(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム上に互いに離間して一対のサイドプレート(14a,14b) を平行に立設し、前記一対のサイドプレート(14a,14b) の間に作業機(7) の基端部(15L,15R) を所定の隙間(s2,s3) を有して挿嵌し、前記一対のサイドプレート(14a,14b)に設けたピン孔(21)と作業機(7) の基端部(15L,15R) に設けたピン孔(22)とにフートピン(16)を挿入して作業機(7) の基端部(15L,15R)が回転自在に軸支されると共に、前記一対のサイドプレート(14a,14b)の下部にはサイドプレート間に隔板(18)が溶接されている作業車両の作業機支持構造において、
サイドプレート(14a) は内側面で、かつピン孔(21)近傍のボス部に補強板(17a,17g)を有すると共に、補強板(17a,17g)を、フートピン(16)の軸心近傍から上方の作業機(7)の基端部(15L,15R) との間の隙間(s4,s5) が下方の隙間(s2)よりも大きくなるように形成した
ことを特徴とする作業車両の作業機支持構造。
【請求項２】
請求項１記載の作業車両の作業機支持構造において、
サイドプレート(14a) の補強板(17g) が、上方から下方に向けて徐々に厚くしてテーパ面(17h)を形成した一枚板である
ことを特徴とする作業車両の作業機支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業車両の作業機支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下方向に揺動自在に支持された作業機を有する作業車両として、例えば油圧ショベルや移動式クレーン等がある。図６〜８は従来の油圧ショベルの作業機支持構造を示しており、以下油圧ショベルを例に説明する。
図６に示すように、下部走行体１の上部には上部旋回体２が旋回自在に搭載されている。この上部旋回体２の底部に配設されたレボフレーム３の上部には、運転室４と、エンジン及び油圧機器等を内蔵するマシンキャブ５と、カウンタウエイト６とが搭載されており、前部にはブーム７、アーム８及びバケット９を有する作業機２０が上下方向に揺動自在に装着されている。ブーム７、アーム８及びバケット９はそれぞれ油圧シリンダ１０、１１、１２により駆動されるようになっている。
【０００３】
このような油圧ショベルのブーム７を支持するブーム支持構造について、図７，８により説明する。
図７は、ブーム基端部１３を示す斜視図である。同図において、ブーム７の基端部１３は二股状に分岐した左右１対の支脚部１５Ｒ，１５Ｌを有しており、支脚部１５Ｒ，１５Ｌはそれぞれフートピン１６，１６により、レボフレーム３の底板３ａ上に立設された左右一対のブーム支持部１４Ａ，１４Ｂに回動自在に支持されている。
【０００４】
図８は図７のＢ−Ｂ断面図であり、ブーム支持部１４Ａの構造を詳細に表している。なお、ブーム支持部１４Ｂも同一構造であり、ここではブーム支持部１４Ａにより説明する。
図８において、一対のサイドプレート１４ａ，１４ｂの内側面には、それぞれ補強板１７ｂ，１７ｂが対向して設けられている。補強板１７ｂ，１７ｂの上端部はサイドプレート１４ａ，１４ｂの上端部近傍まで延在し、周囲はサイドプレート１４ｂ，１４ｂの内側面に溶接され、下端部はサイドプレート１４ａ，１４ｂの内側面の間に設けられた隔板１８にＰ部及びＱ部で溶接されている。
サイドプレート１４ａ，１４ｂ、補強板１７ｂ，１７ｂ及び支脚部１５Ｌには、それぞれピン孔２１，２３，２２が穿孔されており、これらのピン孔２１，２３，２２を左右方向に貫通してフートピン１６が挿入され、よって支脚部１５Ｌが回動自在に軸支されている。
なお、補強板１７ｂ，１７ｂの板厚は一様にｔ1 である。また、外側の補強板１７ｂの内側面１７ｊと支脚部１５Ｌの外側面１５ａとの隙間をｓ2とし、内側の補強板１７ｂの内側面１７ｆと支脚部１５Ｌの内側面１５ｂとの隙間をｓ3とする。ここで、隙間ｓ3 は隙間ｓ2 より大きくて、ブーム７が左方向の最大スラスト荷重により左方向に最大変位しても、支脚部１５Ｌの内側面１５ｂが補強板１７ｂの内側面１７ｆに当接しないように設定されている。
