KR20160119179A - 건설 기계용 붐 - Google Patents

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사토시 야마시타
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 판 두께와 같은 판 두께를 가지는 제 1 전측 하판(17A)과, 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께와 같은 판 두께를 가지는 제 2 전측 하판(17B)을, 판 두께 방향의 양측으로부터 양면 용접함으로써 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)을 형성한다. 이에 따라, 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)과, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)에 대하여, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 백킹재(23)를 이용한 편면 용접을 행할 수 있다. 한편, 좌, 우의 측판(13), (13')의 하단측에 접합된 제 3 전측 하판(17C)과, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)에 대하여, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 백킹재(26)를 이용한 편면 용접을 행할 수 있다.

Description

건설 기계용 붐{BOOM FOR CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은, 예를 들면 유압 셔블의 작업 장치에 작업 아암으로서 적합하게 이용되는 건설 기계용 붐에 관한 것이다.
일반적으로, 유압 셔블 등의 건설 기계에 설치되는 작업 장치는, 기단(基端)측이 차체측의 프레임에 부앙(俯仰) 이동 가능하게 연결된 붐과, 당해 붐의 선단측에 회전 운동 가능하게 연결된 아암과, 당해 아암의 선단측에 회전 운동 가능하게 연결된 굴삭 버킷 등의 작업 도구와, 이들 붐, 아암, 작업 도구를 작동시키는 붐 실린더, 아암 실린더, 작업 도구 실린더로 구성되어 있다.
여기서, 작업 장치를 구성하는 붐은, 좌, 우 방향으로 대면하면서 전, 후 방향으로 연장되는 좌, 우의 측판과, 좌, 우의 측판의 상단(上端)측에 용접에 의해 접합되는 상판(上板)과, 좌, 우의 측판의 하단(下端)측에 용접에 의해 접합되는 하판(下板)에 의해 형성되어 있다. 이에 따라, 붐은, 횡단면이 사각형인 폐쇄 단면 구조를 이루는 상자형 구조체가 되고, 이 상자형 구조체의 후단(後端)측에는 풋(foot)측 장착 부재가 설치되며, 전단(前端)측에는 아암측 장착 부재가 설치되어 있다. 이 때문에, 유압 셔블의 붐은, 전체 길이가 수 미터 이상에 달하는 장척의 용접 구조물이 되어, 그 중량도 커진다.
이에 대하여, 좌, 우의 측판, 상판, 하판을, 각각 복수 매의 판재를 맞대기 용접하는 것에 의해 형성된 붐이 제안되고 있다. 이 종래 기술에 의한 붐은, 필요한 강도에 따라 각 판재의 판 두께를 설정하고, 판 두께가 얇은 판재를 가능한 한 광범위하게 배치함으로써, 구조물 전체의 경량화를 도모할 수 있는 구성으로 되어 있다(특허 문헌 1).
WO2012/144037A1
여기서, 2매의 판재를 맞대기 용접한 용접부의 피로 강도(용접부에 반복 응력이 작용했을 때에 용접부가 파괴에 이르지 않는 응력)에 대하여 검토한다. 즉, 2매의 판재를 맞대기 용접하는 경우, 백킹(backing)재를 이용하여 판 두께 방향의 편측으로부터 용접을 실시하는 편면 용접과 비교해, 판 두께 방향의 양측으로부터 용접을 실시하는 양면 용접이, 용접부의 피로 강도가 높아지는 것이 알려져 있다. 한편, 판 두께가 상이한 2매의 판재를 맞대기 용접하는 경우와, 판 두께가 같은 2매의 판재를 맞대기 용접하는 경우를 비교한다. 이 경우에는, 양면 용접인지 백킹재를 이용한 편면 용접인지에 관계없이, 판 두께가 상이한 2매의 판재를 맞대기 용접하는 것 보다, 판 두께가 같은 2매의 판재를 맞대기 용접하는 것이, 용접부의 피로 강도가 높아지는 것이 알려져 있다.
이어서, 용접부의 피로 강도의 순서에 대하여 검토한다. 판 두께가 같은 2매의 판재를 양면 용접에 의해 접합한 경우의 피로 강도가 가장 높다. 판 두께가 상이한 2매의 판재를 양면 용접에 의해 접합한 경우의 피로 강도가 2번째로 높다(약간 높다). 판 두께가 같은 2매의 판재를 백킹재를 이용한 편면 용접에 의해 접합한 경우의 피로 강도가 3번째로 높다(약간 낮다). 한편, 판 두께가 상이한 2매의 판재를 백킹재를 이용한 편면 용접에 의해 접합한 경우의 피로 강도가 가장 낮아진다.
이에 대하여, 유압 셔블에 이용되는 붐과 같은 상자형 구조체를 제조하는 경우에는, 조립한 상자형 구조체를 폐색하는 덮개가 필요하며, 이 덮개에 대응하는 판재에 대해서는, 백킹재를 이용하여 상자형 구조체의 외측으로부터 용접 작업(편면 용접)을 행하게 된다.
그러나, 덮개에 대응하는 판재의 판 두께와, 이 판재가 용접되는 판재의 판 두께가 상이한 경우에는, 상기 서술한 바와 같이, 판 두께가 상이한 2매의 판재를 백킹재를 이용하여 편면 용접하는 것이 되어, 용접부의 피로 강도가 저하되어 버린다. 이 결과, 상자형 구조체의 내구성이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 서술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 상자형 구조체의 피로 강도를 높일 수 있고, 또한 상자형 구조체를 폐색하는 판재를 용접할 때의 작업성을 높일 수 있는 건설 기계용 붐을 제공하는 것에 있다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 좌, 우 방향으로 간격을 두고 대면하면서 전, 후 방향으로 연장되는 좌측판 및 우측판과, 당해 좌, 우의 측판의 상단측에 용접에 의해 접합되는 상판과, 상기 좌, 우의 측판의 하단측에 용접에 의해 접합되는 하판에 의해 횡단면이 사각형인 폐쇄 단면 구조를 이루는 상자형 구조체를 형성하고, 상기 상자형 구조체에는, 상기 좌측판, 상기 우측판, 상기 상판 및 상기 하판의 후단에 각각 용접에 의해 접합되는 풋측 장착 부재를 설치하며, 상기 상자형 구조체에는, 상기 좌, 우의 측판의 전단이 각각 용접에 의해 접합되는 좌, 우의 접합판을 가짐과 함께, 상기 상판, 상기 하판의 전단이 각각 용접에 의해 접합되는 상, 하의 접합판을 가지는 아암측 장착 부재를 설치하고, 상기 하판은, 상기 아암측 장착 부재의 하측 접합판에 용접에 의해 접합되는 제 1 전측 하판과, 당해 제 1 전측 하판의 후단에 용접에 의해 접합되는 제 2 전측 하판과, 당해 제 2 전측 하판의 후단에 용접에 의해 접합되는 제 3 전측 하판과, 당해 제 3 전측 하판의 후단에 접합되는 1매 또는 복수 매의 판재로 이루어지는 후측 하판으로 구성하여 이루어지는 건설 기계용 붐에 적용된다.
