JP3765233B2 - バケット式掘削機のブーム及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、油圧ショベル等のバケット式掘削機のブーム及びその製造方法に関する。
背景技術
バケット式掘削機の一種である油圧ショベルは図1に示すように、下部走行体1に上部車体2を旋回自在に取付け、その上部車体2にブーム3を上下揺動自在に取付け、そのブーム3にアーム4を上下揺動自在に取付け、このアーム4の先端部にバケット5を上下首振り自在に取付ける。上部車体2とブーム3とに亘ってブーム用シリンダ6を連結し、ブーム3とアーム4とに亘ってアーム用シリンダ7を連結し、アーム4とバケット5とに亘ってバケット用シリンダ8を連結してある。
かかる油圧ショベルはブーム3、アーム4を上下に揺動すると共に、バケット5を上下首振りしながら上部車体2を左右に旋回して掘削及びダンプトラックへの積込み等の作業を行う。
前述のブーム3は図2に示すように、側面視ブーメラン状のブーム本体10と、このブーム本体10の長手方向一端部に接合した車体取付用ブラケット11と、ブーム本体10の長手方向他端部に接合したアーム連結用ブラケット12で構成されている。ブーム本体10は軽量とするために、図3に示すように上横板13、下横板14、左右の縦板15、15を直角に溶接した矩形断面の中空形状としてある。
ブーム3には図1に示すように、掘削時にバケットを土砂に貫入させるためにブーム3を上下方向に駆動させるために上下方向の負荷F1が作用し、貫入させてすくい取った土砂をダンプトラック等に積み込むために上部車体2を中心として旋回するために左右方向の負荷F2が作用するとともに、ねじれ負荷F3等が作用するので、これらの負荷に対して変形に耐えうるようにしてある。例えば、上下方向の負荷F1に対しては、図3に示すように幅Wに対して高さHを大きくしている。左右方向の負荷F2、ねじれ負荷F3に対しては、図3に示すように閉口した箱形構造物となるよう隔壁16を接合し、図4に示すようにブームシリンダ用ボス部18の縦板部には、ねじれ力や負荷分散のためにパイプ17などの断面拘束材を設けている。
油圧ショベルは上部車体2を中心としてブーム3、アーム4、バケット5からなる作業機の掘削能力に応じて上部車体2の後方にカウンタウエイト9を設けてあり、前述の作業機を軽量化すれば、上部車体2に後方のカウンタウエイト9を軽量にすることができ、さらには上部車体2の後方の突き出しが少なくなるため、上部車体2の後端旋回半径を小さくできる。
また、ブーム3、アーム4、バケット5からなる作業機を軽量化すれば、軽量にした分だけバケット容量を増し、作業量を増やすことが可能となる。
さらにブーム3はブーム用シリンダ6で上下に揺動され、そのブーム用シリンダ6の推力の一部がブーム3の自重を支持するものとして使用されるから、例えばブーム3を軽量とすればブーム用シリンダ6の推力をブーム3の上下揺動力として有効に利用できる。
一般的にバケット式掘削機の作業機の強度を考える場合、最も簡便な方法として作業機を材料力学で論じられている梁や薄肉管に置き換えて曲げやねじりに対する強度を評価することができる。
つまり、材料力学で用いられる以下の一般式(1)(2)で断面に発生する曲げ応力σ、せん断応力τを求めることができる。
(1)σ=M/Z
(ただし、σ:断面に発生する曲げ応力、M:断面にはたらく曲げモーメント、Z:断面係数)
(2)τ=T/2At
(ただし、τ:せん断応力、T:ねじりトルク、A:断面板厚中立線投影面積、t:断面板厚)
そして上記計算結果と使用材料の許容応力から適正な断面形状を定めることができる。また同様に材料力学の一般式を用いて梁のたわみや軸のねじれも計算することができ、これより作業機の剛性についても評価することができる。
しかし、このような評価方法で設計された作業機を実際に製作し、応力試験を行った場合、評価時に算出した応力値と異なる結果となることが多い。このようなことから、近年では応力評価の精度を向上させるために有限要素法(FEM)を用いたコンピュータによるシミュレーションを評価方法として用いるようになってきている。FEMシミュレーションを用いて応力計算を行ってみると、材料力学の梁や軸と見なしていた作業機の断面は、負荷を与える前後において、その形状が変化することがわかり、このことから断面形状が変化しないという前提の基にみちびかれている材料力学の一般式での計算応力と実際の応力試験を行った場合の計測応力が合致しないことが理解できる。
