JP2000199240A

JP2000199240A - 油圧ショベルのブ―ム構造

Info

Publication number: JP2000199240A
Application number: JP10374202A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakatani; 孝則中谷; Shuji Yoshikawa; 修司吉川
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Yutani Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ブーム湾曲部分における溶接部の強度を高め
て補強板を廃止し、ブームの軽量化を図ることのできる
油圧ショベルのブーム構造を提供する。【解決手段】上板２と下板３と側板４，５とを断面箱
形に組み合わせ、各板の接続部分を溶接することによっ
て長手方向にへの字状に湾曲するブーム１を形成する油
圧ショベルのブーム構造において、ブーム湾曲部におけ
る側板上縁部及び側板下縁部の少なくともいずれか一方
にＪ形開先部４ａを成形加工し、側板４，５に対してＴ
継手溶接を行うことによりブーム１を形成してなること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルのフ
ロントアタッチメントを構成しているブームの構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベルの上部旋回体には、
図９に示すようにバケット５０、アーム５１及びブーム
５２からなるフロントアタッチメント５３が備えられて
おり、ブーム５２はブームセンターボス部５２ａと図示
しない旋回フレームとに架設される油圧シリンダ５４を
伸縮させることにより、起伏するように構成されてい
る。

【０００３】このブーム５２は、図１０に拡大して示す
ように、上板５２ｂ，下板５２及び左右の側板５２ｄ，
５２ｅからなる４枚の板を断面箱形に組み立て、各板の
接続部分を溶接することにより、長手方向にへの字状に
形成されている。

【０００４】また、上記ブーム５２において、ブームセ
ンターボス部５２ａ付近の湾曲部分は、作業時にフロン
トアタッチメント５３に加わる負荷によって特に応力が
集中する部分であるため、補強が施されている。

【０００５】その補強とは、具体的には、ブーム５２の
箱形断面形状の変形を防止するため、ブーム５２を断面
方向に仕切るようにしてブームセンターボス部５２ａと
上板５２ｂとを接続するようにして設けられる補強板５
２ｆ及びブームセンターボス部５２ａと下板５２ｃとを
接続するようにして設けられる補強板５２ｇと、さら
に、ブームセンターボス部５２ａを補強するために設け
られる補強板５２ｈである。なお、５２ｉはブーム基
部、５２ｊはブーム先端ブラケットである。また、補強
板５２ｋは、湾曲部分以外のブームを補強するために配
設された補強板である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ブーム構造では、ブーム湾曲部分を補強するために取り
付けられる補強板５２ｆ，５２ｇ，５２ｈの重さがブー
ムの軽量化を図る上での障害となっており、また、それ
らの補強板はすべてブーム内部での溶接作業となるた
め、補強板の溶接施工に時間が費やされ、ブームの製造
コストを上昇させている。

【０００７】そこで、ブーム湾曲部分の補強板を廃止し
てブームの軽量化を図ることが検討されている。図１１
は、図１０のＡ−Ａ矢視断面であり、ブーム５２湾曲部
分の横断面を示したものである。この断面構造におい
て、補強板５２ｆ，５２ｇ，５２ｈをすべて廃止した状
態で、例えば掘削作業時にブーム５２に対して外力が加
わると、上板５２ｂや下板５２ｃが変形したり（図中二
点鎖線５２ｂ′，５２ｃ′参照）、側板５２ｄや５２ｅ
が変形する（図中二点鎖線５２ｄ′，５２ｄ″，５２
ｅ′，５２ｅ″参照）、いわゆる面外変形が発生する。
その結果、ブーム角部のＴ継手溶接部Ｗ１，Ｗ２，Ｗ
３，Ｗ４に応力が集中することになる。

【０００８】また、図１２は上記Ｔ継手溶接部Ｗ１に対
して従来、実施されているレ形開先を示したものであ
る。

【０００９】同図において、側板５２ｄの上端にはレ形
開先が形成されている。５２ｂは被溶接材である上板で
あり、ＲＦはレ形開先のルートフェイスを示し、寸法ｔ
はそのルートフェイス厚さを示している。ＲＧはルート
フェイスＲＦと上板５２ｂ内面との隙間であるルートギ
ャップを示し、ｇはそのギャップの寸法を示している。

【００１０】上記したレ形開先に対して溶接トーチ５５
を用いた溶接を行うと、開先面アのトーチ寄りの面に対
してアークａｒが発生し、レ形開先の最大深さ部分イに
対しては十分な溶け込みが得られない場合がある。な
お、５５ａは溶接トーチ５５のノズル、５６は溶接ワイ
ヤを示している。このように、上板５２ｂと側板５２
ｄ，５２ｅとの溶接、下板５２ｃと側板５２ｄ，５２ｅ
との溶接は、溶接部の信頼性を確保することができない
という問題を有している。