본 발명의 특징은, 상기 제 1 전측 하판은, 상기 아암측 장착 부재의 하측 접합판과 같은 판 두께를 가지는 판재로 이루어지고, 상기 제 2 전측 하판은, 상기 제 3 전측 하판과 같은 판 두께를 가짐과 함께 상기 제 1 전측 하판보다 얇은 판 두께를 가지는 판재로 이루어지며, 상기 아암측 장착 부재의 하측 접합판의 후단에는, 백킹재를 설치하고, 상기 제 3 전측 하판의 전단에는, 백킹재를 설치하며, 상기 제 1 전측 하판과 상기 제 2 전측 하판을 맞대어 완전 용접하여 1매의 두께에 차이를 갖는 판을 형성하고, 상기 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 상기 제 1 전측 하판의 전단은, 상기 아암측 장착 부재의 하측 접합판과 당해 하측 접합판에 설치한 상기 백킹재에 대하여 상기 상자형 구조체의 외측으로부터 편면 용접에 의해 접합하며, 상기 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 상기 제 2 전측 하판의 후단은, 상기 제 3 전측 하판의 전단과 당해 제 3 전측 하판에 설치한 상기 백킹재에 대하여 상기 상자형 구조체의 외측으로부터 편면 용접에 의해 접합하는 구성으로 한 것에 있다.
이 구성에 의하면, 판 두께가 상이한 제 1 전측 하판과 제 2 전측 하판을 맞대어 완전 용접함으로써, 제 1, 제 2 전측 하판이 판 두께의 전역에 걸쳐 용입한 피로 강도가 높은 두께에 차이를 갖는 판을 형성할 수 있다. 또한, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 1 전측 하판의 판 두께는, 아암측 장착 부재의 하측 접합판과 같다. 이 때문에, 백킹재를 이용하여 제 1 전측 하판의 전단과 아암측 장착 부재의 하측 접합판을 외측으로부터 편면 용접한 경우라도, 제 1 전측 하판과 아암측 장착 부재의 하측 접합판의 용접부의 피로 강도를 높게 할 수 있다. 한편, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 2 전측 하판의 판 두께는, 제 3 전측 하판과 같다. 이 때문에, 백킹재를 이용하여 제 2 전측 하판의 후단과 제 3 전측 하판의 전단을 외측으로부터 편면 용접한 경우라도, 제 2 전측 하판과 제 3 전측 하판의 용접부의 피로 강도를 높게 할 수 있다.
따라서, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 1 전측 하판과 아암측 장착 부재의 하측 접합판은, 양면 용접하고, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 2 전측 하판과 제 3 전측 하판은, 백킹재를 이용하여 편면 용접한다. 이에 따라, 상자형 구조 전체의 피로 강도를 높일 수 있어, 붐의 내구성을 높일 수 있다.
게다가, 제 1 전측 하판과 제 2 전측 하판은, 미리 양면 용접됨으로써 1매의 두께에 차이를 갖는 판으로서 형성된다. 따라서, 이 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 1 전측 하판과 아암측 장착 부재의 하측 접합판을 편면 용접하는 작업과, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 2 전측 하판과 제 3 전측 하판을 편면 용접하는 작업을, 상자형 구조체의 외측으로부터 행할 수 있다. 이 결과, 상자형 구조체를 폐색하는 제 1, 제 2 전측 하판을 용접할 때의 작업성을 높일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 붐을 구비한 유압 셔블을 나타내는 정면도이다.
도 2는, 도 1 중의 붐을 단체(單體)로 나타내는 정면도이다.
도 3은, 붐을 구성하는 각 판재를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는, 좌, 우의 측판 및 상판으로부터 풋측 장착 부재와 아암측 장착 부재를 떼어낸 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는, 상판에 조립된 좌, 우의 측판에 대하여 제 1, 제 2 전측 하판(두께에 차이를 갖는 판)을 접합하는 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은, 아암측 장착 부재의 하측 접합판, 제 1, 제 2, 제 3 전측 하판의 접합 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 1 전측 하판의 후단과 제 2 전측 하판의 전단의 사이의 X형 개선(開先)을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 1 전측 하판의 전단과 아암측 장착 부재의 하측 접합판의 사이의 V형 개선을 나타내는 단면도이다.
도 9는, 도 6 중의 IX부를 확대한 확대 단면도이다.
도 10은, 제 2 전측 하판의 후단과 제 3 전측 하판의 전단의 사이의 V형 개선을 나타내는 단면도이다.
도 11은, 도 6 중의 XI부를 확대한 확대 단면도이다.
도 12는, 아암측 장착 부재의 하측 접합판과 제 3 전측 하판의 사이에 두께에 차이를 갖는 판을 배치하는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 13은, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 1 전측 하판의 전단과 아암측 장착 부재의 하측 접합판을 접합하는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 14는, 두께에 차이를 갖는 판을 구성하는 제 2 전측 하판의 후단과 제 3 전측 하판의 전단을 접합하는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 15는, 비교예에 의한 제 1, 제 2, 제 3 전측 하판의 상호의 접합 상태를 나타내는 단면도이다.
도 16은, 비교예에 의한 제 1 전측 하판을 아암측 장착 부재의 하측 접합판에 대하여 양면 용접하는 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 건설 기계용 붐을, 유압 셔블의 붐에 적용한 경우를 예로 들어, 첨부된 도면을 따라 상세하게 설명한다.
도면 중, 유압 셔블(1)은 건설 기계의 대표예이다. 이 유압 셔블(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 자주(自走) 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 당해 하부 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(3)와, 후술의 작업 장치(8)를 포함하여 구성되어 있다. 유압 셔블(1)의 상부 선회체(3)는, 하부 주행체(2)와 함께 건설 기계의 차체를 구성하는 것이다. 상부 선회체(3)는, 후술의 선회 프레임(4), 캡(5), 카운터 웨이트(6) 및 구조물 커버(7) 등을 포함하여 구성되어 있다.
선회 프레임(4)은 상부 선회체(3)의 프레임을 구성하고 있다. 선회 프레임(4)은, 그 전측에 후술의 작업 장치(8)가 부앙 이동 가능하게 장착되고, 후측에는 후술의 카운터 웨이트(6)가 장착되어 있다. 선회 프레임(4)의 전부(前部) 좌측에는 캡(5)이 설치되고, 당해 캡(5)은, 내부에 운전실을 구획 형성하고 있다. 캡(5) 내에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석, 조작 레버, 주행용 레버 또는 페달(모두 도시 생략) 등이 설치되어 있다.
선회 프레임(4)의 후단측에는 카운터 웨이트(6)가 설치되어 있다. 카운터 웨이트(6)는, 선회 프레임(4)의 후단측에 착탈 가능하게 탑재되어, 전측의 작업 장치(8)에 대하여 중량 밸런스를 취하는 것이다.
캡(5)과 카운터 웨이트(6)의 사이에는, 선회 프레임(4) 상에 세워 설치된 구조물 커버(7)가 배치되어 있다. 구조물 커버(7)는, 예를 들면 얇은 강판으로 이루어지는 복수 매의 금속 패널 등을 이용하여 형성되고, 내부에 엔진 등을 수용하는 기계실(도시 생략)을 구획 형성하는 것이다.
작업 장치(8)는 상부 선회체(3)의 전부에 부앙 이동 가능하게 설치되어 있다. 작업 장치(8)는, 후술의 붐(11)과, 붐(11)의 선단측에 부앙 이동 가능하게 장착된 아암(9)과, 아암(9)의 선단측에 회전 운동 가능하게 설치된 작업 도구로서의 버킷(10)을 포함하여 구성되어 있다. 작업 장치(8)의 붐(11)은, 붐 실린더(11A)에 의해 선회 프레임(4)에 대하여 상, 하로 부앙 이동되고, 아암(9)은, 붐(11)의 선단측에서 아암 실린더(9A)에 의해 상, 하로 부앙 이동된다. 작업 도구로서의 버킷(10)은, 아암(9)의 선단측에서 버킷 실린더(10A)에 의해 상, 하로 회전 운동되는 것이다.
이어서, 본 실시 형태에 이용되는 붐에 대하여 설명한다.
