KR102412348B1 - 작업 기계의 작업 암 - Google Patents

Abstract

작업 기계의 작업 암은, 복수의 판 부재로 구성된 상자형 구조체(21), 대향하는 판 부재(22)에 설치된 한 쌍의 보스(30), 한 쌍의 보스(30)를 연결한 원통형 보스 연결 부재(42)를 구비한다. 보스(30)는, 연결 핀(48)이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍(31a)을 갖고 판 부재(22)의 배열 방향으로 연장되는 보스 본체부(31), 보스 본체부(31)의 외주부로부터 외측으로 연장 돌출되어 판 부재(22)에 제1 용접부(44)를 통해 접합된 플랜지부(32)를 갖는다. 보스 본체부(31)는, 상자형 구조체(21)의 외면측의 원통형 외측 본체부(33), 내면측의 원통형 내측 본체부(34)로 구성된다. 보스 연결 부재(42)는, 양단부가 내측 본체부(34)의 단부에 제2 용접부(45)를 통해 접합된다. 내측 본체부(34)는, 그 플랜지부(32)측의 외경 D2가 외측 본체부(33)의 축 방향 단부의 외경 D1보다 작아지도록 구성되었다. 이에 의해, 보스(30)와 판 부재(22)를 접합하는 용접부(44)의 피로 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

작업 기계의 작업 암

본 발명은, 작업 기계의 작업 암에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보스라고 불리는 베어링 부재를 구비한 작업 기계의 작업 암에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 작업 기계는, 붐이나 암 등으로 구성되는 작업 암을 구비하고 있다. 작업 암을 동작시키기 위해, 유압 실린더 등의 신축 부재가 회전 자유로운 축(핀)을 통해 작업 암에 설치되어 있다. 붐이나 암은, 상자 형상을 한 강판의 용접 구조인 경우가 많다. 유압 실린더가 설치되는 회전 축(핀)은, 상자 형상의 붐이나 암의 일부를 구성하는 측판에 마련한 보스라고 불리는 베어링 부재에 의해 지지된다. 이 보스는, 용접에 의해 측판에 고정되는 경우가 많다.

보스는, 회전축(핀)을 통해 유압 실린더로부터 여러 방향의 부하를 받는다. 그 때문에, 보스와 측판을 접합하는 용접부에는, 붐이나 암의 움직임, 그들의 부하 상황 등에 맞추어 다양한 응력이 발생한다. 보스와 측판의 용접부에 발생하는 응력을 저감시키는 방법으로서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 건설 기계의 작업기의 보스 구조에서는, 한 쌍의 보스를 각각, 중심부의 베어링부와, 베어링부로부터 축심 방향으로 연신되는 원통부와, 베어링부로부터 직경 방향으로 넓어지는 플랜지부로 구성하고 있다. 이 보스들의 원통부의 단부면끼리를 접합함으로써 좌우 대칭인 센터 보스를 구성한 후, 센터 보스의 좌우 양측의 플랜지부의 주연부를 붐의 측판에 용접하고 있다. 이 보스 구조에서는, 보스와 측판의 용접부의 양호한 용접 품질을 확보하는(용접부의 부담을 경감시키는) 것을 목적으로 하여, 센터 보스의 플랜지부의 표면을 깎아, 플랜지부의 주연부의 개선 높이를 측판의 판 두께와 동일하게 하고 있다.

특허문헌 2에 기재된 건설 기계의 붐 구조에서는, 보스에 형성한 플랜지부를 붐의 측판에 용접함으로써 보스를 측판에 고정하고 있다. 또한, 측판에 고정된 보스 사이에 보강을 위한 통형의 연결 부재를 마련하고 있다. 이 붐 구조에서는, 붐의 측판과 보스의 용접부에 응력이 집중되는 것을 방지하여 붐의 신뢰성을 높이는 것을 목적으로 하여, 플랜지부에 홈형의 두께 조정부를 형성함으로써, 용접 위치에 있어서의 측판의 두께와 플랜지부의 두께가 동일해지도록 하고 있다.

일본 특허 공개 제2002-332654호 공보 일본 특허 공개 제2012-219441호 공보

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 종래 기술에는, 다음 과제가 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 보스의 플랜지부와 붐의 측판의 용접부의 두께를 측판의 판 두께와 동일하게 함으로써, 양자에 발생하는 응력의 크기를 대략 동일하게 할 수 있다. 그러나 용접재와 피용접재는 피로 강도가 다르며, 용접재의 피로 강도는 피용접재의 그것보다 작다. 따라서, 용접부와 측판의 발생 응력의 크기를 대략 동일하게 해도, 피로 균열은, 용접부로부터 발생해 버린다. 예를 들어, 보스에 작용하는 하중에 의해 붐의 측판에 면외 방향(붐의 상자 형상의 내면측 및 외면측의 방향)의 굽힘 변형이 발생하는 경우에 있어서는, 보스의 플랜지부와 측판의 용접부의 두께와 측판의 판 두께를 동일하게 하고 있기 때문에, 당해 용접부 및 측판에 발생하는 굽힘 응력의 크기는 대략 동일해진다. 이 때문에, 피로 강도가 보다 작은 용접부 쪽에 피로 파괴가 발생해 버린다.

특허문헌 2에 기재된 기술에 있어서도, 특허문헌 1에 기재된 기술과 마찬가지로, 보스의 플랜지부와 붐의 측판의 용접부의 두께를 측판의 두께와 동일하게 하고 있기 때문에, 양자에 발생하는 응력의 크기가 대략 동일해진다. 따라서, 피로 강도가 보다 작은 용접부로부터 피로 균열이 발생해 버린다.

본 발명은, 상기한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 보스와 판 부재를 접합하는 용접부의 피로 수명을 향상시킬 수 있는 작업 기계의 작업 암을 제공하는 것이다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 복수의 판 부재에 의해 구성된 상자형 구조체와, 상기 복수의 판 부재 중 대향하는 판 부재에 설치된 한 쌍의 보스와, 상기 한 쌍의 보스 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 보스를 연결하는 원통형 보스 연결 부재를 구비하고, 상기 한 쌍의 보스 각각은, 연결 핀이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍을 갖고, 상기 대향하는 판 부재의 배열 방향으로 연장되는 보스 본체부와, 상기 보스 본체부의 외주부로부터 외측으로 연장 돌출되고, 선단부가 상기 대향하는 판 부재에 제1 용접부를 통해 접합된 플랜지부를 갖고, 상기 보스 본체부는, 상기 플랜지부의 위치를 경계로 상기 상자형 구조체의 외면측에 위치하는 원통형 제1 본체부와, 상기 상자형 구조체의 내면측에 위치하는 원통형 제2 본체부로 구성되고, 상기 보스 연결 부재는, 그 축 방향 양단부가 각각 상기 제2 본체부의 축 방향 단부에 제2 용접부를 통해 접합되고, 상기 제2 본체부는, 그 플랜지부측의 부분의 외경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작아지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 보스의 보스 본체부 중, 작업 암의 상자형 구조체의 내면측에 위치하는 제2 본체부의 플랜지부측의 부분의 외경을, 외면측에 위치하는 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작게 하였기 때문에, 그만큼, 보스의 플랜지부의 면외 방향의 굽힘 강성이 작아진다. 그 때문에, 작업 암의 판 부재와 보스의 플랜지부를 접합하는 제1 용접부의 굽힘 응력이 완화되어, 당해 제1 용접부의 피로 수명을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 작업 기계의 내구성 및 신뢰성이 향상된다.