【００１１】図１３は、上記十分な溶け込みが得られな
かった状態である。同図に示すように、レ形開先の最大
深さ部分イに溶け込み不良による溶接欠陥が生じてお
り、この溶接欠陥はブームが破損する原因になる恐れが
ある。

【００１２】このように従来の油圧ショベルのブーム構
造では、溶接部の信頼性が低いことから補強板を廃止す
ることができずブームの軽量化を実現することができな
いという問題があった。

【００１３】本発明は以上のような従来のブーム構造に
おける課題を考慮してなされたものであり、ブーム湾曲
部分における溶接部の信頼性を高めて補強板を廃止し、
ブームの軽量化を図ることのできる油圧ショベルのブー
ム構造を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の油圧ショベル
のブーム構造は、上板と下板と側板とを断面箱形に組み
合わせ、各板の接続部分を溶接することによって長手方
向にへの字状に湾曲するブームを形成する油圧ショベル
のブーム構造において、ブーム湾曲部における側板上縁
部及び側板下縁部の少なくともいずれか一方にＪ形開先
を成形加工し、側板に対してＴ継手溶接を行うことを要
旨とする。

【００１５】請求項２のブーム構造は、ブーム湾曲部に
おいて最も大きな荷重が作用する部位に対応してＪ形開
先を形成してなることを要旨とする。

【００１６】請求項３の油圧ショベルのブーム構造は、
上板と下板とレ形開先を有する側板とを断面箱形に組み
合わせ、各板の接続部分を溶接することによって長手方
向にへの字状に湾曲するブームを形成する油圧ショベル
のブーム構造において、ブーム湾曲部における側板と上
板との継手部分及び側板と下板との継手部分の少なくと
もいずれか一方においてルートフェイスの厚さを1.2〜
3.0mm、且つルートギャップを0.3〜0.6mmに設定してＴ
継手溶接を行うことを要旨とする。

【００１７】請求項４のブーム構造は、ブーム湾曲部に
おいて最も大きな荷重が作用する部位についてルートギ
ャップを0.3〜0.6mmに設定することを要旨とする。

【００１８】請求項１のブーム構造に従えば、Ｊ形開先
を形成することにより溶接トーチの溶接ワイヤと開先面
との距離を一定にしているため、開先の最大深さ部分に
対しても十分に溶け込みが行われ、Ｔ継手溶接部を確実
に溶接することができる。それにより、溶接部の信頼性
が向上するため、ブーム内部に補強板を配置して溶接不
良を補う必要がなくなり、ブームの軽量化が図れる。

【００１９】請求項２のブーム構造に従えば、ブームに
おいて最も強度を必要とする部位を効果的に補強するこ
とができる。

【００２０】請求項３のブーム構造に従えば、ルートフ
ェイスの厚み及びルートギャップを特定の範囲に設定し
てレ形開先面の溶け込みを改善しているため、従来のレ
形開先を用いてＴ継手溶接を行う場合であっても上板と
下板と側壁とを確実に溶接することができる。従って、
溶接部の信頼性が向上することにより、溶接不良を補強
板で補う必要がなくなり、ブームの軽量化が図れる。

【００２１】請求項４のブーム構造に従えば、ブームに
おいて最も強度を必要とする部位を確実に補強すること
ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施の形態に
基づいて本発明を詳細に説明する。

【００２３】図１〜７は、本発明に係る油圧ショベルの
ブーム構造について第一の実施形態を示したものであ
り、図８は同じく第二の実施形態を示したものである。

【００２４】図１において、ブーム１は、上板２と下板
３と左右の側板４，５とからなる４枚の板を断面箱形に
組み立て、全体として長手方向にへ字状に湾曲して形成
されている。

【００２５】６はブーム基部であり、ピン（図示しな
い）を介して旋回フレーム（図示しない）に軸支され
る。一方、７はブーム先端ブラケットであり、ピン（図
示しない）を介してアーム（図示しない）と連結され
る。ブーム１の湾曲部分にはブームセンターボス部８が
設けられ、油圧シリンダＳのロッド先端部がピンを介し
て連結されるようになっている。２ａは上板湾曲部を示
し、Ｌ１はその湾曲長さを示している。３ａは下板湾曲
部を示し、Ｌ２はその湾曲長さを示している。

