ブーム
【課題】複雑な製造工程や大幅な重量の増加なく、側板の座屈特性を向上させる。
【解決手段】側部スライディングパッド51が、外側ブーム30の2つの側板31(32及び33)の内面に、内側ブーム10(の側板12及び13)に沿うように設置される。よって、内側ブーム10の側板11の座屈が抑制される。また、2つの側板31は、それぞれ直線状に形成される。よって、側板31を曲線や折れ線など複雑な断面形状にする場合に比べ、側板31を容易に形成できる。また、側部スライディングパッド51は、外側ブーム30の曲げ中立軸Nよりも下方側に設置され、かつ、下部スライディングパッド42の上端42uよりも上方側に設置される。よって、この範囲に側部スライディングパッド51を設置しない場合に比べ、より確実に内側ブーム10の側板11の座屈を抑制できる。
【解決手段】側部スライディングパッド51が、外側ブーム30の2つの側板31(32及び33)の内面に、内側ブーム10(の側板12及び13)に沿うように設置される。よって、内側ブーム10の側板11の座屈が抑制される。また、2つの側板31は、それぞれ直線状に形成される。よって、側板31を曲線や折れ線など複雑な断面形状にする場合に比べ、側板31を容易に形成できる。また、側部スライディングパッド51は、外側ブーム30の曲げ中立軸Nよりも下方側に設置され、かつ、下部スライディングパッド42の上端42uよりも上方側に設置される。よって、この範囲に側部スライディングパッド51を設置しない場合に比べ、より確実に内側ブーム10の側板11の座屈を抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業車両もしくはクレーンのブーム(入れ子式箱型のブーム)に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、作業車両もしくはクレーンのブーム断面として様々な形状のものが知られている(例えば特許文献1〜8)。それらの多くはブームの下板(底板)や側板の座屈特性の向上を図るものである。
【0003】
座屈特性の向上を図る手法は大きく二つに分けることができる。一つは座屈が懸念される下板や側板を様々な形状とするものである。例えば、断面を曲面もしくは折れ線を持つ形状とし、突合せ溶接によりブームを形成すること等により、座屈特性と疲労特性を向上させる。もう一つはブームの下板や側板の板厚を大きくする(板厚を上げる)ものである。
【0004】
なお、特許文献1、2および4に示すように、入れ子式(伸縮式)のブームでは、外側ブーム内面の内側ブーム支持部にスライディングパッドが設置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】実開平5−5795
【特許文献2】実開平6−80784
【特許文献3】実公平2−11431
【特許文献4】特開2000−143163
【特許文献5】特開2005−112514
【特許文献6】特開2000−16763
【特許文献7】特開昭52−105451
【特許文献8】特開昭52−55158
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した2つの手法のみを用いたブームでは、製造工程が複雑になる、たわみ特性が悪化する、重量が増加するなどの問題がある。特に下板や側板の断面を曲面や折れ線など複雑な形状にした場合は、製造工程が複雑となり、たわみ特性が悪化する(同様の大きさの矩形断面のブームに比べ断面二次モーメントが小さくなる)。また特に下板や側板の板厚を大きくした場合は、重量が増加する。
【0007】
本発明の目的は、複雑な製造工程や大幅な重量の増加を要さずに、側板の座屈特性を向上できるブームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の発明に係るブームは、外側ブームと、当該外側ブーム内に収容される内側ブームと、を備える入れ子式箱型のブームにおいて、前記外側ブームは、前記外側ブームの軸方向から見た断面において、それぞれ直線状に形成された2つの側板と、前記断面において、2つの前記側板の上端をつなぐように配置された上板と、前記断面において、2つの前記側板の下端をつなぐように配置され、U字状に形成された下板と、前記下板の前記軸方向前方側先端部の内面に、前記内側ブームを支持するように設置された下部スライディングパッドと、2つの前記側板の内面に、前記内側ブームに沿うように設置された側部スライディングパッドと、を備え、前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの曲げ中立軸よりも下方側に設置され、かつ、前記下部スライディングパッドの上端よりも上方側に設置されたことを特徴とする。
【0009】
このブームでは、外側ブームの軸方向から見た断面において、側部スライディングパッドが、外側ブームの2つの側板の内面に、内側ブームに沿うように設置される。ここで、ブームが曲げ荷重を受けたとき、内側ブームの側板は断面の外側に変形しようとする。この変形は、外側ブームの側部スライディングパッドにより断面の内側に押さえられる。よって、内側ブームの側板の座屈が抑制される。したがって、ブームの側板の座屈特性を向上できる。
【0010】
また、ブームの側板の座屈特性は上記のように向上される。すなわち、座屈特性を向上させるためにブームの板厚を大きくする必要がない。したがって、ブームの板厚を大きくすることのみにより座屈特性を向上させる場合に比べ、ブームを軽量にできる。言い換えれば、大幅な重量増加を要さずにブームの側板の座屈特性を向上できる。
【0011】
また、上記の断面において、外側ブームの2つの側板は、それぞれ直線状に形成される。よって、側板を曲線や折れ線など複雑な断面形状にする場合に比べ、側板を容易に形成できる。したがって、複雑な製造工程を要さずにブームを製造できる。
【0012】
また、側部スライディングパッドは、外側ブームの曲げ中立軸よりも下方側に設置され、かつ、下部スライディングパッドの上端よりも上方側に設置される。よって、この範囲に側部スライディングパッドを設置しない場合に比べ、より確実に内側ブームの側板の座屈を抑制できる(後述)。また、この範囲にのみ側部スライディングパッドを設置した場合は、この範囲よりも広い範囲で側部スライディングパッドを設置した場合に比べ、外側ブームを軽量にできる。
【0013】
第2の発明は、第1の発明に係るブームであって、前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの前記軸方向前方側先端部よりも後方側に設置され、前記側部スライディングパッドの前記軸方向における前記先端部からのオフセット量は、前記断面における前記側板の高さの100%以内であることを特徴とする。
【0014】
このブームでは、側部スライディングパッドの外側ブームの先端部からのオフセット量は、前記断面における外側ブームの側板の高さの100%以内である。よって、オフセット量がこの範囲内でない場合に比べ、内側ブームの側板の座屈がより確実に抑制される(後述)。したがって、ブームの側板の座屈特性をより向上できる。
【発明の効果】
【0015】
以上の説明に述べたように、本発明によれば以下の効果が得られる。特に外側ブームの2つの側板の内面に側部スライディングパッドが設置される構成により、大幅な重量増加を要さずにブーム側板の座屈特性を確実に向上できる。また、外側ブームの2つの側板は、それぞれ直線状に形成されるので、複雑な製造工程を要さずにブームを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】第1実施形態に係るブームの断面図である。
【図2】図1に示すブームの側面図である。
【図3】曲げ解析に用いるブームの断面図(部分図)である。
【図4】ケース1に係るブームを示す部分図である。
【図5】ケース2に係るブームを示す部分図である。
【図6】ケース3に係るブームを示す部分図である。
【図7】ケース4に係るブームを示す部分図である。
【図8】ケース5に係るブームを示す部分図である。
【図9】ケース1〜5の荷重変位曲線を示すグラフである。
【図10】第2実施形態に係るブームの側面図である。
【図11】図10に示す隙間調整機構をブームの軸方向から見た図である。
【図12】ケース3−1に係るブームを示す部分図である。
【図13】ケース3−2に係るブームを示す部分図である。
【図14】ケース3−3に係るブームを示す部分図である。
【図15】側部スライディングパッドのオフセット量と付加効果との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係るブームの実施形態について図面を参照して説明する。
【0018】
(第1実施形態)
図1はブームの断面図である。なお図1は図2に示すF1−F1矢視断面図である。図2は図1に示すブームの側面図である。以下、図1及び図2を参照してブーム1の構成について詳細に説明する。
【0019】
ブーム1は、作業車両もしくはクレーンに用いられる入れ子式箱型ブーム(伸縮ブーム)である。例えばクレーンの上部旋回体に起伏可能に取り付けられる。複数(例えば7つ。図10参照)のブームが入れ子式となってブーム1を構成している。ここで、これら複数のブームのうちいずれか一つ(最も内側のブームを除く)を外側ブーム30とする。また外側ブーム30内に収容されるブームを内側ブーム10とする。さらに詳しくは、外側ブーム30の内側に配置される複数(又は1つ)のブームのうち最も外側に配置されるブームを内側ブーム10とする。
【0020】