상기 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 적용한 유압 셔블을 나타내는 측면도다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 포함하는 작업 프론트를 나타내는 측면도다.
도 3은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 버킷 내면 누름 하중의 작용 위치와 방향 및 붐 실린더, 암 실린더에 발생하는 추력의 방향을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 버킷 외면 누름 하중의 작용 위치와 방향 및 붐 실린더, 암 실린더에 발생하는 추력의 방향을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 V-V 화살표 방향에서 본 단면도다.
도 6은 도 5의 부호 X로 나타낸 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 구성하는 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다.
도 7은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 도 3에 나타낸 버킷 내면 누름 하중 시에 있어서의 변형 상태를 나타내는 설명도다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 도 4에 나타낸 버킷 외면 누름 하중 시에 있어서의 변형 상태를 나타내는 설명도다.
도 9는 보스의 외면측의 외경에 대한 내면측의 외경의 비와, 보스의 용접부의 피로 수명의 관계를 나타내는 특성도다.
도 10은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제2 실시 형태에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다.
도 11은 보스의 플랜지부의 두께에 대한 보스 본체부의 홈 저부의 곡률 반경의 비와, 응력 집중 계수의 관계를 나타내는 특성도다.
도 12는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제3 실시 형태에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다.
도 13은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다.
도 14는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태의 변형예에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다.
도 15는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제5 실시 형태를 나타내는 측면도다.

이하, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 작업 기계의 일례로서 유압 셔블을 예로 들어 설명한다.

먼저, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 적용한 유압 셔블의 구성을 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 적용한 유압 셔블을 나타내는 측면도다. 여기서는, 운전석에 착석한 오퍼레이터로부터 본 방향을 사용하여 설명한다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 자주 가능한 크롤러식 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2) 상에 선회 베어링 장치(5)를 개재하여 선회 가능하게 탑재되고, 하부 주행체(2)와 함께 차체를 구성하는 상부 선회체(3)를 구비하고 있다. 상부 선회체(3)의 전단부에는, 작업 프론트(4)가 부앙동 가능하게 마련되어 있다.

상부 선회체(3)는, 하부 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재된 지지 구조체인 선회 프레임(6)과, 선회 프레임(6) 상의 우측 전방측에 설치된 캡(7)과, 선회 프레임(6)의 후단부에 마련된 카운터 웨이트(8)와, 캡(7)과 카운터 웨이트(8) 사이에 배치된 기계실(9)을 포함하여 구성되어 있다. 캡(7)에는, 하부 주행체(2)나 작업 프론트(4) 등의 동작을 지시하는 조작 장치나 오퍼레이터가 착석하는 운전석 등(모두 도시하지 않음)이 배치되어 있다. 카운터 웨이트(8)는, 작업 프론트(4)와 중량 밸런스를 이루기 위한 것이다. 기계실(9)에는, 엔진이나 유압 펌프(모두 도시하지 않음) 등이 수용되어 있다.

작업 프론트(4)는, 굴삭 작업 등을 행하기 위한 다관절형 작동 장치이며, 작업 암으로서의 붐(11) 및 암(12)과, 작업 암의 선단에 설치된 작업구(어태치먼트)로서의 버킷(13)으로 구성되어 있다. 붐(11)의 기단측은, 상부 선회체(3)의 전단부에 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐(11)의 선단부에는, 암(12)의 기단부가 회동 가능하게 연결되어 있다. 암(12)의 선단부에는, 버킷(13)의 기단부가 회동 가능하게 연결되어 있다. 암(12)의 선단측과 버킷(13) 사이에는, 버킷 링크(15)가 마련되어 있다.

붐(11)은, 한 쌍의 붐 실린더(16)(도 1에서는, 하나만 도시)에 의해 회동된다. 암(12)은, 암 실린더(17)에 의해 회동된다. 버킷(13)은, 버킷 링크(15)를 통해 버킷 실린더(18)에 의해 회동된다. 즉, 붐 실린더(16), 암 실린더(17) 및 버킷 실린더(18)는, 붐(11), 암(12) 및 버킷(13)을 구동하는 구동 장치를 구성한다. 본 실시 형태에서는, 붐 실린더(16), 암 실린더(17) 및 버킷 실린더(18)는, 유압 실린더에 의해 구성되어 있다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 포함하는 작업 프론트의 각 부의 구성을 도 2 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 포함하는 작업 프론트를 나타내는 측면도, 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 V-V 화살표 방향에서 본 단면도다.

도 2 및 도 5에 있어서, 작업 암의 일부를 구성하는 붐(11)은, 활 형상으로 만곡되면서 일 방향(도 2에서는, 대략 좌우 방향)으로 연장되는 긴 상자형 구조체(21)를 구비하고 있다. 상자형 구조체(21)는, 복수의 강판(판 부재)을 용접에 의해 접합함으로써 횡단면이 직사각 형상인 폐단면 구조를 이루고 있다. 구체적으로는, 상자형 구조체(21)는, 유압 셔블(1)(도 1 참조)의 폭 방향(도 5에서는, 좌우 방향)으로 간격을 두고 대향하면서 일 방향(도 2에서는, 대략 좌우 방향)으로 연장되는 한 쌍의 측판(22)과, 양 측판(22)의 상단측에 용접에 의해 접합된 상판(23)과, 양 측판(22)의 하단측에 용접에 의해 접합된 하판(24)으로 구성되어 있다. 각 측판(22), 상판(23), 및 하판(24)에는, 예를 들어 고장력강으로 이루어지는 강재가 사용되고 있다. 각 측판(22), 상판(23), 및 하판(24)은, 예를 들어 복수의 판 부재를 접합하여 구성되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상자형 구조체(21)의 기단부(도 2에서는, 좌측 단부)에는, 기단측 보스(25)가 용접에 의해 접합되어 있다. 기단측 보스(25)는, 붐(11)과 유압 셔블(1)의 선회 프레임(6)(도 1 참조)의 전단부를 상대적으로 회동 가능하게 연결하는 연결 핀(도시하지 않음)을 지지하는 것이다. 상자형 구조체(21)의 선단측(도 2에서는, 우측 단부)에는, 암 설치 부재(26)가 마련되어 있다. 암 설치 부재(26)는, 암(12)의 기단측을 붐(11)에 연결 핀(28)을 통해 회동 가능하게 연결하는 것이다.

상자형 구조체(21)의 상판(23)에 있어서의 길이 방향의 중간부에는, 암 실린더 제1 브래킷(27)이 마련되어 있다. 암 실린더 제1 브래킷(27)은, 상판(23)의 폭 방향으로 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 판 부재로 이루어지고, 한 쌍의 판 부재는 상판(23)에 용접에 의해 접합되어 있다. 암 실린더 제1 브래킷(27)에는, 암 실린더(17)의 보텀측 단부가 회동 가능하게 핀 결합되어 있다.

각 측판(22)의 길이 방향의 중앙부에는, 도 2 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 각각 원형의 보스 끼워 맞춤 구멍(22a)이 마련되어 있다. 양 측판(22)의 보스 끼워 맞춤 구멍(22a)에는, 각각 붐 센터 보스(30)가 용접에 의해 접합되어 있다. 양 붐 센터 보스(30)는, 양 붐 센터 보스(30) 사이에 배치된 원통형 보스 연결 부재(42)에 의해 연결되어 있다. 양 붐 센터 보스(30)는, 보스 연결 부재(42)와 함께, 한 쌍의 붐 실린더(16)(도 1 참조)의 로드측 선단부를 붐(11)에 상대적으로 회동 가능하게 설치하는 연결 핀(48)을 지지하는 것이다. 붐 센터 보스(30) 및 보스 연결 부재(42)의 상세한 구조는, 후술한다.