【００２６】また、図１のＣ部は、ブーム１に外力が加
わった際に最も大きな荷重が作用する範囲を示してい
る。

【００２７】図２は図１のＢ−Ｂ断面図であり、ブーム
１の横断面を示したものである。同図において、Ｗ５，
Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８はブーム１角部のＴ字継手溶接部を示
している。

【００２８】図３は、側板４と上板湾曲部２ａの組み合
わせを溶接前の状態で示したものである。側板４の上縁
部には長さＬ３に亙って、すなわちブーム１において最
も大きな荷重が作用する範囲に亙って側板４上縁部にＪ
形開先４ａが形成されている。また、側板４下縁部につ
いても長さＬ４に亙ってＪ形開先４ｂが形成されてい
る。

【００２９】図４は側板４，５と上板湾曲部２ａまたは
下板湾曲部３ａとの継手構造を拡大して示したものであ
り、Ｔ字継手溶接部Ｗ５を代表して示したものである。

【００３０】同図において、４ｃはＪ形開先４ａの開先
面、ＲＦ１はＪ形開先４ａのルートフェース、ＲＧ１は
ルートフェースＲＦ１と上板２ａ内面との間のルートギ
ャップ、寸法ｔ１はルートフェースＲＦ１の厚さ、ｇ１
はルートギャップＲＧの寸法をそれぞれ示している。な
お、溶接トーチ５５は図１２に示した従来の溶接トーチ
と同じものであり、同一符号を付してその説明を省略す
る。

【００３１】図４において、開先面４ｃはくぼみ状の湾
曲面に形成され、その最大深さ部分ウについては、上板
湾曲部２ａ内面との間の開先角度θが９０°近くになる
まで立ち上がる状態となっている。従って、Ｊ形開先４
ａに対して溶接を行うと、溶接トーチ５５の溶接姿勢が
所定の溶接角度から若干変化した場合であっても、溶接
ワイヤ５６と開先面４ｃとの間隔はほぼ一定に保たれ、
従って、最大深さ部分ウについてもアークａｒが確実に
当たり、そのくぼみ状の湾曲面全体に熔融金属を十分溶
け込ませることができる。

【００３２】Ｊ形開先４ａは上述したように、ブーム１
において大負荷（引張荷重、圧縮荷重、捩り等の荷重）
に耐え得るように、ブーム湾曲部を特定して上板湾曲部
２ａについては所要長さＬ３だけ形成されている。それ
により、ブーム湾曲部において必要とされる溶接強度を
実現することができる。また、湾曲部以外のＴ字継手溶
接部については、従来のレ形開先による溶接を行い、成
形加工コストの高いＪ形開先４ａの加工費を最小限に抑
えるようにしている。

【００３３】また、Ｊ形開先４ａにおけるルートギャッ
プＲＧ１の寸法ｇ１は、0.3〜0.6mmの範囲に設定されて
おり、このような溶接継手によれば、ブーム１において
最も強度が必要とされる部分、すなわち、長さＬ３の範
囲についてルートフェイスＲＦ１に達することのできる
深い溶け込みを得ることができる。

【００３４】図５は、上記Ｊ形開先４ａに対して実施さ
れた溶接施工結果を図示したものであり、ルートフェイ
スＲＦ１に至るまで確実に溶け込みが得られている。

【００３５】次に、上記Ｊ形開先４ａの成形加工方法の
一例について説明する。

【００３６】図６において、Ｊ形開先４ａは多関節型ロ
ボット１０のアーム１１の先端部に切削加工工具１２を
装着し、その切削加工工具１２を３軸制御することによ
って加工される。上記多関節型ロボット１０は、旋回、
前後移動、上下移動、振り等の複数の動作が同時に制御
できるため、側板４，５の上縁部及び下縁部に対し長さ
Ｌ３及びＬ４についてＪ形開先４ａを正確に成形するこ
とができる。

【００３７】また、多関節型ロボット１０のアーム１１
は、切削加工工具１２を取り外してガストーチ１３ａを
備えたガス切断装置１３を装着することができるように
なっている。

【００３８】Ｊ形開先４ａを成形加工するに当たって
は、まず、粗仕上げ加工を行うため、ガス切断装置１３
をアーム１１の先端部に取り付け、側板４，５の上縁角
部及び下縁角部にそれぞれレ形開先にガス切断する。次
いで、ガス切断装置１３をアーム１１から取り外し、切
削加工工具１２を装着する。

