KR20010021802A

KR20010021802A - 버킷식 굴삭기의 부움 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010021802A
Application number: KR1020007000366A
Authority: KR
Inventors: 사사키히데토시; 다나카도시오; 이토다츠시; 마스모토노부요시
Original assignee: 안자키 사토루; 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2001-03-15
Also published as: US20020170212A1; GB0000460D0; DE19882547T1; GB2343174A; KR100591423B1; US6508019B1; WO1999004103A1; US6637111B2; DE19882547B4; JP3765233B2; GB2343174B

Abstract

본 발명은 버킷식 굴삭기의 경량화된 부움과 그 제조방법에 관한 것으로서, 단면삼각형상으로 중공형상의 부움 전부재(20), 부움 중간부재(22), 부움 후부재(21)로 부움 본체(23)로 하고, 부움 전부재(20)에 암 연결용 브래킷(24)을 접합하고, 부움 후부재(21)에 차체부착용 브래킷(25)을 접합하여 부움으로 하고, 이것에 의해 부움 본체(23)가 단면변형되기 어렵기 때문에, 판두께를 얇게 하는 동시에, 단면구속재를 부착하지 않고 부움 본체(23)의 강성을 크고, 단면변형되지 않는 부움이 되며, 따라서, 경량의 부움으로 하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

버킷식 굴삭기의 부움 및 그 제조방법{BOOM OF BUCKET TYPE EXCAVATOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

버킷식 굴삭기의 한 종류인 유압 셔블은 도 1에 나타낸 바와 같이, 하부 주행체(1)에 상부 차체(2)를 선회 자유롭게 부착하고, 그 상부 차체(2)에 부움(3)을 상하 요동 자유롭게 부착하고, 그 부움(3)에 암(4)을 상하 요동 자유롭게 부착하고, 이 암(4)의 선단부에 버킷(5)을 상하로 흔드는 것이 자유롭게 부착한다. 상부 차체(2)와 부움(3)에 걸쳐 부움용 실린더(6)를 연결하고, 부움(3)과 암(4)에 걸쳐 암용 실린더(7)를 연결하고, 암(4)과 버킷(5)에 걸쳐 버킷용 실린더(8)를 연결하고 있다.

관련된 유압 셔블은 부움(3), 암(4)을 상하로 요동하는 동시에 버킷(5)을 상하로 흔들면서 상부 차체(2)를 좌우로 선회하여 굴삭 및 덤프 트럭에 적재하는 등의 작업을 실행한다.

상기한 부움(3)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 측면으로 보아 부메랑 형상의 부움 본체(10)와, 이 부움 본체(10)의 길이방향 일단부에 접합한 차체 부착용 브래킷(11)과, 부움 본체(10)의 길이방향 타단부에 접합한 암 연결용 브래킷(12)으로 구성되어 있다. 부움 본체(10)는 경량으로 하기 위해, 도 3에 나타낸 바와 같이 상횡판(13), 하횡판(14), 좌우의 종판(15)을 직각으로 용접한 직사각형 단면의 중공형상으로 하고 있다.

부움(3)에는 도 1에 나타낸 바와 같이 굴삭시에 버킷을 토사에 관입시키기 위해 부움(3)을 상하방향으로 구동시키기 때문에 상하방향의 부하(F1)가 작용하고, 관입시켜 퍼낸 토사를 덤프 트럭 등에 싣기 위해 상부 차체(2)를 중심으로 하여 선회하기 때문에 좌우방향의 부하(F2)가 작용하는 동시에, 비틀림 부하(F3) 등이 작용하기 때문에, 이러한 부하에 대해 변형을 견딜 수 있도록 하고 있다. 예를 들면, 상하방향의 부하(F1)에 대해서는 도 3에 나타낸 바와 같이 폭(W)에 대해 높이(H)를 크게 하고 있다. 좌우방향의 부하(F2), 비틀림 부하(F3)에 대해서는 도 3에 나타낸 바와 같이 개구한 상자형 구조물이 되도록 격벽(16)을 접합하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 부움 실린더용 보스부(18)의 종판부에는 비틀림력과 부하분산을 위해 파이프(17) 등의 단면구속재를 설치하고 있다.

유압 셔블은 상부 차체(2)를 중심으로 하여 부움(3), 암(4), 버킷(5)으로 이루어진 작업기의 굴삭능력에 따라 상부 차체(2)의 후방에 카운터 웨이트(counterweight)(9)를 설치하고, 상기한 작업기를 경량화하면, 상부 차체(2)의 후방의 카운터 웨이트(9)를 경량으로 할 수 있고, 또는 상부 차체(2)의 후방의 돌출이 적어지기 때문에, 상부 차체(2)의 후단 선회 반지름을 작게 할 수 있다.

또, 부움(3), 암(4), 버킷(5)으로 이루어진 작업기를 경량화하면, 경량한 만큼 버킷용량을 늘리고, 작업량을 늘리는 것이 가능하게 된다.

또, 부움(3)은 부움용 실린더(6)에서 상하로 요동되고, 그 부움용 실린더(6)의 추력의 일부가 부움(3)의 하중을 지지하는 것으로서 사용되기 때문에, 예를 들면 부움(3)을 경량으로 하면 부움용 실린더(6)의 추력을 부움(3)의 상하요동력으로서 유효하게 이용할 수 있다.

일반적으로 버킷식 굴삭기의 작업기의 강도를 고려하는 경우, 가장 간편한 방법으로서 작업기를 재료역학에서 논하는 빔(beam)이나 얇은 관으로 치환하여 구부리거나 비트는 것에 대한 강도를 평가할 수 있다.

즉, 재료역학에서 이용되는 이하의 수학식 1, 2에서 단면에 발생하는 구부림 응력(σ), 전단응력(τ)을 구할 수 있다.