작업 암의 일부를 구성하는 암(12)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 일 방향으로 연장되는 긴 상자형 구조체(51)를 구비하고 있다. 상자형 구조체(51)는, 복수의 강판(판 부재)을 용접에 의해 접합함으로써 횡단면이 직사각 형상인 폐단면 구조를 이루고 있다. 구체적으로는, 상자형 구조체(51)는, 유압 셔블(1)(도 1 참조)의 폭 방향으로 간격을 두고 대향하면서 일 방향으로 연장되는 한 쌍의 측판(52)과, 양 측판(52)의 상단측에 접합된 상판(53)과, 양 측판(52)의 하단측에 접합된 하판(54)과, 양 측판(52), 상판(53), 하판(54)으로 형성되는 기단측(후단측)의 개구를 폐색하는 후판(55)에 의해 구성되어 있다. 각 측판(52), 상판(53), 하판(54), 및 후판(55)에는, 예를 들어 고장력강으로 이루어지는 강재가 사용되고 있다. 각 측판(52), 상판(53), 및 하판(54)은, 예를 들어 복수의 판 부재를 접합하여 구성되어 있다. 상자형 구조체(51)의 선단부측에는, 버킷 연결 보스(57)가 마련되어 있다. 버킷 연결 보스(57)는, 버킷(13)과 암(12)을 상대적으로 회동 가능하게 연결하는 연결 핀(58)을 지지하는 것이다.

상자형 구조체(51)를 구성하는 각 측판(52)의 기단측에는, 각각 오목만 형상의 절결부(52a)가 마련되어 있다. 양 측판(52)의 절결부(52a)에는, 붐 연결 보스(60)가 용접에 의해 접합되어 있다. 붐 연결 보스(60)는, 붐(11)의 선단부(암 설치 부재(26))와 암(12)의 기단측을 상대적으로 회동 가능하게 연결하는 연결 핀(28)을 지지하는 것이다. 양 측판(52)의 선단측에는, 링크 연결 보스(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 링크 연결 보스는, 버킷 링크(15)를 암(12)에 연결 핀(63)을 통해 회동 가능하게 설치하는 것이다.

상자형 구조체(51)를 구성하는 후판(55)에는, 암 실린더 제2 브래킷(65)이 마련되어 있다. 암 실린더 제2 브래킷(65)은, 상자형 구조체(51)의 폭 방향으로 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 판 부재로 이루어지고, 한 쌍의 판 부재는 후판(55)에 용접에 의해 접합되어 있다. 암 실린더 제2 브래킷(65)에는, 암 실린더(17)의 로드측 단부가 회동 가능하게 핀 결합되어 있다.

상자형 구조체(51)를 구성하는 상판(53)의 기단측에는, 버킷 실린더 브래킷(66)이 마련되어 있다. 버킷 실린더 브래킷(66)은, 상판(53)의 폭 방향으로 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 판 부재로 이루어지고, 한 쌍의 판 부재는 상판(53)에 용접에 의해 접합되어 있다. 버킷 실린더 브래킷(66)에는, 버킷 실린더(18)의 보텀측 단부가 회동 가능하게 핀 결합되어 있다.

작업구(어태치먼트)로서의 버킷(13)은, 브래킷(71)을 구비하고 있다. 브래킷(71)은, 좌우 방향으로 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 대략 판형의 부재로 이루어져 있다. 브래킷(71)에는, 버킷 링크(15)의 선단부가 회동 가능하게 핀 결합되어 있다. 또한, 브래킷(71)은, 버킷(13)을 암(12)의 선단측에 연결 핀(58)을 통해 회동 가능하게 연결하기 위한 것이다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 붐 센터 보스 및 보스 연결 부재의 구조를 도 5를 사용하여 설명한다.

도 5에 있어서, 붐 센터 보스(이하, 보스라고 함)(30) 각각은, 붐(11)의 양 측판(22)의 배열 방향(도 5에서는, 좌우 방향)으로 연장되는 통형의 보스 본체부(31)와, 보스 본체부(31)의 외주부에 있어서의 축 방향의 대략 중간부로부터 직경 방향 외측으로 연장 돌출된 원환형의 플랜지부(32)를 갖고 있다. 보스 본체부(31)와 플랜지부(32)는, 예를 들어 주조에 의해 일체 형성되어 있다.

통형의 보스 본체부(31)의 내주측은 연결 핀(48)이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍(31a)으로 되어 있다. 보스 본체부(31)는, 그 축 방향의 길이가 플랜지부(32)의 두께보다 두꺼워지도록 구성되어 있고, 플랜지부(32)의 위치를 경계로 상자형 구조체(21)의 외면측에 위치하는 외측 본체부(33)와, 상자형 구조체(21)의 내면측에 위치하는 내측 본체부(34)로 구성되어 있다.

플랜지부(32)는, 그 선단부가 붐(11)의 측판(22)의 보스 끼워 맞춤 구멍(22a)의 내주연부에 맞닿아 제1 용접부(44)를 통해 측판(22)에 접합되어 있다. 플랜지부(32)는, 그 선단부의 두께가 측판(22)의 판 두께와 대략 동일해지도록 구성되어 있고, 보스(30)에 작용한 하중(힘)이 플랜지부(32)로부터 제1 용접부(44)를 통해 측판(22)으로 원활하게 전달되도록 되어 있다. 또한, 플랜지부(32)는, 그 근원부(보스 본체부(31)에 연속되는 부분)에 있어서, 상자형 구조체(21)의 외면측의 두께가 외측 본체부(33)(직경 방향 내측)를 향해 점증하는 제1 곡면부(32b)를 가짐과 함께, 상자형 구조체(21)의 내면측의 두께가 내측 본체부(34)(직경 방향 내측)를 향해 점증하는 제2 곡면부(32c)를 갖고 있다.

보스 연결 부재(42)는, 축 대칭인 원환 단면을 갖고 리브 등의 보강부가 없는 원통형 부재이다. 보스 연결 부재(42)는, 보스(30)끼리를 그것들의 핀 삽입 구멍(31a)의 축 L이 일치하도록 연결하고 있다. 또한, 원통형 보스 연결 부재(42)는, 그 축이 핀 삽입 구멍(31a)의 축 L과 일치하도록 배치되어 있고, 그 내부가 핀 삽입 관통 구멍(31a)에 연통되어 있다. 보스 연결 부재(42)는, 그 축 방향 양단부가 각각 보스 본체부(31)의 내측 본체부(34)의 축 방향 단부에 제2 용접부(45)를 개재하여 접합되어 있다.

보스(30)의 플랜지부(32)와 측판(22)의 맞댐 부분에 있어서의 상자형 구조체(21)의 내면측에는, 백킹 부재(46)가 마련되어 있다. 백킹 부재(46)는, 예를 들어 원환형의 부재이며, 보스(30)를 측판(22)에 용접할 때의 보스(30)의 플랜지부(32)의 위치 결정이나 용접 금속의 용락의 방지를 목적으로 하여 사용되는 것이다.

여기서, 붐(11)의 상자형 구조체(21)의 용접 수순의 일례의 개략을 설명한다. 우선, 각 보스(30)의 플랜지부(32)의 선단부에 있어서의 내측 본체부(34)측에 원환형의 백킹 부재(46)를 용접한다. 백킹 부재(46)가 용접된 양 보스(30)에 보스 연결 부재(42)를 용접하여 양 보스(30)를 연결한다. 다음으로, 연결된 양 보스(30)에 대해 각각 측판(22)을 외측으로부터 끼움 삽입한다. 이때, 백킹 부재(46)에 의해, 측판(22)이 보스(30)의 플랜지부(32)에 대해 위치 결정된다. 이어서, 측판(22)에 대해, 상판(23) 및 하판(24)을 가용접함으로써, 단면이 직사각 형상인 상자형 구조물이 형성된다. 그 후, 상자형의 구조물의 외측으로부터 용접함으로써, 양 보스(30)를 각각 측판(22)에 접합한다. 이때, 백킹 부재(46)에 의해, 상자형의 구조물 내부로의 용접 금속의 용락이 방지된다. 또한, 보스(30)의 플랜지부(32)와 측판(22)의 용접 시에, 백킹 부재(46)의 일부가 제1 용접부(44)에 용착된다. 보스(30)를 용접하는 대상물이 상자형 구조체(21)이기 때문에, 보스(30)의 용접 시공 후에 백킹 부재(46)를 제거하기는 곤란하다. 따라서, 보스(30)의 용접 시공 후에도, 백킹 부재(46)는, 제1 용접부(44)에 일부 용착된 상태에서 상자형 구조체(21)의 내부에 잔류한다.