従来技術で用いられている矩形断面形状の作業機の場合、断面の変形強度を決定する要素は矩形角部の剛性と、矩形辺部の面外方向の剛性の2つである。これら2つの剛性が負荷に対して十分な強度をもたない場合、図5に示すような断面の変形が発生し、矩形角部に過大な応力が生じる。これらを防止するために、断面の変形が生じている部位に隔壁などの断面拘束材が必要になるが、これらを設けることにより、作業機の生産性が悪くなる。
このことをブーム3についてあてはめてみると、ブーム3は図3に示すように矩形断面中空形状であり、その断面剛性は角部aの曲げ剛性と四つの面(上横板13、下横板14、左右の縦板15、15)の面の曲げ剛性(面外方向剛性)により決定されるということである。つまり、断面の変形に対し面の曲げ剛性と角部の曲げ剛性の影響が大であり、例えば図3において、下板14を固定して矢印で示す荷重Fが作用した場合には、図5に模式的に示すように、各角部aが曲げ変形すると共に、上板13、左右の縦板15、15が面外方向(厚さ方向)に曲げ変形する。また、板厚を低減した場合の面外剛性の低下は板厚低下率の3乗に比例する。
このために、各部の板厚を薄くして大断面構造とすることにより軽量化したブームでは、ブーム3に左右方向の負荷F2、ねじれ負荷F3が作用したときに、図3に矢印b、cで示すように変形(ゆがみ)が生じ、ブーム全体の剛性が著しく低下するので、前述の隔壁16、パイプ17などの断面拘束材を強固なものとしなければならず、その断面拘束部材によりブーム重量が重くなるし、隔壁16、パイプ17のために構造が複雑化し、溶接部分の増加等により生産性にも問題がある。
また、ブーム3には図2に示すようにブーム用シリンダ6を連結するブームシリンダ用ボス部18、アーム用シリンダ7を連結するアームシリンダ用ブラケット19が設けてある。これらを設ける部分、例えば左右縦板15、15、上横板13の板厚を薄くすると面外方向の剛性が低下するため、面外方向の変形を増長させ、ブーム3の剛性が低下し、図3の仮想線で示すように変形することがあるため、ブーム本体10を形成する板材の板厚を薄くすることは困難である。
また、ブーム本体10を形成する各板材を直角として溶接しているから、その板材の板厚を薄くすると溶接継手効率が低下し、角継ぎ手の耐久性を確保することが困難となるため、ブーム本体10を形成する板材の板厚を薄くすることは困難である。
また、従来のブームは上横板13、下横板14、左右の縦板15、15をブーム本体10の形状に合わせてそれぞれ切断加工して形成し、各板材を直角となるように4カ所で溶接してブーム本体10とし、そのブーム本体10に車体取付用ブラケット11、アーム連結用ブラケット12を溶接しているので、各板材の加工が複雑であると共に、溶接箇所(溶接線)が長く、ブームの製作が多工程にわたるため複雑である。
なお、図6に示すように1枚の板をコの字状に折り曲げて上横板13、左右の縦板15、15を一体化したブームも知られているが、この場合でも板と下横板14を切断する行程、折り曲げる行程、2ヶの溶接箇所(溶接線)を溶接する行程を経るため、ブームの製作が多工程にわたり複雑である。
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにしたバケット式掘削機のブーム及びその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
第1の発明のバケット式掘削機のブームは、基端側が車体に取付けられ、先端側にアームの取付けられる側面視ブーメラン状のバケット式掘削機のブームにおいて、ブーム本体の横断面形状を中空の三角形状にしたことを特徴としている。
第1の発明によれば、ブーム本体23が横断面三角形状であるから、ブーム本体23は、負荷によって面外方向に断面変形しにくいという三角形のもつ性質から、隔壁、パイプ等の断面拘束材を用いることなしに断面形状の保持と剛性の確保が可能となる。このようであるから、ブーム本体23の板厚を薄くして軽量化できるし、隔壁、パイプ等の断面拘束材が不要になるために構造が簡単で、溶接部分が少ないから、耐久性ならびに生産性が向上する。したがって、第1の発明によれば、大幅な重量軽減が可能で、耐久性ならびに生産性に優れたブームとなる。
第2の発明のバケット式掘削機のブームは、第1の発明における横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部を円弧状に構成したことを特徴としている。
