつつ、他の構造物に取り付けられる端部の強度が低下することを抑制できるとされている。

特開平６−２２０８８０号公報

特許文献１の箱形構造体では、端部の幅を拡大するために、箱形構造体の各側板を複数箇所で屈曲させている。そのため、各側板の屈曲部分に応力が集中してしまう。特に、特許文献１の箱形構造体では、断面が小さくされているため、箱型構造体に対する曲げによって各側板の屈曲部分により高い応力が発生する。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上可能な作業機用の箱形構造体の提供を目的とする。

本発明の第１の態様に係る作業機用の箱形構造体は、長手方向に延びる本体と、本体の一端に接続されるブラケットとを備える。本体は、上面視において略一定の幅を有するストレート部と、ブラケットに接続され、上面視においてブラケットに近づくほど幅が広がるワイド部とを有する。ストレート部とワイド部は、滑らかに連続している、

本発明の第１の態様に係る作業機用の箱形構造体によれば、ワイド部の幅がブラケットに向かって幅広に形成されており、本体のうちブラケット側の断面積を大きくすることができるため、本体の強度を向上させることができる。また、ストレート部とワイド部とが滑らかに連続しているため、本体に応力が局所的に集中することを抑制できる。

本発明の第２の態様に係る作業機用の箱形構造体は、第１の態様に係り、本体は、上板、下板、第１側板及び第２側板によって構成されている。ブラケットは、第１側板が当接する第１当接面と、第２側板が当接する第２当接面とを有する。第１当接面および前記第２当接面は、前記本体の長手方向に対し、角度をもって形成されている。

本発明の第３の態様に係る作業機用の箱形構造体は、第１又は２の態様に係り、本体は、長手方向の中央部に形成されるセンターボスを有し、ブラケットは、エンドボスを有する。ストレート部とワイド部は、センターボスとエンドボスとの間の所定位置で滑らかに連続している。センターボスの中心軸と所定位置との第１間隔と、エンドボスの中心軸と所定位置との第２間隔との比は、１：１〜４：１である。

本発明の第４の態様に係る作業機用の箱形構造体の製造方法は、下板の上に第１側板と第２側板を配置する工程と、第１側板と前記第２側板それぞれの一端部を内張りで内側から外側に押し広げる工程と、第１側板と第２側板それぞれの一端部の間にブラケットを挟んで固着する工程と、第１側板と第２側板との上に上板を固着する工程とを備える。

本発明によれば、耐久性を向上可能な作業機用の箱形構造体を提供することができる。

油圧ショベルの側面図ブームの側面図ブームの平面図図２のＡ−Ａ断面図図４の部分拡大図ブームの製造方法を説明するための模式図ブームの製造方法を説明するための模式図

（油圧ショベル１の構成）
図１は、油圧ショベル１の側面図である。以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」は、運転席に着座したオペレータを基準とする表現である。

油圧ショベル１は、走行体１０、旋回体１１、カウンタウェイト１２、エンジン室１３、機器室１４、キャブ１５及び作業機１６を備える。

走行体１０は、互いに独立して回転可能な一対の履帯を有する。旋回体１１は、走行体１０上に旋回可能に配置される。旋回体１１は、油圧ショベル１の車体フレームを構成する。

カウンタウェイト１２は、旋回体１１の後端部上に配置される。エンジン室１３は、旋回体１１上に配置される。エンジン室１３は、カウンタウェイト１２の前方において旋回体１１上に配置される。エンジン室１３は、エンジンや排気ガス処理装置などを収容する。機器室１４は、エンジン室１３の前方において旋回体１１上に配置される。機器室１４は、油圧ポンプ、燃料タンク及び作動油タンクなどを収容する。キャブ１５は、機器室１４の前方において旋回体１１上に配置される。キャブ１５内には、オペレータが着座する運転席が配置される。