【０００５】
次に、ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用した時の挙動について図８により説明する。
ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用すると、先ず、ブ−ム７の支脚部１５Ｌは左方に移動し、支脚部１５Ｌの外側面１５ａが外側の補強板１７b の内側面１７ｊに当接する。次いで、支脚部１５Ｌの外側面１５ａは、外側の補強板１７ｂの内側面１７ｊの上端点ｔを支点として、左方向に変位して２点鎖線のような状態となる。従って、サイドプレート１４ａは、ブ−ム７の支脚部１５Ｌの外側面１５ａから、外側の補強板１７ｂの上端点ｔで、左方向の荷重成分Ｆ3 を受ける。
ここで、補強板１７ｂの上端から隔板１８までの距離をＬ3とし、フートピン１６の軸心と隔板１８との距離をＬ2とする。このとき、隔板１８の溶接部Ｐには、数式「Ｍ3 ＝Ｌ3 ×Ｆ3 」により表される最大曲げモーメントＭ3 が作用するので、溶接部Ｐにはこの最大曲げモーメントＭ3 に起因する応力σ3 が発生する。
【０００６】
また、作業車両における作業機支持構造の他の先行技術としては、例えば特許登録第２６８４０２５号公報に開示されたものがあり、図９はそのブーム支持構造の要部説明図である。同公報によれば、フレームに互いに間隔を隔てて平行に立設された一対のサイドプレートにブームフートピンを架設し、ブームの基端を上記ブームフートピンまわりに回動自在に支持してなる建設機械等におけるブームの支持構造において、上記ブームフートピン３５の近傍において上記サイドプレート３２の内側面に内側ダブリングプレート３３を溶接すると共に、外側面に外側ダブリングプレート３４を溶接し、かつ、上記内側ダブリングプレート３３及び外側ダブリングプレート３４の上端面をそれぞれ上記サイドプレート３２の上端に溶接されたトッププレート３１の下面３１ａに溶接した構成としている。
これにより、ブームフートピン３５の近傍の曲げ剛性を向上させ、内側ダブリングプレート３３の下部溶接止端Ｇ部及びその近傍に応力が集中するのを防止できる、と記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の作業車両の作業機支持構造には以下のような問題がある。
図８に示す構造では、ブームに左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用すると、ブーム７は鎖線のように左方向に変位し、隔板１８の溶接部Ｐには、最大曲げモーメントＭ3 （＝Ｌ3 ×Ｆ3 ）が作用するが、距離Ｌ3が大きいので、最大曲げモーメントＭ3 も大きくなる。従って、隔板１８の溶接部Ｐには大きな応力σ3 が発生し、溶接部Ｐに応力集中が起きる。この応力集中により溶接部Ｐに亀裂が入り、破損が発生し易いという問題がある。
また、前記特許登録第２６８４０２５号公報に開示された技術では、ブームフートピン３１の近傍の曲げ剛性を向上させることはできるが、ブームにスラスト荷重が作用してブームが変位し、ブームの側面がトッププレート３１や内側ダブリングプレート３３の上端部に当接した時には、内側ダブリングプレート３３及びサイドプレート３２に大きな曲げモーメントが作用し、したがって内側ダブリングプレート３３と両内側ダブリングプレート３３間を結合しているディスタンスプレート（上記隔板に相当する）との溶接部に大きな応力が発生するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点に着目し、作業機にスラスト荷重が作用して作業機が変位した時にサイドプレートと隔板との溶接部に発生する応力を低減できる作業車両の作業機支持構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る作業車両の作業機支持構造の第１発明は、フレーム上に互いに離間して一対のサイドプレートを平行に立設し、前記一対のサイドプレートの間に作業機の基端部を所定の隙間を有して挿嵌し、前記一対のサイドプレートに設けたピン孔と作業機の基端部に設けたピン孔とにフートピンを挿入して作業機の基端部が回転自在に軸支されると共に、前記一対のサイドプレートの下部にはサイドプレート間に隔板が溶接されている作業車両の作業機支持構造において、サイドプレートは内側面で、かつピン孔近傍のボス部に補強板を有すると共に、補強板を、フートピンの軸心近傍から上方の作業機の基端部との間の隙間が下方の隙間よりも大きくなるように形成している。