第2の発明によれば、ブーム本体23の横断面形状は、三辺を直線とし、二辺の各会合部を円弧状としたので、従来ブームの断面積に内接するように断面積を大きくできたので、断面性能を維持でき、角部を円弧にすることにより応力分散が可能となる。したがって、第2の発明によれば、大断面積を確保して断面性能を維持し、剛性の高いブームとなる。
第3の発明のバケット式掘削機のブームは、第2の発明におけるブーム本体23の断面形状において、下面が三角形状の底辺で上面が三角形状の頂部となる断面三角形状としたことを特徴とするものである。
下方に向けてブーメラン状に湾曲すると共に、その中間部の上下方向寸法が両端側よりも大きいブームの場合、その形状の特性として、ブーム先端部に左右方向の負荷(図1のF2)やねじり負荷(図1のF3)が作用したときには、力の伝達経路としては上面側の長さが下面側の長さに比べて長くなっているため、負荷の負担は、長さの短い下面側が大となる傾向がある。従って第3の発明のように、下面が三角形状の底面となるように構成すれば、これとは上下逆の場合よりも断面性能を一段と効率良く発揮できることになり、一段と重量軽減をなし得ることになる。またブームの軽量化を考える場合、長さの長い上面側に重量が大である底面を配するよりも、長さの短い下面側に底面を配した方が有利である。
第4の発明のバケット式掘削機のブームは、二辺の会合部が円弧状に構成された上面にアームシリンダ用ブラケット26を接合したことを特徴としている。
第4の発明によれば、ブーム本体23の頂部は剛性が大であるから、アームシリンダ用ブラケット26の取付部分の板厚が薄くても変形することがない。これによって、ブーム本体23のアームシリンダ用ブラケット26の取付部分の板厚を薄くしてブームをより一層軽量化できる。
第5の発明のバケット式掘削機のブームは、第2の発明におけるブーム本体23の断面形状は、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となり、その頂部が2つの円弧部と平坦部で構成された断面三角形状とし、この平坦部にアームシリンダ用ブラケット26を接合したことを特徴としている。
第5の発明によれば、ブーム本体23の頂部は平坦部であるから、平坦な頂部にアームシリンダ用ブラケット26を溶接する場合、溶接継手を隅肉溶接継手にすることによりアームシリンダ用ブラケット26の開先処理を不要にするとともに溶接継手ののど厚を確保できるので溶接強度が維持できる。したがって、ブーム本体23の頂部へのアームシリンダ用ブラケット26の溶接が容易になるとともに板厚が薄くても溶接強度を維持できる。
第6の発明のバケット式掘削機のブームは、第4又は第5の発明のいずれかにおいて、上記ブーム本体23の略中央部にブームシリンダを取付けるためのピン嵌合孔45を設け、先端部にアーム連結用ブラケット24を、基端部に車体取付用ブラケット25をそれぞれ接合したことを特徴としている。
第6の発明によれば、ブーム本体23にピン嵌合孔45を設けると共に、ブーム本体23に対してアーム連結用ブラケット24と車体取付用ブラケット25を溶接したので、溶接線が少なくまた部品構成が少なくて良い。したがって、溶接線が少ないために更に軽量化が図れると共に部品構成が少ないため、管理の手間が省ける。しかもこのようなブームに対して上下方向の負荷(図1のF1)が作用した場合、ブーム本体23におけるピン嵌合孔45よりも前方側は下面側、それよりも車体側は上面側がそれぞれ負荷の分担が大となるが、前方下面側は引っ張り荷重、車体側上面側は圧縮荷重が大となる。強度的にいえば、圧縮よりも引っ張り荷重が過酷であり、そのためブーム本体23の横断面形状を下面が底辺となるようにしてあれば、変形に対して有利となる。また圧縮荷重が大となる部分(車体側上面側)は面座屈に対処する必要があるが、この部分に底面を配するよりもこの部分に三角形状の頂部を配すれば、面座屈のような変形に対して有利となる。
第7の発明のバケット式掘削機のブームは、中空で横断面三角形状のブーム前部材20の長手方向一端部と中空で横断面三角形状のブーム後部材21の長手方向一端部とを前記各断面と同一断面形状でピン嵌合孔45を備えたブーム中間部材22にて接合してブーム本体23とし、前記ブーム前部材20の長手方向他端部にアーム連結用ブラケット24を接合し、前記ブーム後部材21の長手方向他端部に車体取付用ブラケット25を接合したことを特徴としている。
第7の発明の発明によれば、ブーム本体23をブーム前部材20、ブーム中間部材22とブーム後部材21で構成しているのでハンドリングが容易になると共に大形の生産設備が不要となる。すなわち、ブーム前部材20、ブーム中間部材22とブーム後部材21の3つに分割することにより、大形の生産設備が不要となり、一層ハンドリングが容易になる。