붐(11)은 작업 장치(8)의 작업 아암을 구성하고 있다. 이 붐(11)은, 붐 실린더(11A)에 의해 선회 프레임(4)에 대하여 상, 하로 부앙 이동되는 것이다. 여기서, 붐(11)은, 궁형 형상으로 만곡하면서 전, 후 방향(붐(11)의 길이 방향)으로 연장되는 장척인 상자형 구조체(12)와, 상자형 구조체(12)의 후단측에 설치된 후술의 풋측 장착 부재(31)와, 상자형 구조체(12)의 전단측에 설치된 후술의 아암측 장착 부재(33)로 구성되어 있다.
여기서, 붐(11)의 주요부를 구성하는 상자형 구조체(12)에 대하여 설명한다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 상자형 구조체(12)는, 좌, 우 방향으로 간격을 두고 대면하면서 전, 후 방향으로 연장된 좌측판(13), 우측판(13')과, 각 측판(13, 13')의 상단측에 용접에 의해 접합된 상판(15)과, 각 측판(13, 13')의 하단측에 용접에 의해 접합된 하판(17)에 의해 형성되어 있다. 이 상자형 구조체(12)는, 횡단면이 사각형인 폐쇄 단면 구조를 가지고 있다.
좌측판(13), 우측판(13'), 상판(15) 및 하판(17)은, 예를 들면 고장력강으로 이루어지는 판재를 이용하여 형성되고, 이로써 각 판재의 판 두께를 가능한 한 얇게 할 수 있도록 하고 있다. 마찬가지로, 후술의 각 칸막이판(29, 30), 풋측 장착 부재(31), 실린더 장착 보스 부재(32), 아암측 장착 부재(33), 실린더 브래킷(34)에 대해서도, 동일한 고장력강으로 이루어지는 강재를 이용하여 형성되어 있다.
이어서, 상자형 구조체(12)를 구성하는 좌측판(13)과 우측판(13')에 대하여, 구체적으로 설명한다.
즉, 좌측판(13)은 상자형 구조체(12)의 좌측면을 형성하고, 우측판(13')은 상자형 구조체(12)의 우측면을 형성하고 있다. 또한, 좌측판(13)과 우측판(13')은 서로 동일한 형상으로 형성되기 때문에, 좌측판(13)에 대하여 설명하고, 우측판(13')에 대해서는, 좌측판(13)에 대응하는 부호에 대시(')를 붙여, 그 설명은 생략한다. 또한, 붐(11)의 길이 방향인 전, 후 방향의 후단측이란, 유압 셔블(1)의 차량 후방에서 본 경우에 붐(11)의 후부측(선회 프레임(4)측)에 상당하고, 전, 후 방향의 전단측이란, 유압 셔블(1)의 차량 후방에서 본 경우에 붐(11)의 전부측(아암(9)측)에 상당하는 것이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 좌측판(13)은, 그 전체 길이 중 후단측(붐(11)의 풋측)에 위치하는 제 1 측판(13A)과, 그 전측에 순차 배치되어 서로 형상이 상이한 제 2 측판(13B), 제 3 측판(13C), 제 4 측판(13D) 및 제 5 측판(13E)으로 이루어지는 합계 5매의 판재를 접합함으로써 구성되어 있다.
전, 후 방향의 가장 후측에 위치하는 제 1 측판(13A)은, 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써, 상, 하 방향의 폭 치수가 후측으로부터 전측을 향해 점차 커지는 사각형 형상으로 형성되어 있다. 제 2 측판(13B)도, 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써, 상, 하 방향의 폭치수가 후측으로부터 전측을 향해 점차 커지는 사각형 형상으로 형성되어 있다.
좌측판(13) 중 전, 후 방향의 가장 중앙에 위치하는 제 3 측판(13C)은, 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써, 평행 사변형 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 제 3 측판(13C)의 상, 하 양단측은, 각각 미리 결정된 곡률을 가지고 원호 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제 3 측판(13C)에는 원형의 펀치 구멍(13C1)이 형성되고, 당해 펀치 구멍(13C1)에는, 후술하는 실린더 장착 보스 부재(32)의 좌측 환형상 플랜지부(32B)가 용접에 의해 접합된다. 한편, 제 4 측판(13D)은, 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써, 그 상측 바닥이 하측 바닥보다 긴 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다.
좌측판(13) 중 전, 후 방향의 가장 전측(전단측)에 위치하는 제 5 측판(13E)은, 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써, 상, 하방향의 폭 치수가 후측으로부터 전측을 향해 점차 작아지는 사각형 형상으로 형성되어 있다. 제 5 측판(13E)은, 제 1 측판(13A)∼제 5 측판(13E) 중에서 전, 후 방향의 길이 치수가 가장 크고, 그 판 두께는 가장 얇게 형성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 측판(13A)의 전단은, 제 2 측판(13B)의 후단에 맞대기 용접되고, 제 1 측판(13A)과 제 2 측판(13B)은 용접선(14A)을 따라 접합된다. 제 2 측판(13B)의 전단은, 제 3 측판(13C)의 후단에 맞대기 용접되고, 제 2 측판(13B)과 제 3 측판(13C)은 용접선(14B)을 따라 접합된다. 제 3 측판(13C)의 전단은, 제 4 측판(13D)의 후단에 맞대기 용접되고, 제 3 측판(13C)과 제 4 측판(13D)은 용접선(14C)을 따라 접합된다. 또한, 제 4 측판(13D)의 전단은, 제 5 측판(13E)의 후단에 맞대기 용접되고, 제 4 측판(13D)과 제 5 측판(13E)은 용접선(14D)을 따라 접합된다.
한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 우측판(13')을 구성하는 제 1 측판(13A')과 제 2 측판(13B')은 용접선(14A')을 따라 접합되고, 제 2 측판(13B')과 제 3 측판(13C')은 용접선(14B')을 따라 접합되며, 제 3 측판(13C')과 제 4 측판(13D')은 용접선(14C')을 따라 접합되고, 제 4 측판(13D')과 제 5 측판(13E')은 용접선(14D')을 따라 접합된다.
여기서, 좌측판(13)을 구성하는 제 1 측판(13A)∼제 5 측판(13E) 중, 그 하중 분담이 가장 커지는 것은 제 1 측판(13A)과 제 3 측판(13C)이며, 제 1 측판(13A)의 판 두께(t1a)와 제 3 측판(13C)의 판 두께(t1c)는 가장 크게 설정되어 있다. 이 때문에, 제 1 측판(13A)의 판 두께(t1a)와, 제 2 측판(13B)의 판 두께(t1b)와, 제 3 측판(13C)의 판 두께(t1c)와, 제 4 측판(13D)의 판 두께(t1d)와, 제 5 측판(13E)의 판 두께(t1e)는, 하기 수학식 1과 같은 관계에 있다.
[수학식 1]
t1a=t1c>t1b=t1d>t1e
우측판(13')을 구성하는 제 1 측판(13A')∼제 5 측판(13E')의 판 두께도, 좌측판(13)을 구성하는 제 1 측판(13A)∼제 5 측판(13E)의 판 두께와 동일한 관계를 가지고 있다.
이어서, 상자형 구조체(12)를 구성하는 상판(15)에 대하여, 구체적으로 설명한다.
상판(15)은, 좌측판(13) 및 우측판(13')의 상단측에 필렛 용접에 의해 접합되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 상판(15)은, 상판(15)의 전체 길이 중 전, 후 방향의 후측에 위치하는 후측 상판(15A)과, 전, 후 방향의 전측에 위치하는 전측 상판(15B)과, 후측 상판(15A)과 전측 상판(15B)의 사이에 배치되는 중간 상판(15C)으로 이루어지는 합계 3매의 판재에 의해 구성되어 있다. 중간 상판(15C)은, 후술의 실린더 장착 보스 부재(32)를 상방으로부터 덮는 위치에 배치된다.