外側ブーム30は、ブーム1を構成する複数のブームのうちの一つ(最も内側のブームを除く)である。この外側ブーム30は次のように構成される。外側ブーム30の軸方向から見た断面において(すなわち図1に示すように)、全体として縦長の略長方形であり、それぞれ直線状の2つの側板31(32及び33)と、側板31の上端をつなぐ上板34と、側板31の下端をつなぐU字状の下板37と、で略長方形が構成される。また内面には2つの上部スライディングパッド41(41R及び41L)と、下部スライディングパッド42と、2つの側部スライディングパッド51(52及び53)と、が設置される。
【0021】
ここで、2つの側板31が対向する方向をX方向とし、一方の側板33から他方の側板32に向かう向き(図1における右向き)を「X1向き」などと言い、その逆(図1における左向き)を「X2向き」などと言う。また、下板37と上板34とが対向する方向をZ方向とし、下板37から上板34へ向かう向き(図1における上向き)を「Z1向き」などと言い、その逆(図1における下向き)を「Z2向き」などと言う。また、図2に示すように、外側ブーム30の軸方向をY方向とも言い、内側ブームが挿入されている側(図2における左側)を前方側または「Y2側」などと言い、その逆(図2における右側)を後方側または「Y1側」などと言う。
【0022】
側板31は、図1に示すように、ブーム1の側面を構成する2つ(2枚)の板である。2つの側板31は、外側ブーム30の軸方向(Y方向)から見たとき、それぞれ直線状に形成され、それぞれZ方向に沿うように平行に配置される。また2つの側板31は、X1側に配置される側板32と、X2側に配置される側板33と、で構成される。
【0023】
側板32は、Z1側に薄肉部32aを有し、Z2側に厚肉部32bを有する。この厚肉部32bは後述する下板37と共に、特に座屈しやすいブーム1の下部(Z2側の部分)の座屈特性の向上を図っている。例えば、薄肉部32aと厚肉部32bとを別体に形成した後、これらを突合せ溶接することで側板32を形成する。
側板33は、薄肉部33aと厚肉部33bとを有する。これらは側板32の薄肉部32aおよび厚肉部32bと同様に形成される。
【0024】
上板34は、2つの側板31の上端(Z1側の端)をつなぐように配置される板である。この上板34は、X方向に沿うように配置される直線部35と、直線部35のX方向における両端からZ2側へ曲がるように形成される2つの曲線部36(X1側の曲線部36R、及び、X2側の曲線部36L)と、で構成される。曲線部36を形成することにより座屈特性の向上を図っている(後述)。
【0025】
下板37は、2つの側板31の下端(Z2側の端)をつなぐように配置される板である。この下板37はU字状に形成される。「U字状」とは、円弧または円弧状の滑らかな曲線状、または、前記曲線上の3点以上をつなぐ折れ線状である(なお、図1では円弧の下板37を示している)。下板37をこのような形状に形成することで、特に座屈が生じやすいブーム1の下部(Z2側の部分)の座屈特性の向上を図っている。すなわち、側板と下板とを垂直に配置して、これらの接合部を隅肉溶接する場合、この接合部に応力が集中する。他方、U字状の下板37では上記の応力集中が生じないので座屈特性を向上できる。なお上板34の曲線部36もこれと同様に座屈特性を向上できる。
【0026】
次に、図2に示す外側ブーム30及び内側ブーム10に取り付けられるスライディングパッド(21、22、41、42、51)の概要を説明する。
【0027】
複数のスライディングパッド(21、22、41、42、51)の位置の概要を説明する。図2に示すように、外側ブーム30の前方側(Y2側)先端部の内面に、上部スライディングパッド41、下部スライディングパッド42、及び、側部スライディングパッド51が設置される。内側ブーム10の後方側(Y1側)端部の外面に、上部スライディングパッド21、及び、下部スライディングパッド22が設置される。
【0028】
これらのスライディングパッド(21、22、41、42、51)の機能の概要を説明する。スライディングパッド(21、22、41、42、51)は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にする。また、ブーム1に(内側ブーム10に)荷重(矢印Bの向きの吊荷重)がかかったとき、下部スライディングパッド42と上部スライディングパッド21とで内側ブーム10が支持される。また、内側ブーム10に荷重がかかったとき、内側ブーム10の側板11が外側(Y方向から見た断面の外側)に開こうとするが、これが側部スライディングパッド51により内側に押さえられる。また、上部スライディングパッド41及び下部スライディングパッド22は外側ブーム30と内側ブーム10との隙間を埋めており、ブーム1の伸縮時等の振動を抑制する。
【0029】
これらのスライディングパッド(21、22、41、42、51)は、例えば、表面にグリス等潤滑剤を塗布した金属製である。また例えば、樹脂製である。以下、これらのスライディングパッドについてさらに説明する。
【0030】
上部スライディングパッド41は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、これらの隙間をなくしてブーム1の伸縮時等の振動を抑制するために設ける。この上部スライディングパッド41は次のように設ける。位置について説明すると、外側ブーム30の前方側(Y2側)先端部に設置する。また、図1に示すように、上板34の2つの曲線部36(36R及び36L)に沿うように2つ設置する。すなわちX1側の上部スライディングパッド41R、及び、X2側の上部スライディングパッド41Lの2つを設置する。形状について説明すると、Y方向から見て円弧状に形成する。また、図2に示すように、X方向から見て長方形状に形成する。すなわち直方体の板を上板34の曲線部36の内面に沿うように曲げたような形状である。また、厚さは、内側ブーム10(曲線部16)との隙間がほぼ埋まる(微小な隙間をあける)ような厚さに形成される。なお、後述する隙間調整機構238(図10、図11参照)を設ければこの隙間の大きさを調整できる。
【0031】
下部スライディングパッド42は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、ブーム1(内側ブーム10)に荷重(矢印Bの向き)がかかったときに内側ブーム10を支持するために設ける。この下部スライディングパッド42は次のように設ける。位置について説明すると、外側ブーム30の下板37の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部の内面に設置する。言い換えれば外側ブーム30の前方側の入れ子支持部に設置する。また、図1に示すように、U字状の下板37の内面に沿うように(内面全体を覆うように)設置する。なお例えば、下部スライディングパッド42の上端42uと、下板37の上端(下板37と側板31との境界。なお図1の符号Hが側板31の範囲である)と、がZ方向において揃うように配置する。形状について説明すると、Y方向から見てU字状に形成する。また、図2に示すように、X方向から見て長方形状に形成する。すなわち直方体の板を下板37のU字状に沿うように曲げた形状である。また、厚さは、内側ブーム10の下板17の外面と接触する(すなわち内側ブーム10を支持する)ような厚さに形成される。
【0032】
側部スライディングパッド51は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、ブーム1(内側ブーム10)に荷重がかかったときに内側ブーム10の側板11が外側(Y方向から見た断面の外側)に開くが、これを内側に押さえるために設ける。この側部スライディングパッド51は次のように設ける。位置について説明すると、外側ブーム30の側板31の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部の内面(内壁)に設置する。図1に示すように、側板32の内面(X2側の面)には側部スライディングパッド52が設置され、側板33の内面(X1側の面)には側部スライディングパッド53が設置される。なお、Z方向における側部スライディングパッド51の位置は後述する。また形状について説明すると、2つの側部スライディングパッド51それぞれは、X方向に厚さ方向を持つ直方体の板状である。すなわちY方向およびX方向から見て(図1及び図2に示す状態)長方形状である。また、図1に示すように、厚さはそれぞれ、内側ブーム10の側板31に沿うような(微小な隙間をあけて沿う)厚さである。次に、この側部スライディングパッド51(52及び53)のZ方向における位置について説明する。
【0033】
側部スライディングパッド51は、側板31のZ方向における中央部(中央付近)に設置される。さらに詳しくは、側部スライディングパッド52は、外側ブーム30の曲げ中立軸N(曲げ変形時に軸方向の力が生じない線。図1において一点鎖線で示す)よりも下方側(Z2側)に設置され、かつ、下部スライディングパッド42の上端42uよりも上方側(Z1側)に設置される。さらに、側部スライディングパッド52の下端52bと、下部スライディングパッド42の上端42uと、の間隔Oz(Z方向における間隔(オフセット))は10mm以上である。また、Z方向において、側部スライディングパッド52の上端52tは曲げ中立軸Nと一致する。なお、例えば下端52bは、側板32の厚肉部32bより上方、すなわち薄肉部32aに配置する。
【0034】
側部スライディングパッド53は側部スライディングパッド52とX方向において対称であるので説明は省略する。
【0035】
上部スライディングパッド21は、図2に示すように、内側ブーム10のY方向後方側(Y1側)端部の外面に設置される。内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、ブーム1に荷重がかかったときに内側ブーム10を支持するために設ける。この上部スライディングパッド21は、Y方向から見たとき、図1に示す外側ブーム30の上部スライディングパッド41と同様の形状(2つの円弧状)である。