第8の発明のバケット式掘削機のブームの製造方法は、二つの長辺60、60と二つの短辺61、61を有する略長方形状の板材62を折曲することにより横断面三角形状の中空部材を形成し、二つの長辺60、60の突き合わせ部を溶接することによりブーム本体23を構成することを特徴としている。
第8の発明によれば、ブーム本体23は1枚の板材を折り曲げ成形して突き合わせ部を溶接することにより製作するので、板材の加工が容易であると共に、溶接箇所(溶接線)が短い。これによって、ブーム本体23の製作の工程が簡単となるから、ブームの製作が容易になる。
第9の発明のバケット式掘削機のブームの製造方法は、上記第8の発明において、上記ブーム本体23は、その横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧状に構成すると共に、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となるよう配置し、さらに上記二つの長辺の突合せ溶接部を上記下面に配置していることを特徴としている。
第9の発明によれば、上記第1〜第3発明のブームにおいて得られる利点に加えて、さらに溶接部を下面に配置したことによって、外観向上という利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
図1は、パワーショベルの斜視図である。
図2は、従来のブームの正面図である。
図3は、図2のA−A断面図である。
図4は、図2のB−B断面図である。
図5は、ブームの断面変形の説明図である。
図6は、上記ブームの他の例を示す断面図である。
図7は、本発明の実施の形態を示すブームの正面図である。
図8は、ブームの分解斜視図である。
図9は、図7のC−C断面図である。
図10は、図7のD−D断面図である。
図11は、ブーム中間部材の正面図である。
図12は、図7のE−E断面図である。
図13は、図7のF−F断面図である。
図14は、図7のG−G断面図である。
図15は、図7のH−H断面図である。
図16は、図7のI−I断面図である。
図17は、ブームの断面変形の説明図である。
図18は、ブームの断面の大きさの説明図である。
図19は、ブーム前部材を製作する板材の平面図である。
図20は、図19の中央縦横断面図である。
図21は、板材の折り曲げ動作説明図である。
図22は、折り曲げた板材の斜視図である。
図23は、板材の折り曲げ動作説明図である。
図24は、折り曲げた板材の斜視図である。
図25は、板材の折り曲げ・接合動作説明図である。
図26は、接合状態の板材を示す斜視図である。
図27は、ブーム前部材、ブーム後部材の異なる例を示す断面図である。
図28は、頂部寄り部材の折り曲げ動作説明図である。
図29は、底辺寄り部材の折り曲げ動作説明図である。
図30は、突き合せ治具により両部材の一端部を裏波溶接する動作説明図である。
図31は、突き合せ治具により両部材の他端部を裏波溶接する動作説明図である。
図32は、ブーム前部材、ブーム後部材の異なる三角形状を示す断面図である。
図33は、ブーム前部材、ブーム後部材の他の三角形状を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
図7に示すように、ブーム前部材20とブーム後部材21をブーム中間部材22にて接合し、中間部材22よりも前方側が下方へと湾曲した側面視ブーメラン状のブーム本体23とし、ブーム前部材20にアーム連結用ブラケット24を接合し、ブーム後部材21に車体取付用ブラケット25を接合し、ブーム前部材20の頂部にアームシリンダ用ブラケット26を接合してブームとしてある。
前記ブーム前部材20は図8と図9に示すように、下横板30と左右縦板31、31で横断面三角形状の中空長尺形状としてある。具体的には1枚の板材を折り曲げて突き合わせ溶接して断面は二等辺三角形状断面としてあり、その溶接部32は下横板(三角形の底辺)に長手方向に連続している。
前記ブーム前部材20の高さHは幅Wよりも大きく、ブーム前部材20は3辺を直線とし、二辺の各会合部33、33、33は円弧状で、上方の円弧部33の曲率は下方の円弧部33、33の曲率よりも大きい。これによって、各会合部33にかかる応力が分散されると共に、梁として必要な断面性能が確保されてブーム前部材20の上下方向の剛性が高くなる。