후측 상판(15A), 전측 상판(15B) 및 중간 상판(15C)은, 각각 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써 사각형 형상으로 형성되고, 서로 상이한 형상을 가지며 전, 후 방향으로 연장되어 있다. 그 길이 치수는, 후측 상판(15A)이 가장 짧고, 중간 상판(15C)이 가장 길며, 전측 상판(15B)은 양자의 중간의 길이로 형성되어 있다.
상판(15)은, 후술의 실린더 브래킷(34)이 중간 상판(15C)의 외측면에 접합되기 때문에, 중간 상판(15C)의 판 두께(t2c)가 가장 두껍고, 전측 상판(15B)의 판 두께(t2b)가 가장 얇으며, 후측 상판(15A)의 판 두께(t2a)가 중간의 판 두께로 설정되어 있다. 따라서, 후측 상판(15A)의 판 두께(t2a), 전측 상판(15B)의 판 두께(t2b) 및 중간 상판(15C)의 판 두께(t2c)는, 하기 수학식 2와 같은 관계에 있다.
[수학식 2]
t2c>t2a>t2b
중간 상판(15C)의 후단은, 후측 상판(15A)의 전단에 맞대기 용접되고, 중간 상판(15C)과 후측 상판(15A)은 용접선(16A)을 따라 접합된다. 전측 상판(15B)의 후단은, 중간 상판(15C)의 전단에 맞대기 용접되고, 전측 상판(15B)과 중간 상판(15C)은 용접선(16B)을 따라 접합된다.
상판(15)은, 후측 상판(15A)과 전측 상판(15B)의 사이에 중간 상판(15C)을 접합한 상태에서, 판이음 후의 롤 가공이 실시된다. 이에 따라, 상판(15)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 만곡된다. 즉, 상판(15)의 후측 상판(15A)과 중간 상판(15C)은, 좌, 우의 측판(13, 13')의 상단측에 있어서의 원호 형상의 윤곽선을 따른 형상으로 만곡된다.
이어서, 상자형 구조체(12)를 구성하는 하판(17)에 대하여, 구체적으로 설명한다.
하판(17)은, 좌측판(13) 및 우측판(13')의 하단측에 용접에 의해 접합되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 하판(17)은, 하판(17)의 전단측에 위치하는 제 1 전측 하판(17A)과, 당해 제 1 전측 하판(17A)의 후측에 위치하는 제 2 전측 하판(17B)과, 당해 제 2 전측 하판(17B)의 후측에 위치하는 제 3 전측 하판(17C)과, 당해 제 3 전측 하판(17C)의 후측에 위치하는 후측 하판(17D)으로 구성되어 있다. 또한, 후측 하판(17D)은, 제 1 후측 하판(17D1)과, 당해 제 1 후측 하판(17D1)의 후측에 위치하는 제 2 후측 하판(17D2)과, 당해 제 2 후측 하판(17D2)의 후측에 위치하는 제 3 후측 하판(17D3)의 3매의 판재에 의해 구성되어 있다. 즉, 하판(17)은 합계 6매의 판재에 의해 구성되어 있다.
제 1 전측 하판(17A), 제 2 전측 하판(17B), 제 3 전측 하판(17C)은, 각각 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써 사각형 형상으로 형성되고, 서로 상이한 형상을 가지며 전, 후 방향으로 연장되어 있다. 제 1 전측 하판(17A)의 길이 치수는 가장 짧게 설정되고, 제 2 전측 하판(17B)의 길이 치수는 가장 길게 설정되어 있다. 제 3 전측 하판(17C)의 길이 치수는, 제 1 전측 하판(17A)보다 길게, 제 2 전측 하판(17B)보다 짧게 설정되어 있다.
도 6 내지 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 전측 하판(17A)의 판 두께(t3a)는 가장 두껍고, 후술하는 아암측 장착 부재(33)를 구성하는 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)와 같은 두께로 설정되어 있다. 한편, 제 2 전측 하판(17B)의 판 두께(t3b)와 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께(t3c)는 같게 설정되어 있다. 따라서, 제 1 전측 하판(17A)의 판 두께(t3a)와, 제 2 전측 하판(17B)의 판 두께(t3b)와, 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께(t3c)와, 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)는, 하기 수학식 3과 같은 관계에 있다.
[수학식 3]
t3a=t4>t3b=t3c
여기서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)과 제 2 전측 하판(17B)의 전단(17B1)은, 상판(15)에 조립된 좌, 우의 측판(13, 13')의 하단측에 접합되는 전(前)단계에서, 미리 맞대기 용접된다. 이에 따라, 전측이 제 1 전측 하판(17A)이 되고 후측이 제 2 전측 하판(17B)이 된 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)이 형성된다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)과 제 2 전측 하판(17B)의 전단(17B1)의 사이에는, 판 두께 방향의 양측으로부터 맞대기 용접을 행하기 위한 X형 개선(19)이 형성되어 있다. 따라서, 이 X형 개선(19)의 위치에서 판 두께 방향의 양측으로부터 양면 용접을 행함으로써, 제 1 전측 하판(17A)과 제 2 전측 하판(17B)이 용접 비드(20)에 의해 접합된 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)이 형성된다. 이 경우, 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)과 제 2 전측 하판(17B)의 전단(17B1)은, X형 개선(19)에 의해 판 두께 방향의 양측으로부터 양면 용접이 실시됨으로써, 판 두께의 전역에 걸쳐 용입된 완전 용접의 상태로 접합된다.
한편, 후측 하판(17D)을 구성하는 제 1 후측 하판(17D1), 제 2 후측 하판(17D2), 제 3 후측 하판(17D3)은, 고장력강으로 이루어지는 평판재를 프레스 성형함으로써 사각형 형상으로 형성되고, 서로 상이한 형상을 가지며 전, 후 방향으로 연장되어 있다.
제 1 후측 하판(17D1)의 길이 치수는 가장 길게 설정되고, 제 2 후측 하판(17D2)의 길이 치수는 가장 짧게 설정되어 있다. 제 3 후측 하판(17D3)의 길이 치수는, 제 1 후측 하판(17D1)보다 짧고, 제 2 후측 하판(17D2)보다 길게 설정되어 있다. 한편, 제 1 후측 하판(17D1)의 판 두께(t3d)는 가장 두껍고, 제 2 후측 하판(17D2)의 판 두께(t3e)와 제 3 후측 하판(17D3)의 판 두께(t3f)는 같게 설정되어 있다. 따라서, 제 1 후측 하판(17D1)의 판 두께(t3d)와, 제 2 후측 하판(17D2)의 판 두께(t3e)와, 제 3 후측 하판(17D3)의 판 두께(t3f)는, 하기 수학식 4와 같은 관계에 있다.
[수학식 4]
t3d>t3e=t3f
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 후측 하판(17D1)에는 판이음 전의 롤 가공이 실시되고, 제 1 후측 하판(17D1)은, 좌측판(13)의 하단측에 있어서의 원호 형상의 윤곽선을 따른 형상으로 만곡되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 후측 하판(17D1)의 전단은, 제 3 전측 하판(17C)의 후단에 맞대기 용접되고, 제 1 후측 하판(17D1)과 제 3 전측 하판(17C)은, 용접선(21A)을 따라 접합된다. 서로 접합된 제 1 후측 하판(17D1)과 제 3 전측 하판(17C)은, 상판(15)에 조립되어 용접된 각 측판(13, 13')에 대하여, 길이 방향 중간부의 하단측을 폐색하도록 용접에 의해 접합된다.