【0036】
下部スライディングパッド22は、図2に示すように、内側ブーム10のY方向後方側(Y1側)端部の外面に設置される。内側ブーム10と外側ブーム30とを摺動を容易にするため、また、これらの隙間をなくしてブーム1の伸縮時等の振動を抑制するために設ける。この下部スライディングパッド22は、Y方向から見たとき、図1に示す外側ブーム30の下部スライディングパッド42と同様の形状(U字状)である。
【0037】
(曲げ解析1)
本発明に係るブーム1を含む、様々なブームについて曲げ解析を行った。すなわち、図3に示す寸法の内側ブームについて、内側ブームの支持方法(スライディングパッドの設置位置や範囲)を様々に変化させたときの、ブームの変形および荷重を調べた。なお、内側ブームをY方向から見たときのX方向における中心よりもX2側の部分(すなわち図3に示すような、左半分の部分)で解析を行った。また、内側ブームの支持に寄与しないスライディングパッド(図2に示すブーム1における上部スライディングパッド41および下部スライディングパッド22)を取り除いたブームについて解析を行った。この曲げ解析のモデルとして、図4(a)〜図8(a)に示すケース1〜5のモデルを用いた。
【0038】
ケース1は、図4(a)に示すように、Y方向から見た断面がU字状の下板37(図1参照)に沿ってスライディングパッド140C1(本発明の下部スライディングパッド42に相当する)を設置したモデルである。すなわち、本発明の外側ブーム30から側部スライディングパッド51を取り除いたモデルである。なお、図4〜図8には外側ブームは図示していない。
【0039】
ケース2は、図5(a)に示すように、ケース1のスライディングパッド140C1の上端に隣接するように、スライディングパッド140C2aを付加したモデルである(これらのスライディングパッド全体の符号を140C2とする。)。すなわち、図1に示す間隔Ozがないモデルである。なお、付加したスライディングパッドのZ方向の幅は150mmとした。
【0040】
ケース3は、図6(a)に示すように、本発明のブーム1に係るモデルである。すなわち側板31(図1参照)における中央部に側部スライディングパッド51を設置したモデルである。なお側部スライディングパッド51のZ方向の幅は150mmとした。
【0041】
ケース4は、図7(a)に示すように、外側ブーム(図示なし)の内面を鉢巻状に一周するようにスライディングパッド140C4を設置したモデルである。言い換えれば、スライディングパッドによる支持を内側ブームの全周に渡って施したケースである。
【0042】
ケース5は、図8(a)に示すように、ケース4のスライディングパッド140C4(図7(a)参照)から、上板34(図1参照)に沿った部分を取り除いたモデルである(このスライディングパッドの符号を140C5とする)。すなわち本発明との相違点は、側板31(図1参照)の中央部だけでなく、側板31のZ方向における全体にスライディングパッドを設置している点である。
【0043】
次に解析結果について説明する。ケース1〜5に係るブームに吊荷重を加えた場合の、ブームの変形図を図4(b)〜図8(b)に示す。なお、図中の「外」の文字は内側ブーム10の外面の断面外側への変形を示し、「内」の文字は同内側への変形を示す。また、図中の線は太いほど同外側への変形が大きく、線が細いほど同内側への変形が大きいことを示す。
【0044】
ケース1では、図4(b)に示すように、スライディングパッド140C1の上端の直上を最大変形点とする、1波の大きな外側変形(波W1)が内側ブーム10に生じた。この波形についてさらに説明する。
ブームを軽量かつ高剛性にするためには、図1に示すように、ブーム軸方向(Y方向)から見た断面において、ブーム曲げ中心(図示なし)から遠方に離れた位置に上板14および下板17を配置する必要がある。すなわち断面を縦長にして断面二次モーメントを大きくする必要がある。このような配置(断面形状)にすれば、結果として側板11は上下方向(Z方向)に広い面を持つことになり、側板11は座屈が生じやすいものとなる。よってブームに吊荷重を加えたとき、上述したような大きな外側変形(波W1)が内側ブーム10に生じる。
また、スライディングパッド140C1の上端の直上が最大変形点となった。これは、スライディングパッド140C1の反力による局所圧縮座屈が卓越していることを示している。
【0045】
ケース2では、図5(b)に示すように、ケース1の変形モードに近い変形(波W2)が生じた。後述するケース3に比べ、スライディングパッドを付加したことによる効果が得られていないことが推測される。
【0046】
ケース3(本発明に係るケース)では、図6(b)に示すように、側部スライディングパッド53の周辺を最大変形点とするブーム内側に変形する波W3−1と、その隣り(図2におけるY1側)に外側に変形する波W3−2と、の2波の波形が発生した。この波形は、ケース1や2で現れたような内側ブーム10の軸方向(図2におけるY方向)に沿った楕円形の波形(図4(b)、図5(b)参照)ではなく、Y方向に対して斜め方向の楕円形(さらに詳しくは、楕円の長辺が軸方向に対して傾いた楕円形)の波形である。これは、せん断座屈が卓越した結果生じた波形であると考えられる。
【0047】
ケース4および5では、ケース3と同様の波形が生じた。すなわちケース4では、図7(b)に示すように、内側に変形する波W4−1および外側に変形する波W4−2の2波が生じた。ケース5では、図8(b)に示すように、内側に変形する波W5−1および外側に変形する波W5−2の2波が生じた。
【0048】
また、図9には各ケースの荷重変位曲線を示す。なお変位とはブーム先端(図10の装着部202の部分を参照)での変位である。縦軸は荷重、横軸はブーム先端の変位を示す。また、図9のグラフ中の囲みの中に、ケース1の最大荷重に対する、各ケースの最大荷重の増加率を示す。
この結果に示すように、内側ブーム10の外面の全周に渡ってスライディングパッド140C4を設置したケース4(図7参照)や、側板31(図1参照)の中央部だけでなく側板31のZ方向における全体に設置したケース5(図8参照)と同等の効果を、わずかな幅の側部スライディングパッド51を設置したケース3(図6参照)で得られていることがわかる。
【0049】
(第1実施形態に係るブームの特徴)
本実施形態に係るブーム1では、図1に示すように、外側ブーム30の軸方向(Y方向)から見た断面において、側部スライディングパッド51が、外側ブーム30の2つの側板31(32及び33)の内面に、内側ブーム10(の側板12及び13)に沿うように設置される。ここで、ブーム1(内側ブーム10)が曲げ荷重を受けたとき(図2の矢印Bの向きの吊荷重を受けたとき)、内側ブーム10の側板11(12及び13)は断面の外側(側板12はX1側、側板13はX2側)に変形しようとする。この変形は、外側ブーム30の側部スライディングパッド51により断面の内側に押さえられる(側板12は側部スライディングパッド52によりX2側に押さえられる。側板13は側部スライディングパッド53によりX1側に押さえられる)。よって、内側ブーム10の側板11の座屈が抑制される。したがって、ブーム1の側板(側板11)の座屈特性を向上できる。
【0050】
また、ブーム1の側板(側板11)の座屈特性は上記のように向上される。すなわち、座屈特性を向上させるためにブーム1の板厚を大きくする必要がない。したがって、ブーム1の板厚を大きくすることのみにより座屈特性を向上させる場合に比べ、ブーム1を軽量にできる。言い換えれば、大幅な重量増加を要さずにブーム1の側板の座屈特性を向上できる。
【0051】
また、上記の断面(Y方向から見た断面)において、外側ブーム30の2つの側板31は、それぞれ直線状に形成される。よって、側板31を曲線や折れ線など複雑な断面形状にする場合に比べ、側板31を容易に形成できる。したがって、複雑な製造工程を要さずにブーム1を製造できる。
【0052】
また、側部スライディングパッド51は、外側ブーム30の曲げ中立軸Nよりも下方側に設置され、かつ、下部スライディングパッド42の上端42uよりも上方側に設置される。よって、この範囲に側部スライディングパッド51を設置しない場合に比べ、より確実に内側ブーム10の側板11の座屈を抑制できる(曲げ解析1を参照)。また、この範囲にのみ側部スライディングパッド51を設置した場合は、この範囲よりも広い範囲で側部スライディングパッド51を設置した場合に比べ、外側ブーム30を軽量にできる。
【0053】
なお、ブーム1は入れ子状であるため、外側ブーム30が有する特徴は内側ブーム10も有する(ブーム1を構成する複数のブームのうち最も内側に配置される内側ブーム10は除く)。また、内側ブーム10が有する特徴は外側ブーム30も有する(最も外側に配置される外側ブーム30は除く)。
【0054】
(第2実施形態)
図10は第2実施形態に係るブーム(入れ子状のブームが最も縮んだ状態での前方側先端付近)の側面図である。図11は図10に示すブームの隙間調整機構238付近の断面図であり、図10に示すF11−F11矢視断面図である。第1実施形態では、図2に示すように、側部スライディングパッド51は、外側ブーム30の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部に設置した。第2実施形態では、図10に示すように、側部スライディングパッド51は、外側ブーム230の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部230Tよりも後方側(Y1側)に設置される。以下、図10および図11を参照して第2実施形態に係るブーム201の構成について説明する。なお第1実施形態と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0055】