다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 보스의 특징부의 구조를 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6은 도 5의 부호 X로 나타내는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태를 구성하는 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다. 또한, 도 6에 있어서, 도 1, 도 2 및 도 5에 나타내는 부호와 동일한 부호는 동일한 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5에 나타내는 보스(30)의 핀 삽입 구멍(31a)에 삽입된 연결 핀(48)의 양단부에 각각 붐 실린더(16)(도 1 참조)가 설치되어 있고, 붐 실린더(16)로부터의 하중이 연결 핀(48)을 통해 양 보스(30)에 작용한다. 이러한 구성의 경우, 붐 실린더(16)의 설치 위치 근방의 연결 핀(48)의 양단부측이 보스 본체부(31)의 외측 본체부(33)의 축 방향 단부에 있어서의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면(파선 S로 나타내는 부분)에 특히 강하게 압박된다. 그 때문에, 외측 본체부(33)의 당해 부분에는 다른 부분보다 높은 면압이 발생한다.

그래서 본 실시 형태에 있어서는, 보스 본체부(31)의 외측 본체부(33)에 있어서의 축 방향 단부의 외경 D1을, 도 6에 나타내는 바와 같이, 외측 본체부(33)의 축 방향 단부에 있어서의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면(파선 S로 나타내는 부분)에 소성 변형이 발생하지 않는 직경으로 설정하고 있다. 즉, 보스 본체부(31)(외측 본체부(33))는, 연결 핀(48)으로부터 받은 하중을, 핀 삽입 관통 구멍(31a)을 소성 변형시키는 일 없이 지지하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 외측 본체부(33)의 외경 D1을 종래의 붐 센터 보스의 외면측(외측 본체부)의 외경의 실적값과 대략 동등해지도록 설정하고 있다. 외측 본체부(33)는, 축 방향 단부로부터 플랜지부(32)측의 부분까지 외경이 대략 일정한 원통형으로 형성되어 있다.

한편, 보스 본체부(31)의 내측 본체부(34)에 있어서의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면에는, 외측 본체부(33) 정도의 높은 면압은 발생하지 않는다. 그래서 내측 본체부(34)의 플랜지부(32)측의 부분의 외경 D2를, 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정하고 있다. 내측 본체부(34)는, 축 방향 단부로부터 플랜지부(32)측의 부분까지 외경이 대략 일정한 원통형으로 형성되어 있다. 즉, 내측 본체부(34)의 원통부의 두께는, 외측 본체부(33)의 원통부의 두께보다 얇게 되어 있다. 종래의 붐 센터 보스에서는, 그 내면측(내측 본체부)의 외경이 외면측(외측 본체부)의 외경보다 커지도록 설정되어 있었다. 즉, 본 실시 형태의 내측 본체부(34)의 외경 D2는, 종래의 붐 센터 보스의 내면측(내측 본체부)의 외경의 실적값보다 작게 되어 있다.

또한, 보스 연결 부재(42)의 외경 D3은, 보스 본체부(31)의 내측 본체부(34)(의 축 방향 단부)의 외경 D2와 대략 동일해지도록 설정되어 있다. 즉, 보스 연결 부재(42)의 외경 D3은 종래의 보스 연결 부재의 외경의 실적값보다 작게 되어 있다. 또한, 보스 연결 부재(42)는, 원통부의 두께가 내측 본체부(34)의 원통부의 두께보다 얇아지도록 구성되어 있다. 즉, 보스 연결 부재(42)의 내경은, 내측 본체부(34)의 내경보다 크게 되어 있다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 작용 및 효과를 도 3 내지 도 9를 사용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 버킷 내면 누름 하중의 작용 위치와 방향 및 붐 실린더, 암 실린더에 발생하는 추력의 방향을 나타내는 도면, 도 4는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 버킷 외면 누름 하중의 작용 위치와 방향 및 붐 실린더, 암 실린더에 발생하는 추력의 방향을 나타내는 도면, 도 7은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 도 3에 나타내는 버킷 내면 누름 하중 시에 있어서의 변형 상태를 나타내는 설명도, 도 8은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태의 도 4에 나타내는 버킷 외면 누름 하중 시에 있어서의 변형 상태를 나타내는 설명도, 도 9는 보스의 외면측의 외경에 대한 내면측의 외경의 비와, 보스의 용접부의 피로 수명의 관계를 나타내는 특성도다. 도 9 중, 횡축 D2/D1은 보스의 보스 본체부의 외면측의 외경에 대한 보스 본체부의 내면측의 외경의 비를, 종축 Nf는 제1 용접부 및 제2 용접부의 피로 수명을 나타내고 있다. 실선 A는 제1 용접부의 특성 곡선을, 파선 B는 제2 용접부의 특성 곡선을 나타내고 있다.

도 5에 나타내는 붐(11)의 보스(30)에는, 연결 핀(48)을 통해 붐 실린더(16)(도 1 참조)로부터 하중이 작용한다. 이 하중에 의해, 보스(30)의 플랜지부(32) 및 붐(11)의 측판(22)에는, 면외 방향(상자형 구조체(21)의 외면측의 방향 또는 내면측의 방향)으로 굽힘 변형이 발생하고, 보스(30)의 플랜지부(32) 및 측판(22)에 응력이 발생한다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이 굴삭 작업 등에서 붐 실린더(16)에 수축 방향 추력이 발생하고, 암 실린더(17)에 신장 방향 추력이 발생하고, 버킷(13)에 버킷 내면 누름 하중이 작용하면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 보스(30)의 보스 본체부(31) 및 보스 연결 부재(42)가 위로 볼록한 형상으로 변형됨으로써, 붐(11)을 구성하는 보스(30)의 플랜지부(32), 측판(22), 상판(23), 하판(24)에 면외 방향의 굽힘 변형이 발생한다. 한편, 도 4에 나타내는 바와 같이 압박 작업 등에서 붐 실린더(16)에 신장 방향 추력이 발생하고, 암 실린더(17)에 수축 방향 추력이 발생하고, 버킷(13)에 버킷 외면 누름 하중이 작용하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 보스 본체부(31)와 보스 연결 부재(42)가 아래로 볼록한 형상으로 변형됨으로써, 플랜지부(32), 측판(22), 상판(23), 하판(24)에 면외 방향의 굽힘 변형이 발생한다.

측판(22)의 굽힘 변형이 과도해지면, 측판(22)이 좌굴 혹은 소성 변형을 일으킬 우려가 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 각 측판(22)에 설치된 양 보스(30)의 사이를 보스 연결 부재(42)에 의해 연결하고 있기 때문에, 측판(22)의 과도한 굽힘 변형이 방지되어, 측판(22)의 좌굴 및 소성 변형을 방지할 수 있다.

