JPH09111796A - 油圧ショベル用ブ−ム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラケットの形状を複雑にせず、稼働時に発
生する応力を低減し、疲労寿命の高い油圧ショベル用ブ
−ムを提供する。 【解決手段】 油圧ショベル用ブ−ムにおいて、前記ブ
−ムに配置されるブラケットの一対の板材は、上板、下
板のいずれかの幅方向の中心に対して対称であって、側
板の上に乗らない程度に離して取り付けられ、前記ブラ
ケットの端の間隔が前記ブラケットの一対の板材の端の
うち、シリンダが配置される側と反対側の端の間隔が、
前記シリンダを連結するための孔が設けられた前記板材
の部分における間隔より狭くなるような形状に、前記一
対の板材を形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧シリンダンダを
連結するためのブラケットを備えた油圧ショベル用ブ−
ム、特にブラケットの疲労寿命を向上させた油圧ショベ
ル用ブ−ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベルは土木、建設工事等
で広く使用されている。この油圧ショベルは図５に示す
ように、操縦部１１、原動機部１２、走行装置１３及
び、旋回台１４を有する本体に、１組のブ−ム２とア−
ム３を駆動屈伸可能に連結し、前記ア−ム３の先端にバ
ケット９を駆動揺動可能に取り付けられた構成になって
いる。なお、ブ−ム２とア−ム３を、本発明では両方と
も油圧ショベル用ブ−ムと総称する。

【０００３】前記ブ−ム２、３には油圧シリンダ−７
ａ、７ｂが配設されており、ブ−ム３は油圧シリンダ−
７ａによってブ−ム２に対して屈伸自在であり、バッケ
ト９は油圧シリンダ−７ｂによってブ−ム３に対して屈
伸自在である。この油圧シリンダ−７ａ、７ｂはブ−ム
２、３に沿って配設され、油圧シリンダ−７ａ、７ｂを
連結するためにブラッケト１が各ブ−ム２、３に備えら
れている。

【０００４】油圧ショベル用ブ−ム２、３の典型例をブ
−ム２を例にあげて図６により説明する。ブ−ム２は上
板４、下板５及び両側板６を組み合わせて断面が矩形に
なるように形成されており、全体としてくの字型になっ
ている。このブ−ム２の、上板の上に、本体に沿って配
設される油圧シリンダ７ａを連結するためのブラケット
１が取付けらている。このブラケット１は図７に示すよ
うに、一対の板材２１、２２を等間隔で対向配置してな
り、この板材２１、２２には前記油圧シリンダ７ａを連
結するための孔８が設けらている。なお、８ａは必要に
応じて設けられるボスである。前記ブラケット１の板材
２１、２２は前記ブ−ムの上板４及び下板５のいずれか
に、板幅方向の中心に対して対称かつ平行に溶接される
ような構成になっている。前記ブラケット１は前記油圧
シリンダ７ａをピンを介して孔８の部分で支持し、稼働
時に前記油圧シリンダ７ａの推力を前記ブ−ム２に伝え
る機能を持つものである。

【０００５】油圧シリンダ７ａの推力を受けると、ブラ
ケット１は油圧シリンダ７ａを連結するための孔８を介
して、前記一対の板材２１、２２の溶接されているブ−
ム２の上板４に応力を伝達し、前記ブ−ム２に推力を伝
える機構になっている。掘削作業時に、前記油圧シリン
ダ７ａの推力を受けると、前記一対の板材２１、２２が
溶接されている前記ブ−ム２の上板４は内側に曲げられ
変形が起こる。さらに、前記一対の板材２１、２２の端
が接する前記ブ−ム２の上板４に応力集中が生じる。特
に、前記油圧シリンダ７ａが配置される側と反対側の端
２１ａ、２２ａに高い圧縮応力が発生することが確認さ
れている。