(단, σ: 단면에 발생하는 구부림 응력, M: 단면에 작용하는 구부림 모멘트, Z: 단면계수)

(단, τ: 전단응력, T: 비틀림 토크, A: 단면판두께 중립선 투영면적, t: 단면판두께)

그리고 상기 계산결과와 사용재료의 허용응력에서 적정한 단면형상을 정할 수 있다. 또 마찬가지로 재료역학의 수학식을 이용하여 빔의 휘어짐이나 축의 비틀림도 계산할 수 있고, 이것으로 작업기의 강성에 대해서도 평가할 수 있다.

그러나, 이와 같은 평가방법으로 설계된 작업기를 실제로 제작하고, 응력시험을 실행한 경우, 평가시에 산출한 응력값과 다른 결과가 되는 경우가 많다. 이와 같은 점에서 근년에는 응력평가의 정밀도를 향상시키기 위해 유한요소법(FEM)을 이용한 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 평가방법으로서 이용하게 되었다. FEM시뮬레이션을 이용하여 응력계산을 실행해 보면, 재료역학의 빔이나 축으로 간주된 작업기의 단면은 부하를 주는 전후에 있어서, 그 형상이 변화하는 것을 알 수 있고, 이 점에서 단면형상이 변화하지 않는다는 전제의 기초로 이끄는 재료역학의 수학식에서의 계산응력과 실제의 응력시험을 실행한 경우의 계측응력이 합치되지 않는 것을 이해할 수 있다.

종래 기술에서 이용되는 직사각형 단면형상의 작업기인 경우, 단면의 변형강도를 결정하는 요소는 직사각형 각부(角部)의 강성과, 직사각형 변부(邊部)의 면외방향의 강성의 2가지이다. 이러한 2개의 강성이 부하에 대해 충분한 강도를 갖지 않는 경우, 도 5에 나타낸 바와 같은 단면의 변형이 발생하고, 직사각형 각부에 과대한 응력이 생긴다. 이러한 것을 방지하기 위해 단면의 변형이 생기는 부위에 격벽 등의 단면구속재가 필요하게 되는데, 이러한 것을 설치하는 것에 의해 작업기의 생산성이 나빠진다.

이것을 부움(3)에 대해 적용시켜 보면, 부움(3)은 도 3에 나타낸 바와 같이 직사각형 단면 중공형상이고, 그 단면강성은 각부(a)의 구부림 강성과 4개의 면(상횡판(13), 하횡판(14), 좌우의 종판(15))의 면의 구부림 강성(면외방향강성)에 의해 결정되는 것이다. 즉, 단면의 변형에 대해 면의 구부림 강성과 각부의 구부림 강성의 영향이 크고, 예를 들면 도 3에 있어서, 하판(14)을 고정하여 화살표로 나타낸 하중(F)이 작용한 경우에는 도 5에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 각 각부(a)가 구부림 변형하는 동시에, 상판(13), 좌우의 종판(15)이 면외방향(두께 방향)에 구부림 변형한다. 또, 판두께를 저감한 경우의 면외강성의 저하는 판두께 저하율의 3승에 비례한다.

이 때문에, 각 부분의 판두께를 얇게 하여 대단면 구조로 하는 것에 의해 경량화한 부움에서는 부움(3)에 좌우방향의 부하(F2), 비틀림 부하(F3)가 작용한 때에, 도 3에 화살표(b, c)로 나타낸 바와 같이 변형(뒤틀림)이 생기고, 부움 전체의 강성이 현저하게 저하되기 때문에, 상기한 격벽(16), 파이프(17) 등의 단면구속재를 단단하게 하지 않으면 안 되고, 그 단면구속부재에 의해 부움 중량이 무거워지고, 격벽(16), 파이프(17) 때문에 구조가 복잡화되고, 용접부분의 증가 등에 의해 생산성에도 문제가 있다.

또, 부움(3)에는 도 2에 나타낸 바와 같이 부움용 실린더(6)를 연결하는 부움 실린더용 보스부(18), 암용 실린더(7)를 연결하는 암 실린더용 브래킷(19)이 설치되어 있다. 이러한 것을 설치하는 부분, 예를 들면 좌우종판(15), 상횡판(13)의 판두께를 얇게 하면 면외방향의 강성이 저하하기 때문에, 면외방향의 변형을 성장시키고, 부움(3)의 강성이 저하하고, 도 3의 가상선으로 나타낸 바와 같이 변형되는 일이 있기 때문에, 부움 본체(10)를 형성하는 판재의 판두께를 얇게 하는 것은 곤란하다.

또, 부움 본체(10)를 형성하는 각 판재를 직각으로 하여 용접하기 때문에, 그 판재의 판두께를 얇게 하면 용접 이음 효율이 저하하고, 각(角) 이음의 내구성을 확보하는 것이 곤란하기 때문에, 부움 본체(10)를 형성하는 판재의 판두께를 얇게 하는 것은 곤란하다.

또, 종래의 부움은 상횡판(13), 하횡판(14), 좌우의 종판(15)을 부움 본체(10)의 형상에 맞추어 각각 절단가공하여 형성하고, 각 판재를 직각이 되도록 4군데에서 용접하여 부움 본체(10)로 하고, 그 부움 본체(10)에 차체부착용 브래킷(11), 암 연결용 브래킷(12)을 용접하기 때문에, 각 판재의 가공이 복잡한 동시에, 용접부분(용접선)이 길고, 부움의 제작이 다공정을 거치기 때문에 복잡하다.

또, 도 6에 나타낸 바와 같이 1장의 판을 'ㄷ'자 형상으로 꺾어 구부려 상횡판(13), 좌우의 종판(15)을 일체화한 부움도 알려져 있는데, 이 경우에도 판과 하횡판(14)을 절단하는 행정, 꺾어 구부리는 행정, 2군데의 용접부분(용접선)을 용접하는 행정을 거치기 때문에, 부움의 제작이 다공정에 걸쳐 복잡하다.