제 2 후측 하판(17D2)은, 제 1 후측 하판(17D1)보다 후측에 배치되고, 각 측판(13, 13')에 대하여, 그 하단측을 폐색하도록 용접에 의해 접합된다. 이 때, 제 2 후측 하판(17D2)의 전단은, 제 1 후측 하판(17D1)의 후단에 맞대기 용접되고, 제 2 후측 하판(17D2)과 제 1 후측 하판(17D1)은, 용접선(21B)을 따라 접합된다. 또한, 제 3 후측 하판(17D3)은, 제 2 후측 하판(17D2)보다 후측에 배치되고, 각 측판(13, 13')에 대하여, 그 하단측을 폐색하도록 용접에 의해 접합된다. 이 때, 제 3 후측 하판(17D3)의 전단은, 제 2 후측 하판(17D2)의 후단에 맞대기 용접되며, 제 3 후측 하판(17D3)과 제 2 후측 하판(17D2)은, 용접선(21C)을 따라 접합된다. 제 3 후측 하판(17D3)의 후단은, 후술하는 풋측 장착 부재(31)의 보스부(31A)에 용접에 의해 접합된다.
여기서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상자형 구조를 이루는 붐(11)을 형성할 때에는, 상판(15)에 조립된 각 측판(13, 13')의 하단측에 하판(17)을 접합하는 전단계에서, 각 측판(13, 13')과 상판(15)의 후단측에 풋측 장착 부재(31)를 접합함과 함께, 각 측판(13, 13')과 상판(15)의 전단측에 아암측 장착 부재(33)를 접합한다. 이 상태에서, 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)과 제 3 전측 하판(17C)의 사이에는 개구부(22)가 형성되고, 이 개구부(22)는, 덮개가 되는 두께에 차이를 갖는 판(18)에 의해 폐색되는 것이다. 즉, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)을 접합함과 함께, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)과 제 3 전측 하판(17C)을 접합함으로써, 상자형 구조체(12)를 구성하는 각 측판(13, 13')의 하단측을 완전히 폐색할 수 있다.
이 경우, 도 12에 나타내는 바와 같이, 후술하는 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)에는, 상자형 구조체(12)의 내부측에 위치하여 백킹재(23)가 설치되어 있다. 이 백킹재(23)는, 각 측판(13, 13')의 간격과 같은 길이 치수를 가지고, 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)에 미리 용접에 의해 고착되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과, 아암측 장착 부재(33)를 구성하는 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)의 사이에는, 백킹재(23)를 향해 V자 형상으로 경사진 V형 개선(24)이 형성되어 있다. 따라서, 이 V형 개선(24)의 위치에서, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접을 행함으로써, 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)의 사이는, 용접 비드(25)에 의해 접합할 수 있다(도 9 참조).
한편, 도 12에 나타내는 바와 같이, 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)에는, 상자형 구조체(12)의 내부측에 위치하여 백킹재(26)가 설치되어 있다. 이 백킹재(26)는, 각 측판(13, 13')의 간격과 같은 길이 치수를 가지고, 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)에 미리 용접에 의해 고착되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과, 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)의 사이에는, 백킹재(26)를 향해 V자 형상으로 경사진 V형 개선(27)이 형성되어 있다. 따라서, 이 V형 개선(27)의 위치에서, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접을 행함으로써, 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)의 사이는, 용접 비드(28)에 의해 접합할 수 있다(도 11 참조).
도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 칸막이판(29)은 상자형 구조체(12)의 내부에 설치되어 있다. 이 제 1 칸막이판(29)은, 각 측판(13, 13')을 구성하는 제 2 측판(13B, 13B')과, 상판(15)과, 하판(17)의 사이에 접합되어 있다. 제 1 칸막이판(29)의 상단은, 상판(15)의 중간 상판(15C)에 용접에 의해 접합되어 있다. 제 1 칸막이판(29)의 하단은, 하판(17)의 제 1 후측 하판(17D1)에 용접에 의해 접합되어 있다. 제 1 칸막이판(29)의 좌단은, 좌측판(13)의 제 2 측판(13B)에 용접에 의해 접합되고, 제 1 칸막이판(29)의 우단은, 우측판(13')의 제 2 측판(13B')에 용접에 의해 접합되어 있다.
제 2 칸막이판(30)은, 제 1 칸막이판(29)의 전측에 위치하여 상자형 구조체(12)의 내부에 설치되어 있다. 이 제 2 칸막이판(30)은, 각 측판(13, 13')을 구성하는 제 4 측판(13D, 13D')과, 상판(15)과, 하판(17)의 사이에 접합되어 있다. 제 2 칸막이판(30)의 상단은, 상판(15)의 중간 상판(15C)에 용접에 의해 접합되어 있다. 제 2 칸막이판(30)의 하단은, 하판(17)의 제 1 후측 하판(17D1)에 용접에 의해 접합되어 있다. 제 2 칸막이판(30)의 좌단은, 좌측판(13)의 제 4 측판(13D)에 용접에 의해 접합되고, 제 2 칸막이판(30)의 우단은, 우측판(13')의 제 4 측판(13D')에 용접에 의해 접합되어 있다.
이어서, 상자형 구조체(12)에 설치되는 풋측 장착 부재(31), 실린더 장착 보스 부재(32), 아암측 장착 부재(33), 실린더 브래킷(34)의 구성에 대하여 설명한다.
풋측 장착 부재(31)는 상자형 구조체(12)의 후단측에 설치되어 있다. 이 풋측 장착 부재(31)는, 유압 셔블(1)의 선회 프레임(4)에 연결핀(도시 생략)을 개재하여 회전 운동 가능하게 장착되는 것이다. 여기서, 풋측 장착 부재(31)는, 좌, 우 방향으로 연장되는 원통 형상의 보스부(31A)와, 보스부(31A)의 좌단측에 설치된 좌측 접합판(31B)과, 보스부(31A)의 우단측에 설치된 우측 접합판(31C)으로 구성되어 있다. 풋측 장착 부재(31)의 좌측 접합판(31B)은, 좌측판(13)을 구성하는 제 1 측판(13A)의 후단에 용접에 의해 접합되고, 풋측 장착 부재(31)의 우측 접합판(31C)은, 우측판(13')을 구성하는 제 1 측판(13A')의 후단에 용접에 의해 접합된다. 한편, 풋측 장착 부재(31)의 보스부(31A)에는, 상판(15)을 구성하는 후측 상판(15A)의 후단과, 하판(17)을 구성하는 제 3 후측 하판(17D3)의 후단이, 각각 용접에 의해 접합된다.
실린더 장착 보스 부재(32)는 상자형 구조체(12)의 길이 방향 중간부에 설치되어 있다. 이 실린더 장착 보스 부재(32)는, 도 1에 나타나는 붐 실린더(11A)의 로드 선단이 회전 운동 가능하게 핀 결합되는 것이다. 여기서, 실린더 장착 보스 부재(32)는, 좌, 우 방향으로 연장되는 원통 형상의 보스부(32A)와, 보스부(32A)의 좌단측에 설치된 좌측 환형상 플랜지부(32B)와, 보스부(32A)의 우단측에 설치된 우측 환형상 플랜지부(32C)로 구성되어 있다. 실린더 장착 보스 부재(32)의 좌측 환형상 플랜지부(32B)는, 좌측판(13)을 구성하는 제 3 측판(13C)에 형성된 펀치 구멍(13C1)의 주위에 용접에 의해 접합되고, 우측 환형상 플랜지부(32C)는, 우측판(13')을 구성하는 제 3 측판(13C')에 형성된 펀치 구멍(13C1')의 주위에 용접에 의해 접합된다.