【０００６】油圧シリンダは繰り返し作動されるため、
ブ−ムの上板は繰り返し、変形し、応力集中のより高い
圧縮応力の発生するブラケット１の端２１ａ、２２ａに
おける疲労強度の低下が問題となった。この疲労強度の
低下を防止するために、従来、以下のような対策が提案
されている。すなわち、（イ）ブラケット１の板材２
１、２２の端２１ａ、２２ａ部を曲げて接合して環状に
した後溶接し、上板にかかる荷重を分散（実開昭６３−
９５７５４号）するものと（ロ）ブラケット１の板材２
１、２２の取付位置をブ−ムの側板６、６の上に置き、
荷重を側板６、６で負担（実開昭５８−６３２５４号）
するものである。

【０００７】（イ）の方法は、曲げて接合し環状にした
ブラケットの端により、油圧シリンダからの応力を分散
させるものである。（ロ）の方法はブラケットから上板
４又は下板５に作用する応力をブ−ムの側板６、６で負
担することができ、これにより、ブ−ムの上板４又は下
板５の応力集中を防止することが可能と考えられる。

【０００８】

【発明を解決しようとする課題】しかしながら、前記
（イ）のブラケット１の両端部を曲げて接合し、環状に
溶接するものも、ブラケット１の先端は環状に溶接され
ているため、また上板４がたわむことも考慮すると、上
板４の中央に対する応力集中が生じ、逆に疲労強度を低
下させる場合があるという問題点がある。さらに、ブラ
ケット１の形状が複雑になり加工及び溶接施工コストの
上昇は避けられない。また前記（ロ）のブラケット１の
板材２１、２２の位置をブ−ムの側板６、６の上に取り
付けるものはブ−ム幅と油圧シリンダ寸法との関係よ
り、ブラケット１の幅方向が異常に大きくなり実施でき
ない場合が予想される。

【０００９】そこで、本発明は、ブラケットの形状を複
雑にせず、ブ−ム幅内に収まるブラケットであって、ブ
ラケットの端への応力集中の緩和を可能にする油圧ショ
ベル用ブ−ムを提供することを目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は（Ａ）上
板、下板及び両側板を組み合わせて断面が矩形になるよ
うに形成されたブ−ム２、３本体と、前記上板及び下板
のいずれかに溶接にて取り付けられ、前記ブ−ム２、３
本体に沿って配設される油圧シリンダ７ａ、７ｂを連結
するためのブラケット１とを備えてなり、このブラケッ
ト１は一対の板材３１、３２を対向配置してなり、この
板材３１、３２には前記油圧シリンダ７ａ、７ｂを連結
するための孔８が設けられてなる油圧ショベル用ブ−ム
２、３において、（Ｂ）前記一対の板材３１、３２は、
上板４、下板５のいずれかの幅方向の中心に対して対称
であって、前記側板６、６の上に乗らない程度に離して
取り付けられ、（Ｃ）前記一対の板材３１、３２の端の
うち、前記油圧シリンダ７ａ、７ｂが配置される側と反
対側の端３１ａ、３２ａの間隔が、前記孔８が設けられ
た部分における間隔より狭くなるような形状に前記一対
の板材を形成した構造である。

【００１１】油圧ショベルの掘削作業時には、ブ−ム
２、３はその長手方向に曲げられ、上板４又は下板５が
外側に膨れる形で変形が起こる。この変形によって上板
４又は下板５の表面に引張応力が発生し、ブ−ム幅方向
の中央で最も大きくなる。この引張応力とブラケット１
の一対の板材３１、３２の端が上板４又は下板５に及ぼ
す圧縮応力と相殺される。この相殺を有効とするために
は前記板材の端をくっつけると圧縮応力の集中の方が勝
ってしまう。そのため、くっつけない程度に狭くするこ
とが有効である。

【００１２】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の構成のうち、前記ブラケット１の一対の板材３
１、３２の狭くなった端の間隔を前記孔８が設けられた
部分の前記板材３１、３２の間隔に対して、０．４〜
０．８の範囲内にあることを特徴としている。前記板材
３１、３２の狭くなった端３１ａ、３２ａの間隔が前記
条件を満足することによって、板材の端の応力と上板又
は下板の引張応力との相殺により約１割の応力低下が期
待できる。