또한, 보스(30)의 플랜지부(32) 및 측판(22)의 굽힘 변형은, 보스(30)와 측판(22)을 접합하는 제1 용접부(44) 및 보스(30)와 보스 연결 부재(42)를 접합하는 제2 용접부(45)에도 높은 응력을 발생시킨다. 제1 용접부(44) 및 제2 용접부(45)의 응력은, 붐 실린더(16)의 동작에 따라서 변동된다. 응력값 및 응력 변동의 반복 수가 재료에 고유의 역치를 초과하면 피로 파괴가 발생한다. 특히, 피용접 부재를 접합하는 용접부에서는, 용접 시의 열에 의해 잔류 응력이나 잔류 변형이 발생하는 일이 많기 때문에, 용접부에 있어서의 피로 파괴의 역치는 피용접 부재의 그것보다 작다는 것이 알려져 있다. 즉, 붐(11)에서는, 제1 용접부(44) 및 제2 용접부(45) 쪽이, 보스(30)의 플랜지부(32)나 측판(22), 보스 연결 부재(42)보다 피로 파괴가 발생하기 쉽다. 특히, 제1 용접부(44)에 일부 용착된 상태의 백킹 부재(46)와 제1 용접부(44)의 경계부에서 피로 균열이 발생할 우려가 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 보스 본체부(31)의 내측 본체부(34)의 플랜지부(32)측의 부분의 외경 D2를 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정하고 있기 때문에, 내측 본체부의 외경이 외측 본체부의 외경보다 큰 종래 구조보다, 보스(30)의 플랜지부(32)에 있어서의 내측 본체부(34)측의 직경 방향의 길이가 길어져, 그만큼, 플랜지부(32)의 면외 방향의 굽힘 강성이 작아진다. 그 때문에, 보스(30)에 작용하는 하중에 의해 발생하는 면외 방향의 굽힘 변형은, 주로 보스(30)의 플랜지부(32)에서 발생하게 된다. 그 결과, 플랜지부(32)와 측판(22)을 접합하는 제1 용접부(44)에 있어서의 면외 방향의 굽힘 변형량이 상대적으로 저감된다. 이에 의해, 제1 용접부(44)에 있어서의 굽힘 응력이 작아지기 때문에, 제1 용접부(44)의 피로 수명이 증가하는 결과가 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 내측 본체부(34)의 외경 D2를 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정하고 있다. 즉, 내측 본체부(34)의 외경 D2가 종래 구조의 보스의 내측 본체부보다 작게 되어 있다. 따라서, 보스(30)의 질량이 종래 구조의 보스보다 작아져, 보스(30)를 경량화할 수 있고, 그 결과, 붐(11)이 경량화된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 보스 연결 부재(42)의 외경 D3을 보스 본체부(31)의 내측 본체부(34)의 외경 D2와 대략 동일해지도록 설정하고 있다. 즉, 보스 연결 부재(42)의 외경 D3은 종래 구조의 보스 연결 부재보다 작게 되어 있다. 따라서, 보스 연결 부재(42)의 질량이 종래의 보스 연결 부재보다 작아지기 때문에, 보스 연결 부재(42)를 경량화할 수 있고, 그 결과, 붐(11)이 경량화된다.

또한, 제1 용접부(44) 및 제2 용접부(45)의 피로 균열에 관한 해석 결과로부터 다음의 것이 판명되어 있다. 첫째, 백킹 부재(46)와 제1 용접부(44)의 경계부를 기점으로 하여 제1 용접부(44)에 균열을 발생시키는 응력은, 보스(30)와 보스 연결 부재(42)를 접합하는 제2 용접부(45)에 균열을 발생시키는 응력보다 작다. 즉, 응력값에 관하여, 제2 용접부(45)는, 제1 용접부(44)보다 피로 균열이 발생하기 어렵다.

둘째, 도 9의 특성 곡선 A가 나타내는 바와 같이, 제1 용접부(44)의 피로 수명은, 보스(30)의 외측 본체부(33)의 외경 D1에 대한 내측 본체부(34)의 외경 D2의 비(D2/D1)가 작아질수록 길어진다. 여기서는, 외측 본체부(33)의 외경 D1을, 핀 삽입 관통 구멍(31a)의 내면을 소성 변형시키는 일 없이 연결 핀(48)을 지지 가능한 크기로 한정하고 있다. 또한, 도 9의 특성 곡선 B가 나타내는 바와 같이, 제2 용접부(45)의 피로 수명은 D2/D1이 작아질수록 짧아진다.

본 실시 형태에 있어서는, 붐(11)의 내구성 및 신뢰성의 관점에서, D2/D1을 0.7 이상 1.0 미만으로 하는 것이 바람직하다. 외측 본체부(33)의 외경 D1에 비해 내측 본체부(34)의 외경 D2를 작게 하면, 제1 용접부(44)의 피로 수명은 연장되는 한편, 제2 용접부(45)의 피로 수명이 짧아진다. 따라서, 제1 용접부(44) 및 제2 용접부(45)의 피로 수명을 소정의 범위로 유지하려면, 상기 범위가 바람직하다.

또한, 피로 균열이 발생하기 쉬운 백킹 부재(46)와 제1 용접부(44)의 경계부는, 붐(11)의 상자형 구조체(21)의 내부에 위치하기 때문에, 당해 부분의 검사를 행하기는 곤란하다. D2/D1을 0.7 이상 1.0 미만으로 함으로써, 제1 용접부(44)의 강도상의 안전율을 크게 할 수 있어, 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 실시 형태에 의하면, 보스(30)의 보스 본체부(31) 중, 붐(11)(작업 암)의 상자형 구조체(21)의 내면측에 위치하는 내측 본체부(34)(제2 본체부)의 플랜지부(32)측의 부분의 외경 D2를, 외면측에 위치하는 외측 본체부(33)(제1 본체부)의 축 방향 단부의 외경 D1보다 작게 하였기 때문에, 그만큼, 보스(30)의 플랜지부(32)의 면외 방향의 굽힘 강성이 작아진다. 그 때문에, 붐(11)(작업 암)의 측판(22)(판 부재)과 플랜지부(32)를 접합하는 제1 용접부(44)의 굽힘 응력이 완화되어, 당해 제1 용접부(44)의 피로 수명을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 유압 셔블(1)(작업 기계)의 내구성 및 신뢰성이 향상된다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제2 실시 형태를 도 10 및 도 11을 사용하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제2 실시 형태에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도, 도 11은 보스의 플랜지부의 두께에 대한 보스 본체부의 홈 저부의 곡률 반경의 비와, 응력 집중 계수의 관계를 나타내는 특성도다. 도 11 중, 횡축 ρ/t는 보스의 플랜지부의 두께 t에 대한 보스 본체부의 홈부의 저부에 있어서의 곡률 반경 ρ의 비를, 종축 α는 홈부의 응력 집중 계수를 나타내고 있다. 또한, 도 10에 있어서, 제1 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 제1 실시 형태의 경우와 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 10에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 주된 점은, 이하의 셋이다.

첫째, 보스(30A)는, 보스 본체부(31A)의 내측 본체부(34A)의 외경 D2가 외측 본체부(33)의 외경 D1과 동일해지도록 구성되어 있다. 즉, 내측 본체부(34A)는, 제1 실시 형태보다 큰 외경을 갖고 있다.

둘째, 보스 연결 부재(42A)는, 그 외경 D3이 내측 본체부(34A)의 외경 D2와 대략 동일해지도록, 즉, 외측 본체부(33)의 외경 D1과 대략 동일해지도록 구성되어 있다. 보스 연결 부재(42A)는, 제1 실시 형태보다 큰 외경을 갖고 있다.

