JPH11269908A - 作業機のブーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブームの下壁に加わる応力を分散して、局部
的な応力集中を回避して耐久性を向上できるようにし、
コズトダウン、軽量化等を可能にする。 【解決手段】 中途部２０が側面視くの字状に屈曲され
ていて、下壁２１と上壁２２と縦壁２３と中途屈曲部２
０の前後の少なくとも前側で下壁２１と上壁２２とを連
結する補強部材２４とを有する。前記補強部材２４を下
壁２１に対して傾斜させて、下壁２１との取付け位置Ａ
を上壁２２との取付け位置Ｂよりも中途屈曲部２０側に
位置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックホー等の作
業機のブームに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の作業機のブームは、特開平６−２
２０８８２号公報に開示されているように、下壁と上壁
と左右縦壁とを有する断面箱形状で、側面視くの字状に
屈曲された中途部にブームシリンダ連結部と作業具側シ
リンダ連結部とを有しており、後部を旋回台と枢支連結
し、前部にバケット等の作業具を連結するためのアーム
又はその作業具自体を連結して掘削作業等をするように
構成されている。

【０００３】このような作業機のブームにおいては、掘
削作業時にはくの字状の中途屈曲部を屈伸すように負荷
が加わり、下壁と上壁とは一方に引っ張り応力を受け他
方に圧縮応力を受けることになり、中途屈曲部の強度確
保が要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、中途屈曲部の
前後部に下壁と上壁とを連結する補強リブを設けて増強
することが考えられており、断面箱形状ブームを前後に
区切るような隔壁状板を設けて補強リブとしているもの
がある。しかしながら、このような隔壁状板は下壁及び
上壁に対して略直角に設けられており、効果的な応力の
分散は考慮されていなく、特に下壁には局部的に大きな
引っ張り応力が加わるため、その集中応力に耐え得る強
度にしなくてはならなく、材料の無駄、重量化を招いて
いる。

【０００５】即ち、図１に２点鎖線で示すように、ブー
ム１１の中途屈曲部２０の前後部に補強リブ３０を下壁
２１及び上壁２２に対して略直角に設け、バケット掘削
作業をさせたとき、ブーム１１の中途屈曲部２０及びそ
の近傍に加わる応力は、図６に示すように、上壁２２で
は局部的に過大な圧縮応力が集中することは少ないが、
下壁２１では、ブームシリンダ連結部２６の前側で補強
リブ３０の後側には、引っ張り応力の極めて大きな集中
箇所が発生する。

【０００６】図６は引っ張り応力最大から圧縮応力最大
までを８段階に分けて応力分布を示したものであり、下
壁２１の白い部位ｂは引っ張り応力第２部位で、その白
い部位ｂで囲まれた最小黒部位ａが最大引っ張り応力集
中部分であり、ブームシリンダ連結部２６の前側で補強
リブ３６の後側に集中していることが明らかになってお
り、これらの部位でも十分な耐久性が得られるように、
壁厚、特に下壁２１の板厚等が決定されている。なお、
図６中、符号ｃは応力中立部位、ｅ、ｆ順次圧縮応力が
大きくなっている部位を示す。

【０００７】このように局部的に過大な応力が集中する
ため、それを基準にして板厚等の強度設計をしなくては
ならなく、それがコスト高及び重量化を招くことにな
る。本発明は、このような種々の問題点に鑑み、ブーム
の下壁に加わる応力を分散して、局部的な応力集中を回
避して耐久性を向上できるようにし、又は、これによっ
てコストダウン、計量化等を可能にできるようにした作
業機のブームを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明における課題解決
のための第１の具体的手段は、中途部２０が側面視くの
字状に屈曲されていて、下壁２１と上壁２２と縦壁２３
と中途屈曲部２０の前後の少なくとも前側で下壁２１と
上壁２２とを連結する補強部材２４とを有する作業機の
ブームであって、前記補強部材２４を下壁２１に対して
傾斜させて、下壁２１との取付け位置Ａを上壁２２との
取付け位置Ｂよりも中途屈曲部２０側に位置させている
ことである。

【０００９】これによって、掘削作業時にブーム１１の
下壁２１に荷重がかかると、傾斜した補強部材２４が応
力を上壁２２側に効果的に逃がし、下壁２１に作用する
応力を分散する。本発明における課題解決のための第２
の具体的手段は、下壁２１と上壁２２と左右縦壁２３と
を有する断面箱形状で、側面視くの字状に屈曲された中
途部２０にブームシリンダ連結部２６と作業具側シリン
ダ連結部２７とを有し、ブームシリンダ連結部２６の前
後の少なくとも前側で下壁２１と上壁２２とを連結する
補強部材２４を有する作業機のブームであって、前記補
強部材２４を下壁２１と上壁２２とに対して傾斜させ
て、下壁２１との取付け位置を上壁２２との取付け位置
よりもブームシリンダ連結部２６側に位置させているこ
とである。