아암측 장착 부재(33)는 상자형 구조체(12)의 전단에 설치되어 있다. 이 아암측 장착 부재(33)는, 도 1에 나타나는 아암(9)의 기단측이 연결 핀(도시 생략)을 개재하여 회전 운동 가능하게 장착되는 것이다. 여기서, 아암측 장착 부재(33)는, 집게 형상을 이루는 좌, 우 한 쌍의 브래킷부(33A)와, 당해 각 브래킷부(33A) 사이를 일체적으로 연결하는 이음매부(33B)로 구성되어 있다. 이음매부(33B)에는, 좌측판(13)을 구성하는 제 5 측판(13E)의 전단에 용접에 의해 접합되는 좌측 접합판(33C)과, 우측판(13')을 구성하는 제 5 측판(13E')의 전단에 용접에 의해 접합되는 우측 접합판(33D)과, 상판(15)을 구성하는 전측 상판(15B)의 전단에 용접에 의해 접합되는 상측 접합판(33E)과, 하판(17)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)에 용접에 의해 접합되는 하측 접합판(33F)이 설치되어 있다. 이 경우, 도 6 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)는, 제 1 전측 하판(17A)의 판 두께(t3a)와 같은 두께로 설정되고, 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)에는, 백킹재(23)가 고착되어 있다.
실린더 브래킷(34)은 상자형 구조체(12)를 구성하는 상판(15)의 길이 방향의 중간부에 설치되어 있다. 이 실린더 브래킷(34)은, 도 1에 나타나는 아암 실린더(9A)의 보텀측이 회전 운동 가능하게 핀 결합되는 것이다. 여기서, 실린더 브래킷(34)은, 좌, 우 방향으로 간격을 두고 대면하는 한 쌍의 판체로 이루어지고, 상판(15)을 구성하는 중간 상판(15C)의 상면측에 용접에 의해 접합되어 있다.
본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은 상기 서술과 같은 구성을 가지는 것으로, 이어서, 붐(11)의 제조 공정에 대하여, 도 3 내지 도 14를 참조하여 설명한다.
좌측판(13)에 대해서는, 제 1 측판(13A)과 제 2 측판(13B)을, 용접선(14A)을 따라 맞대기 용접하고, 제 2 측판(13B)과 제 3 측판(13C)을, 용접선(14B)을 따라 맞대기 용접한다. 또한, 제 3 측판(13C)과 제 4 측판(13D)을, 용접선(14C)을 따라 맞대기 용접하고, 제 4 측판(13D)과 제 5 측판(13E)을, 용접선(14D)을 따라 맞대기 용접한다. 이에 따라 제 1 측판(13A)∼제 5 측판(13E)을 용접에 의해 접합하여 이루어지는 좌측판(13)이 형성된다.
이와 마찬가지로, 우측판(13')에 관해서도, 제 1 측판(13A')과 제 2 측판(13B')을 용접선(14A')을 따라 용접하고, 제 2 측판(13B')과 제 3 측판(13C')을 용접선(14B')을 따라 용접하며, 제 3 측판(13C')과 제 4 측판(13D')을 용접선(14C')을 따라 용접하고, 제 4 측판(13D')과 제 5 측판(13E')을 용접선(14D')을 따라 맞대기 용접한다. 이에 따라, 제 1 측판(13A')∼제 5 측판(13E')을 용접에 의해 접합하여 이루어지는 우측판(13')이 형성된다.
상판(15)에 대해서는, 후측 상판(15A)과 중간 상판(15C)을, 용접선(16A)을 따라 맞대기 용접하고, 중간 상판(15C)과 전측 상판(15B)을, 용접선(16B)을 따라 맞대기 용접한다. 후측 상판(15A)과 전측 상판(15B)의 사이에 중간 상판(15C)을 접합하여 이루어지는 상판(15)이 형성된 상태에서, 이 상판(15)에 롤 가공을 실시한다. 이에 따라, 후측 상판(15A)과 중간 상판(15C)을, 각 측판(13, 13')의 상단측에 있어서의 원호 형상의 윤곽선을 따라 만곡시킨다.
하판(17)에 대해서는, 후측 하판(17D)을 구성하는 제 1 후측 하판(17D1)에 롤 가공을 실시한다. 이에 따라, 제 1 후측 하판(17D1)을, 각 측판(13, 13')의 하단측에 있어서의 원호 형상의 윤곽선을 따라 만곡시킨다.
이어서, 각 측판(13, 13')의 사이에, 제 1, 제 2 칸막이판(29, 30), 실린더 장착 보스 부재(32)를 배치한 상태에서, 각 측판(13, 13')의 상단측에 상판(15)을 용접에 의해 접합한다. 또한, 상판(15)을 구성하는 중간 상판(15C)의 상면측에, 실린더 브래킷(34)을 용접에 의해 접합한다.
이어서, 각 측판(13, 13')과 상판(15)의 후단측에 풋측 장착 부재(31)를 접합한다. 즉, 좌측판(13)을 구성하는 제 1 측판(13A)의 후단을 풋측 장착 부재(31)의 좌측 접합판(31B)에 맞대기 용접하고, 우측판(13')을 구성하는 제 1 측판(13A')의 후단을 풋측 장착 부재(31)의 우측 접합판(31C)에 맞대기 용접한다. 또한, 상판(15)을 구성하는 후측 상판(15A)의 후단을, 풋측 장착 부재(31)의 보스부(31A)에 용접한다.
한편, 각 측판(13, 13')과 상판(15)의 전단측에 아암측 장착 부재(33)를 접합한다. 즉, 좌측판(13)을 구성하는 제 5 측판(13E)의 전단을, 아암측 장착 부재(33)를 구성하는 좌측 접합판(33C)에 맞대기 용접함과 함께, 우측판(13')을 구성하는 제 5 측판(13E')의 전단을, 아암측 장착 부재(33)를 구성하는 우측 접합판(33D)에 맞대기 용접한다. 또한, 상판(15)을 구성하는 전측 상판(15B)의 전단을, 아암측 장착 부재(33)를 구성하는 상측 접합판(33E)에 맞대기 용접한다.
이렇게 하여, 조립된 각 측판(13, 13')과 상판(15)에 대하여, 제 1, 제 2 칸막이판(29, 30), 풋측 장착 부재(31), 실린더 장착 보스 부재(32), 아암측 장착 부재(33), 실린더 브래킷(34)을 장착한 상태에서, 각 측판(13, 13')의 하단측에 하판(17)을 접합한다.
우선, 제 1 후측 하판(17D1)의 전단에, 제 3 전측 하판(17C)의 후단을 맞대기 용접함으로써, 제 1 후측 하판(17D1)과 제 3 전측 하판(17C)을 용접선(21A)을 따라 접합하고, 이들 제 1 후측 하판(17D1)과 제 3 전측 하판(17C)에 의하여, 상판(15)에 조립된 각 측판(13, 13')의 하단측을 폐색한다.
또한, 제 2 후측 하판(17D2)의 전단을, 제 1 후측 하판(17D1)의 후단에 맞대기 용접함으로써, 제 2 후측 하판(17D2)과 제 1 후측 하판(17D1)을 용접선(21B)을 따라 접합한다. 또한, 제 3 후측 하판(17D3)의 전단을, 제 2 후측 하판(17D2)의 후단에 맞대기 용접하고, 제 3 후측 하판(17D3)과 제 2 후측 하판(17D2)을 용접선(21C)을 따라 접합함과 함께, 제 3 후측 하판(17D3)의 후단을, 풋측 장착 부재(31)의 보스부(31A)에 용접에 의해 접합한다.
이렇게 하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상판(15)에 조립된 각 측판(13, 13')의 하단측을, 제 1 후측 하판(17D1)∼제 3 후측 하판(17D3)으로 이루어지는 후측 하판(17D)과, 제 3 전측 하판(17C)에 의해 폐색한다. 이 상태에서, 제 3 전측 하판(17C)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 사이에는, 개구부(22)가 형성된다. 이 경우, 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)에는 백킹재(26)가 미리 설치되고, 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)에는 백킹재(23)가 미리 설치되어 있다.