前記ブーム後部材21は図8と図10に示すように、下横板34と左右縦板35、35で横断面三角形状の中空長尺形状としてある。具体的には1枚の板材を折り曲げて突き合わせ溶接して二等辺三角形断面としてあり、その溶接部36は下横板(三角形の底辺)に長手方向に連続している。
前記ブーム後部材21の高さHは幅Wよりも大きく、ブーム後部材21は3辺を直線とし、2辺の各会合部37、37、37は円弧状で、上方の円弧部37の曲率が下方の円弧部37、37の曲率よりも大きい。これによって、各会合部37にかかる応力が分散されると共に、梁として必要な断面性能が確保されてブーム後部材21の上下方向の剛性が高くなる。
前記ブーム中間部材22は鋳鋼製であり、図8と図11に示すように下横板40と両側縦板41、41で横断面三角形状で、側面視ブーメラン状に湾曲した中空形状のものとしてある。両端開口部寄り内面に端部突起42、42がそれぞれ一体的に設けられ、中間部内面に中間部突起43が一体的に設けてある。両端開口縁には連結用突起44が三角形状に一体的に設けられ、両側縦板42、42にはブームシリンダ連結用のピン嵌合孔45が対向して形成してある。前記端部突起42、42、中間部突起43は鋳造時の湯回り性の改善を図るために設けてある。中間部突起43は、ブームシリンダ連結用のピン嵌合孔45の中心から頂部に向けてブーム中間部材22を二分するように設けられている。
前記アーム連結用ブラケット24は鋳鋼製であり、図8に示すように三角形状の連結部46の端面に三角形状の連結用突起47が一体的に設けてある。前記車体取付用ブラケット25は鋳鋼製であり、図8に示すように三角形状の連結部48の端面に略三角形状の連結用突起49が一体的に設けてある。
前記アームシリンダ用ブラケット26は図8に示すように、一対の縦片50、50を横片51で連結し、その一対の縦片50、50にピン孔52を形成してある。
前記ブーム前部材20とブーム中間部材22は、図12に示すようにブーム前部材20の長手方向一端開口縁をブーム中間部材22の一方の連結用突起44に嵌合して溶接用開先53を形成し、その部分を溶接する。前記ブーム前部材20の長手方向一端開口縁20aは他の部分20bよりも厚肉としてあり、溶接継手ののど厚を確保して十分な溶接深さを得られ、高強度に溶接できるようにしてある。このようにすることにより、ブーム前部材20の板厚を薄くして軽量化しても高強度な溶接ができる。
前記ブーム前部材20とアーム連結用ブラケット24は、図13に示すようにブーム前部材20の長手方向他端開口縁をアーム連結用ブラケット24の連結用突起47に嵌合して溶接用開先54を形成し、その部分を溶接する。前記ブーム前部材20の長手方向他端開口縁20cは他の部分20bよりも厚肉としてあり、溶接継手ののど厚を確保して十分な溶接深さを得られ、高強度に溶接できるようにしてある。このようにすることにより、ブーム前部材20の板厚を薄くして軽量化しても高強度な溶接ができる。
前記ブーム後部材21とブーム中間部材22は、図14に示すようにブーム後部材21の長手方向一端開口縁をブーム中間部材22の他方の連結用突起44に嵌合して溶接用開先55を形成し、その部分を溶接する。前記ブーム後部材21の長手方向一端開口縁21aは他の部分21bよりも厚肉としてあり、溶接継手ののど厚を確保して十分な溶接深さを得られ、高強度に溶接できるようにしてある。このようにすることにより、ブーム後部材21の板厚を薄くして軽量化しても高強度な溶接ができる。
前記ブーム後部材21と車体取付用ブラケット25は、図15に示すようにブーム後部材21の長手方向他端開口縁を車体取付用ブラケット25の連結用突起49に嵌合して溶接用開先56を形成し、その部分を溶接する。前記ブーム後部材21の長手方向他端開口縁21cは他の部分21bよりも厚肉としてあり、溶接継手ののど厚を確保して十分な溶接深さを得られ、高強度に溶接できるようにしてある。このようにすることにより、ブーム後部材21の板厚を薄くして軽量化しても高強度な溶接ができる。
前記アームシリンダ用ブラケット26は図16に示すように、一対の縦片50、50をブーム前部材20の円弧状となった上方の会合部33(頂部)に溶接してある。このようであるから、ブーム前部材20のアームシリンダ用ブラケット26の取付部分の剛性が確保され、その部分の板厚が薄くともアームシリンダの反力によって変形することはない。