【００１０】これによって、掘削作業時にはブーム１１
の下壁２１のブームシリンダ連結部２６より前側に大き
な負荷がかかるが、傾斜した補強部材２４が応力を上壁
２２側に効果的に逃がし、下壁２１の応力を分散する。
本発明における課題解決のための第３の具体的手段は、
第１又は２の具体的手段に加えて、前記補強部材２４は
中途屈曲部２０の曲率中心２８を略通る放射線２９の上
又はそれと略平行に位置していることである。

【００１１】これによって、下壁２１に加わる応力はよ
り効果的にブーム１１の全体に分散される。

【００１２】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図５において、１は土木、建設等に使用
されるバックホーで、クローラ走行部２を有する走行機
体３に旋回台４が縦軸回り回転自在に支持され、旋回台
４上にエンジン、運転席５、日除け装置６及び操縦装置
７等が搭載され、旋回台４の前部にバックホー装置８が
装着されている。

【００１３】バックホー装置８は、旋回台４前部のブラ
ケット９に旋回ブラケット１０が縦軸回り揺動自在に枢
支され、この旋回ブラケット１０にブーム１１とブーム
シリンダ１２の各基部が横軸回り揺動自在に枢支され、
ブーム１１の先端にアームシリンダ１３によって駆動さ
れるアーム１４が枢支連結され、アーム１４の先端に作
業具シリンダ１５によって駆動されるバケット等の作業
具１６が枢支連結されている。

【００１４】図１〜４に示す実施の形態において、前記
ブーム１１は中途部２０が側面視くの字状に屈曲されて
おり、基端（後端）に旋回ブラケット１０に枢支連結す
る基部連結体１７を、先端（前端）にアーム１４と枢支
連結する先端連結体１８とをそれぞれ有する。ブーム１
１の本体部分は下壁２１と上壁２２と左右縦壁２３とを
有する断面四角形の箱（角筒）形状になっており、くの
字状の中心である中途屈曲部２０には、下壁２１に左右
一対の板材２６Ａを固着して、ピンを介してブームシリ
ンダ１２を連結するブームシリンダ連結部２６が形成さ
れ、上壁２２に左右一対の板材２７Ａを固着して、ピン
を介してアームシリンダ１３を連結する作業具側シリン
ダ連結部２７が形成されている。

【００１５】また、ブーム１１内部の中途屈曲部２０の
前後には下壁２１と上壁２２とを連結する補強リブ（補
強部材）２４が設けられ、この補強リブ２４は板材で形
成されていて左右縦壁２３とも固着されている。前記補
強リブ２４は下壁２１及び上壁２２に対して直角でなく
傾斜されていて、下壁２１との取付け位置Ａは上壁２２
との取付け位置Ｂよりも中途屈曲部２０側に位置されて
いる。この補強リブ２４は、中途屈曲部２０の曲率中心
２８を略通る放射線２９の上又はそれと略平行に位置し
ており、またそれに近い傾斜状態になっていることが好
ましい。

【００１６】補強リブ２４は孔のない盲板でもよいが、
図１に示すようにバーリング孔３０を形成して、補強リ
ブ２４を補強しながら軽量化を図ることが好ましく、下
壁２１と上壁２２とを連結する複数枚の帯板又は棒材で
もよい。前記ブーム１１は、バケット１６による掘削作
業をするとき、ブームシリンダ１２の引っ張りにより中
途屈曲部２０にくの字を延ばすような力が作用し、下壁
２１には、特にブームシリンダ連結部２６より前側で大
きな引っ張り応力が発生するが、その応力は、下壁２１
から補強リブ２４に伝播される。

【００１７】この補強リブ２４の傾斜角度Ｋが直角より
も大きいと、つっかえ棒的な作用により、補強リブ２４
にかかる分力が大きくなり、直角の場合よりもより強力
に荷重を支持して応力を分散することになる。即ち、掘
削作業時のブーム１１の各部材における応力の分担状態
を解析してみると、補強リブ２４が下壁２１に対して略
直角であると、図６に示したように、応力は分散されず
に前補強リブ２４近傍で集中していたが、補強リブ２４
が下壁２１に対して傾斜したいると、図２に示したよう
に、白い部位ｂ（引っ張り応力第２部位）及び最小黒部
位ａ（最大引っ張り応力集中部分）がなくなり、小圧縮
応力の部位ｅ、次に若干大きな圧縮応力の部位ｆがそれ
ぞれ発生し、前補強リブ２４の取り付け部では中程度の
圧縮応力の部位ｇとなっており、応力分布状態が低レベ
ル化、均平化され、補強の最適化を計り得ることが判明
した。