まず、図10に示すように、側部スライディングパッド51が外側ブーム230のY2側先端部230TよりもY1側に設置されることについて説明する。
ブーム201は入れ子状であり、7つのブームを備える。これらの7つのブームのうち最も内側のブームを除くブーム(すなわち外側ブームになり得るブーム)にはそれぞれ隙間調整機構238が取り付けられる。この隙間調整機構238を配置するために、各ブームのY2側端部はY1側へオフセット(詳細は後述)している。このように端部がオフセットした形状のブーム(外側ブーム230)では下部スライディングパッド42の直上(Z1側)に側部スライディングパッド51を設置することは難しい。したがって、外側ブーム230の端部の形状に沿うように、側部スライディングパッド51を軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部230Tよりも後方側(Y1側)に設置している(オフセットしている)。なお、7つのブームのうち最も内側のブームには各種アタッチメントが取り付けられる装着部202が取り付けられる。以下、各構成要素について説明する。
【0056】
隙間調整機構238は、図11に示すように、上部スライディングパッド41(41L)と内側ブーム10(曲線部16)との隙間の量を調整する装置である。この隙間調整機構238は、外側ブーム230の上部スライディングパッド41(41R)の外側(X1及びZ1側)に取り付けたL字型ブラケット238aと、このL字型ブラケット238aの外側に配置される外枠238bと、この外枠238bに取り付けられる押圧ボルト238cと、を備える。そして押圧ボルト238cをX方向およびZ方向に出し入れ(移動)させることによりL字型ブラケット238aおよび上部スライディングパッド41が同方向に移動する。これにより上部スライディングパッド41と、内側ブーム10の上板14の曲線部16と、の隙間を調整する。なお、上部スライディングパッド41Lだけでなく上部スライディングパッド41Rにも同様の隙間調整機構(図示なし)が設置される。
【0057】
外側ブーム230の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)端部の上部(Z1側の部分)は、図10に示すように、後方側(Y1側)へオフセットしている。さらに詳しくは、外側ブーム230のY2側端部はZ方向に沿う直線状ではなく、下部230c(Z2側の部分)はZ方向に沿う直線状であり、中間部230bはZ方向に対して傾いた直線状(傾斜)であり、上部230a(Z1側の部分)はZ方向に沿う直線状である。そして上部230aは下部230cよりも後方側(Y1側)に形成される。すなわち外側ブーム230全体としての前方側(Y2側)の先端部230Tは、下部230cの部分である。このような形状となっているのは、上述したように隙間調整機構238が設置されるためである(また、装着部202に突出部202aがあるためである)。
【0058】
側部スライディングパッド51は、外側ブーム230の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部230T(230c)よりも後方側(Y1側)に設置される。さらに詳しくは、次のように設置される。側部スライディングパッド51のY方向における先端部230T(230c)からの距離をオフセット量Oaとする。このオフセット量Oaは、下部スライディングパッド42のY方向における中心と、側部スライディングパッド51のY方向における中心と、のY方向における距離である。そしてこのオフセット量OaはY方向から見た断面における側板31の高さH(図1参照)の100%以内である。また、側部スライディングパッド51は外側ブーム230の前方側(Y2側)端部の中間部230b(傾斜部分)に設置される。また例えば、X方向から見たとき、側部スライディングパッド51の長手方向が中間部230bの傾斜の方向に沿うように配置する。
【0059】
(曲げ解析2)
本発明(実施形態2)に係るブーム201を含む、様々なブームについて曲げ解析を行った。すなわち、曲げ解析1に係るケース3のモデル(図6(a)参照)をベースとして、側部スライディングパッド51のオフセット量Oaを様々に変化させたときの、ブームの変形および荷重を調べた。この曲げ解析のモデルとして、オフセット量Oaを200mm、400mm、および800mmとしたケース3−1、3−2、及び3−3を使用した(図12(a)〜図14(a)に示す)。
【0060】
次に解析結果について説明する。ケース3−1〜3−3に係るブームに吊荷重を加えた場合の、ブームの変形図を図12(b)〜図14(b)に示す。
これらの図により、ケース3−1、3−2、3−3の順に、すなわちオフセット量Oaを増すほど、ケース3で観察された変形モード(2波の変形。図6(b)参照)から、ケース1で観察された変形モード(大きな1波の変形。図4(b)参照)へ座屈波形が移行していくことが示されている。具体的には次のようになった。ケース3−1では、図12(b)に示すように、内側に変形する波W3−1−1および外側に変形する波W3−1−2の2波が生じた。ケース3−2および3−3では、図13(b)及び図14(b)に示すように、内側に変形する波W3−2−1およびW3−3−1が生じたが、波W3−1−1に比べて内側への変形は小さく生じた。一方でこれらのケースでは、ケース1で観察された波W1(図4(b)参照)のようにブーム軸方向に沿う大きな波W3−2−2および波W3−3−2が生じた。
【0061】
また、図15に側部スライディングパッド51のオフセット量Oa(図10参照)と付加効果との関係を示す。さらに詳しくは、縦軸には、ケース1に対する各ケースの最高荷重(側部スライディングパッド51の付加効果)を示す。ケース1の最高荷重を100%としている。また、横軸には、側板31の高さH(図1参照)に対するオフセット量Oa(図10参照)を示す。高さHを100%としている。このように側板31の高さH(図1参照)とオフセット量Oa(図10参照)とを対比するのは次の理由による。側部スライディングパッド51を設置(付加)した場合の変形モード(図12(b)〜図14(b)参照)が、側部スライディングパッド51がない場合における側板の変形モード(ケース1、図3(b)参照)に近いほど最高荷重向上の効果は小さいと考えられる。ここで、ケース1の変形モードは、ブームの軸方向(Y方向)における側板(側板11や31。図2等参照)の寸法に依存せず、側板の縦方向の寸法(高さH)に依存すると考えられる。軸方向における側板の寸法は、高さHに比べて十分に大きいからである。したがって、最高荷重向上の効果の有無についても、側板の軸方向の寸法には依存せず、高さHに依存すると仮定できる。そこで、図15に示すように、同効果が得られる範囲をオフセット量Oaの高さHに対する割合で整理した。
【0062】
このグラフにより、オフセット量Oaが大きくなるほど側部スライディングパッド51の付加効果が減っていくことが示されている。オフセット量Oaが高さHに対して100%より大きくなると特に効果が小さくなることが示されている(なお、この場合でも効果が完全になくなるわけではないことも示されている)。
【0063】
(第2実施形態に係るブームの特徴)
このブーム201では、図10に示す側部スライディングパッド51の外側ブーム230の先端部230Tからのオフセット量Oaは、外側ブーム230の軸方向から見た断面(Y方向から見た断面)における外側ブーム230の側板31の高さH(図1参照)の100%以内である。よって、オフセット量Oaがこの範囲内でない場合に比べ、内側ブーム10の側板31の座屈がより確実に抑制される(曲げ解析2を参照)。したがって、ブーム201の側板(側板11)の座屈特性をより向上できる。
【0064】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【0065】
例えば、上述した実施形態では側部スライディングパッド51を曲げ中立軸Nより下方側に設置したが、例えば側板31のZ方向における中央よりも下方側に設置するなど、側部スライディングパッド51の位置を変更しても本発明を適用できる。
【符号の説明】
【0066】
1、201 ブーム
10 内側ブーム
30、230 外側ブーム
31 側板
34 上板
37 下板
42 下部スライディングパッド
42u 上端
51 側部スライディングパッド
230T 先端部
H 高さ
N 曲げ中立軸
Oa オフセット量
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業車両もしくはクレーンのブーム(入れ子式箱型のブーム)に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、作業車両もしくはクレーンのブーム断面として様々な形状のものが知られている(例えば特許文献1〜8)。それらの多くはブームの下板(底板)や側板の座屈特性の向上を図るものである。
【0003】
座屈特性の向上を図る手法は大きく二つに分けることができる。一つは座屈が懸念される下板や側板を様々な形状とするものである。例えば、断面を曲面もしくは折れ線を持つ形状とし、突合せ溶接によりブームを形成すること等により、座屈特性と疲労特性を向上させる。もう一つはブームの下板や側板の板厚を大きくする(板厚を上げる)ものである。
【0004】