作業機１６は、機器室１４の前方かつキャブ１５の右方において、旋回体１１に上下揺動可能に取付けられる。作業機１６は、ブーム１７、アーム１８、バケット１９、一対のブームシリンダ２０、アームシリンダ２１及びバケットシリンダ２２を有する。ブーム１７は、「作業機用の箱形構造体」の一例である。

ブーム１７の基端部は、旋回体１１に揺動可能に取り付けられる。ブーム１７の先端部は、基端側ブラケット１８ｂに揺動可能に取り付けられる。アーム１８の基端部は、基端側ブラケット１８ｂに取り付けられる。バケット１９は、アーム１８の先端部に配置されたバケットブラケット１８ａに揺動可能に取り付けられる。

各ブームシリンダ２０は、ブーム１７を駆動する。各ブームシリンダ２０は、ブーム１７のセンターボスＣＢと旋回体１１とに連結される。アームシリンダ２１は、アーム１８を駆動する。バケットシリンダ２２は、バケット１９を駆動する。

（ブーム１７の構成）
本実施形態に係るブーム１７の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、ブーム１７の側面図である。図３は、ブーム１７の平面図である。

ブーム１７は、本体３０、基端ブラケット３１及びアームブラケット３２を備える。基端ブラケット３１は、本実施形態に係る「ブラケット」の一例である。

本体３０は、長手方向に延びる。本体３０は、側面視においてブーメラン形状である。本体３０は、中空状の筒体である。本体３０は、上板３３、下板３４、第１側板３５及び第２側板３６によって箱形に構成される。

第１側板３５と第２側板３６は、所定間隔離れた状態で配置される。第１側板３５の後端部は、外側に広がるように変形している。同様に、第２側板３６の後端部は、外側に広がるように変形している。第１側板３５と第２側板３６には、幅方向に延びるセンターボスＣＢが取り付けられる。センターボスＣＢは、本体３０の略中央部に位置する。

上板３３は、第１側板３５と第２側板３６の間に形成される空間の上方開口を塞ぐように配置される。下板３４は、第１側板３５と第２側板３６の間に形成される空間の下方開口を塞ぐように配置される。

基端ブラケット３１は、本体３０の後端に接続される。基端ブラケット３１には、幅方向に延びる基端ボスＥＢが設けられる。基端ブラケット３１としては、金属材料を鋳造することによって形成される鋳物を用いることができる。

アームブラケット３２は、本体３０の前端に接続される。アームブラケット３２には、アーム取り付け孔３２ａが設けられる。アーム取り付け孔３２ａには、アーム１８（図１参照）が取り付けられる。アームブラケット３２としては、金属材料を鋳造することによって形成される鋳物を用いることができる。

（本体３０の構成）
図２及び図３を参照しながら、本体３０の構成について説明する。

本体３０は、ストレート部３０ａと、ワイド部３０ｂとを有する。ストレート部３０ａは、上板３３、下板３４、第１側板３５及び第２側板３６それぞれの前側部分によって構成される。ワイド部３０ｂは、上板３３、下板３４、第１側板３５及び第２側板３６それぞれの後側部分によって構成される。

ストレート部３０ａとワイド部３０ｂは、センターボスＣＢとエンドボスＥＢとの間の所定位置ＬＰにおいて連続している。ストレート部３０ａとワイド部３０ｂは、所定位置ＬＰにおいて滑らかに連続している。本実施形態において、「滑らかに連続する」とは、所定位置ＬＰにおいて、上板３３、下板３４、第１側板３５及び第２側板３６のいずれにも変曲点が見えないことを意味する。所定位置ＬＰにおいて、上板３３、下板３４、第１側板３５及び第２側板３６のいずれも屈曲されていない。従って、所定位置ＬＰにおける本体３０の断面積の急激な変化が抑制されている。