셋째, 내측 본체부(34A)의 플랜지부(32)측의 외주부에, 플랜지부(32)의 근원부를 따라 홈부(35)를 마련하고 있다. 홈부(35)는, 보스 본체부(31A)의 핀 삽입 구멍(31a)과 축 L을 동일하게 하는 원환형으로 형성되어 있다. 홈부(35)의 저부의 직경 D4는, 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정되어 있다. 외측 본체부(33)의 외경 D1에 대한 내측 본체부(34A)의 홈부(35)의 직경 D4의 비 D4/D1을 0.7 이상 1.0 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 홈부(35)는, 저부의 단면 형상이 일정한 곡률 반경 ρ를 갖고 있고, 응력 집중에 의한 파괴가 일어나지 않도록 구성되어 있다. 도 11에 나타내는 특성도는, 보스(30A)의 플랜지부(32)의 두께 t에 대한 보스 본체부(31A)의 홈부(35)의 곡률 반경 ρ의 비와 홈부(35)의 응력 집중 계수 α의 관계의 계산 결과를 나타낸 것이다. 본 실시 형태에 있어서는, 홈부(35)의 저부에 있어서의 응력 집중에 의한 피로 파괴를 방지한다는 관점에서, ρ/t가 1.5 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 응력 집중 계수 α가 1.1 이하가 되기 때문에, 보스(30A)의 홈부(35)의 피로 강도의 저하를 거의 무시할 수 있다.

또한, 외측 본체부(33)의 외경 D1은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 높은 면압이 발생하는 외측 본체부(33)의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면(파선 S로 나타내는 부분)에 소성 변형이 발생하지 않는 직경으로 설정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 보스(30A)의 내측 본체부(34A)의 플랜지부(32)측의 외주부에 원환형의 홈부(35)를 마련함과 함께, 홈부(35)의 직경 D4를 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정하고 있기 때문에, 플랜지부(32)의 내측 본체부(34A)측의 직경 방향의 길이가, 홈부(35)만큼을 포함하면, 제1 실시 형태의 구조와 마찬가지로, 실질적으로 종래 구조보다 길어진다. 따라서, 보스(30A)의 플랜지부(32)에 있어서의 면외 방향의 굽힘 강성이 종래 구조보다 작아져, 면외 방향의 굽힘 변형이 주로 보스(30A)의 플랜지부(32)에서 발생하게 된다. 그 결과, 제1 용접부(44)에 있어서의 면외 방향의 굽힘 변형량이 상대적으로 저감되고, 그만큼, 제1 용접부(44)의 굽힘 응력이 작아진다. 그 때문에, 제1 용접부(44)의 피로 수명이 증가하는 결과가 된다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제2 실시 형태에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 보스 연결 부재(42A)의 외경 D3을 제1 실시 형태보다 커지도록 설정하였기 때문에, 보스 연결 부재(42A)의 굽힘 강성이 제1 실시 형태보다 커진다. 따라서, 보스(30A)와 보스 연결 부재(42A)를 접합하는 제2 용접부(45)에 발생하는 응력이 그만큼 저감되기 때문에, 제2 용접부(45)의 피로 수명을 제1 실시 형태보다 향상시킬 수 있다. 또한, 보스 연결 부재(42A)의 굽힘 강성이 제1 실시 형태보다 커지기 때문에, 붐(11)의 측판(22)의 좌굴 여유도도 향상된다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 기존의 붐에 사용되고 있는 기존 구조의 보스에 홈부(35)를 추가 가공함으로써, 추가 가공한 보스와 붐의 측판을 접합하는 제1 용접부(44)의 피로 수명을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제3 실시 형태를 도 12를 사용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제3 실시 형태에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다. 또한, 도 12에 있어서, 제2 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 제2 실시 형태의 경우와 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 12에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제3 실시 형태가 제2 실시 형태와 다른 주된 점은, 이하의 둘이다.

첫째, 보스(30B)는, 보스 본체부(31B)의 내측 본체부(34B)의 외경 D2가 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 커지도록 구성되어 있다. 즉, 내측 본체부(34B)는, 제2 실시 형태보다 큰 외경을 갖고 있다.

둘째, 보스 연결 부재(42B)는, 그 외경 D3이 보스 본체부(31B)의 내측 본체부(34B)의 외경 D2와 대략 동일해지도록, 즉, 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 커지도록 구성되어 있다. 보스 연결 부재(42B)는, 제2 실시 형태보다 큰 외경을 갖고 있다.

또한, 내측 본체부(34B)의 플랜지부(32)측의 외주부에는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 홈부(35)가 플랜지부(32)를 따라 마련되어 있다. 홈부(35)의 저부의 직경 D4는, 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정되어 있고, D4/D1을 0.7 이상 1.0 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보스(30B)의 플랜지부(32)의 두께 t에 대한 보스 본체부(31B)의 홈부(35)의 곡률 반경 ρ의 비 ρ/t가 1.5 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 내측 본체부(34B)의 플랜지부(32)측의 외주부에 원환형의 홈부(35)를 마련함과 함께, 홈부(35)의 직경 D4를 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정하고 있기 때문에, 플랜지부(32)의 내측 본체부(34B)측의 직경 방향의 길이는, 홈부(35)만큼을 포함하면, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 실질적으로 종래 구조보다 길어진다. 따라서, 플랜지부(32)의 면외 방향의 굽힘 강성이 종래 구조보다 작아져, 면외 방향의 굽힘 변형이 주로 플랜지부(32)에서 발생하게 된다. 그 결과, 제1 용접부(44)에 있어서의 면외 방향의 굽힘 변형량이 상대적으로 저감되고, 그만큼 제1 용접부(44)의 굽힘 응력이 작아진다. 그 때문에, 제1 용접부(44)의 피로 수명이 증가하는 결과가 된다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제3 실시 형태에 의하면, 전술한 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 보스 연결 부재(42B)의 외경 D3을 제2 실시 형태보다 커지도록 설정하였기 때문에, 보스 연결 부재(42B)의 굽힘 강성이 제2 실시 형태보다 커진다. 따라서, 보스(30B)와 보스 연결 부재(42B)를 접합하는 제2 용접부(45)에 발생하는 응력이 그만큼 저감되기 때문에, 제2 용접부(45)의 피로 수명을 제2 실시 형태보다 향상시킬 수 있다. 또한, 보스 연결 부재(42B)의 굽힘 강성이 제2 실시 형태보다 커지기 때문에, 붐(11)의 측판(22)의 좌굴 여유도도 더욱 향상된다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태를 도 13을 사용하여 설명한다. 도 13은 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다. 또한, 도 13에 있어서, 제1 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 제1 실시 형태의 경우와 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 13에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 주된 점은, 핀 삽입 관통 구멍(31a)의 내면을 소성 변형시키는 일 없이 연결 핀(48)(도 5 참조)으로부터의 하중을 지지하는 것인 보스 본체부를, 외경이 대략 일정한 원통형 원통 보스부(36)와, 원통 보스부(36)의 외주부에 끼워 맞춘 보강 부재로서의 원환형의 보강 링(40)으로 구성한 점이다.

구체적으로는, 보스(30C)는, 붐(11)의 양 측판(22)의 배열 방향(도 13에서는, 좌우 방향)으로 연장되는 원통형 원통 보스부(36)와, 원통 보스부(36)의 외주부에 있어서의 축 방향의 대략 중간부로부터 직경 방향 외측으로 연장 돌출되고, 원통 보스부(36)와 일체 형성된 원환형의 플랜지부(32)와, 원통 보스부(36)의 외주부에 있어서의 플랜지부(32)보다 상자형 구조체(21)의 외면측에 위치하는 부분에 끼워 맞추어진 보강 링(40)으로 구성되어 있다. 원통 보스부(36)의 내주측은, 연결 핀(48)이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍(31a)으로 되어 있다. 원통 보스부(36)는, 플랜지부(32)의 위치를 경계로 상자형 구조체(21)의 외면측에 위치하는 외측 원통부(37)와, 상자형 구조체(21)의 내면측에 위치하는 내측 원통부(38)로 구성되어 있다. 보강 링(40)은, 플랜지부(32)와의 사이에 간극이 형성되도록 배치되어 있고, 수축 끼워 맞춤 또는 냉각 끼워 맞춤에 의해 원통 보스부(36)의 외주부에 설치되어 있다.