그래서, 본 발명은 상기한 과제를 해결할 수 있도록 한 버킷식 굴삭기의 부움 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 유압 셔블(shovel) 등의 버킷식 굴삭기의 부움(boom) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 파워 셔블의 사시도,

도 2는 종래 부움의 정면도,

도 3은 도 2의 A-A단면도,

도 4는 도 2의 B-B단면도,

도 5는 부움의 단면변형의 설명도,

도 6은 상기 부움의 다른 예를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명의 실시형태를 나타낸 부움의 정면도,

도 8은 부움의 분해사시도,

도 9는 도 7의 C-C단면도,

도 10은 도 7의 D-D단면도,

도 11은 부움 중간부재의 정면도,

도 12는 도 7의 E-E단면도,

도 13은 도 7의 F-F단면도,

도 14는 도 7의 G-G단면도,

도 15는 도 7의 H-H단면도,

도 16은 도 7의 I-I단면도,

도 17은 부움의 단면변형의 설명도,

도 18은 부움의 단면 크기의 설명도,

도 19는 부움 전부재를 제작하는 판재의 평면도,

도 20은 도 19의 중앙종횡 단면도,

도 21은 판재의 꺾어 구부림 동작 설명도,

도 22는 꺾어 구부러진 판재의 사시도,

도 23은 판재의 꺾어 구부림 동작설명도,

도 24는 꺾어 구부러진 판재의 사시도,

도 25는 판재의 꺾어 구부림·접합동작 설명도,

도 26은 접합상태의 판재를 나타낸 사시도,

도 27은 부움 전부재, 부움 후부재의 다른 예를 나타낸 단면도,

도 28은 정수리부쪽 부재의 꺾어 구부림 동작설명도,

도 29는 바닥변쪽 부재의 꺾어 구부림 동작설명도,

도 30은 맞댐 지그에 의해 양부재의 일단부를 이파(裏波)용접하는 동작설명도,

도 31은 맞댐 지그에 의해 양부재의 타단부를 이파용접하는 동작설명도,

도 32는 부움 전부재, 부움 후부재의 다른 삼각형상을 나타내는 단면도 및

도 33은 부움 전부재, 부움 후부재의 그 이외의 삼각형상을 나타낸 단면도이다.

제 1 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 기단측이 차체에 부착되고, 선단측에 암이 부착된, 측면으로 보아 부메랑 형상의 버킷식 굴삭기의 부움에 있어서, 부움 본체의 횡단면 형상을 중공의 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

제 1 발명에 의하면, 부움 본체(23)가 횡단면 삼각형상이기 때문에, 부움 본체(23)는 부하에 의해 면외방향으로 단면변형되기 어렵다고 하는 삼각형이 지닌 성질에서 격벽, 파이프 등의 단면구속재를 이용하지 않고 단면형상의 유지와 강성의 확보가 가능하게 된다. 이와 같기 때문에, 부움 본체(23)의 판두께를 얇게 하여 경량화할 수 있고, 격벽, 파이프 등의 단면구속재가 불필요하게 되기 때문에 구조가 간단하고, 용접부분이 적기 때문에, 내구성 및 생산성이 향상된다. 따라서, 제 1 발명에 의하면 대폭 중량경감이 가능하고, 내구성 및 생산성이 우수한 부움이 된다.

제 2 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 제 1 발명의 횡단면 형상에 있어서, 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 원호형상으로 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

제 2 발명에 의하면, 부움 본체(23)의 횡단면 형상은 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 원호형상으로 했기 때문에, 종래 부움의 단면적에 내접하도록 단면적을 크게 할 수 있기 때문에, 단면성능을 유지할 수 있고, 각부를 원호로 하는 것에 의해 응력분산이 가능하게 된다. 따라서, 제 2 발명에 의하면, 큰 단면적을 확보하여 단면성능을 유지하고, 강성이 높은 부움이 된다.

제 3 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 제 2 발명의 부움본체(23)의 단면형상에 있어서, 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되는 단면 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

아래쪽을 향해 부메랑형상으로 구부리는 동시에, 그 중간부의 상하방향 길이가 양단측보다도 큰 부움인 경우, 그 형상의 특성으로서 부움 선단부에 좌우방향의 부하(도 1의 F2)나 비틀림 부하(도 1의 F3)가 작용한 때에는 힘의 전달경로로서는 상면측의 길이가 하면측의 길이에 비해 길어지기 때문에, 부하의 부담은 길이가 짧은 하면측이 커지는 경향이 있다. 따라서, 제 3 발명과 같이 하면이 삼각형상의 바닥면이 되도록 구성하면, 이것과는 상하 반대인 경우보다도 단면성능을 더욱 효율적으로 발휘할 수 있게 되고, 더욱 중량경감을 이룰 수 있게 된다. 또 부움의 경량화를 고려하는 경우, 길이가 긴 상면측에 중량이 큰 바닥면을 배치하는 것보다도, 길이가 짧은 하면측에 바닥면을 배치한 쪽이 유리하다.

제 4 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 2변의 회합부가 원호형상으로 구성된 상면에 암 실린더용 브래킷(26)을 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 4 발명에 의하면, 부움 본체(23)의 정수리부는 강성이 크기 때문에, 암 실린더용 브래킷(26)의 부착부분의 판두께가 얇아도 변형되는 일이 없다. 이것에 의해 부움 본체(23)의 암 실린더용 브래킷(26)의 부착부분의 판두께를 얇게 하여 부움을 보다 한층 경량화할 수 있다.

제 5 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 제 2 발명에 있어서의 부움 본체(23)의 단면형상은 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되고, 그 정수리부가 2개의 원호부와 평탄부로 구성된 단면 삼각형상으로 하고, 이 평탄부에 암 실린더용 브래킷(26)을 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 5 발명에 의하면, 부움 본체(23)의 정수리부는 평탄부이기 때문에, 평탄한 정수리부에 암 실린더용 브래킷(26)을 용접하는 경우, 용접 이음을 필렛(fillet) 용접 이음으로 하는 것에 의해 암 실린더용 브래킷(26)의 개선(開先; beveling)처리를 불필요하게 하는 동시에 용접이음의 목 두께를 확보할 수 있기 때문에 용접강도를 유지할 수 있다. 따라서, 부움 본체(23)의 정수리부로의 암 실린더용 브래킷(26)의 용접이 용이하게 되는 동시에 판두께가 얇아도 용접강도를 유지할 수 있다.