第１発明によれば、作業機（油圧ショベルの場合は、ブーム）にスラスト荷重が作用して作業機が変位しても、作業機基端部がサイドプレートの上端部に当接せずに、サイドプレートの内側の補強板のフートピンの中心近傍よりも下方に当接するので、サイドプレートに作用する曲げモーメントの作用点が低くなり、これにより曲げモーメントが低減される。従って、サイドプレートと該両サイドプレート間に固着された隔板との溶接部に発生する応力は低減するので、この溶接部に亀裂が生じることはなく、破損を防止できる。
また、サイドプレートは内側面で、かつフートピンを挿入するピン孔近傍のボス部に補強板を有しているので、サイドプレートのフートピンの軸心近傍から上方の作業機の基端部との間の隙間が下方の隙間よりも大きくなるように形成する加工を、補強板側で行うことが可能となる。従って、大型で重量があるサイドプレートを取り扱うよりも、小型で軽量の補強板側で所定の板厚や形状にする加工が行えるので、加工が容易となる。しかも、サイドプレート本体を加工しなくてもよいので、サイドプレート本体を設計変更する必要がなく従来と同一にでき、よって製造コストアップを防止できる。
【００１１】
第２発明は、第１発明の構成において、サイドプレートの補強板が、上方から下方に向けて徐々に厚くしてテーパ面を形成した一枚板である構成としている。
第２発明によれば、補強板は上方から下方に向けて徐々に厚くしてテーパ面を形成しているので、作業機にスラスト荷重が作用して作業機が変位した時、作業機の基端部の外側面が補強板のテーパ面に均一に当接する。従って、当接部の面圧が小さくなり、作業機基端部の外側面と補強板のテーパ面に圧痕等の損傷が生じることがなく、耐久性が向上する。また、補強板は一枚板で構成しているので、テーパ加工が容易であると共に、サイドプレート本体への溶接が容易である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について、図１乃至図５により説明する。図１乃至図５において、図６乃至図８の構成要素と同一部品には同一符号を付す。
図１乃至図４は、本発明に係る作業車両の作業機支持構造の第１実施形態を示している。まず、図１，２に基づいて、油圧ショベルのブーム基端部の概要を説明する。図１はブーム基端部の斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図１に示すように、作業機２０のブーム７の基端部１３は二股状に分岐した左右１対の支脚部１５Ｒ，１５Ｌを有しており、支脚部１５Ｒ，１５Ｌはそれぞれフートピン１６，１６により、レボフレーム３の底板３ａ上に略平行に立設された左右一対のブーム支持部１４Ｌ，１４Ｒに回動自在に支持されている。
図２に示すように、左右一対のブーム支持部１４Ｌ，１４Ｒはそれぞれ左右一対のサイドプレート１４ａ，１４ｂを有しており、左右１対のサイドプレート１４ａ，１４ｂの下部の間には隔板１８が溶接されている。
基端部１３の支脚部１５Ｌ，１５Ｒは、それぞれ一対のサイドプレート１４ａ，１４ｂの間に後述するような所定隙間を有して挿嵌され、フートピン１６によって回動自在に軸支されている。
【００１３】
図３，４に基づいて、ブーム支持部１４Ｌ，１４Ｒの構造を詳細に説明する。なお、ブーム支持部１４Ｌ，１４Ｒは同一構造なので、ここではブーム支持部１４Ｌについて説明する。図３はブーム支持部１４Ｌの詳細図であり、図４は図３のＺ視図で、補強板１７ａとサイドプレート１４ａ及び隔板１８との溶接状態を示す。