보강 링(40)의 외경 D5는, 보강 링(40)이 원통 보스부(36)에 끼워 맞추어진 상태에서, 연결 핀(48)과의 접촉에 의해 외측 원통부(37)의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면이 소성 변형되지 않는 직경으로 설정되어 있다. 즉, 보강 링(40)은, 제1 실시 형태의 보스 본체부(31)의 외측 본체부(33)와 마찬가지로, 외경 D5가 종래의 붐 센터 보스의 외면측(외측 본체부)의 외경의 실적값과 대략 동등해지도록 구성되어 있다.

원통 보스부(36)는, 외측 원통부(37)의 외경 D6과 내측 원통부(38)의 외경 D7이 동일해지도록 구성되어 있다. 외측 원통부(37)는, 보강 링(40)을 설치한 만큼, 그 외경 D6이 제1 실시 형태의 보스 본체부(31)의 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 구성되어 있다. 즉, 외측 원통부(37)의 외경 D6 및 내측 원통부(38)의 외경 D7은, 종래 구조의 실적값보다 작아지도록 설정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 원통 보스부(36)의 외측 원통부(37)와 보강 링(40)이 보스(30C)의 보스 본체부의 외측 본체부를 구성하고 있다. 또한, 원통 보스부(36)의 내측 원통부(38)가 보스(30C)의 보스 본체부의 내측 본체부를 구성하고 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 보스(30C)의 원통 보스부(36)의 외측 원통부(37)에 보강 링(40)을 끼워 맞춤으로써, 외측 원통부(37)의 외경 D6 및 내측 원통부(38)의 외경 D7을 제1 실시 형태의 보스 본체부(31)의 외측 본체부(33)의 외경 D1보다 작아지도록 설정할 수 있기 때문에, 보스(30C)의 플랜지부(32)에 있어서의 외측 원통부(37)측 및 내측 원통부(38)측의 직경 방향의 길이가 종래 구조보다 커진다. 또한, 플랜지부(32)의 외측 원통부(37)측의 직경 방향의 길이가 제1 실시 형태보다 커진다. 따라서, 플랜지부(32)의 면외 방향의 굽힘 강성이 종래 구조 및 제1 실시 형태보다 작아져, 면외 방향의 굽힘 변형이 주로 플랜지부(32)에서 발생하게 된다. 그 결과, 제1 용접부(44)에 있어서의 면외 방향의 굽힘 변형량이 상대적으로 저감되고, 그만큼, 제1 용접부(44)의 굽힘 응력이 작아진다. 그 때문에, 제1 용접부(44)의 피로 수명이 증가하는 결과가 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 연결 핀(48)이 주로 접촉하는 원통 보스부(36)의 외측 원통부(37)에 보강 링(40)을 끼워 맞추고 있기 때문에, 외측 원통부(37)의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면(파선 S로 나타내는 부분)에 대해 연결 핀(48)의 접촉에 의한 높은 면압이 발생해도, 핀 삽입 구멍(31a)의 내면의 소성 변형이 억제된다. 따라서, 연결 핀(48)은 핀 삽입 구멍(31a)의 변형부에 방해받는 일 없이 매끄러운 회전이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 종래 구조의 보스의 보스 본체부보다 직경이 작은 원통 보스부(36)와 플랜지부(32)가 일체 형성된 부품을 각종 작업 기계의 공통 부품으로 하고, 보스(30C)에 작용하는 다른 핀 하중에 따라서 보강 링(40)의 크기(외경)를 임의로 설계함으로써, 각종 작업 기계에 대응한 보스를 구성할 수 있다. 이에 의해, 각종 작업 기계의 부품을 공통화할 수 있기 때문에, 제조 비용의 삭감이 가능해진다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태의 변형예를 도 14를 사용하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태의 변형예에 있어서의 보스 및 그 주변부의 구조를 확대한 상태에서 나타내는 단면도다. 또한, 도 14에 있어서, 제4 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 제4 실시 형태의 경우와 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 14에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태의 변형예가 제4 실시 형태와 다른 주된 점은, 보스(30D)의 원통 보스부(36)의 외주부에 보강 링(40)을 용접하여 고정한 점이다. 보강 링(40)은, 원통 보스부(36)의 외측 원통부(37)의 축 방향 단부에 제3 용접부(41)를 통해 원환형으로 접합되어 있다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제4 실시 형태의 변형예에 의하면, 전술한 제4 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 보강 링(40)을 용접에 의해 원통 보스부(36)에 고정하고 있기 때문에, 보강 링(40)의 탈락을 장기간의 사용에 있어서도 억제할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제5 실시 형태를 도 15를 사용하여 설명한다. 도 15는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제5 실시 형태를 나타내는 측면도다. 또한, 도 15에 있어서, 제4 실시 형태의 변형예와 공통되는 구성에 대해서는, 제4 실시 형태의 변형예의 경우와 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 15에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제5 실시 형태는, 제4 실시 형태의 변형예가 보스(30D)의 외측 원통부(37)에 원환형의 보강 링(40)을 용접한 것인 것에 비해, 보스(30E)의 외측 원통부(37)의 외주부에 복수(도 15에서는 둘)의 원호형의 보강 부재(40E)를 용접한 것이다. 보강 부재(40E)의 외형 치수는, 제4 실시 형태의 변형예와 마찬가지로, 보강 부재(40E)가 외측 원통부(37)에 고정된 상태에서, 연결 핀(48)(도 5 참조)과의 접촉에 의해 외측 원통부(37)의 핀 삽입 구멍(31a)의 내면이 소성 변형되지 않는 직경으로 설정되어 있다. 보강 부재(40E)는, 붐 실린더(16)(도 1 참조)의 신축 동작의 방향 Y의 선 상의 위치에 고정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 보스(30E)의 외측 원통부(37)의 외주부에 원호형의 보강 부재(40E)를 설치함으로써, 제4 실시 형태의 변형예와 마찬가지로, 보스(30E)의 플랜지부(32)에 있어서의 면외 방향의 굽힘 강성을 종래 구조 및 제1 실시 형태보다 작게 할 수 있다. 따라서, 면외 방향의 굽힘 변형은, 주로 보스(30E)의 플랜지부(32)에서 발생하게 되어, 제1 용접부(44)의 피로 수명이 증가하는 결과가 된다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제5 실시 형태에 의하면, 전술한 제4 실시 형태의 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 원호형의 보강 부재(40E)를 전체 둘레가 아닌 특정한 위치에만 배치하도록 보스(30E)를 구성하였기 때문에, 제4 실시 형태의 변형예의 원환형의 보강 링(40)을 사용한 보스(30D)보다 경량화를 도모할 수 있어, 보스(30E)의 재료비를 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명은 본 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 상기한 실시 형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.