제 6 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 제 4 또는 제 5 발명의 어느 하나에 있어서, 상기 부움 본체(23)의 대략 중앙부에 부움 실린더를 부착하기 위한 핀 끼워맞춤 구멍(45)을 설치하고, 선단부에 암 연결용 브래킷(24)을, 기단부에 차체부착용 브래킷(25)을 각각 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 6 발명에 의하면, 부움 본체(23)에 핀 끼워맞춤 구멍(45)을 설치하는 동시에, 부움 본체(23)에 대해 암 연결용 브래킷(24)과 차체부착용 브래킷(25)을 용접했기 때문에, 용접선이 적고 또 부품구성이 적어 좋다. 따라서, 용접선이 적기 때문에 또한 경량화를 꾀할 수 있는 동시에 부품구성이 적기 때문에, 관리의 수고를 덜 수 있다. 또 이와 같은 부움에 대해 상하방향의 부하(도 1의 F1)가 작용한 경우, 부움 본체(23)에 있어서 핀 끼워맞춤 구멍(45)보다도 전방측은 하면측, 그것보다도 차체측은 상면측이 각각 부하의 분담이 커지지만, 전방하면측은 인장 하중, 차체측 상면측은 압축하중이 커진다. 강도적으로 말하면, 압축보다도 인장 하중이 과하고, 그 때문에 부움 본체(23)의 횡단면 형상을 하면이 바닥변이 되도록 하면, 변형에 대해 유리하게 된다. 또 압축하중이 커지는 부분(차체측 상면측)은 면좌굴(面座屈)에 대처할 필요가 있지만, 이 부분에 바닥면을 배치하는 것보다도 이 부분에 삼각형상의 정수리부를 배치하면, 면좌굴과 같은 변형에 대해 유리하게 된다.

제 7 발명의 버킷식 굴삭기의 부움은 중공이고 횡단면 삼각형상의 부움 전(前)부재(20)의 길이방향 일단부와, 중공이고 횡단면 삼각형상의 부움 후(後)부재(21)의 길이방향 일단부를 상기 각 단면과 동일 단면형상으로 핀 끼워맞춤 구멍(45)을 구비한 부움 중간부재(22)로 접합하여 부움 본체(23)로 하고, 상기 부움 전부재(20)의 길이방향 타단부에 암 연결용 브래킷(24)을 접합하고, 상기 부움 후부재(21)의 길이방향 타단부에 차체부착용 브래킷(25)을 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 7 발명에 의하면, 부움 본체(23)를 부움 전부재(20), 부움 중간부재(22)와 부움 후부재(21)로 구성했기 때문에, 핸드링이 용이하게 되는 동시에 대형의 생산설비가 불필요하게 된다. 즉, 부움 전부재(20), 부움 중간부재(22)와 부움 후부재(21)의 3개로 분할하는 것에 의해 대형의 생산설비가 불필요하게 되고, 한층 핸드링이 용이하게 된다.

제 8 발명의 버킷식 굴삭기의 부움의 제조방법은 2개의 장변(60)과 2개의 단변(61)을 갖는 대략 장방형상의 판재(62)를 꺾어 구부리는 것에 의해 횡단면 삼각형상의 중공부재를 형성하고, 2개의 장변(60)의 맞대는 부분을 용접하는 것에 의해 부움 본체(23)를 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 8 발명에 의하면, 부움 본체(23)는 1장의 판재를 꺾어 구부려 성형하여 맞대는 부분을 용접하는 것에 의해 제작하기 때문에, 판재의 가공이 용이한 동시에, 용접부분(용접선)이 짧다. 이것에 의해 부움 본체(23)의 제작의 공정이 간단하게 되기 때문에, 부움의 제작이 용이하게 된다.

제 9 발명의 버킷식 굴삭기의 부움의 제조방법은 상기 제 8 발명에 있어서, 상기 부움 본체(23)는 그 횡단면 형상에 있어서, 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성하는 동시에 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되도록 배치하고, 또 상기 2개의 장변을 맞댄 용접부를 상기 하면에 배치하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 9 발명에 의하면, 상기 제 1∼제 3 발명의 부움에 있어서 얻을 수 있는 이점에 더하여, 또 용접부를 하면에 배치한 것에 의해 외관향상이라는 이점을 얻을 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 부움 전부재(20)와 부움 후부재(21)를 부움 중간부재(22)로 접합하고, 중간부재(22)보다도 전방측이 아래쪽으로 구부려진, 측면으로 보아 부메랑형상의 부움 본체(23)로 하고, 부움 전부재(20)에 암 연결용 브래킷(24)을 접합하고, 부움 후부재(21)에 차체부착용 브래킷(25)을 접합하고, 부움 전부재(20)의 정수리부에 암 실린더용 브래킷(26)을 접합하여 부움으로 했다.

상기 부움 전부재(20)는 도 8과 도 9에 나타낸 바와 같이, 하횡판(30)과 좌우종판(31)으로 횡단면 삼각형상의 중공 장척형상으로 했다. 구체적으로는 1장의 판재를 꺾어 구부려 맞대어 용접하여 단면은 이등변 삼각형상 단면으로 하고, 그 용접부(82)는 하횡판(삼각형의 바닥변)에 길이방향으로 연속하고 있다.

상기 부움 전부재(20)의 높이(H)는 폭(W)보다도 크고, 부움 전부재(20)는 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부(33)는 원호형상이고, 위쪽의 원호부(33)의 곡률은 아래쪽의 원호부(33)의 곡률보다도 크다. 이것에 의해 각 회합부(33)에 걸리는 응력이 분산되는 동시에, 빔으로서 필요한 단면성능이 확보되어 부움 전부재(20)의 상하방향의 강성이 높아진다.