이어서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)과 제 2 전측 하판(17B)의 전단(17B1)을 맞대기 용접하여, 전측이 제 1 전측 하판(17A)이 되고 후측이 제 2 전측 하판(17B)이 된 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)을 형성한다. 이 경우, 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)과 제 2 전측 하판(17B)의 전단(17B1)의 사이에는, X형 개선(19)이 형성되어 있다. 따라서, 이 X형 개선(19)의 위치에서 판 두께 방향의 양측으로부터 용접 토치(35)를 이용하여 양면 용접을 행함으로써, 큰 강도를 가지는 두께에 차이를 갖는 판(18)을 형성할 수 있다.
이어서, 도 12 내지 도 14에 나타내는 바와 같이, 각 측판(13, 13')의 하단측에 접합된 제 3 전측 하판(17C)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)에 대하여, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 용접에 의해 접합한다. 우선, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)을, 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)에 설치된 백킹재(23)에 맞닿게 한다. 이 상태에서, 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)에 대하여, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접을 행한다.
이 경우, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 1 전측 하판(17A)의 판 두께(t3a)는, 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)와 같게 설정되고, 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)의 사이에는, 백킹재(23)를 향해 V자 형상으로 경사진 V형 개선(24)이 형성되어 있다. 따라서, 이 V형 개선(24)의 위치에서의 용접은, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 용접 토치(35)를 이용한 편면 용접으로 행해진다. 이에 따라, 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)의 사이를 용접 비드(25)에 의해 강고하게 접합할 수 있다(도 9 참조).
이어서, 도 14에 나타내는 바와 같이, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)을, 제 3 전측 하판(17C)에 설치된 백킹재(26)에 맞닿게 한다. 이 상태에서, 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)에 대하여, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 맞대기 용접을 행한다.
이 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 2 전측 하판(17B)의 판 두께(t3b)와 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께(t3c)는 같게 설정되어 있다. 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)의 사이에는, 백킹재(26)를 향해 V자 형상으로 경사진 V형 개선(27)이 형성되어 있다. 따라서, 이 V형 개선(27)의 위치에서의 용접은, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 용접 토치(35)를 이용한 편면 용접으로 행해진다. 이에 따라, 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)의 사이를 용접 비드(28)에 의해 강고하게 접합할 수 있다(도 11 참조).
이와 같이 하여, 각 측판(13, 13')의 하단측에 접합된 제 3 전측 하판(17C)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 사이의 개구부(22)를, 두께에 차이를 갖는 판(18)에 의해 폐색할 수 있어, 폐쇄 단면 구조를 이루는 상자형 구조체(12)를 가지는 붐(11)을 형성할 수 있다.
이렇게 하여, 본 실시 형태에 의하면, 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)와 같은 판 두께(t3a)를 가지는 제 1 전측 하판(17A)과, 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께(t3c)와 같은 판 두께(t3b)를 가지는 제 2 전측 하판(17B)의 사이에, X형 개선(19)이 형성되어 있다. 따라서, 제 1 전측 하판(17A)과 제 2 전측 하판(17B)을, 미리 다른 장소에서, X형 개선(19)의 위치에서 판 두께 방향의 양측으로부터 양면 용접함으로써, 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)으로서 형성할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 양자가 판 두께의 전역에 걸쳐 용입된 완전 용접에 의해 접합되어, 용접부의 피로 강도가 높은 두께에 차이를 갖는 판(18)을 형성할 수 있다.
게다가, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)의 판 두께(t3a)는, 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)와 같다. 이 때문에, 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)을, 백킹재(23)를 이용하여 외측으로부터 편면 용접한 경우라도, 제 1 전측 하판(17A)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 용접부(용접 비드(25))의 피로 강도를 높게 할 수 있다. 한편, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)의 판 두께(t3b)는, 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께(t3c)와 같다. 이 때문에, 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)을, 백킹재(26)를 이용하여 외측으로부터 편면 용접한 경우라도, 제 2 전측 하판(17B)과 제 3 전측 하판(17C)의 용접부(용접 비드(28))의 피로 강도를 높게 할 수 있다.
따라서, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)은, 백킹재(23)를 이용하여 외측으로부터 편면 용접한다. 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)과 제 3 전측 하판(17C)은, 백킹재(23)를 이용하여 외측으로부터 편면 용접한다. 이에 따라, 상자형 구조체(12) 전체의 피로 강도를 높일 수 있어, 붐(11)의 내구성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제 1 전측 하판(17A)과 하측 접합판(33F)에 대한 용접 작업과, 제 2 전측 하판(17B)과 제 3 전측 하판(17C)에 대한 용접 작업을, 상자형 구조체(12) 내의 협애한 작업 스페이스 내에서 무리한 작업 자세로 행할 필요가 없어, 상자형 구조체(12)의 외측에서 여유를 가지고 행할 수 있다. 이 결과, 용접 품질을 높일 수 있고, 제 1, 제 2 전측 하판(17A, 17B)에 의해 상자형 구조체(12)를 확실하게 폐색함으로써, 붐(11) 전체의 피로 강도를 높일 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 전측 하판(17A, 17B)을 용접할 때의 작업성을 높일 수 있다.
이어서, 본 실시 형태에 의한 붐(11)과, 도 15 및 도 16에 나타내는 비교예에 의한 붐(100)의 비교에 대하여 설명한다.
우선, 비교예에 의한 붐(100)은, 본 실시 형태에 의한 붐(11)과 대략 동일하게, 좌, 우의 측판(101)(좌측만 도시)과, 상판(102)과, 하판(103)과, 아암측 장착 부재(104)를 가지고 있다.
여기서, 하판(103)은, 전측(아암측 장착 부재(104)측)으로부터 차례로 제 1 전측 하판(103A), 제 2 전측 하판(103B), 제 3 전측 하판(103C)을 가지고 있다. 제 3 전측 하판(103C)은, 제 1, 제 2 전측 하판(103A, 103B)에 앞서 측판(101)의 하단측에 접합되어 있다. 한편, 아암측 장착 부재(104)는, 브래킷부(104A)와 이음매부(104B)로 이루어지고, 이음매부(104B)는, 좌, 우의 접합판(104C), 상측 접합판(104D), 하측 접합판(104E)을 가지고 있다. 제 1 전측 하판(103A)과 제 2 전측 하판(103B)의 판 두께(t5a)는, 제 3 전측 하판(103C)의 판 두께(t5b)와 같으며, 아암측 장착 부재(104)의 하측 접합판(104E)의 판 두께(t5c)보다 얇게 설정되어 있다(t5a=t5b<t5c).
이 경우, 제 1 전측 하판(103A)의 판 두께(t5a)는, 아암측 장착 부재(104)의 하측 접합판(104E)의 판 두께(t5c)보다 얇다. 이 때문에, 제 1 전측 하판(103A)과 아암측 장착 부재(104)의 하측 접합판(104E)에 대하여, 백킹재를 이용하여 편면 용접을 행한 경우에는, 용접부의 피로 강도가 낮아져 버린다. 이 때문에, 비교예에 있어서는, 제 1 전측 하판(103A)과 아암측 장착 부재(104)의 하측 접합판(104E)에 대하여, 양면 용접을 행함으로써 용접부의 피로 강도를 높게 하는 것을 생각할 수 있다.