【００３９】切削加工工具１２には、Ｊ形開先切削用の
成形カッタ、例えばエンドミルカッタ１２ａが着脱自在
に取り付けられており、そのエンドミルカッタ１２ａを
回転させて上記ガス切断されたレ形開先面をＪ形開先面
に機械仕上げ加工する。なお、機械仕上げ加工時には、
既に前工程にて被切削面がレ形開先に粗仕上げされてい
るため、エンドミルカッタ１２ａの切削時の負荷は小さ
く、従ってＪ形開先の成形加工を効率良く実施すること
ができる。また、切削時の負荷が小さいことにより、切
削加工工具１２の装置及びその駆動源も比較的小規模の
もので足りる。

【００４０】図７は、例えば掘削作業時においてブーム
湾曲部に生じる応力の分布を示したものである。同図
（ａ）は上板湾曲部２ａに発生する応力分布、同図
（ｂ）は下板湾曲部３ａに発生する応力分布を表してい
る。

【００４１】横軸に示すセンターボスからの距離は、セ
ンターボス部８の中心を“ゼロ"としてブーム先端部７
側に向けて離間する距離を中心線ＣＴより右側に＋値で
示し、ブーム基部６側に向けて離間する距離を中心線Ｃ
Ｔより左側に−値で示している。また、グラフ中、Ｐ１
は上板裏側（上板内側）に生じる応力、Ｐ２は上板表側
（上板外側）に生じる応力をそれぞれ示している。

【００４２】図７（ａ）において、上板２ａに生じる応
力値は、センターボス部でピークとなり、センターボス
部から離間するのに連れて減少している。ブーム１を構
成している部材の強度によって応力値のピークは変化す
るが、センターボス部からの距離が＋200mm〜−200mmの
範囲では特に応力値が高く現れる。従って、本実施形態
では＋200mm〜−200mmの範囲をＪ形開先４ａの成形加工
長さＬ３とした。

【００４３】また、図中、ｄは許容未溶着長さを示して
いる。本発明におけるブームの強度解析においてはブー
ム側板の面外変形が確認されたが、面外変形が生じる状
況ではＴ字継手溶接部の未溶着長さがブーム強度に大き
く影響することになる。そこで、例えばブーム基部側に
−200mmの範囲についてＪ形開先４ａによる溶接を行え
ば、Ｊ形開先面４ｃは確実に溶着されることが計算でき
るため、Ｔ字継手溶接部における未溶着長さを４mmまで
許容することができる。因に、従来の溶接構造では溶接
部の信頼性が高くはないため、許容未溶着長さは２mmで
あった。

【００４４】一方、図７（ｂ）において、下板３ａに生
じる応力値は、上板２ａに生じる応力値よりも低いが、
上板２ａに示す応力特性と同様に、センターボス部８近
傍でピークとなり、センターボス部８から離間するのに
連れて減少している。従って下板３ａについてもセンタ
ーボス部８からの距離が+200mm〜−200mmの範囲をＪ形
開先４ａの成形加工長さＬ４とした。なお、グラフ中、
Ｐ３は下板裏側に生じる応力、Ｐ４は下板表側に生じる
応力をそれぞれ示している。

【００４５】次に、本発明に係るブーム構造の第二の実
施形態を図８を参照しながら説明する。

【００４６】上記第一の実施形態では、ブーム側板４，
５の上縁部及び下縁部にＪ形開先４ａ，４ｂを成形加工
し、ブーム湾曲部におけるＴ字継手溶接部の強度を高め
る構成を示したが、第二の実施形態では、従来のレ形開
先を採用しつつブーム湾曲部の溶接強度を高めることの
できるブーム構造を提供する。

【００４７】一般的な溶接方法では、ルートフェイスＲ
Ｆ及びルートギャップＲＧをともに小さい値に設定し、
ルートギャップＲＧについては通常“ゼロ"で溶接施工
が行われている。

【００４８】しかしながら、ブーム１において大荷重が
作用する湾曲部はアールに形成されていることから、ガ
ス切断によって上板湾曲部２ａ内面に対するルートギャ
ップＲＧがゼロになるように加工することは極めて困難
である。そこで、本実施形態ではルートギャップＲＧを
特定の値に設定することで溶け込み不良を改善してい
る。

【００４９】本願発明の発明者の研究によれば、ルート
フェイスＲＦ２を1.2〜3.0より好ましくは1.5〜2.5mmと
し、且つルートギャップＲＧを0.3〜0.6より好ましくは
0.3〜0.5の値に設定すると、溶け込みの深いことが確認
された。