상기 부움 후부재(21)는 도 8과 도 10에 나타낸 바와 같이, 하횡판(34)과 좌우종판(35)에서 횡단면 삼각형상의 중공 장척형상으로 했다. 구체적으로는 1장의 판재를 꺾어 구부려 맞대어 용접하여 이등변 삼각형 단면으로 하고, 그 용접부(36)는 하횡판(삼각형의 바닥변)에 길이방향으로 연속하고 있다.

상기 부움 후부재(21)의 높이(H)는 폭(W)보다도 크고, 부움 후부재(21)는 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부(37)는 원호형상이고, 위쪽의 원호부(37)의 곡률이 아래쪽의 원호부(37)의 곡률보다도 크다. 이것에 의해 각 회합부(37)에 걸리는 응력이 분산되는 동시에, 빔으로서 필요한 단면성능이 확보되어 부움 후부재(21)의 상하방향의 강성이 높아진다.

상기 부움 중간부재(22)는 주강제이고, 도 8과 도 11에 나타낸 바와 같이 하횡판(40)과 양측 종판(41)에서 횡단면 삼각형상이고, 측면으로 보아 부메랑형상으로 구부린 중공형상의 것으로 했다. 양단개구부쪽 내면에 단부돌기(42)가 각각 일체적으로 설치되고, 중간부 내면에 중간부 돌기(43)가 일체적으로 설치되어 있다. 양단개구 테두리에는 연결용 돌기(44)가 삼각형상으로 일체적으로 설치되고, 양측 종판(42)에는 부움 실린더 연결용 핀 끼워맞춤 구멍(45)이 대향하여 형성되어 있다. 상기 단부 돌기(42), 중간부 돌기(43)는 주조시의 탕돌이성(run)의 개선을 꾀하기 위해 설치했다. 중간부 돌기(43)는 부움 실린더 연결용 핀 끼워맞춤 구멍(45)의 중심에서 정수리부를 향해 부움 중간부재(22)를 이분하도록 설치되어 있다.

상기 암 연결용 브래킷(24)은 주강제이고, 도 8에 나타낸 바와 같이 삼각형상의 연결부(46)의 단면에 삼각형상의 연결용 돌기(47)가 일체적으로 설치되어 있다. 상기 차체부착용 브래킷(25)은 주강제이고, 도 8에 나타낸 바와 같이 삼각형상의 연결부(48)의 단면에 대략 삼각형상의 연결용 돌기(49)가 일체적으로 설치되어 있다.

상기 암 실린더용 브래킷(26)은 도 8에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 종편(50)을 횡편(51)에 연결하고, 그 한쌍의 종편(50)에 핀구멍(52)을 형성하고 있다.

상기 부움 전부재(20)와 부움 중간부재(22)는 도 12에 나타낸 바와 같이 부움 전부재(20)의 길이방향 일단개구 테두리를 부움 중간부재(22)의 한쪽 연결용 돌기(44)에 끼워맞춰서 용접용 개선(53)을 형성하고, 그 부분을 용접한다. 상기 부움 전부재(20)의 길이방향 일단개구 테두리(20a)는 다른 부분(20b)보다도 두껍고, 용접 이음의 목두께를 확보하여 충분한 용접 깊이를 얻을 수 있고, 고강도로 용접할 수 있도록 했다. 이와 같이 하는 것에 의해 부움 전부재(20)의 판두께를 얇게 하여 경량화해도 고강도의 용접을 할 수 있다.

상기 부움 전부재(20)와 암 연결용 브래킷(24)은 도 13에 나타낸 바와 같이, 부움 전부재(20)의 길이방향 타단개구 테두리를 암 연결용 브래킷(24)의 연결용 돌기(47)에 끼워맞춰서 용접용 개선(54)을 형성하고, 그 부분을 용접한다. 상기 부움 전부재(20)의 길이방향 타단개구 테두리(20c)는 다른 부분(20b)보다도 두껍게 하고, 용접 이음의 목두께를 확보하여 충분한 용접 깊이를 얻을 수 있고, 고강도로 용접할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이 하는 것에 의해 부움 전부재(20)의 판두께를 얇게 하여 경량화해도 고강도의 용접을 할 수 있다.

상기 부움 후부재(21)와 부움 중간부재(22)는 도 14에 나타낸 바와 같이 부움 후부재(21)의 길이방향 일단 개구 테두리를 부움 중간부재(22)의 다른 쪽의 연결용 돌기(44)에 끼워맞추어 용접용 개선(55)을 형성하고, 그 부분을 용접한다. 상기 부움 후부재(21)의 길이방향 일단개구 테두리(21a)는 다른 부분(21b)보다도 두껍게 하고, 용접 이음의 목두께를 확보하여 충분한 용접 깊이를 얻을 수 있고, 고강도로 용접할 수 있도록 했다. 이와 같이 하는 것에 의해 부움 후부재(21)의 판두께를 얇게 하여 경량화해도 고강도의 용접을 할 수 있다.

상기 부움 후부재(21)와 차체부착용 브래킷(25)은 도 15에 나타낸 바와 같이 부움 후부재(21)의 길이방향 타단 개구 테두리를 차체부착용 브래킷(25)의 연결용 돌기(49)에 끼워맞춰서 용접용 개선(56)을 형성하고, 그 부분을 용접한다. 상기 부움 후부재(21)의 길이방향 타단 개구 테두리(21c)는 다른 부분(21b)보다도 두껍게 하고, 용접 이음의 목두께를 확보하여 충분한 용접 깊이를 얻을 수 있고, 고강도로 용접할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이 하는 것에 의해 부움 후부재(21)의 판두께를 얇게 하여 경량화해도 고강도의 용접을 할 수 있다.

상기 암 실린더용 브래킷(26)은 도 16에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 종편(50)을 부움 전부재(20)의 원호형상이 된 위쪽의 회합부(33)(정수리부)에 용접하고 있다. 이와 같기 때문에, 부움 전부재(20)의 암 실린더용 브래킷(26)의 부착부분의 강성이 확보되고, 그 부분의 판두께가 얇아도 암 실린더의 반력에 의해 변형되는 일은 없다.