따라서, 아암측 장착 부재(104)의 하측 접합판(104E)의 후단과 제 1 전측 하판(103A)의 전단에 대하여 양면 용접이 행해진다. 이 때, 도 16에 나타내는 바와 같이, 작업자(W)는, 좌, 우의 측판(101)과 상판(102)에 의해 둘러싸인 협애한 공간 내에서 무리한 작업 자세로 용접 작업을 행할 필요가 있어, 용접부에 대한 시인성이 저하된다. 이 결과, 용접 작업의 작업성이 나쁠 뿐만 아니라, 아암측 장착 부재(104)의 하측 접합판(104E)과 제 1 전측 하판(103A)의 사이의 용접부의 용접 품질이 저하되어 피로 강도가 낮아져, 붐(100)의 내구성이 저하될 우려가 있다.
이에 비하여, 본 실시 형태에 의한 붐(11)에 의하면, 제 1 전측 하판(17A)과 제 2 전측 하판(17B)은, 붐(11)에 직접 용접을 실시하는 것이 아니고, 미리 판 두께 방향의 양측으로부터 양면 용접함으로써 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)을 형성하고 있다. 이에 따라, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)의 판 두께(t3a)와 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 판 두께(t4)를 같게 하여, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)의 판 두께(t3b)와 제 3 전측 하판(17C)의 판 두께(t3c)를 같게 할 수 있다. 따라서, 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)을, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터, 백킹재(23)를 이용한 편면 용접에 의해 강고하게 접합할 수 있다. 또한, 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)을, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터, 백킹재(26)를 이용한 편면 용접에 의해 강고하게 접합할 수 있다. 이 결과, 상자형 구조체(12) 전체의 피로 강도를 높일 수 있어, 붐(11)의 내구성을 높일 수 있다.
게다가, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 1 전측 하판(17A)과 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)을 맞대기 용접하는 작업과, 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 제 2 전측 하판(17B)과 제 3 전측 하판(17C)을 맞대기 용접하는 작업을, 상자형 구조체(12)의 외측으로부터, 편면 용접에 의해 행할 수 있다. 이 결과, 제 1, 제 2 전측 하판(17A, 17B)을 용접할 때의 작업성을 높일 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시 형태에서는, 제 1 전측 하판(17A)∼제 3 전측 하판(17C)과 함께 하판(17)을 구성하는 후측 하판(17D)을, 제 1 후측 하판(17D1), 제 2 후측 하판(17D2), 제 3 후측 하판(17D3)의 3매의 판재를 이용하여 형성한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 1∼2매의 판재, 혹은 4매 이상의 판재를 이용하여 후측 하판을 형성해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시 형태에서는, 좌측판(13)을 제 1 측판(13A)∼제 5 측판(13E)의 5매의 판재를 이용하여 형성하고, 우측판(13')을 제 1 측판(13A')∼제 5 측판(13E')의 5매의 판재를 이용하여 형성한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 1∼4매의 판재, 혹은 6매 이상의 판재를 이용하여 좌, 우의 측판을 형성해도 된다.
이와 마찬가지로, 상기 서술한 실시 형태에서는, 상판(15)을, 후측 상판(15A), 전측 상판(15B), 중간 상판(15C)의 3매의 판재를 이용하여 형성한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 1매∼2매의 판재, 혹은 4매 이상의 판재를 이용하여 상판을 형성해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시 형태에서는, 건설 기계의 대표예로서 크롤러식의 유압 셔블(1)에 이용되는 붐(11)을 예로 들어 설명하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 휠식의 유압 셔블 등의 다른 건설 기계에 이용되는 붐에 널리 적용할 수 있다.
1 유압 셔블(건설 기계)
11 붐
13 좌측판
13' 우측판
15 상판
17 하판
17A 제 1 전측 하판
17A1, 17B2, 33F1 후단
17A2, 17B1, 17C1 전단
17B 제 2 전측 하판
17C 제 3 전측 하판
17D 후측 하판
18 두께에 차이를 갖는 판
19 X형 개선
23, 26 백킹재
24, 27 V형 개선
31 풋측 장착 부재
33 아암측 장착 부재
33C 좌측 접합판
33D 우측 접합판
33E 상측 접합판
33F 하측 접합판

Claims (4)

  1. 좌, 우 방향으로 간격을 두고 대면하면서 전, 후 방향으로 연장되는 좌측판(13) 및 우측판(13')과, 당해 좌, 우의 측판(13), (13')의 상단측에 용접에 의해 접합되는 상판(15)과, 상기 좌, 우의 측판(13), (13')의 하단측에 용접에 의해 접합되는 하판(17)에 의해 횡단면이 사각형인 폐쇄 단면 구조를 이루는 상자형 구조체(12)를 형성하고,
    상기 상자형 구조체(12)에는, 상기 좌측판(13), 상기 우측판(13'), 상기 상판(15) 및 상기 하판(17)의 후단에 각각 용접에 의해 접합되는 풋측 장착 부재(31)를 설치하며,
    상기 상자형 구조체(12)에는, 상기 좌, 우의 측판(13), (13')의 전단이 각각 용접에 의해 접합되는 좌, 우의 접합판(33C), (33D)을 가짐과 함께, 상기 상판(15), 상기 하판(17)의 전단이 각각 용접에 의해 접합되는 상, 하의 접합판(33E), (33F)을 가지는 아암측 장착 부재(33)를 설치하고,
    상기 하판(17)은, 상기 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)에 용접에 의해 접합되는 제 1 전측 하판(17A)과, 당해 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)에 용접에 의해 접합되는 제 2 전측 하판(17B)과, 당해 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)에 용접에 의해 접합되는 제 3 전측 하판(17C)과, 당해 제 3 전측 하판(17C)의 후단에 접합되는 1매 또는 복수 매의 판재로 이루어지는 후측 하판(17D)으로 구성하여 이루어지는 건설 기계용 붐에 있어서,
    상기 제 1 전측 하판(17A)은, 상기 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)과 같은 판 두께를 가지는 판재로 이루어지고,
    상기 제 2 전측 하판(17B)은, 상기 제 3 전측 하판(17C)과 같은 판 두께를 가짐과 함께 상기 제 1 전측 하판(17A)보다 얇은 판 두께를 가지는 판재로 이루어지며,
    상기 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)에는, 백킹재(23)를 설치하고,
    상기 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)에는, 백킹재(26)를 설치하며,
    상기 제 1 전측 하판(17A)과 상기 제 2 전측 하판(17B)을 맞대어 완전 용접하여 1매의 두께에 차이를 갖는 판(18)을 형성하고,
    상기 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 상기 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)은, 상기 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)과 당해 하측 접합판(33F)에 설치한 상기 백킹재(23)에 대하여 상기 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접에 의해 접합하며,
    상기 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 상기 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)은, 상기 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)과 당해 제 3 전측 하판(17C)에 설치한 상기 백킹재(26)에 대하여 상기 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접에 의해 접합하는 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 붐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 상기 제 1 전측 하판(17A)의 후단(17A1)과 상기 제 2 전측 하판(17B)의 전단(17B1)의 사이에는 X형 개선(19)을 형성하고, 당해 X형 개선(19)에 대하여 판 두께 방향의 양측으로부터 양면 용접을 실시하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계용 붐.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 상기 제 1 전측 하판(17A)의 전단(17A2)과 상기 아암측 장착 부재(33)의 하측 접합판(33F)의 후단(33F1)의 사이에는 V형 개선(24)을 형성하고, 당해 V형 개선(24)에 대하여 상기 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접을 실시하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계용 붐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께에 차이를 갖는 판(18)을 구성하는 상기 제 2 전측 하판(17B)의 후단(17B2)과 상기 제 3 전측 하판(17C)의 전단(17C1)의 사이에는 V형 개선(27)을 형성하고, 당해 V형 개선(27)에 대하여 상기 상자형 구조체(12)의 외측으로부터 편면 용접을 실시하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계용 붐.
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