【００１３】また請求項３記載の発明は、請求項１又は
２記載の発明の構成のうち、前記ブラケット１の一対の
板材３１、３２の前記孔１から前記油圧シリンダ７ａが
配設される側と反対側の端３１ａ、３２ａまでの適所で
前記上板４又は下板５を中に向かって折り曲げられて、
狭くなった前記端が形成されることを特徴としている。

【００１４】前記ブラケット１の一対の板材３１、３２
を中に向かって折り曲げて、狭くなったブラケットの端
３１ａ、３２ａを成形することにより、前記ブラケット
１の形状を複雑にせず、発生する応力を低減することが
可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図示例と
ともに説明する。図１は油圧ショベル用ブ−ムに配設さ
れたブラケットの概略図、図２は油圧ショベル用ブ−ム
に配設された別のブラケットの概略図である。

【００１６】なお、図５及び図６で説明した油圧ショベ
ル及びブ−ムは本発明と同様であるため、その説明を省
略する。図１において、図７と異なる点はブラケットを
構成する一対の板材３１、３２の長手方向中程の縦線Ａ
でお互いに内側に対称になるように折り曲げ、孔８が設
けられる部分の間隔；ｄ₀ より狭い間隔；ｄで油圧シリ
ンダ７ａが配置され側と反対側の端３１ａ、３２ａを溶
接されるような構成にしている。図２において図７と異
なる点はブラケットを構成する板材３１、３２において
油圧シリンダを連結する孔８が設けられた部分３１ｃ、
３２ｃの間隔はｄ₀ のままで、一対の板材の残りの部分
はブ−ム２の幅方向中央寄りに取り付けられる。ブラン
ケット１の一対の板材３１、３２のシリンダ側の端３１
ｂ、３２ｂとシリンダと反対側の端３１ａ、３２ａの間
隔；ｄは孔８が設けられた部分３１ｃ、３２ｃの間隔；
ｄ₀ より狭く溶接されるような構成にしている。

【００１７】つぎに図１、図２のブ−ムの作動を説明す
る。ブ−ム２は掘削時にバケット９に作用する力がブ−
ム２に加わり、前記ブ−ム２はたわみ、前記ブ−ム２の
矩形断面が、側板６では中央がへこみ、上板４、下板５
では中央が出っぱる変形が発生する。この結果、前記ブ
−ム２の上板４の表側には引張応力が生じ、その最大応
力の発生場所は前記ブ−ム２の幅方向の中央部である。
一方、稼働時に油圧シリンダ７ａから前記ブ−ム２へ働
く推力は圧縮応力であり、油圧シリンダ７ａが配置され
側と反対側のブラケット１の一対の板材の端３１ａ、３
２ａに応力が集中することを述べた。

【００１８】最大の圧縮応力の生ずる油圧シリンダ７ａ
が配置される側と反対側のブラケット１の一対の板材の
端３１ａ、３２ａを、引張応力が最大となるブ−ム幅方
向の中央部に移動させることにより、圧縮応力とブ−ム
に生ずる引張応力とを相殺させることが可能となる。図
１や図２のように、ブラケット１の一対の板材３１、３
２の端のうち、油圧シリンダ７ａが配置される側と反対
側の端３１ａ、３２ａの間隔；ｄが、油圧シリンダ７ａ
を連結するためのブラケットに設けられた孔８の配置さ
れた部分における間隔；ｄ₀ より狭くなるように配設す
る。油圧ショベルの掘削作業時にブ−ム２の上板４又は
下板５の表側に引張応力が発生し、ブラケット１の一対
の板材の端３１ａ、３２ａが上板又は下板に及ぼす圧縮
応力を相殺して、この圧縮応力を低減する。さらに、ブ
ラケット１の一対の板材の端３１ａ、３２ａをブ−ム２
の板幅方向の中央部に近づけて行くと、上板４又は下板
５に及ぼす圧縮応力はさらに低減するが、一方、応力集
中が大きくなり、圧縮応力の低減効果が少なくなる。最
後に、くっつけると応力集中が最大となり、逆に、ブラ
ケット１の一対の板材の端３１ａ、３２ａが上板４又は
下板５に及ぼす圧縮応力を増加させる。