【００５０】詳しくは、開先角度45°及び50°のレ形開
先を用いてＴ継手溶接を行った場合、ルートフェイスＲ
Ｆ２が1.2を下回ると、抜け落ちの原因となり好ましく
なく、また、3.0を上回ると、未溶着長さが長くなるた
め好ましくない。また、ルートギャップＲＧ２が0.3を
下回ると、未溶着長さが長くなるため好ましくなく、ま
た、0.6を上回ると、抜け落ちの原因となり好ましくな
い。ただし、ルートフェイスＲＦについては、ブームに
おいて最も強度が要求される長さＬ３に限らずそれ以外
の側板４，５の上縁または下縁についてもルートフェイ
スＲＦの厚さは1.2〜3.0mmに成形加工するものとする。

【００５１】また、溶接条件としては、ワイヤ径はφ1.
2mm／φ1.4mm、シールドガスはＣＯ₂／Ａｒ−ＣＯ₂、ト
ーチ角は22°、縦板の厚さは14mmとした。

【００５２】このように、上板湾曲部２ａでは長さＬ３
の範囲について、下板湾曲部３ａでは長さＬ４の範囲に
ついてそれぞれルートフェイスＲＦ２の厚さを1.2〜3.0
mm且つルートギャップＲＧを0.3〜0.6に設定すると、レ
形開先であってもＴ字継手溶接部の強度を高めることが
できる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の本発明によれば、開先の最大深さ部分に対し
ても十分に溶け込みが行われ、Ｔ継手溶接部の信頼性が
向上する。従って、ブーム内部に補強板を配置して溶接
不良を補う必要がなくなり、ブームの軽量化が図れる。

【００５４】請求項２の本発明によれば、ブームにおい
て最も強度を必要とする部位を効果的に補強することが
できる。

【００５５】請求項３の本発明によれば、ルートギャッ
プを故意に大きく設定してレ形開先面の溶け込みを改善
しているため、従来のレ形開先を用いてＴ継手溶接を行
う場合であっても上板と下板と側壁とを確実に溶接する
ことができる。従って、従来方法で安価に溶接部の信頼
性を向上させることができるという長所を有する。

【００５６】請求項４の本発明によれば、レ形開先を用
いてＴ継手溶接を行うブームにおいて最も強度を必要と
する部位を効果的に補強することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る油圧ショベルのブーム構造を示す
正面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図３】図１のセンターボス部の拡大図である。

【図４】図２のＴ字継手溶接部Ｗ５の溶接方法を示す断
面図である。

【図５】図４の溶接結果を示す断面図である。

【図６】Ｊ形開先を成形加工する多関節ロボットの斜視
図である。

【図７】図７（ａ）は上板に生じる応力分布図であり、
図７（ｂ）は下板に生じる応力分布図である。

【図８】Ｔ字継手溶接部Ｗ５の他の溶接方法を示す断面
図である。

【図９】従来のフロントアタッチメントの構成を示す説
明図である。

【図１０】図９に示すブームの拡大図である。

【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。

【図１２】図１１のＴ字継手溶接部Ｗ１の溶接方法を示
す断面図である。

【図１３】図１２の溶接方法による溶接結果を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ブーム２上板２ａ上板湾曲部３下板３ａ下板湾曲部４側板４ａ，４ｂＪ形開先４ｃ開先面５側板８センターボス部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉川修司広島市安佐南区祇園３丁目12番４号油谷重工株式会社内Ｆターム(参考） 4E081 YB01 YB10 YX02 YX08 YY12 YY14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上板と下板と側板とを断面箱形に組み合
わせ、各板の接続部分を溶接することによって長手方向
にへの字状に湾曲するブームを形成する油圧ショベルの
ブーム構造において、前記ブーム湾曲部における前記側板上縁部及び前記側板
下縁部の少なくともいずれか一方にＪ形開先を成形加工
し、前記側板に対してＴ継手溶接を行なうことを特徴と
する油圧ショベルのブーム構造。
【請求項２】前記ブーム湾曲部において最も大きな荷
重が作用する部位に対応して前記Ｊ形開先を形成してな
る請求項１記載の油圧ショベルのブーム構造。
【請求項３】上板と下板とレ形開先を有する側板とを
断面箱形に組み合わせ、各板の接続部分を溶接すること
によって長手方向にへの字状に湾曲するブームを形成す
る油圧ショベルのブーム構造において、前記ブーム湾曲部における前記側板と前記上板との継手
部分及び前記側板と前記下板との継手部分の少なくとも
いずれか一方においてルートフェイスの厚さを1.2〜3.0
mm、且つルートギャップを0.3〜0.6mmに設定してＴ継手
溶接を行うことを特徴とする油圧ショベルのブーム構
造。
【請求項４】前記ブーム湾曲部において最も大きな荷
重が作用する部位について前記ルートギャップを0.3〜
0.6mmに設定する請求項３記載の油圧ショベルのブーム
構造。