以上のように、ブームを構成するブーム前部材20、ブーム後部材21、ブーム中間部材22は横断面三角形状であるから、断面矩形形状の場合と異なり、断面の変形強度を決定する要素は三角形各辺部の面内方向の剛性のみで決定される。例えば、図9、図10で底辺を固定し、頂部に矢印で示す荷重Fが作用した場合に、図17に模式的に示すように底辺dと頂部eを結ぶ一方の辺fに圧縮力が作用して縮み変形し、他方の辺gに引っ張り力が作用して延び変形し、その2つの辺f、gには面外方向の力が作用しない。一方、辺fと辺gの引張り、圧縮に対する剛性(面内剛性)は面外方向の曲げ(面外剛性)よりも大きいので、前述の横断面三角形状のブームの断面剛性は従来の矩形断面のブームの断面剛性よりも大きい。
板厚を低減した場合の作業機の強度は材料力学の一般式においては、断面の大きさを大きくすることにより、矩形断面も三角断面も同様に断面強度を確保することが可能であるが、前述のように断面の変形を考えた場合、矩形断面では板厚低減による角部剛性および辺部面外方向剛性は、板厚低減比率の3乗に比例し低下するのに対して、三角断面では板厚低減比率に比例し低下するので、横断面三角形状のブームの板厚の低減による断面剛性の変化は、矩形断面のブームの断面剛性の変化よりも少なくなる。
このようなことから、断面三角形状のブームであれば、板厚を薄くしても断面変形が断面矩形形状の従来構造のものに対し、著しく断面の変形を小さくすることができ、このことによりブームを軽量化することが可能になるということである。
また、図9、図10に示すように2辺の会合部33、37がそれぞれ円弧状である断面三角形状とすることで、ブームの断面を大きくでき、十分な断面性能を確保できる。つまり、図18に仮想線で示すように機械上での作業機の配置と起動性およびオペレータの視認性等から制約されたスペース(断面の高さ、幅)の矩形の内面に円弧状の各会合部33、37を内接するようにして断面を大きくできる。
下方に向けてブーメラン状に湾曲すると共に、その中間部の上下方向寸法が両端側よりも大きいブームの場合、その形状の特性として、ブーム先端部に左右方向の負荷(図1のF2)やねじり負荷(図1のF3)が作用したときには、力の伝達経路としては上面側の長さが下面側に長さに比べて長くなっているため、負荷の負担は、長さの短い下面側が大となる傾向がある。従って上記のように、下面が三角形状の底面となるように構成すれば、これとは上下逆の場合よりも断面性能を一段と効率良く発揮できることになり、一段と重量軽減し得ることになる。またブームの軽量化を考える場合、長さの長い上面側に重量が大である底面を配するよりも、長さの短い下面側に底面を配した方が有利である。
しかもこのようなブームに対して上下方向の負荷(図1のF1)が作用した場合、ブーム本体23におけるピン嵌合孔45よりも前方側は下面側、それよりも車体側は上面側がそれぞれ負荷の分担が大となるが、前方下面側は引っ張り荷重、車体側上面側は圧縮荷重が大となる。強度的にいえば、圧縮よりも引っ張り荷重が過酷であり、そのためブーム本体23の横断面形状を下面が底辺となるようにしてあれば、変形に対して有利となる。また圧縮荷重が大となる部分(車体側上面側)は面座屈に対処する必要があるが、この部分に底面を配するよりもこの部分に三角形状の頂部を配すれば、面座屈のような変形に対して有利となる。
次にブーム前部材20の製造方法を説明する。図19に示すように、鋼板を切断して相対向した二つの長辺60、60と相対向した二つの短辺61、61で囲まれたほぼ長方形状(ブーム前部材20を展開した形状)の板材62を製作する。前記板材62の板厚は短辺61の両端部62a、62aを他の部分62bの板厚よりも厚くしてある。
具体的には図20に示すように、所定の形状に切断した板63の長手方向両端部に厚肉部と薄肉部を有するバー材64をそれぞれ裏波溶接で接合して板材62としてある。また、ブーム前部材20の一端開口縁が他端開口縁よりも大きいので、一方の短辺61が他方の短辺61よりも長くなり、各短辺61、61は幅方向中央部を境としてV字状としてある。
次に図21に示すように、二つの円弧面70a、70aとそれらをつなぐ直面70bを有し、その直面70bの中心に曲率の大きな円弧面70cを有するダイス70と、二つの円弧面71a、71aとそれらをつなぐ直面71bを有するポンチ71を用いて、板材62の長辺寄りの折り線イに沿って円弧状に折り曲げて図22に示すようにほぼコの字状とする。
次に図23に示すように、前述のダイス70と新しいポンチ72を用いて板材62の中央部を折り線ロに沿って円弧状に折り曲げて図24に示すようにほぼ菱形とする。このように同一ダイスを用いるので位置ずれ等を生じないから折り曲げ加工精度を確保できる。