本実施形態では、図２に示すように、ストレート部３０ａとワイド部３０ｂとが滑らかに連続する所定位置ＬＰは、センターボスＣＢとエンドボスＥＢとの略中央に位置する。センターボスＣＢとエンドボスＥＢとを結ぶ仮想線上において、センターボスＣＢの中心軸ＡＸ１と所定連結位置ＬＰとの間隔Ｌ１は、エンドボスＥＢの中心軸ＡＸ２と所定位置ＬＰとの間隔Ｌ２に略等しい。本実施形態において、間隔Ｌ１と間隔Ｌ２との比は、ほぼ１：１である。ただし、所定位置ＬＰの位置は、ワイド部３０ｂが一対のブームシリンダ２０（図１参照）と干渉しないように設定されていればよい。例えば、間隔Ｌ１と間隔Ｌ２との比は、１：１〜４：１とすることができる。

ストレート部３０ａは、ワイド部３０ｂの前方に連なる。図３に示すように、上面視において、ストレート部３０ａの幅Ｗａは、長手方向において略一定である。本実施形態において、ストレート部３０ａの幅Ｗａは、４５０ｍｍである。

ワイド部３０ｂは、ストレート部３０ａの後方に連なる。図３に示すように、上面視において、ワイド部３０ｂの幅Ｗｂは、基端ブラケット３１に近づくほど広がっている。ワイド部３０ｂの幅Ｗｂは、全体にわたって一定ではなく、ストレート部３０ａとワイド部３０ｂとが滑らかに連続する所定位置ＬＰから基端ブラケット３１に至るまで広がり続けている。本実施形態において、ワイド部３０ｂの幅Ｗｂの最大値は、５７０ｍｍである。本実施形態において、ストレート部３０ａの幅Ｗａとワイド部３０ｂとの比は、１５：１９である。

図３に示すように、上面視において、ワイド部３０ｂの第１側面Ｓ１は、本体３０の内側に向かって凸状に湾曲している。同様に、ワイド部３０ｂの第２側面Ｓ２は、本体３０の内側に向かって凸状に湾曲している。第１側面Ｓ１は、第１側板３５の表面の一部であり、第２側面Ｓ２は、第２側板３６の表面の一部である。

本実施形態において、ワイド部３０ｂの高さは、ストレート部３０ａから基端ブラケット３１に近づくほど小さくなっている。一方、前述のように、ワイド部３０ｂの幅は、ストレート部３０ａとワイド部３０ｂとが滑らかに連続する所定位置ＬＰから基端ブラケット３１に至るまで広がっている。これによって、最も負荷がかかりやすいワイド部３０ｂにおける側方への曲げ強度を向上させることができる。

（基端ブラケット３１の構成）
図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。図５は、図４の部分拡大図である。

基端ブラケット３１は、全体として本体３０に向かって先細り状に形成される。基端ブラケット３１は、第１当接面Ｓ３、第２当接面Ｓ４及び前端面Ｓ５を有する。

第１当接面Ｓ３には、本体３０の第１側板３５が当接する。第１当接面Ｓ３は、外側に広がった第１側板３５を沿わせるため、本体３０の長手方向に対し、角度を持たせて形成されている。第１当接面Ｓ３は、基端ブラケット３１の左側面の一部である。

第２当接面Ｓ４には、本体３０の第２側板３６が当接する。第２当接面Ｓ４は、外側に広がった第２側板３６を沿わせるため、本体３０の長手方向に対し、角度を持たせて形成されている。第２当接面Ｓ４は、基端ブラケット３１の右側面の一部である。

前端面Ｓ５は、第１当接面Ｓ３と第２当接面Ｓ４に連なる。本実施形態において、前端面Ｓ５は、平面状に形成されているが、これに限られるものではない。

（ブーム１７の製造方法）
図６（ａ）〜（ｅ）及び図７は、ブーム１７の製造方法を説明するための模式図である。

まず、図６（ａ）に示すように、後端部が末広がり形状の下板３４を準備する。

次に、図６（ｂ）に示すように、下板３４の上に第１側板３５と第２側板３６を所定間隔で平行に配置する。

次に、図６（ｃ）に示すように、第１側板３５と第２側板３６を所定位置ＬＰで固定した状態で、第１側板３５と第２側板３６それぞれの後端部を内張りで内側から外側に押し広げる。具体的には、図７に示すように、第１側板３５及び第２側板３６の外面の所定位置ＬＰに一対の押さえ治具４０を当接させた状態で、内張り治具４１によって第１側板３５及び第２側板３６の後端部の内面を外側に加圧する。この際、第１側板３５と第２側板３６を塑性変形させないように弾性変形の範囲内で内張りを調整する。