예를 들어, 상술한 본 발명의 작업 기계의 작업 암의 제1 내지 제5 실시 형태 및 그 변형예에 있어서는, 본 발명을 유압 셔블(1)에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명을 상자형 구조의 작업 암을 구비하는 각종 작업 기계에 널리 적용할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 본 발명을 붐 센터 보스에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명을 붐(11)의 기단측 보스(25)나 암(12)의 붐 연결 보스(60), 암(12)의 버킷 연결 보스(57)에도 적용하는 것이 가능하다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 보스(30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E)의 플랜지부(32)와 측판(22)의 맞댐 부분에 백킹 부재(46)를 마련한 구성의 붐(11)을 예시하였지만, 백킹 부재(46)를 마련하지 않은 붐에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 보스(30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E)의 플랜지부(32)를 원환형으로 형성한 예를 나타냈지만, 플랜지부(32)의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 보스의 플랜지부는, 붐이나 암 등의 작업 암을 구성하는 판 부재에 맞닿아 접합되는 부분이며, 접합되는 판 부재에 따라서 부채 형상이나 사다리꼴 형상 등으로 임의의 형상으로 형성하는 것이 가능하다.

1: 유압 셔블(작업 기계)
11: 붐(작업 암)
12: 암(작업 암)
21: 상자형 구조체
22: 측판(판 부재)
25: 기단측 보스(보스)
30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E: 붐 센터 보스(보스)
31, 31A, 31B: 보스 본체부
31a: 핀 삽입 구멍
32: 플랜지부
33: 외측 본체부(제1 본체부)
34, 34A, 34B: 내측 본체부(제2 본체부)
35: 홈부
36: 원통 보스부(보스 본체부)
37: 외측 원통부(제1 본체부)
38: 내측 원통부(제2 본체부)
40: 보강 링(보강 부재)
40E: 보강 부재
41: 제3 용접부
42, 42A, 42B: 보스 연결 부재
44: 제1 용접부
45: 제2 용접부
48: 연결 핀
51: 상자형 구조체
52: 측판(판 부재)
57: 버킷 연결 보스(보스)
60: 붐 연결 보스(보스)

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 복수의 판 부재에 의해 구성된 상자형 구조체와,
   상기 복수의 판 부재 중 대향하는 판 부재에 설치된 한 쌍의 보스와,
   상기 한 쌍의 보스 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 보스를 연결하는 원통형 보스 연결 부재를 구비하고,
   상기 한 쌍의 보스 각각은,
   연결 핀이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍을 갖고, 상기 대향하는 판 부재의 배열 방향으로 연장되는 보스 본체부와,
   상기 보스 본체부의 외주부로부터 외측으로 연장 돌출되고, 선단부가 상기 대향하는 판 부재에 제1 용접부를 통해 접합된 플랜지부를 갖고,
   상기 보스 본체부는,
   상기 플랜지부의 위치를 경계로 상기 상자형 구조체의 외면측에 위치하는 원통형 제1 본체부와,
   상기 상자형 구조체의 내면측에 위치하는 원통형 제2 본체부로 구성되고,
   상기 보스 연결 부재는, 그 축 방향 양단부가 각각 상기 제2 본체부의 축 방향 단부에 제2 용접부를 통해 접합되고,
   상기 제2 본체부는, 그 플랜지부측의 부분의 외경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작아지도록 구성된
   작업 기계의 작업 암에 있어서,
   상기 제2 본체부는, 그 축 방향 단부의 외경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경과 동일해지도록 구성되고,
   상기 제2 본체부는, 그 플랜지부측의 외주부에 마련된 원환형의 홈부를 갖고,
   상기 홈부의 저부의 직경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작은
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
4. 복수의 판 부재에 의해 구성된 상자형 구조체와,
   상기 복수의 판 부재 중 대향하는 판 부재에 설치된 한 쌍의 보스와,
   상기 한 쌍의 보스 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 보스를 연결하는 원통형 보스 연결 부재를 구비하고,
   상기 한 쌍의 보스 각각은,
   연결 핀이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍을 갖고, 상기 대향하는 판 부재의 배열 방향으로 연장되는 보스 본체부와,
   상기 보스 본체부의 외주부로부터 외측으로 연장 돌출되고, 선단부가 상기 대향하는 판 부재에 제1 용접부를 통해 접합된 플랜지부를 갖고,
   상기 보스 본체부는,
   상기 플랜지부의 위치를 경계로 상기 상자형 구조체의 외면측에 위치하는 원통형 제1 본체부와,
   상기 상자형 구조체의 내면측에 위치하는 원통형 제2 본체부로 구성되고,
   상기 보스 연결 부재는, 그 축 방향 양단부가 각각 상기 제2 본체부의 축 방향 단부에 제2 용접부를 통해 접합되고,
   상기 제2 본체부는, 그 플랜지부측의 부분의 외경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작아지도록 구성된
   작업 기계의 작업 암에 있어서,
   상기 제2 본체부는, 그 축 방향 단부의 외경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 커지도록 구성되고,
   상기 제2 본체부는, 그 플랜지부측의 외주부에 마련된 원환형의 홈부를 갖고,
   상기 홈부의 저부의 직경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작은
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
5. 복수의 판 부재에 의해 구성된 상자형 구조체와,
   상기 복수의 판 부재 중 대향하는 판 부재에 설치된 한 쌍의 보스와,
   상기 한 쌍의 보스 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 보스를 연결하는 원통형 보스 연결 부재를 구비하고,
   상기 한 쌍의 보스 각각은,
   연결 핀이 삽입 관통되는 핀 삽입 관통 구멍을 갖고, 상기 대향하는 판 부재의 배열 방향으로 연장되는 보스 본체부와,
   상기 보스 본체부의 외주부로부터 외측으로 연장 돌출되고, 선단부가 상기 대향하는 판 부재에 제1 용접부를 통해 접합된 플랜지부를 갖고,
   상기 보스 본체부는,
   상기 플랜지부의 위치를 경계로 상기 상자형 구조체의 외면측에 위치하는 원통형 제1 본체부와,
   상기 상자형 구조체의 내면측에 위치하는 원통형 제2 본체부로 구성되고,
   상기 보스 연결 부재는, 그 축 방향 양단부가 각각 상기 제2 본체부의 축 방향 단부에 제2 용접부를 통해 접합되고,
   상기 제2 본체부는, 그 플랜지부측의 부분의 외경이 상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경보다 작아지도록 구성된
   작업 기계의 작업 암에 있어서,
   상기 보스 본체부는,
   상기 핀 삽입 관통 구멍을 갖고, 상기 대향하는 판 부재의 배열 방향으로 연장되고 외경이 일정한 원통형 원통 보스부와,
   상기 원통 보스부의 외주부에 배치된 보강 부재로 구성되고,
   상기 제1 본체부는,
   상기 원통 보스부 중, 상기 플랜지부의 위치를 경계로 상기 상자형 구조체의 외면측에 위치하는 외측 원통부와,
   상기 외측 원통부의 외주부에 고정된 상기 보강 부재로 구성되고,
   상기 제2 본체부는, 상기 원통 보스부 중, 상기 플랜지부의 위치를 경계로 상기 상자형 구조체의 내면측에 위치하는 내측 원통부로 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
6. 제5항에 있어서,
   상기 보강 부재는, 원환형의 부재이며, 상기 외측 원통부의 외주부에 끼워 맞춤되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
7. 제6항에 있어서,
   상기 보강 부재는, 상기 외측 원통부의 축 방향 단부에 있어서 제3 용접부를 통해 접합되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
8. 제5항에 있어서,
   상기 보강 부재는, 원호형의 부재이고,
   상기 보강 부재는, 상기 연결 핀의 하중이 작용하는 방향으로 배치되는
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
9. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 본체부의 축 방향 단부의 외경에 대한 상기 제2 본체부의 플랜지부측의 부분의 외경의 비가 0.7 이상이면서 1.0 미만인
   것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.
10. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 홈부는, 그 저부의 단면 형상이 일정한 곡률 반경을 갖도록 구성되고,
    상기 플랜지부의 두께에 대한 상기 홈부의 상기 곡률 반경의 비가 1.5 이상인
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업 암.

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