図３，４に示すように、サイドプレート１４ａ，１４ｂの内側面にはそれぞれ補強板１７ａ，１７ｂが設けられている。この補強板１７ａ，１７ｂの上端部はサイドプレート１４ａ，１４ｂの上端部近傍まで延在して、周囲はサイドプレート１４ａ，１４ｂの内側面にＭ部で溶接され、下端部は前記隔板１８にＰ部及びＱ部で溶接されている。
サイドプレート１４ａ，１４ｂ、補強板１７ａ，１７ｂ及びと支脚部１５Ｌには、それぞれピン孔２１，２３，２２が穿孔されており、これらのピン孔２１，２３，２２を左右方向に貫通してフートピン１６が挿入され、これにより支脚部１５Ｌが回動自在に軸支されている。
【００１４】
補強板１７ａは、板厚の異なるプレート１７ｃ，１７ｄからなっており、プレート１７ｃ，１７ｄは、隔板１８からの距離がＬ1とされたフートピン１６の軸心位置Ｎ部で互いに溶接結合されている。プレート１７ｃはフートピン１６の軸心より下半部にあり、板厚はｔ1 である。プレート１７ｄはフートピン１６の軸心より上半部にあり、板厚はｔ2 で、ｔ2 ＜ｔ1 としている。これにより、プレート１７ｃの内側面１７ｅと支脚部１５Ｌの外側面１５ａとの間の隙間ｓ2 、及びプレート１７ｄの内側面１７ｋと支脚部１５Ｌの外側面１５ａとの間の隙間ｓ4 の関係が、ｓ2 ＜ｓ4 となるようにしている。
プレート１７ｃの上端部（フートピン１６の軸心高さと等しい）と隔板１８との距離をＬ1とし、プレート１７d の上端と隔板１８との距離をＬ3とする。
隙間ｓ2 及び隙間ｓ4 の関係は、ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用して、支脚部１５Ｌの外側面１５ａが補強板１７ａのプレート１７ｃの上端点ｐを支点として左方向に最大変位しても、支脚部１５Ｌの外側面１５ａと補強板１７ａのプレート１７ｄの上端点ｑとの間に所定の隙間ｓ1 が確保されるように設定されている。本実施形態においては、プレート１７ｄの板厚ｔ2 及びプレート１７ｄの板厚ｔ2 の関係により、上記関係が設定されている。したがって、支脚部１５Ｌの外側面１５ａと補強板１７ａのプレート１７ｄの上端点ｑとは当接しないようになっている。
【００１５】
補強板１７ｂの板厚は一様にｔ1 である。
また、補強板１７ｂの内側面１７ｆと支脚部１５Ｌの内側面１５ｂとの間には所定の隙間ｓ3 が設けられている。ここで、隙間ｓ3 は隙間ｓ2よりもおおきく設定され、これによりブーム７に左方向に最大スラスト荷重が作用してブーム７が左方向に最大変位しても、支脚部１５Ｌの内側面１５ｂが補強板１７ｂの内側面１７ｆに当接しないようにしている。
【００１６】
次に、作用効果について、図３により説明する。
ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用すると、先ず、ブ−ム７の支脚部１５Ｌは左方に移動し、支脚部１５Ｌの外側面１５ａが補強板１７ａのプレート１７ｃの内側面１７ｅに当接する。次いで、支脚部１５Ｌの外側面１５ａは、補強板１７ａのプレート１７ｃの上端点ｐを支点として、左方向に変位して図示の２点鎖線のように傾斜した状態となり、上記で説明したように、補強板１７ａのプレート１７ｄの上端点ｑとの間には、所定の隙間ｓ1 が確保されているので、支脚部１５Ｌの外側面１５ａと、補強板１７ａのプレート１７ｄの上端点ｑとは当接しない。
【００１７】
従って、サイドプレート１４ａは、支脚部１５Ｌの外側面１５ａから、補強板１７ａのプレート１７ｃの上端点ｐで、左方向の荷重成分Ｆ1 を受ける。
これにより、隔板１８の溶接部Ｐには、数式「Ｍ1 ＝Ｌ1 ×Ｆ１」で表される最大曲げモーメントＭ1 が作用する。
一方、図８に示した従来の構造では、溶接部Ｐには最大曲げモーメントＭ3 （＝Ｌ3 ×Ｆ3 ）が作用し、このとき図３に示すようにＬ1 ＜Ｌ3 であり、またＦ1 ≒Ｆ3 であるので、Ｍ1 ＜Ｍ3 となる。従って、溶接部Ｐに発生する応力σ1 はσ1 ＜σ3 となり、この溶接部Ｐに亀裂が発生するのを防止できる。
【００１８】
次に、本発明に係る作業車両の作業機支持構造の第２実施形態について、図５により説明する。