이상과 같이, 부움을 구성하는 부움 전부재(20), 부움 후부재(21), 부움 중간부재(22)는 횡단면 삼각형상이기 때문에, 단면 직사각형 형상의 경우와 달리, 단면의 변형강도를 결정하는 요소는 삼각형 각 변부의 면내방향의 강성만으로 결정된다. 예를 들면, 도 9, 도 10에서 바닥변을 고정하고, 정수리부에 화살표로 나타낸 하중(F)이 작용한 경우에, 도 17에 모식적으로 나타낸 바와 같이 바닥변(d)과 정수리부(e)를 연결하는 한쪽 변(f)에 압축력이 작용하여 줄어들어 변형하고, 다른 쪽 변(g)에 인장력이 작용하여 늘어나 변형하고, 그 2개의 변(f, g)에는 면외방향의 힘이 작용하지 않는다. 한편, 변(f)과 변(g)의 인장, 압축에 대한 강성(면내강성)은 면외방향의 구부러짐(면외강성)보다도 크기 때문에, 상기한 횡단면 삼각형상의 부움의 단면강성은 종래의 직사각형 단면의 부움의 단면강성보다도 크다.

판두께를 저감한 경우의 작업기의 강도는 재료역학의 수학식에 있어서는 단면의 크기를 크게 하는 것에 의해 직사각형 단면도 삼각단면도 마찬가지로 단면강도를 확보하는 것이 가능하지만, 상기한 바와 같이 단면의 변형을 고려한 경우, 직사각형 단면에서는 판두께 저감에 의한 각부 강성 및 변부 면외방향 강성은 판두께 저감비율의 3승에 비례하여 저하하는 것에 대해, 삼각단면에서는 판두께 저감비율에 비례하여 저하하기 때문에, 횡단면 삼각형상의 부움의 판두께의 저감에 의한 단면강성의 변화는 직사각형 단면의 부움의 단면강성의 변화보다도 적어진다.

이와 같은 점에서 단면 삼각형상의 부움이면, 판두께를 얇게 해도 단면 변형이 단면 직사각형 형상의 종래 구조에 대해, 현저하게 단면의 변형을 작게 할 수 있고, 이것에 의해 부움을 경량화하는 것이 가능하게 되는 것이다.

또, 도 9, 도 10에 나타낸 바와 같이 2변의 회합부(33, 37)가 각각 원호형상인 단면 삼각형상으로 하여 부움의 단면을 크게 할 수 있고, 충분한 단면 성능을 확보할 수 있다. 즉, 도 18에 가상선으로 나타낸 바와 같이 기계 상에서의 작업기의 배치와 기동성 및 오퍼레이터의 시인성 등에서 제약된 스페이스(단면의 높이, 폭)의 직사각형의 내면에 원호형상의 각 회합부(33, 37)를 내접하도록 하여 단면을 크게 할 수 있다.

아래쪽을 향해 부메랑형상으로 구부리는 동시에, 그 중간부의 상하방향 길이가 양단측보다도 큰 부움의 경우, 그 형상의 특성으로서 부움 선단부에 좌우방향의 부하(도 1의 F2)나 비틀림 부하(도 1의 F3)가 작용한 때에는 힘의 전달경로로서는 상면측의 길이가 하면측의 높이에 비해 길어지기 때문에, 부하의 부담은 길이가 짧은 하면측이 커지는 경향이 있다. 따라서 상기한 바와 같이, 하면이 삼각형상의 바닥면이 되도록 구성하면, 이것과는 상하 반대인 경우보다도 단면성능을 더욱 효율적으로 발휘할 수 있게 되고, 더욱 중량경감할 수 있게 된다. 또 부움의 경량화를 고려한 경우, 길이가 긴 상면측에 중량이 큰 바닥면을 배치하는 것보다도 길이가 짧은 하면측에 바닥면을 배치한 쪽이 유리하다.

또 이와 같은 부움에 대해 상하방향의 부하(도 1의 F1)가 작용한 경우, 부움 본체(23)에 있어서 핀 끼워맞춤 구멍(45)보다도 전방측은 하면측, 그것보다도 차체측은 상면측이 각각 부하의 분담이 커지는데, 전방 하면측은 인장 하중, 차체측 상면측은 압축하중이 커진다. 강도적으로 말하면, 압축보다도 인장 하중이 과하고, 그 때문에 부움 본체(23)의 횡단면 형상을 하면이 바닥변이 되도록 하면, 변형에 대해 유리하게 된다. 또, 압축하중이 커지는 부분(차체측 상면측)은 면좌굴에 대처할 필요가 있지만, 이 부분에 바닥면을 배치하는 것보다도 이 부분에 삼각형상의 정수리부를 배치하면, 면좌굴과 같은 변형에 대해 유리하게 된다.

다음에 부움 전부재(20)의 제조방법을 설명한다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 강판을 절단하여 서로 대향한 2개의 장변(60)과 서로 대향한 2개의 단변(61)으로 둘러싸인 거의 장방형상(부움 전부재(20)를 전개한 형상)의 판재(62)를 제작한다. 상기 판재(62)의 판두께는 단변(61)의 양단부(62a)를 다른 부분(62b)의 판두께보다도 두껍게 했다.

구체적으로는 도 20에 나타낸 바와 같이, 소정의 형상으로 절단한 판(63)의 길이방향 양단부에 두꺼운 부분과 얇은 부분을 갖는 바재(bar材)(62)를 각각 이파용접으로 접합하여 판재(26)로 하였다. 또, 부움 전부재(20)의 일단 개구 테두리가 타단 개구 테두리보다도 크기 때문에, 한쪽 단변(61)이 다른 쪽 단변(61)보다도 길어지고, 각 단변(61)은 폭 방향 중앙부를 경계로 V자 형상으로 했다.