【００１９】図１のように、ブラケット１の一対の板材
３１、３２を中に向かって折り曲げて、狭くなった前記
ブラケット１の端３１ａ、３２ａを成形することによ
り、前記ブラケット１の形状を複雑にせず、発生する応
力を低減することが出来、疲労寿命を向上さることが可
能となる。又、図２のように、ブラケット１の一対の板
材３１、３２の両端をブ−ム２の幅方向中央よりに配設
することにより、両端に発生する応力を低減することが
出来、疲労寿命をさらに向上させることが可能となる。

【００２０】なお、以上の実施形態ではブ−ムとして油
圧ショベルに本体側のブ−ム２の場合を説明したがブ−
ム３にも適用可能である。油圧シリンダが上板でなく下
板に取り付けられる場合もあり、この場合も本発明は適
用できる。

【００２１】

【実施例】２０トンクラスでの油圧ショベルでの図１の
ブ−ムを用いた場合の具体的な実施例を以下に説明す
る。ブラケットの板材の長さは１１４０ｍｍ、厚さは２
５ｍｍ、シリンダが配設される孔が設けられている部分
の間隔；ｄ₀ は１８０ｍｍで、板材の孔からシリンダが
配設される側と反対側の端までの長さは７５０ｍｍであ
る。なお、ブ−ムの上板の幅は３７０ｍｍである。板材
の孔からシリンダが配設される側と反対側の端方向に３
００ｍｍの部分をブ−ムの上板の中に向かって折り曲
げ、前記ブラケットの端の間隔；ｄを１２０ｍｍになる
ように溶接した。なお、このブラケットの端に発生する
応力は、図７に示す同形状のブラケットの端に発生する
応力に比べて、３０％低減することを実測した。

【００２２】また図２に示すように、予め２枚のブラケ
ットをブ−ムの幅方向の中央よりにブ−ムの下板に配置
したものも、前記ブラケットの端に発生する応力を低減
することが出来た。また、いずれの本実施例で使用した
油圧シリンダもブラケットの位置をブ−ムの側板の上に
取り付けるのは困難であった。

【００２３】さらに、ブラケットの一対の板材の端のう
ち、前記シリンダが配置される側と反対側の端の間隔；
ｄが、前記孔が設けられた部分における間隔；ｄ₀ より
狭くなるような形状にすることにより、発生する応力を
低減することを有限要素法により検討した。ブラケット
の端に発生する応力におよぼすブラケット間隔の影響を
図３に示す。なお、計算は図８に示す油圧ショベル用ブ
−ムのモデルを用いて、有限要素法による実働掘削条件
の解析を行った。

【００２４】この結果より、従来提案されている前記
（ハ）のブラケット両端部を曲げて接合し、環状に溶接
する方法での、環状に溶接されたブラケットの先端の応
力は低減しないことが判明した。すなわち、ブラケット
の先端を合わせることはブラケットの先端への応力集中
が生じることになる。場合によれば、応力が増加するこ
とも考えられる。

【００２５】図３に示すように、ブラケットの端の間
隔；ｄをシリンダを連結するための孔が設けられた部分
の間隔；ｄ₀ に対して、０．４〜０．８の範囲内では、
シリンダが配置される側と反対側のブラケットの端の応
力は１０％以上低減されることが判明した。図４に示
す、疲労設計指針・同解説（日本鋼構造協会編、１９９
３年発行、ｐ３３）のＳ−Ｎ線図により、この応力の１
０％の低下により、疲労寿命は約２倍に増加することが
推定され、疲労寿命改善が著しい事が判明した。ブラケ
ットの端の間隔を狭くすることにより、前記ブラケット
の端に発生する応力を低減することが出来、疲労寿命が
向上が図れることを確認できた。

