JP3567366B2

JP3567366B2 - 作業機械の作業腕構造

Info

Publication number: JP3567366B2
Application number: JP30050399A
Authority: JP
Inventors: 成司岡本; 孝之湯浅; 雅也依藤; 邦友清水; 和明木下; 文博西村; 督久萬浪; 守生村上; 佳明原田
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: JP2001123471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械の作業腕構造、さらに詳しくは、油圧ショベルのブームなど、作業機械の作業腕に好適に用いられる作業腕の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械、荷役機械などの作業機械は、作業具などが取り付けられる一個あるいは連結された複数個の長尺の作業腕を備えている。典型的な作業機械である例えば油圧ショベルは、機体本体に上下方向に揺動自在に取り付けられた作業腕であるブームと、ブームの先端に上下方向に揺動自在に取り付けられた作業腕であるアームとを備えている。アームの先端には作業具であるバケットが上下方向に揺動自在に取り付けられている。
【０００３】
これらの作業腕は、長尺に形成されることから、曲げ、捩じりなどに対して十分な強度を備え、また重量を軽くするように、板部材によって箱型構造に形成されている。
【０００４】
図１０を参照して、上述のブームを例に作業腕を説明すると、全体を番号５０で示すブームは、種々の鋼製部材を相互に溶接して箱型構造に形成されている。すなわちブーム５０は、長手方向に延びる板部材である、上プレート５２、下プレート５４、左サイドプレート５６、及び右サイドプレート５８によって矩形の箱型断面を有し長手方向に延びる箱型構造に形成されている。箱型構造の長手方向の一端部にはアームと連結するための連結ブラケット６０が、他端部には機体本体と連結するための連結ブラケット６２がそれぞれ取り付けられている。
【０００５】
箱型構造を形成する上プレート５２、下プレート５４、左サイドプレート５６、及び右サイドプレート５８の各々は、ブーム５０の長手方向において、複数個のプレートを突き合わせ溶接し一体に接合されている。例えば、上プレート５２はプレート５２ａとプレート５２ｂが、また左サイドプレート５６はプレート５６ａ、プレート５６ｂ、プレート５６ｃが、それぞれ突き合わされている。下プレート５４及び右サイドプレート５８も同様に形成されている。
【０００６】
これらのプレートとプレートとの突き合わせ溶接、例えば上プレート５２のプレート５２ａとプレート５２ｂとの突き合わせ溶接は、図１１に示すように、各々のプレートの端部に突合わせ方向に隙間Ｚを形成し、プレート各々の製作寸法、取付寸法などの誤差を許容できるようにし、裏当金５２ｃを取り付けて、開先溶接によって行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおりの形態の従来の作業腕構造には、次のとおりの解決すべき問題がある。
【０００８】
（１）溶接接合部の品質：
突合わせ溶接の溶接強度など品質を安定させるためには、突合わせ隙間Ｚの変動を小さくし溶接開先の大きさを安定させる必要がある。しかしながら、板部材の製作寸法、取付寸法などの厳密なコントロールは難しく、また実際的でない。したがって、溶接の開先の大きさは変動しやすく、溶接接合部の品質は変動しやすい。
【０００９】
（２）熱変形：
溶接の突合わせ隙間Ｚが大きくなると溶接の溶金量が多くなり、板部材の熱歪が大きくなり、作業腕の変形、寸法の変動などの問題を発生させる。そして、作業腕の機械加工による修正、部分加熱による修正、あるいは作業腕全体を炉に入れて熱処理するなどの修正作業が必要になる。
【００１０】
（３）溶接接合部の応力集中：
突合わせ溶接部においては、板部材と板部材との相対位置が、例えば板厚の方向に変動、ずれやすい。そして、接合部に板厚方向の断面が急変する段差ができ、また接合部においては板厚が実質的に減少し、作業腕に加わる負荷などによって接合部に応力が集中し、作業腕の疲労強度を低下させる。