다음에 도 21에 나타낸 바와 같이, 2개의 원호면(70a)과 이들을 잇는 직선면(70b)을 갖고, 그 직선면(70b)의 중심에 곡률이 큰 원호면(70c)을 갖는 다이(die)(70)와, 2개의 원호면(71a)과 이들을 잇는 직선면(71b)을 갖는 펀치(71)를 이용하여 판재(62)의 장변쪽 절곡선 '가'를 따라 원호형상으로 꺾어 도 22에 나타낸 바와 같이 거의 'ㄷ'자 형상으로 한다.

다음에 도 23에 나타낸 바와 같이 상기한 다이(70)와 새로운 펀치(72)를 이용하여 판재(62)의 중앙부를 절곡선 '나'를 따라 원호형상으로 꺾어 구부려 도 24에 나타낸 바와 같이 거의 마름모꼴로 한다. 이와 같이 동일 다이를 이용하기 때문에 위치 어긋남 등이 생기지 않기 때문에 절곡 가공정밀도를 확보할 수 있다.

다음에, 도 25에 나타낸 바와 같이, 다이(73)에 꺾어 구부린 판재(62)를 세트하고, 한쌍의 펀치(74)를 좌우·상하방향으로 이동하여 삼각형상으로 꺾어 구부리고, 판재(62)의 2개의 장변(60)을 도 26에 나타낸 바와 같이, 맞댄다. 이 상태를 유지하면서 한쌍의 펀치(74) 사이를 따라 용접 토오치(75)를 이동하여 맞댄 부분을 용접한다.

이와 같이, 판재(62)를 최종 형상으로 꺾어 구부려 성형하는 동시에 용접하기 때문에, 용접부의 맞대는 정밀도를 확보할 수 있다.

또, 부움 후부재(21)도 부움 전부재(20)와 대략 같이 하여 제작한다.

상기 부움 전부재(20), 부움 후부재(21)는 도 27의 (a)에 나타낸 바와 같이 2장의 판재로 제작해도 좋고, 도 27의 (b)에 나타낸 바와 같이 3장의 판재로 제작해도 좋고, 도 27의 (c)에 나타낸 바와 같이 이음매 없는 일체 형상으로 해도 좋다.

도 27의 (a)에 나타낸 바와 같이 2장의 판재로 제작하는 경우에는 도 28에 나타낸 바와 같이 바닥부가 원호형상의 거의 V자 형상이 된 오목부(80)를 갖는 다이(81)와, 이 오목부(80)와 같은 형상의 펀치(82)를 이용하여 1장의 판재(83)를 꺾어 구부려 정수리부 측부재(84)로 한다.

도 29에 나타낸 바와 같이, 원호면(85)을 갖는 고정 다이(86)와, 이 원호면(85)과 연속하는 원호면(87)을 갖는 가동 다이(88)와, 이 가동 다이(88)를 고정 다이(86)와 떨어진 스프링(89)과, 쿠션 패드(90)와, 쿠션 패드(90)를 밀어올리는 쿠션 핀(91)으로 다이(92)로 한다. 상기 연속한 2개의 원호면(85, 87)과 동일한 원호면(93)을 갖는 펀치(94)에 가동 다이(88)를 스프링(89)에 대항하여 이동하는 캠(95)을 설치한다. 상기 펀치(94)가 위쪽 위치인 때에는 쿠션 패드(90)는 쿠션 핀(91)으로 밀어올려 가동 다이(88)의 상면과 면일치된다.

상기한 다이(92)와 펀치(94)를 이용하여 1장의 판재(96)를 꺾어 구부려 바닥변 측부재(97)로 한다. 구체적으로는 가동 다이(88)와 쿠션 패드(90) 위에 판재(96)를 놓고, 펀치(94)를 하강한다. 펀치(94)와 쿠션 패드(90)에서 판재(96)를 끼우면서 펀치(94)의 하강과 함께 쿠션 패드(90)가 하강하고, 고정 다이(86)의 원호부(85)에서 판재(96)의 양단부를 차례로 꺾어 구부린다.

펀치(94)가 소정 위치까지 하강하면 캠(95)에서 가동 다이(88)가 스프링(89)에 대항하여 이동되고 소정 형상으로 꺾어 구부러져 바닥변 측부재(97)로 한다.

도 30에 나타낸 맞댐지그를 이용하여 정수리부 측부재(84)와 바닥변 측부재(97)를 맞대어 이파용접한다.

상기 맞댐지그는 V자 홈(100)을 갖는 본체(101)와, 이 본체(101)의 V자 홈(100) 좌우양측에 설치한 한쌍의 측부 누름편(102)과, 이 각 측부 누름편(102)을 이동하는 한쌍의 제 1 실린더(103)와, 본체(101)의 V자 홈(100) 상부 양측에 설치한 한쌍의 상부 누름편(104)과, 이 각 상부 누름편(104)을 이동하는 한쌍의 제 2 실린더(105)와, V자 홈(100)을 따라 설치되고 본체(101)의 양단에 설치한 지지축(도시하지 않음)으로 지지된 받침재(106)를 구비하고 있다.

상기 받침재(106)는 상면에 개구한 수냉 제트(107)와, 하부의 지지부(108)를 갖고, 상면에는 지지판(109)이 수냉 제트(107)의 상부를 덮도록 부착되어 있다. 이 수냉 제트(107)에는 냉각수가 유통된다. 본체(101)의 V자 홈(100)의 상부에는 용접 토오치(110)가 이동 가능하게 설치되어 있다.

다음에 이파용접의 동작을 설명한다. 상기한 바와 같이 하여 꺾어 구부려 가공한 정수리부 측부재(84)와 바닥변 측부재(97)를 삼각형상으로 맞추어 V자 홈(100)과 받침재(106)와의 사이에 삽입한다.

각 측부 누름편(102)을 중심을 향해 이동하고, 각 상부 누름편(104)을 아래쪽에 이동하여 정수리부 측부재(84)의 일단부(84a)와 바닥변 측부재(97)의 일단부(97a)를 지지판(109)의 상면에서 맞댄다. 용접 토오치(110)를 이동하여 상기 맞대는 부분을 이파용접한다.