なお、特許文献1、2および4に示すように、入れ子式(伸縮式)のブームでは、外側ブーム内面の内側ブーム支持部にスライディングパッドが設置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】実開平5−5795
【特許文献2】実開平6−80784
【特許文献3】実公平2−11431
【特許文献4】特開2000−143163
【特許文献5】特開2005−112514
【特許文献6】特開2000−16763
【特許文献7】特開昭52−105451
【特許文献8】特開昭52−55158
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した2つの手法のみを用いたブームでは、製造工程が複雑になる、たわみ特性が悪化する、重量が増加するなどの問題がある。特に下板や側板の断面を曲面や折れ線など複雑な形状にした場合は、製造工程が複雑となり、たわみ特性が悪化する(同様の大きさの矩形断面のブームに比べ断面二次モーメントが小さくなる)。また特に下板や側板の板厚を大きくした場合は、重量が増加する。
【0007】
本発明の目的は、複雑な製造工程や大幅な重量の増加を要さずに、側板の座屈特性を向上できるブームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の発明に係るブームは、外側ブームと、当該外側ブーム内に収容される内側ブームと、を備える入れ子式箱型のブームにおいて、前記外側ブームは、前記外側ブームの軸方向から見た断面において、それぞれ直線状に形成された2つの側板と、前記断面において、2つの前記側板の上端をつなぐように配置された上板と、前記断面において、2つの前記側板の下端をつなぐように配置され、U字状に形成された下板と、前記下板の前記軸方向前方側先端部の内面に、前記内側ブームを支持するように設置された下部スライディングパッドと、2つの前記側板の内面に、前記内側ブームに沿うように設置された側部スライディングパッドと、を備え、前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの曲げ中立軸よりも下方側に設置され、かつ、前記下部スライディングパッドの上端よりも上方側に設置されたことを特徴とする。
【0009】
このブームでは、外側ブームの軸方向から見た断面において、側部スライディングパッドが、外側ブームの2つの側板の内面に、内側ブームに沿うように設置される。ここで、ブームが曲げ荷重を受けたとき、内側ブームの側板は断面の外側に変形しようとする。この変形は、外側ブームの側部スライディングパッドにより断面の内側に押さえられる。よって、内側ブームの側板の座屈が抑制される。したがって、ブームの側板の座屈特性を向上できる。
【0010】
また、ブームの側板の座屈特性は上記のように向上される。すなわち、座屈特性を向上させるためにブームの板厚を大きくする必要がない。したがって、ブームの板厚を大きくすることのみにより座屈特性を向上させる場合に比べ、ブームを軽量にできる。言い換えれば、大幅な重量増加を要さずにブームの側板の座屈特性を向上できる。
【0011】
また、上記の断面において、外側ブームの2つの側板は、それぞれ直線状に形成される。よって、側板を曲線や折れ線など複雑な断面形状にする場合に比べ、側板を容易に形成できる。したがって、複雑な製造工程を要さずにブームを製造できる。
【0012】
また、側部スライディングパッドは、外側ブームの曲げ中立軸よりも下方側に設置され、かつ、下部スライディングパッドの上端よりも上方側に設置される。よって、この範囲に側部スライディングパッドを設置しない場合に比べ、より確実に内側ブームの側板の座屈を抑制できる(後述)。また、この範囲にのみ側部スライディングパッドを設置した場合は、この範囲よりも広い範囲で側部スライディングパッドを設置した場合に比べ、外側ブームを軽量にできる。
【0013】
第2の発明は、第1の発明に係るブームであって、前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの前記軸方向前方側先端部よりも後方側に設置され、前記側部スライディングパッドの前記軸方向における前記先端部からのオフセット量は、前記断面における前記側板の高さの100%以内であることを特徴とする。
【0014】
このブームでは、側部スライディングパッドの外側ブームの先端部からのオフセット量は、前記断面における外側ブームの側板の高さの100%以内である。よって、オフセット量がこの範囲内でない場合に比べ、内側ブームの側板の座屈がより確実に抑制される(後述)。したがって、ブームの側板の座屈特性をより向上できる。
【発明の効果】
【0015】
以上の説明に述べたように、本発明によれば以下の効果が得られる。特に外側ブームの2つの側板の内面に側部スライディングパッドが設置される構成により、大幅な重量増加を要さずにブーム側板の座屈特性を確実に向上できる。また、外側ブームの2つの側板は、それぞれ直線状に形成されるので、複雑な製造工程を要さずにブームを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】第1実施形態に係るブームの断面図である。
【図2】図1に示すブームの側面図である。
【図3】曲げ解析に用いるブームの断面図(部分図)である。
【図4】ケース1に係るブームを示す部分図である。
【図5】ケース2に係るブームを示す部分図である。
【図6】ケース3に係るブームを示す部分図である。
【図7】ケース4に係るブームを示す部分図である。
【図8】ケース5に係るブームを示す部分図である。
【図9】ケース1〜5の荷重変位曲線を示すグラフである。
【図10】第2実施形態に係るブームの側面図である。
【図11】図10に示す隙間調整機構をブームの軸方向から見た図である。
【図12】ケース3−1に係るブームを示す部分図である。
【図13】ケース3−2に係るブームを示す部分図である。
【図14】ケース3−3に係るブームを示す部分図である。
【図15】側部スライディングパッドのオフセット量と付加効果との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係るブームの実施形態について図面を参照して説明する。
【0018】
(第1実施形態)
図1はブームの断面図である。なお図1は図2に示すF1−F1矢視断面図である。図2は図1に示すブームの側面図である。以下、図1及び図2を参照してブーム1の構成について詳細に説明する。
【0019】
ブーム1は、作業車両もしくはクレーンに用いられる入れ子式箱型ブーム(伸縮ブーム)である。例えばクレーンの上部旋回体に起伏可能に取り付けられる。複数(例えば7つ。図10参照)のブームが入れ子式となってブーム1を構成している。ここで、これら複数のブームのうちいずれか一つ(最も内側のブームを除く)を外側ブーム30とする。また外側ブーム30内に収容されるブームを内側ブーム10とする。さらに詳しくは、外側ブーム30の内側に配置される複数(又は1つ)のブームのうち最も外側に配置されるブームを内側ブーム10とする。
【0020】
外側ブーム30は、ブーム1を構成する複数のブームのうちの一つ(最も内側のブームを除く)である。この外側ブーム30は次のように構成される。外側ブーム30の軸方向から見た断面において(すなわち図1に示すように)、全体として縦長の略長方形であり、それぞれ直線状の2つの側板31(32及び33)と、側板31の上端をつなぐ上板34と、側板31の下端をつなぐU字状の下板37と、で略長方形が構成される。また内面には2つの上部スライディングパッド41(41R及び41L)と、下部スライディングパッド42と、2つの側部スライディングパッド51(52及び53)と、が設置される。
【0021】
ここで、2つの側板31が対向する方向をX方向とし、一方の側板33から他方の側板32に向かう向き(図1における右向き)を「X1向き」などと言い、その逆(図1における左向き)を「X2向き」などと言う。また、下板37と上板34とが対向する方向をZ方向とし、下板37から上板34へ向かう向き(図1における上向き)を「Z1向き」などと言い、その逆(図1における下向き)を「Z2向き」などと言う。また、図2に示すように、外側ブーム30の軸方向をY方向とも言い、内側ブームが挿入されている側(図2における左側)を前方側または「Y2側」などと言い、その逆(図2における右側)を後方側または「Y1側」などと言う。
【0022】
側板31は、図1に示すように、ブーム1の側面を構成する2つ(2枚)の板である。2つの側板31は、外側ブーム30の軸方向(Y方向)から見たとき、それぞれ直線状に形成され、それぞれZ方向に沿うように平行に配置される。また2つの側板31は、X1側に配置される側板32と、X2側に配置される側板33と、で構成される。
【0023】
側板32は、Z1側に薄肉部32aを有し、Z2側に厚肉部32bを有する。この厚肉部32bは後述する下板37と共に、特に座屈しやすいブーム1の下部(Z2側の部分)の座屈特性の向上を図っている。例えば、薄肉部32aと厚肉部32bとを別体に形成した後、これらを突合せ溶接することで側板32を形成する。
側板33は、薄肉部33aと厚肉部33bとを有する。これらは側板32の薄肉部32aおよび厚肉部32bと同様に形成される。
【0024】
上板34は、2つの側板31の上端(Z1側の端)をつなぐように配置される板である。この上板34は、X方向に沿うように配置される直線部35と、直線部35のX方向における両端からZ2側へ曲がるように形成される2つの曲線部36(X1側の曲線部36R、及び、X2側の曲線部36L)と、で構成される。曲線部36を形成することにより座屈特性の向上を図っている(後述)。
【0025】