次に図25に示すように、ダイス73に折り曲げ板材62をセットし、一対のポンチ74、74を左右・上下方向に移動して三角形状に折り曲げ、板材62の二つの長辺60、60を図26に示すように突き合わせる。この状態を保持しながら一対のポンチ74、74間に沿って溶接トーチ75を移動して突き合わせ部を溶接する。
このように、板材62を最終形状に折り曲げ成形すると同時に溶接するので、溶接部の突き合わせ精度を確保できる。
なお、ブーム後部材21もブーム前部材20と略同様にして製作する。
前記ブーム前部材20、ブーム後部材21は図27(a)に示すように2枚の板材で製作してもよいし、図27(b)に示すように3枚の板材で製作してもよく、図27(c)に示すように継ぎ目無しの一体形状としてもよい。
図27(a)に示すように2枚の板材で製作する場合には、図28に示すように、底部が円弧状のほぼV字状となった凹部80を有するダイス81と、この凹部80と同様な形状のポンチ82を用いて一枚の板材83を折り曲げて頂部側部材84とする。
図29に示すように、円弧面85を有する固定ダイス86と、この円弧面85と連続する円弧面87を有する可動ダイス88と、この可動ダイス88を固定ダイス86と離すスプリング89と、クッションパッド90と、クッションパッド90を押し上げるクッションピン91でダイス92とする。前記連続した2つの円弧面85、87と同一の円弧面93を有するポンチ94に、可動ダイス88をスプリング89に抗して移動するカム95を設ける。前記ポンチ94が上方位置の時にはクッションパッド90はクッションピン91で押し上げられて可動ダイス88の上面と面一となる。
前述のダイス92とポンチ94を用いて一枚の板材96を折り曲げて底辺側部材97とする。具体的には、可動ダイス88とクッションパッド90の上に板材96を載置し、ポンチ94を下降する。ポンチ94とクッションパッド90で板材96を挟持しながらポンチ94の下降とともにクッションパッド90が下降し、固定ダイス86の円弧部85で板材96の両端部を順次折り曲げる。
ポンチ94が所定位置まで下降するとカム95で可動ダイス88がスプリング89に抗して移動されて所定形状に折り曲げて底辺側部材97とする。
図30に示す突き合せ治具を用いて頂部側部材84と底辺側部材97を突き合わせて裏波溶接する。
前記突き合せ治具は、V字溝100を有する本体101と、この本体101のV字溝100左右両側に設けた一対の側部押え片102、102と、この各側部押え片102を移動する一対の第1シリンダ103、103と、本体101のV字溝100上部両側に設けた一対の上部押え片104、104と、この各上部押え片104を移動する一対の第2シリンダ105、105と、V字溝100に沿って設けられ本体101の両端に設けた支え軸(図示せず)で支承される裏当て材106を備えている。
前記裏当て材106は上面に開口した水冷ジャット107と、下部の支え部108を有し、上面には受けプレート109が水冷ジャット107の上部を覆うように取付けてある。この水冷ジャット107には冷却水が流通する。本体101のV字溝100の上部には溶接トーチ110が移動可能に設けてある。
次に裏波溶接の動作を説明する。前述のようにして折り曲げ加工した頂部側部材84と底辺側部材97を三角形状に合せてV字溝100と裏当て材106との間に挿入する。
各側部押え片102を中心に向けて移動し、各上部押え片104を下方に移動して頂部側部材84の一端部84aと底辺側部材97の一端部97aを受けてプレート109の上面で突き合せる。溶接トーチ110を移動して前記突き合せ部を裏波溶接する。
各側部押え片102を側方に向けて移動し、各上部押え片104を上方に移動して各部材と離隔し、一端部84a、96aを溶接した頂部側部材84と底辺側部材97をV字溝100と裏当て材106の間から引き抜きする。
引き抜いた頂部側部材84と底辺側部材97を回転して図31に示すように再びV字溝100と裏当て材106の間に挿入し、前述と同様にして他端部84b、97bを裏波溶接する。
これによって、2部材からなるブーム前部材20、ブーム後部材21を製作できる。
また、図27(b)に示すように3枚の板材で製作する場合には、前述の図28で示すダイス81とポンチ82を用いて一枚の板材をそれぞれ折り曲げて3つの部材98を製作し、その3つの部材98を前述の図30に示す突き合せ治具を用いて順次3ヶ所を裏波溶接することで製作する。
また、ブーム前部材20、ブーム後部材21は図32(a)(b)に示すように上方の会合部33、37を2つの円弧部h、hと平坦部i、曲率の小さな2つの円弧部j、jと曲率の大きな円弧部kで形成しても良い。