각 측부 누름편(102)을 옆을 향해 이동하고, 각 상부 누름편(104)을 위쪽으로 이동하여 각 부재와 떨어뜨리고, 일단부(84a, 96a)를 용접한 정수리부 측부재(84)와 바닥변 측부재(97)를 V자 홈(100)과 받침재(106) 사이로부터 빼낸다.

빼낸 정수리부 측부재(84)와 바닥변 측부재(97)를 회전하여 도 31에 나타낸 바와 같이 다시 V자 홈(100)과 받침재(106) 사이에 삽입하고, 상기한 바와 같이 하여 타단부(84b, 97b)를 이파용접한다.

이것에 의해 2부재로 이루어진 부움 전부재(20), 부움 후부재(21)를 제작할 수 있다.

또, 도 27의 (b)에 나타낸 바와 같이 3장의 판재로 제작하는 경우에는 상기한 도 28에서 나타낸 다이(81)와 펀치(82)를 이용하여 1장의 판재를 각각 꺾어 구부려 3개의 부재(98)를 제작하고, 그 3개의 부재(98)를 상기한 도 30에 나타낸 맞댐지그를 이용하여 차례로 3부분을 이파용접하여 제작한다.

또, 부움 전부재(20), 부움 후부재(21)는 도 32의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이 위쪽의 회합부(33, 37)를 2개의 원호부(h)와 평탄부(f), 곡률이 작은 2개의 원호부(j)와 곡률이 큰 원호부(k)로 형성해도 좋다.

또, 도시하지 않았지만, 3개의 회합부 모두, 또는 1개, 2개를 상기한 형상으로 해도 좋고, 각각의 회합부를 다른 형상의 조합으로 해도 좋다.

상기한 도 32의 (a)에 나타낸 평탄부(i)를 갖는 형상으로 하면, 암 실린더용 브래킷(26)을 평탄부(i)에 용접할 수 있기 때문에, 용접 이음을 필렛용접이음으로 하는 것에 의해 암 실린더용 브래킷(26)의 개선 처리를 불필요하게 되는 동시에 용접 이음의 목두께를 확보할 수 있기 때문에, 용접강도를 유지할 수 있다.

상기 부움 전부재(20), 부움 후부재(21)는 도 33에 나타낸 바와 같이, 3개의 변(판부(30, 31, 34, 35))을 직선이 아니라 곡률(R)이 큰 원호로 부푸는 형상으로 해도 좋다. 또, 3개의 변의 각각에 부푸는 형상과 직선형상의 조합으로 해도 좋다.

상기 용접방법은 MAG(Metal ActiveGas) 용접이나 MIG(Metal InertGas) 용접을 전제로 하여 용접 이음 등을 설명했는데, 용접 이음을 변경하는 것에 의해 레이저 용접이나 전자빔 용접 등의 고에너지 용접을 적용하는 것도 가능하다. 그리고, 이와 같은 고에너지 밀도열원을 이용하는 경우, 부움 전부재(20)나 부움 후부재(21)의 각 개구 테두리(20a, 20c, 21a, 21c)에 설치한 두꺼운 부분의 형성을 생략하고, 이러한 것을 다른 부분(20b, 21b)과 같은 두께로 하는 동시에, 부움 중간부재(22), 암 연결용 브래킷(24), 차체부착용 브래킷(25)에 각각 설치한 연결용 돌기(44, 47, 49)를 생략하고, 이러한 부분을 맞대어 이파용접하는 구성으로 해도 좋다.

Claims

기단측이 차체에 부착되고, 선단측에 암이 부착된, 측면으로 보아 부메랑형상의 버킷식 굴삭기의 부움에 있어서, 부움 본체(23)의 횡단면 형상을 중공의 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
제 1 항에 있어서,

상기 부움 본체(23)의 횡단면 형상은 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
제 2 항에 있어서,

상기 부움 본체(23)의 횡단면 형상은 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되는 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
제 3 항에 있어서,

상기 2변의 회합부가 원호형상으로 구성된 상면에 암 실린더용 브래킷(26)을 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
제 2 항에 있어서,

상기 부움 본체(23)의 횡단면 형상은 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되고, 그 정수리부가 2개의 원호부와 평탄부로 구성된 단면 삼각형상으로 하고, 이 정수리부의 평탄부에 암 실린더용 브래킷(26)을 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 부움 본체(23)의 대략 중앙부에 부움 실린더를 부착하기 위한 핀 끼워맞춤 구멍(45)을 설치하고, 선단부에 암 연결용 브래킷(24)을, 기단부에 차체부착용 브래킷(25)을 각각 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
제 6 항에 있어서,

중공으로 횡단면 삼각형상의 부움 전부재(20)의 길이방향 일단부와, 중공으로 횡단면 삼각형상의 부움 후부재(21)의 길이방향 일단부를 상기 각 단면과 동일 단면형상으로 핀 끼워맞춤 구멍(45)을 구비한 부움 중간부재(22)로 접합하여 부움 본체(23)로 하고, 상기 부움 전부재(20)의 길이방향 타단부에 암 연결용 브래킷(24)을 접합하고, 상기 부움 후부재(21)의 길이방향 타단부에 차체부착용 브래킷(25)을 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움.
2개의 장변(60)과 2개의 단변(61)을 갖는 대략 장방형상의 판재(62)를 꺾어 구부리는 것에 의해 횡단면 삼각형상의 중공부재를 형성하고, 2개의 장변(60)의 맞댄 부분을 용접하는 것에 의해 부움 본체(23)를 구성하는 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움 제조방법.
제 8 항에 있어서,

상기 부움 본체(23)는 그 횡단면 형상에 있어서, 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성하는 동시에, 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되도록 배치하고, 또 상기 2개의 장변의 맞댄 용접부를 상기 하면에 배치하는 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 부움 제조방법.