下板37は、2つの側板31の下端(Z2側の端)をつなぐように配置される板である。この下板37はU字状に形成される。「U字状」とは、円弧または円弧状の滑らかな曲線状、または、前記曲線上の3点以上をつなぐ折れ線状である(なお、図1では円弧の下板37を示している)。下板37をこのような形状に形成することで、特に座屈が生じやすいブーム1の下部(Z2側の部分)の座屈特性の向上を図っている。すなわち、側板と下板とを垂直に配置して、これらの接合部を隅肉溶接する場合、この接合部に応力が集中する。他方、U字状の下板37では上記の応力集中が生じないので座屈特性を向上できる。なお上板34の曲線部36もこれと同様に座屈特性を向上できる。
【0026】
次に、図2に示す外側ブーム30及び内側ブーム10に取り付けられるスライディングパッド(21、22、41、42、51)の概要を説明する。
【0027】
複数のスライディングパッド(21、22、41、42、51)の位置の概要を説明する。図2に示すように、外側ブーム30の前方側(Y2側)先端部の内面に、上部スライディングパッド41、下部スライディングパッド42、及び、側部スライディングパッド51が設置される。内側ブーム10の後方側(Y1側)端部の外面に、上部スライディングパッド21、及び、下部スライディングパッド22が設置される。
【0028】
これらのスライディングパッド(21、22、41、42、51)の機能の概要を説明する。スライディングパッド(21、22、41、42、51)は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にする。また、ブーム1に(内側ブーム10に)荷重(矢印Bの向きの吊荷重)がかかったとき、下部スライディングパッド42と上部スライディングパッド21とで内側ブーム10が支持される。また、内側ブーム10に荷重がかかったとき、内側ブーム10の側板11が外側(Y方向から見た断面の外側)に開こうとするが、これが側部スライディングパッド51により内側に押さえられる。また、上部スライディングパッド41及び下部スライディングパッド22は外側ブーム30と内側ブーム10との隙間を埋めており、ブーム1の伸縮時等の振動を抑制する。
【0029】
これらのスライディングパッド(21、22、41、42、51)は、例えば、表面にグリス等潤滑剤を塗布した金属製である。また例えば、樹脂製である。以下、これらのスライディングパッドについてさらに説明する。
【0030】
上部スライディングパッド41は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、これらの隙間をなくしてブーム1の伸縮時等の振動を抑制するために設ける。この上部スライディングパッド41は次のように設ける。位置について説明すると、外側ブーム30の前方側(Y2側)先端部に設置する。また、図1に示すように、上板34の2つの曲線部36(36R及び36L)に沿うように2つ設置する。すなわちX1側の上部スライディングパッド41R、及び、X2側の上部スライディングパッド41Lの2つを設置する。形状について説明すると、Y方向から見て円弧状に形成する。また、図2に示すように、X方向から見て長方形状に形成する。すなわち直方体の板を上板34の曲線部36の内面に沿うように曲げたような形状である。また、厚さは、内側ブーム10(曲線部16)との隙間がほぼ埋まる(微小な隙間をあける)ような厚さに形成される。なお、後述する隙間調整機構238(図10、図11参照)を設ければこの隙間の大きさを調整できる。
【0031】
下部スライディングパッド42は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、ブーム1(内側ブーム10)に荷重(矢印Bの向き)がかかったときに内側ブーム10を支持するために設ける。この下部スライディングパッド42は次のように設ける。位置について説明すると、外側ブーム30の下板37の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部の内面に設置する。言い換えれば外側ブーム30の前方側の入れ子支持部に設置する。また、図1に示すように、U字状の下板37の内面に沿うように(内面全体を覆うように)設置する。なお例えば、下部スライディングパッド42の上端42uと、下板37の上端(下板37と側板31との境界。なお図1の符号Hが側板31の範囲である)と、がZ方向において揃うように配置する。形状について説明すると、Y方向から見てU字状に形成する。また、図2に示すように、X方向から見て長方形状に形成する。すなわち直方体の板を下板37のU字状に沿うように曲げた形状である。また、厚さは、内側ブーム10の下板17の外面と接触する(すなわち内側ブーム10を支持する)ような厚さに形成される。
【0032】
側部スライディングパッド51は、内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、ブーム1(内側ブーム10)に荷重がかかったときに内側ブーム10の側板11が外側(Y方向から見た断面の外側)に開くが、これを内側に押さえるために設ける。この側部スライディングパッド51は次のように設ける。位置について説明すると、外側ブーム30の側板31の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部の内面(内壁)に設置する。図1に示すように、側板32の内面(X2側の面)には側部スライディングパッド52が設置され、側板33の内面(X1側の面)には側部スライディングパッド53が設置される。なお、Z方向における側部スライディングパッド51の位置は後述する。また形状について説明すると、2つの側部スライディングパッド51それぞれは、X方向に厚さ方向を持つ直方体の板状である。すなわちY方向およびX方向から見て(図1及び図2に示す状態)長方形状である。また、図1に示すように、厚さはそれぞれ、内側ブーム10の側板31に沿うような(微小な隙間をあけて沿う)厚さである。次に、この側部スライディングパッド51(52及び53)のZ方向における位置について説明する。
【0033】
側部スライディングパッド51は、側板31のZ方向における中央部(中央付近)に設置される。さらに詳しくは、側部スライディングパッド52は、外側ブーム30の曲げ中立軸N(曲げ変形時に軸方向の力が生じない線。図1において一点鎖線で示す)よりも下方側(Z2側)に設置され、かつ、下部スライディングパッド42の上端42uよりも上方側(Z1側)に設置される。さらに、側部スライディングパッド52の下端52bと、下部スライディングパッド42の上端42uと、の間隔Oz(Z方向における間隔(オフセット))は10mm以上である。また、Z方向において、側部スライディングパッド52の上端52tは曲げ中立軸Nと一致する。なお、例えば下端52bは、側板32の厚肉部32bより上方、すなわち薄肉部32aに配置する。
【0034】
側部スライディングパッド53は側部スライディングパッド52とX方向において対称であるので説明は省略する。
【0035】
上部スライディングパッド21は、図2に示すように、内側ブーム10のY方向後方側(Y1側)端部の外面に設置される。内側ブーム10と外側ブーム30との摺動を容易にするため、また、ブーム1に荷重がかかったときに内側ブーム10を支持するために設ける。この上部スライディングパッド21は、Y方向から見たとき、図1に示す外側ブーム30の上部スライディングパッド41と同様の形状(2つの円弧状)である。
【0036】
下部スライディングパッド22は、図2に示すように、内側ブーム10のY方向後方側(Y1側)端部の外面に設置される。内側ブーム10と外側ブーム30とを摺動を容易にするため、また、これらの隙間をなくしてブーム1の伸縮時等の振動を抑制するために設ける。この下部スライディングパッド22は、Y方向から見たとき、図1に示す外側ブーム30の下部スライディングパッド42と同様の形状(U字状)である。
【0037】
(曲げ解析1)
本発明に係るブーム1を含む、様々なブームについて曲げ解析を行った。すなわち、図3に示す寸法の内側ブームについて、内側ブームの支持方法(スライディングパッドの設置位置や範囲)を様々に変化させたときの、ブームの変形および荷重を調べた。なお、内側ブームをY方向から見たときのX方向における中心よりもX2側の部分(すなわち図3に示すような、左半分の部分)で解析を行った。また、内側ブームの支持に寄与しないスライディングパッド(図2に示すブーム1における上部スライディングパッド41および下部スライディングパッド22)を取り除いたブームについて解析を行った。この曲げ解析のモデルとして、図4(a)〜図8(a)に示すケース1〜5のモデルを用いた。
【0038】
ケース1は、図4(a)に示すように、Y方向から見た断面がU字状の下板37(図1参照)に沿ってスライディングパッド140C1(本発明の下部スライディングパッド42に相当する)を設置したモデルである。すなわち、本発明の外側ブーム30から側部スライディングパッド51を取り除いたモデルである。なお、図4〜図8には外側ブームは図示していない。
【0039】
ケース2は、図5(a)に示すように、ケース1のスライディングパッド140C1の上端に隣接するように、スライディングパッド140C2aを付加したモデルである(これらのスライディングパッド全体の符号を140C2とする。)。すなわち、図1に示す間隔Ozがないモデルである。なお、付加したスライディングパッドのZ方向の幅は150mmとした。
【0040】
ケース3は、図6(a)に示すように、本発明のブーム1に係るモデルである。すなわち側板31(図1参照)における中央部に側部スライディングパッド51を設置したモデルである。なお側部スライディングパッド51のZ方向の幅は150mmとした。
【0041】