なお、図示していないが、3つの会合部の全て、又は1つ、2つを前述の形状としても良いし、それぞれの会合部を異なる形状の組み合せとしても良い。
前述の図32(a)に示す平坦部iを有する形状とすれば、アームシリンダ用ブラケット26を平坦部iに溶接できるから、溶接継手を隅肉溶接継手にすることによりアームシリンダ用ブラケット26の開先処理を不要にするとともに溶接継手ののど厚を確保できるので、溶接強度が維持できる。
前記ブーム前部材20、ブーム後部材21は図33に示すように、3つの辺(板部30、31、34、35)を直線ではなく曲率Rの大きな円弧でふくらみを有する形状としても良い。また、3つの辺のそれぞれにふくらみの有る形状と直線形状の組み合せとしても良い。
前記溶接方法は、MAG(Metal ActiveGas)溶接やMIG(Metal InertGas)溶接を前提として溶接継手等を説明しているが、溶接継手を変更することにより、レーザ溶接や電子ビーム溶接等の高エネルギー溶接を適用することも可能である。そしてこのような高エネルギ密度熱源を用いる場合、ブーム前部材20やブーム後部材21の各開口縁20a、20c、21a、21cに設けていた厚肉部分の形成を省略し、これらを他の部分20b、21bと同厚さにすると共に、ブーム中間部材22、アーム連結用ブラケット24、車体取付用ブラケット25にそれぞれ設けていた連結用突起44、47、49を省略し、これらの部分を突合せ裏波溶接する構成としてもよい。
Claims (9)
- 基端側が車体に取付けられ、先端側にアームの取付けられる側面視ブーメラン状のバケット式掘削機のブームにおいて、ブーム本体(23)の横断面形状を中空の三角形状にしたことを特徴とするバケット式掘削機のブーム。
- 上記ブーム本体(23)の横断面形状は、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧状に構成したことを特徴とする請求の範囲第1項記載のバケット式掘削機のブーム。
- 上記ブーム本体(23)の横断面形状は、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となる三角形状としたことを特徴とする請求の範囲第2項記載のバケット式掘削機のブーム。
- 上記二辺の会合部が円弧状に構成された上面にアームシリンダ用ブラケット(26)を接合したことを特徴とする請求の範囲第3項記載のバケット式掘削機のブーム。
- 上記ブーム本体(23)の横断面形状は、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となり、その頂部が2つの円弧部と平坦部で構成された断面三角形状とし、この頂部の平坦部にアームシリンダ用ブラケット(26)を接合したことを特徴とする請求の範囲第2項記載のバケット式掘削機のブーム。
- 上記ブーム本体(23)の略中央部にブームシリンダを取付けるためのピン嵌合孔(45)を設け、先端部にアーム連結用ブラケット(24)を、基端部に車体取付用ブラケット(25)をそれぞれ接合したことを特徴とする請求の範囲第4項又は第5項記載のバケット式掘削機のブーム。
- 中空で横断面三角形状のブーム前部材(20)の長手方向一端部と中空で横断面三角形状のブーム後部材(21)の長手方向一端部とを前記各断面と同一断面形状でピン嵌合孔(45)を備えたブーム中間部材(22)にて接合してブーム本体(23)とし、前記ブーム前部材(20)の長手方向他端部にアーム連結用ブラケット(24)を接合し、前記ブーム後部材(21)の長手方向他端部に車体取付用ブラケット(25)を接合したことを特徴とする請求の範囲第6項記載のバケット式掘削機のブーム。
- 二つの長辺(60)(60)と二つの短辺(61)(61)を有する略長方形状の板材(62)を折曲することにより横断面三角形状の中空部材を形成し、二つの長辺(60)(60)の突き合わせ部を溶接することによりブーム本体(23)を構成することを特徴とするバケット式掘削機のブームの製造方法。
- 上記ブーム本体(23)は、その横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧状に構成すると共に、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となるよう配置し、さらに上記二つの長辺の突合せ溶接部を上記下面に配置していることを特徴とする請求の範囲第8項記載のバケット式掘削機のブームの製造方法。
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