【００１８】そして、下壁２１に対する補強リブ２４の
取付け位置Ａを決定するために、略直角であるときの補
強リブ２４の取付け位置からの変位量Ｔと最大集中応力
との関係を解析してみると、図４に示すように、取付け
位置Ａが直角取付け位置から離れるに従って最大集中応
力が低下することが判明し、その最良変位量を採ると、
補強リブ２４は放射線２９に近い傾斜角度になってい
た。

【００１９】なお、図４において、変位量Ｔ＝１．０は
約８０〜９０ｍｍであり、Ｔ＝１．０で必要かつ十分な
応力低下が得られた。変位量Ｔは約０．５以上であるこ
とが好ましい。前補強リブ２４近傍で応力が集中するの
で、後補強リブ２４は下壁２１に対して略直角に固定し
ておいも、傾斜させてもよい。

【００２０】ところで、バケットで土を押す作業をする
時等には、下壁２１に圧縮応力が、上壁２２に引っ張り
応力が作用することもあるが、圧縮応力が比較的集中度
合いが低く、引っ張り応力に対して十分な強度があれば
圧縮応力はクリアでき、上壁２２にかかる引っ張り応力
も、補強リブ２４が傾斜していれば、略直角状態よりも
応力の分散ができ、耐久性を向上ができる。

【００２１】そこで、上壁２２及び左右縦壁２３は板材
を断面コ字形状に屈曲形成して同一厚さにし、下壁２１
のみをそれより厚板で形成されるが、その下壁２１にか
かる引っ張り応力が小さくなることにより、下壁２１の
板厚を従来より薄くすることが可能になる。なお、本発
明は前記実施の形態及び具体例に限定されるものではな
く、種々変形することができる。例えば、ブーム１１は
フロントローダ等のブームにも適用でき、帯板状下壁２
１に上壁２２及び左右縦壁２３を一体形成した断面コ字
状材を溶着して形成しているが、各壁を形成する４枚の
板材を溶着して形成したり、下壁２１と上壁２２とを１
枚の縦壁２３で連結してＩ形状に形成したりしてもよ
い。

【００２２】また、ブーム１１は１枚の幅広板をプレス
加工で断面４角形又は８角形等に折り曲げて筒状部材に
形成し、２つの筒状部材を直接又は継手板材を介して連
結して、側面視くの字状に構成したりしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、作業時に
ブーム１１の下壁２１に加わる応力を、傾斜した補強部
材２４が上壁２２側に効果的に逃がし、下壁２１での応
力集中を分散することができ、補強部材２４による補強
の最適化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブームの屈曲部付近
の断面側面図である。

【図２】ブームの屈曲部付近の応力分布図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】補強部材の取付け位置Ａの変位量と最大引っ張
り応力との関係を示すグラフである。

【図５】バックホーの全体側面図である。

【図６】補強部材が略直角に配置されたブームの屈曲部
付近の応力分布図である。

【符号の説明】

８ バックホー装置 １１ ブーム １２ ブームシリンダ １３ アームシリンダ（作業具側シリンダ） ２１ 下壁 ２２ 上壁 ２３ 縦壁 ２４ 補強リブ（補強部材） ２６ ブームシリンダ連結部 ２７ 作業具側シリンダ連結部 ２８ 曲率中心 ２９ 放射線 Ａ 下壁側取付け位置 Ｂ 上壁側取付け位置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中途部が側面視くの字状に屈曲されてい
   て、下壁と上壁と縦壁と中途屈曲部の前後の少なくとも
   前側で下壁と上壁とを連結する補強部材とを有する作業
   機のブームであって、 前記補強部材を下壁に対して傾斜させて、下壁との取付
   け位置を上壁との取付け位置よりも中途屈曲部側に位置
   させていることを特徴とする作業機のブーム。
2. 【請求項２】 下壁と上壁と左右縦壁とを有する断面箱
   形状で、側面視くの字状に屈曲された中途部にブームシ
   リンダ連結部と作業具側シリンダ連結部とを有し、ブー
   ムシリンダ連結部の前後の少なくとも前側で下壁と上壁
   とを連結する補強部材を有する作業機のブームであっ
   て、 前記補強部材を下壁と上壁とに対して傾斜させて、下壁
   との取付け位置を上壁との取付け位置よりもブームシリ
   ンダ連結部側に位置させていることを特徴とする作業機
   のブーム。
3. 【請求項３】 前記補強部材は中途屈曲部の曲率中心を
   略通る放射線の上又はそれと略平行に位置していること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の作業機のブーム。