ケース4は、図7(a)に示すように、外側ブーム(図示なし)の内面を鉢巻状に一周するようにスライディングパッド140C4を設置したモデルである。言い換えれば、スライディングパッドによる支持を内側ブームの全周に渡って施したケースである。
【0042】
ケース5は、図8(a)に示すように、ケース4のスライディングパッド140C4(図7(a)参照)から、上板34(図1参照)に沿った部分を取り除いたモデルである(このスライディングパッドの符号を140C5とする)。すなわち本発明との相違点は、側板31(図1参照)の中央部だけでなく、側板31のZ方向における全体にスライディングパッドを設置している点である。
【0043】
次に解析結果について説明する。ケース1〜5に係るブームに吊荷重を加えた場合の、ブームの変形図を図4(b)〜図8(b)に示す。なお、図中の「外」の文字は内側ブーム10の外面の断面外側への変形を示し、「内」の文字は同内側への変形を示す。また、図中の線は太いほど同外側への変形が大きく、線が細いほど同内側への変形が大きいことを示す。
【0044】
ケース1では、図4(b)に示すように、スライディングパッド140C1の上端の直上を最大変形点とする、1波の大きな外側変形(波W1)が内側ブーム10に生じた。この波形についてさらに説明する。
ブームを軽量かつ高剛性にするためには、図1に示すように、ブーム軸方向(Y方向)から見た断面において、ブーム曲げ中心(図示なし)から遠方に離れた位置に上板14および下板17を配置する必要がある。すなわち断面を縦長にして断面二次モーメントを大きくする必要がある。このような配置(断面形状)にすれば、結果として側板11は上下方向(Z方向)に広い面を持つことになり、側板11は座屈が生じやすいものとなる。よってブームに吊荷重を加えたとき、上述したような大きな外側変形(波W1)が内側ブーム10に生じる。
また、スライディングパッド140C1の上端の直上が最大変形点となった。これは、スライディングパッド140C1の反力による局所圧縮座屈が卓越していることを示している。
【0045】
ケース2では、図5(b)に示すように、ケース1の変形モードに近い変形(波W2)が生じた。後述するケース3に比べ、スライディングパッドを付加したことによる効果が得られていないことが推測される。
【0046】
ケース3(本発明に係るケース)では、図6(b)に示すように、側部スライディングパッド53の周辺を最大変形点とするブーム内側に変形する波W3−1と、その隣り(図2におけるY1側)に外側に変形する波W3−2と、の2波の波形が発生した。この波形は、ケース1や2で現れたような内側ブーム10の軸方向(図2におけるY方向)に沿った楕円形の波形(図4(b)、図5(b)参照)ではなく、Y方向に対して斜め方向の楕円形(さらに詳しくは、楕円の長辺が軸方向に対して傾いた楕円形)の波形である。これは、せん断座屈が卓越した結果生じた波形であると考えられる。
【0047】
ケース4および5では、ケース3と同様の波形が生じた。すなわちケース4では、図7(b)に示すように、内側に変形する波W4−1および外側に変形する波W4−2の2波が生じた。ケース5では、図8(b)に示すように、内側に変形する波W5−1および外側に変形する波W5−2の2波が生じた。
【0048】
また、図9には各ケースの荷重変位曲線を示す。なお変位とはブーム先端(図10の装着部202の部分を参照)での変位である。縦軸は荷重、横軸はブーム先端の変位を示す。また、図9のグラフ中の囲みの中に、ケース1の最大荷重に対する、各ケースの最大荷重の増加率を示す。
この結果に示すように、内側ブーム10の外面の全周に渡ってスライディングパッド140C4を設置したケース4(図7参照)や、側板31(図1参照)の中央部だけでなく側板31のZ方向における全体に設置したケース5(図8参照)と同等の効果を、わずかな幅の側部スライディングパッド51を設置したケース3(図6参照)で得られていることがわかる。
【0049】
(第1実施形態に係るブームの特徴)
本実施形態に係るブーム1では、図1に示すように、外側ブーム30の軸方向(Y方向)から見た断面において、側部スライディングパッド51が、外側ブーム30の2つの側板31(32及び33)の内面に、内側ブーム10(の側板12及び13)に沿うように設置される。ここで、ブーム1(内側ブーム10)が曲げ荷重を受けたとき(図2の矢印Bの向きの吊荷重を受けたとき)、内側ブーム10の側板11(12及び13)は断面の外側(側板12はX1側、側板13はX2側)に変形しようとする。この変形は、外側ブーム30の側部スライディングパッド51により断面の内側に押さえられる(側板12は側部スライディングパッド52によりX2側に押さえられる。側板13は側部スライディングパッド53によりX1側に押さえられる)。よって、内側ブーム10の側板11の座屈が抑制される。したがって、ブーム1の側板(側板11)の座屈特性を向上できる。
【0050】
また、ブーム1の側板(側板11)の座屈特性は上記のように向上される。すなわち、座屈特性を向上させるためにブーム1の板厚を大きくする必要がない。したがって、ブーム1の板厚を大きくすることのみにより座屈特性を向上させる場合に比べ、ブーム1を軽量にできる。言い換えれば、大幅な重量増加を要さずにブーム1の側板の座屈特性を向上できる。
【0051】
また、上記の断面(Y方向から見た断面)において、外側ブーム30の2つの側板31は、それぞれ直線状に形成される。よって、側板31を曲線や折れ線など複雑な断面形状にする場合に比べ、側板31を容易に形成できる。したがって、複雑な製造工程を要さずにブーム1を製造できる。
【0052】
また、側部スライディングパッド51は、外側ブーム30の曲げ中立軸Nよりも下方側に設置され、かつ、下部スライディングパッド42の上端42uよりも上方側に設置される。よって、この範囲に側部スライディングパッド51を設置しない場合に比べ、より確実に内側ブーム10の側板11の座屈を抑制できる(曲げ解析1を参照)。また、この範囲にのみ側部スライディングパッド51を設置した場合は、この範囲よりも広い範囲で側部スライディングパッド51を設置した場合に比べ、外側ブーム30を軽量にできる。
【0053】
なお、ブーム1は入れ子状であるため、外側ブーム30が有する特徴は内側ブーム10も有する(ブーム1を構成する複数のブームのうち最も内側に配置される内側ブーム10は除く)。また、内側ブーム10が有する特徴は外側ブーム30も有する(最も外側に配置される外側ブーム30は除く)。
【0054】
(第2実施形態)
図10は第2実施形態に係るブーム(入れ子状のブームが最も縮んだ状態での前方側先端付近)の側面図である。図11は図10に示すブームの隙間調整機構238付近の断面図であり、図10に示すF11−F11矢視断面図である。第1実施形態では、図2に示すように、側部スライディングパッド51は、外側ブーム30の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部に設置した。第2実施形態では、図10に示すように、側部スライディングパッド51は、外側ブーム230の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部230Tよりも後方側(Y1側)に設置される。以下、図10および図11を参照して第2実施形態に係るブーム201の構成について説明する。なお第1実施形態と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0055】
まず、図10に示すように、側部スライディングパッド51が外側ブーム230のY2側先端部230TよりもY1側に設置されることについて説明する。
ブーム201は入れ子状であり、7つのブームを備える。これらの7つのブームのうち最も内側のブームを除くブーム(すなわち外側ブームになり得るブーム)にはそれぞれ隙間調整機構238が取り付けられる。この隙間調整機構238を配置するために、各ブームのY2側端部はY1側へオフセット(詳細は後述)している。このように端部がオフセットした形状のブーム(外側ブーム230)では下部スライディングパッド42の直上(Z1側)に側部スライディングパッド51を設置することは難しい。したがって、外側ブーム230の端部の形状に沿うように、側部スライディングパッド51を軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部230Tよりも後方側(Y1側)に設置している(オフセットしている)。なお、7つのブームのうち最も内側のブームには各種アタッチメントが取り付けられる装着部202が取り付けられる。以下、各構成要素について説明する。
【0056】
隙間調整機構238は、図11に示すように、上部スライディングパッド41(41L)と内側ブーム10(曲線部16)との隙間の量を調整する装置である。この隙間調整機構238は、外側ブーム230の上部スライディングパッド41(41R)の外側(X1及びZ1側)に取り付けたL字型ブラケット238aと、このL字型ブラケット238aの外側に配置される外枠238bと、この外枠238bに取り付けられる押圧ボルト238cと、を備える。そして押圧ボルト238cをX方向およびZ方向に出し入れ(移動)させることによりL字型ブラケット238aおよび上部スライディングパッド41が同方向に移動する。これにより上部スライディングパッド41と、内側ブーム10の上板14の曲線部16と、の隙間を調整する。なお、上部スライディングパッド41Lだけでなく上部スライディングパッド41Rにも同様の隙間調整機構(図示なし)が設置される。
【0057】