【００１１】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、作業腕を形成する板部材と板部材との突合わせ溶接端の突合わせ隙間の変動を小さくし、溶接の品質を安定させ、熱変形を少なくし、また板部材同士に段差ができても応力の集中を避けることができるようにした、作業機械の作業腕構造を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記技術的課題を解決する作業腕構造として、作業腕を形成する板部材と板部材との突合わせ溶接端の各々に、該突合わせ方向に対し傾斜して互いに実質上平行な傾斜面を形成し、かつ該傾斜面の各々に該傾斜面が該板部材の表面から張り出している張出部を形成した、ことを特徴とする作業機械の作業腕構造が提供される。
【００１３】
そして、板部材の突合わせ溶接端の各々に互いに平行な傾斜面を形成することにより、突合わせ方向の寸法の変動に対し溶接接合される平行な傾斜面間の寸法の変動を小さくする。また、傾斜面に張出部を形成することにより、接合される板部材と板部材とに段差が生じても板部材同士の接合部において板厚を実質的に減少させないで、応力の集中を防止する。
【００１４】
好適実施形態においては、該張出部は、該板部材の両面から張り出している。
【００１５】
そして、張出部を板部材の両面から張り出すようにして板厚方向の変動に対し板部材が確実に溶接接合されるようにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された作業腕構造を、典型的な作業機械である油圧ショベルの作業腕であるブームにおける好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１７】
図１を参照して説明すると、全体を番号２で示す油圧ショベルは、機体本体４に上下方向に揺動自在に取り付けられた作業腕であるブーム６と、ブーム６の先端に上下方向に揺動自在に取り付けられた作業腕であるアーム８を備えている。アーム８の先端には、作業具であるバケット１０が上下方向に揺動自在に取り付けられている。
【００１８】
図１とともに図２を参照して説明すると、ブーム６は、種々の鋼製部材を相互に溶接して箱型構造に形成されている。すなわちブーム６は、長手方向に延びる板部材である、上プレート１２、下プレート１４、左サイドプレート１６、及び右サイドプレート１８によって矩形の箱型断面を有する箱型構造に形成されている。長手方向の一端部にはアーム８と連結するための軸受ブラケット２０が、他端部には機体本体４と連結するための軸受ブラケット２２がそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
ブーム６を形成する上プレート１２、下プレート１４、左サイドプレート１６、及び右サイドプレート１８の各々は、長手方向において長手方向に略直交する断面において、複数個の板部材を突き合わせて構成され、溶接により一体に接合されている。例えば上プレート１２は、プレート１２ａ及び１２ｂからなり、左サイドプレート１６はプレート１６ａ、１６ｂ及び１６ｃとからなっている。下プレート１４及び右サイドプレート１８も同様に構成されている。これらの溶接接合部はブーム６の長手方向における位置が重ならないように離されている。
【００２０】
図２とともに図３及び図４を参照して本発明に係る突合わせ溶接接合部を、上プレート１２によって説明する。上プレート１２を構成するプレート１２ａ及びプレート１２ｂの溶接端の各々には、傾斜面Ｆが形成されている。傾斜面Ｆは、プレート各々の突合わせ方向（矢印Ｗで示す）においてプレートの表面Ｓに対しθ度傾斜し、互いに実質上平行に形成されている。さらに、傾斜面Ｆの各々には、プレートの表面Ｓから板厚方向の両側にそれぞれＸ張り出した張出部Ｙが備えられている。張出部Ｙはプレートの表面Ｓに滑らかに円弧によってつながっている。
【００２１】
上述の傾斜面Ｆの傾斜角度θの大きさは、作業腕の大きさ、作業腕の構造、板部材の大きさ、また板部材の厚さなどによって、適宜に変えて設定される。
【００２２】
このように形成された板部材の溶接端は、後述するように対向する傾斜面Ｆ、Ｆ間の隙間の変動を少なくすることができるから、溶接接合は、裏当金を使わないレーザ溶接のような深とけ込みの溶接により行われる。
【００２３】
上述したとおりの作業機械の作業腕構造の作用を説明する。
【００２４】
（１）寸法変動：
図４とともに図５を参照して説明すると、板部材と板部材の突き合わせ端には対向する平行な傾斜面Ｆが、板部材の突合わせ方向Ｗにおいて板部材の表面Ｓに対しθ度傾斜して形成されている。したがって、突合わせ方向Ｗにおける板部材と板部材との隙間をαとすると、一対の傾斜面Ｆ、Ｆの間における隙間Ｚはα・Ｓｉｎθとなる。したがって、寸法αの変動に対して隙間Ｚの変動はＳｉｎθの分小さくなる。すなわち、突合わせ方向Ｗの寸法変動に対し一対の傾斜面Ｆ、Ｆの間隔である隙間Ｚの寸法変動は小さくなり、突合わせ隙間Ｚの変動を板部材の寸法αの変動よりも小さくすることができる。