【００２６】

【発明の効果】本発明のうち請求項１、２のものは、油
圧ショベル用ブ−ムにおいて、前記ブ−ムに配置される
ブラケットの一対の板材は、上板、下板のいずれかの幅
方向の中心に対して対称であって、側板の上に乗らない
程度に離して取り付けられ、前記ブラケットの端の間隔
が前記ブラケットの一対の板材の端のうち、シリンダが
配置される側と反対側の端の間隔が、前記シリンダを連
結するための孔が設けられた前記板材の部分における間
隔より狭くなるような形状にする。具体的には、前記板
材の狭くなった端の間隔が前記孔が設けられた部分の前
記板材の間隔に対して、０．４〜０．８になるように、
前記一対の板材を形成されている構成である。これによ
り、油圧ショベルの稼働中に、シリンダが配置される側
と反対側のブラケットの端に発生する圧縮応力と上板又
は下板の引張応力とを相殺させることになり、前記ブラ
ケットの疲労寿命が向上する。

【００２７】請求項２記載の発明では、ブランケットを
構成する一対の板材を単に折り曲げるだけであるので、
製造コストの上昇はわずかで済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油圧ショベル用ブ−ムに配設されたブ
ラケットの概略図である。

【図２】本発明の油圧ショベル用ブ−ムに配設された別
のブラケットの概略図である。

【図３】ブラケットの端に発生する応力におよぼすブラ
ケット間隔の影響を示す図である。

【図４】鋼構造物のＳ−Ｎ線図である。

【図５】油圧ショベルの全体図である。

【図６】油圧ショベル用ブ−ムの側面及び上面図であ
る。

【図７】従来例を示すものであり、油圧ショベル用ブ−
ムに配設されたブラケットの概略図である。

【図８】有限要素法により解析した油圧ショベル用ブ−
ムのモデル図である。

【符号の説明】

１ ブラケット ２ ブ−ム ３ ブ−ム（ア−ム） ４ ブ−ムの上板 ５ ブ−ムの下板 ６ ブ−ムの側板 ７ａ 油圧シリンダ ７ｂ 油圧シリンダ ８ 油圧シリンダを連結するためのブラケットに設けら
れた穴 ８ａ ブラケットに設けられた穴のボス ９ バケット １１ 操縦部 １２ 原動機部 １３ 走向装置 １４ 旋回台 ２１ ブラケットの一対の板材 ２２ ブラケットの一対の板材 ３１ 本発明のブラケットの一対の板材 ３２ 本発明のブラケットの一対の板材 ｄ₀ シリンダを連結するための孔が設けられた部分の
間隔 ｄ シリンダが配置される側と反対側のブラケットの間
隔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上板、下板及び両側板を組み合わせて断
   面が矩形になるように形成されたブ−ム本体と、 前記上板及び下板のいずれかに溶接にて取り付けられ、
   前記ブ−ム本体に沿って配設される油圧シリンダを連結
   するためのブラケットとを備えてなり、 このブラケットは一対の板材を対向配置してなり、この
   板材には前記油圧シリンダを連結するための孔が設けら
   れてなる油圧ショベル用ブ−ムにおいて、 前記一対の板材は、上板、下板のいずれかの幅方向の中
   心に対して対称であって、前記側板の上に乗らない程度
   に離して取り付けられ、 前記一対の板材の端のうち、前記油圧シリンダが配置さ
   れる側と反対側の端の間隔が、前記孔が設けられた部分
   における間隔より狭くなるような形状に前記一対の板材
   を形成したことを特徴とする油圧ショベル用ブ−ム。
2. 【請求項２】 前記板材の狭くなった端の間隔が前記孔
   が設けられた部分の前記一対の板材の間隔に対して、
   ０．４〜０．８の範囲内にあることを特徴とする請求項
   １記載の油圧ショベル用ブ−ム。
3. 【請求項３】 前記一対の板材の前記孔から前記油圧シ
   リンダが配設される側と反対側の端までの適所で前記上
   板、下板の中に向かって折り曲げられて、狭くなった前
   記端が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の油圧ショベル用ブ−ム。