外側ブーム230の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)端部の上部(Z1側の部分)は、図10に示すように、後方側(Y1側)へオフセットしている。さらに詳しくは、外側ブーム230のY2側端部はZ方向に沿う直線状ではなく、下部230c(Z2側の部分)はZ方向に沿う直線状であり、中間部230bはZ方向に対して傾いた直線状(傾斜)であり、上部230a(Z1側の部分)はZ方向に沿う直線状である。そして上部230aは下部230cよりも後方側(Y1側)に形成される。すなわち外側ブーム230全体としての前方側(Y2側)の先端部230Tは、下部230cの部分である。このような形状となっているのは、上述したように隙間調整機構238が設置されるためである(また、装着部202に突出部202aがあるためである)。
【0058】
側部スライディングパッド51は、外側ブーム230の軸方向(Y方向)前方側(Y2側)先端部230T(230c)よりも後方側(Y1側)に設置される。さらに詳しくは、次のように設置される。側部スライディングパッド51のY方向における先端部230T(230c)からの距離をオフセット量Oaとする。このオフセット量Oaは、下部スライディングパッド42のY方向における中心と、側部スライディングパッド51のY方向における中心と、のY方向における距離である。そしてこのオフセット量OaはY方向から見た断面における側板31の高さH(図1参照)の100%以内である。また、側部スライディングパッド51は外側ブーム230の前方側(Y2側)端部の中間部230b(傾斜部分)に設置される。また例えば、X方向から見たとき、側部スライディングパッド51の長手方向が中間部230bの傾斜の方向に沿うように配置する。
【0059】
(曲げ解析2)
本発明(実施形態2)に係るブーム201を含む、様々なブームについて曲げ解析を行った。すなわち、曲げ解析1に係るケース3のモデル(図6(a)参照)をベースとして、側部スライディングパッド51のオフセット量Oaを様々に変化させたときの、ブームの変形および荷重を調べた。この曲げ解析のモデルとして、オフセット量Oaを200mm、400mm、および800mmとしたケース3−1、3−2、及び3−3を使用した(図12(a)〜図14(a)に示す)。
【0060】
次に解析結果について説明する。ケース3−1〜3−3に係るブームに吊荷重を加えた場合の、ブームの変形図を図12(b)〜図14(b)に示す。
これらの図により、ケース3−1、3−2、3−3の順に、すなわちオフセット量Oaを増すほど、ケース3で観察された変形モード(2波の変形。図6(b)参照)から、ケース1で観察された変形モード(大きな1波の変形。図4(b)参照)へ座屈波形が移行していくことが示されている。具体的には次のようになった。ケース3−1では、図12(b)に示すように、内側に変形する波W3−1−1および外側に変形する波W3−1−2の2波が生じた。ケース3−2および3−3では、図13(b)及び図14(b)に示すように、内側に変形する波W3−2−1およびW3−3−1が生じたが、波W3−1−1に比べて内側への変形は小さく生じた。一方でこれらのケースでは、ケース1で観察された波W1(図4(b)参照)のようにブーム軸方向に沿う大きな波W3−2−2および波W3−3−2が生じた。
【0061】
また、図15に側部スライディングパッド51のオフセット量Oa(図10参照)と付加効果との関係を示す。さらに詳しくは、縦軸には、ケース1に対する各ケースの最高荷重(側部スライディングパッド51の付加効果)を示す。ケース1の最高荷重を100%としている。また、横軸には、側板31の高さH(図1参照)に対するオフセット量Oa(図10参照)を示す。高さHを100%としている。このように側板31の高さH(図1参照)とオフセット量Oa(図10参照)とを対比するのは次の理由による。側部スライディングパッド51を設置(付加)した場合の変形モード(図12(b)〜図14(b)参照)が、側部スライディングパッド51がない場合における側板の変形モード(ケース1、図3(b)参照)に近いほど最高荷重向上の効果は小さいと考えられる。ここで、ケース1の変形モードは、ブームの軸方向(Y方向)における側板(側板11や31。図2等参照)の寸法に依存せず、側板の縦方向の寸法(高さH)に依存すると考えられる。軸方向における側板の寸法は、高さHに比べて十分に大きいからである。したがって、最高荷重向上の効果の有無についても、側板の軸方向の寸法には依存せず、高さHに依存すると仮定できる。そこで、図15に示すように、同効果が得られる範囲をオフセット量Oaの高さHに対する割合で整理した。
【0062】
このグラフにより、オフセット量Oaが大きくなるほど側部スライディングパッド51の付加効果が減っていくことが示されている。オフセット量Oaが高さHに対して100%より大きくなると特に効果が小さくなることが示されている(なお、この場合でも効果が完全になくなるわけではないことも示されている)。
【0063】
(第2実施形態に係るブームの特徴)
このブーム201では、図10に示す側部スライディングパッド51の外側ブーム230の先端部230Tからのオフセット量Oaは、外側ブーム230の軸方向から見た断面(Y方向から見た断面)における外側ブーム230の側板31の高さH(図1参照)の100%以内である。よって、オフセット量Oaがこの範囲内でない場合に比べ、内側ブーム10の側板31の座屈がより確実に抑制される(曲げ解析2を参照)。したがって、ブーム201の側板(側板11)の座屈特性をより向上できる。
【0064】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【0065】
例えば、上述した実施形態では側部スライディングパッド51を曲げ中立軸Nより下方側に設置したが、例えば側板31のZ方向における中央よりも下方側に設置するなど、側部スライディングパッド51の位置を変更しても本発明を適用できる。
【符号の説明】
【0066】
1、201 ブーム
10 内側ブーム
30、230 外側ブーム
31 側板
34 上板
37 下板
42 下部スライディングパッド
42u 上端
51 側部スライディングパッド
230T 先端部
H 高さ
N 曲げ中立軸
Oa オフセット量
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外側ブームと、当該外側ブーム内に収容される内側ブームと、を備える入れ子式箱型のブームにおいて、
前記外側ブームは、
前記外側ブームの軸方向から見た断面において、それぞれ直線状に形成された2つの側板と、
前記断面において、2つの前記側板の上端をつなぐように配置された上板と、
前記断面において、2つの前記側板の下端をつなぐように配置され、U字状に形成された下板と、
前記下板の前記軸方向前方側先端部の内面に、前記内側ブームを支持するように設置された下部スライディングパッドと、
2つの前記側板の内面に、前記内側ブームに沿うように設置された側部スライディングパッドと、を備え、
前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの曲げ中立軸よりも下方側に設置され、かつ、前記下部スライディングパッドの上端よりも上方側に設置されたことを特徴とするブーム。
【請求項2】
前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの前記軸方向前方側先端部よりも後方側に設置され、
前記側部スライディングパッドの前記軸方向における前記先端部からのオフセット量は、前記断面における前記側板の高さの100%以内であることを特徴とする請求項1に記載のブーム。
【請求項1】
外側ブームと、当該外側ブーム内に収容される内側ブームと、を備える入れ子式箱型のブームにおいて、
前記外側ブームは、
前記外側ブームの軸方向から見た断面において、それぞれ直線状に形成された2つの側板と、
前記断面において、2つの前記側板の上端をつなぐように配置された上板と、
前記断面において、2つの前記側板の下端をつなぐように配置され、U字状に形成された下板と、
前記下板の前記軸方向前方側先端部の内面に、前記内側ブームを支持するように設置された下部スライディングパッドと、
2つの前記側板の内面に、前記内側ブームに沿うように設置された側部スライディングパッドと、を備え、
前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの曲げ中立軸よりも下方側に設置され、かつ、前記下部スライディングパッドの上端よりも上方側に設置されたことを特徴とするブーム。
【請求項2】
前記側部スライディングパッドは、前記外側ブームの前記軸方向前方側先端部よりも後方側に設置され、
前記側部スライディングパッドの前記軸方向における前記先端部からのオフセット量は、前記断面における前記側板の高さの100%以内であることを特徴とする請求項1に記載のブーム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2011−84350(P2011−84350A)
【公開日】平成23年4月28日(2011.4.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−236321(P2009−236321)
【出願日】平成21年10月13日(2009.10.13)
【出願人】(304020362)コベルコクレーン株式会社 (296)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年4月28日(2011.4.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年10月13日(2009.10.13)
【出願人】(304020362)コベルコクレーン株式会社 (296)
【Fターム(参考)】
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