【００２５】
（２）溶接接合部の品質：
板部材同士の突合わせ隙間Ｚの変動を小さくすることができるから、溶接開先の大きさを安定させ溶接の品質を安定させることができる。そして、隙間Ｚのコントロールの重要な、レーザ溶接のような裏当金を使わない安定した溶接手段の採用が可能になる。また、傾斜面Ｆの各々に張出部Ｙを形成したから、図６に示すように板部材と板部材との突合わせ方向Ｗにおける規定された接合長さが例えば隙間Ｚを拡げるように−β変動しても、板部材を板厚方向にβ・Ｔａｎθ動かすことにより、一対の傾斜面Ｆ間の隙間Ｚを拡げ変動させることなく維持することができる。さらに、張出部Ｙによって、傾斜面Ｆ同士の接合長さを十分確実に確保することができる。
【００２６】
（３）熱変形：
板部材と板部材との突合わせ隙間の変動が小さくなるから、溶接の溶金量も少なくなり、熱変形を小さくすることができる。そして、作業腕の変形、寸法の変動などの問題、またその修正作業を減らすことができる。
【００２７】
（４）溶接接合部の応力集中：
張出部Ｙを形成し溶接接合部を長くしたから、例えば溶接接合部における板部材同士を引っ張ったときの引張応力の分布は図７のようになり応力の集中が防止される。さらに、図８に示すように突き合わされる板部材が板厚方向に変動しても、溶接接合の長さは十分に確保され応力集中を避けることができる。また、張出部Ｙを板部材の表面Ｓに滑らかにつなげているから、応力集中をさらに低減させることができる。
【００２８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
【００２９】
本発明の実施の形態においては、プレート１２ａ及びプレート１２ｂはブーム６の長手方向に対し略直交する断面によって突き合わされ、プレート各々の端部にプレートの表面に対し傾斜した傾斜面Ｆが形成されたが、図９に示すように突き合わせ断面をブーム６の長手方向に対しθ度傾斜させるようにし、プレート各々の端部の接合面はプレートの表面に対し直角を成すように形成してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に従って構成された作業機械の作業腕構造によれば、作業腕を形成する板部材と板部材との突合わせ溶接端の突合わせ隙間の変動を小さくし、溶接の品質を安定させ、熱変形を少なくし、また板部材同士に段差ができても応力の集中を避けることができるようにした、作業機械の作業腕構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された作業機械の作業腕構造を備える典型的な作業機械である油圧ショベルの側面図。
【図２】図１に示す油圧ショベルの作業腕の一つのブームの斜視図。
【図３】図２のＡ部の拡大図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢印方向に見た溶接接合部の断面図。
【図５】溶接接合部の作用の説明図。
【図６】溶接接合部において板部材同士が板厚方向に段差が生じた場合の説明図。
【図７】溶接接合部の応力分布図。
【図８】板部材同士が板厚方向に段差が生じた場合の応力分布図。
【図９】作業腕における板部材の他の接合例を示したブームの斜視図。
【図１０】従来の作業腕であるブームの斜視図。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ矢印方向に見た溶接接合部の断面図。
【符号の説明】
２：油圧ショベル（作業機械）
４：機体本体
６：ブーム（作業腕）
８：アーム（作業腕）
１２：上プレート（板部材）
１２ａ：プレート（板部材）
１２ｂ：プレート（板部材）
１４：下プレート（板部材）
１６：左サイドプレート（板部材）
１８：右サイドプレート（板部材）
５０：ブーム（作業腕）
Ｆ：傾斜面
Ｗ：突合わせ方向
Ｙ：張出部

Claims

作業腕を形成する板部材と板部材との突合わせ溶接端の各々に、該突合わせ方向に対し傾斜して互いに実質上平行な傾斜面を形成し、かつ該傾斜面の各々に該傾斜面が該板部材の表面から張り出している張出部を形成した、ことを特徴とする作業機械の作業腕構造。
該張出部は、該板部材の両面から張り出している、請求項１記載の作業機械の作業腕構造。