次に、図６（ｄ）に示すように、外側に弾性変形させた第１側板３５と第２側板３６それぞれの後端部の間に基端ブラケット３１を入れた状態で内張りを解除することによって、第１側板３５と第２側板３６それぞれの後端部の間に基端ブラケット３１を挟んで固着する。そして、下板３４と第１側板３５を溶接し、下板３４と第２側板３６を溶接する。さらに、基端ブラケット３１と第１側板３５を内側から仮付けし、基端ブラケット３１と第２側板３６を内側から仮付けする。

次に、図６（ｅ）に示すように、第１側板３５と第２側板３６の上に上板３３を配置する。そして、上板３３と第１側板３５を溶接し、上板３３と第２側板３６を溶接することによって、上板３３を固着する。

（特徴）
ブーム１７は、本体３０と、基端ブラケット３１とを備える。本体３０は、ストレート部３０ａと、ワイド部３０ｂとを有する。上面視において、ストレート部３０ａの幅Ｗａは、略一定である。上面視において、ワイド部３０ｂの幅Ｗｂは、基端ブラケット３１に近づくほど広がっている。ストレート部３０ａとワイド部３０ｂは、滑らかに連続している。

このように、ワイド部３０ｂの幅Ｗｂが基端ブラケット３１に向かって幅広に形成されているため、本体３０の側方への曲げ強度を向上させることができる。また、ストレート部３０ａとワイド部３０ｂとが滑らかに連続しているため、本体３０に応力が局所的に集中することを抑制できる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、本発明に係る「作業機用の箱形構造体」をブーム１７に適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。本発明に係る「作業機用の箱形構造体」は、アーム１８にも適用することができる。この場合においても、アーム１８の本体を基端側ブラケット１８ｂに近づくほど幅広にすることによって、アーム１８の耐久性を向上させることができる。

上記実施形態では、図６（ｃ）に示したように、第１側板３５と第２側板３６それぞれを内張りで押し広げることとしたが、基端ブラケット３１を第１側板３５と第２側板３６の間に押し込むことによって、第１側板３５と第２側板３６それぞれを押し広げてもよい。

上記実施例では、基端ブラケット３１に、幅方向に延びる基端ボスＥＢを別に設けた構成としたが、基端ブラケット３１と基端ボスEBが一体に設けられていてもよい。

上記実施例において、基端ブラケット３１は、金属材料を鋳造することによって形成される鋳物を用いることとしたが、鍛造もしくは板金によって構成されていてもよい。

１油圧ショベル
１６作業機
１７ブーム
１８アーム
２０ブームシリンダ
２１アームシリンダ
３０本体
３０ａストレート部
３０ｂワイド部
３１基端ブラケット
３３上板
３４下板
３５第１側板
３６第２側板
ＣＢセンターボス
ＥＢエンドボス
Ｗａストレート部３０ａの幅
Ｗｂワイド部３０ｂの幅
Ｓ１ワイド部３０ｂの第１側面
Ｓ２ワイド部３０ｂの第２側面
Ｓ３基端ブラケット３１の第１当接面
Ｓ４基端ブラケット３１の第２当接面

Claims

下板の上に第１側板と第２側板を配置する工程と、
前記第１側板と前記第２側板それぞれの一端部を内張りで内側から外側に押し広げる工程と、
前記第１側板と前記第２側板それぞれの一端部の間にブラケットを挟んで固着する工程と、
前記第１側板と前記第２側板との上に上板を固着する工程と、
を備える作業機用の箱形構造体の製造方法。