本実施形態は、上記で説明した第１実施形態において、補強板１７ａを一枚板の補強板１７ｇで構成し、この補強板１７ｇには、フートピン１６の軸心より上半部にテーパ面１７ｈが設けられ、このテーパ面１７ｈでブーム７のスラスト荷重を受けるようにしたものである。
補強板１７ｇの上端部と隔板１８との距離をＬ3 とし、フートピン１６の軸心と隔板１８との距離をＬ1 とする。
補強板１７ｇにおいて、フートピン１６の軸心より下半部の板厚は一様にｔ1 としている。また、フートピン１６の軸心より上半部の板厚は、上端でｔ3 であり、上端から下方に向かって徐々に厚くしてテーパ状にし、フートピン１６の軸心位置でｔ1としている。これにより、補強板１７ｇのフートピン１６の軸心近傍より下方の内側面１７ｉと支脚部１５Ｌの外側面１５ａとの間の隙間ｓ2 、及び補強板１７ｇのフートピン１６の軸心近傍より上方の内側面（ここではテーパ面１７ｈ）と支脚部１５Ｌの外側面１５ａとの間の隙間ｓ5 の関係が、ｓ2 ＜ｓ5 となるようにしている。
ここで、テーパ面１７ｈの中央部ｒ点と隔板１８との距離はＬ2 であるとする。またテーパ面１７ｈの勾配は、ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用した時、支脚部１５Ｌの外側１５ａがテーパ面１７ｈに一様に当接するように設定されている。
【００１９】
また、補強板１７ｂの内側面１７ｆと支脚部１５Ｌの内側面１５ｂとの間には隙間ｓ3 が設けられている。ここで、隙間ｓ3 は隙間ｓ2 より大きくて、ブーム７に左方向に最大スラスト荷重が作用してブーム７が左方向に最大変位しても、支脚部１５Ｌの内側面１５ｂが補強板１７ｂの内側面１７ｆに当接しないように設定されている。
【００２０】
次に、作用効果について、図５により説明する。
ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆが作用すると、先ず、ブ−ム７の支脚部１５Ｌは左方に移動し、支脚部１５Ｌの外側面１５ａが補強板１７ｇの内側面１７ｉに当接する。次いで、支脚部１５Ｌの外側面１５ａは、補強板１７ｇのｓ点（テーパ面１７ｈの下端点）を支点として左方向に変位して図示の２点鎖線のように傾斜した状態となり、補強板１７ｇのテーパ面１７ｈに一様に当接する。
従って、サイドプレート１４ａは、ブ−ム７の支脚部１５Ｌの外側面１５ａから、補強板１７ｇのテーパ面１７ｈで一様に左方向の荷重成分Ｆ2 を受ける。ここで、テーパ面１７ｈの中央部ｒ点で、左方向にＦ2 の荷重を受けるとすると、隔板１８の溶接部Ｐには、数式「Ｍ2 ＝Ｌ2 ×Ｆ2 」で表される最大曲げモーメントＭ2 が作用する。
一方、図８に示した従来の構造において、溶接部Ｐに作用する最大曲げモーメントＭ3 （＝Ｌ3 ×Ｆ3 ）が作用し、図５に示すようにＬ2 ＜Ｌ3 であり、またＦ2 ≒Ｆ3 であるので、Ｍ2 ＜Ｍ3 となる。
また同様にして、ブ−ム７に左方向に最大スラスト荷重Ｆよりも小さい荷重が作用すると、支脚部１５Ｌの外側面１５ａは補強板１７ｇのｓ点を支点として左方向に変位するが、補強板１７ｇのテーパ面１７ｈには当接しない。したがって、補強板１７ｇのｓ点に左方向にＦ2aの荷重を受けるとすると、隔板１８の溶接部Ｐには、数式「Ｍ2a＝Ｌ1 ×Ｆ2a」で表される最大曲げモーメントＭ2aが作用する。図８の従来技術の場合との比較では、Ｌ1 ＜Ｌ3 であり、またＦ2a≒Ｆ3 であるので、Ｍ2a＜Ｍ3 となる。
以上のことから、本実施形態における溶接部Ｐに発生する応力σ2 は従来の構造における応力σ3 に対して、σ2 ＜σ3 となり、この溶接部Ｐに亀裂が発生するのを防止できる。
【００２１】
また、ブ−ム７の最大スラスト荷重は、補強板１７ｇのテーパ面１７ｈで一様に受けられる。従って、支脚部１５Ｌの外側面１５ａと補強板１７ｇのテーパ面１７ｈとの間の面圧が小さくなり、支脚部１５Ｌの外側面１５ａ及び補強板１７ｇのテーパ面１７ｈが損傷するのを防止できる。
【００２２】
以上のように、本発明に係る作業車両の作業機支持構造によると、サイドプレート又はサイドプレートの補強板において、フートピンの軸心近傍から上方のブームの支脚部との間の隙間を、下方の隙間よりも大きくすることにより、サイドプレート又は補強板に作用するブームのスラスト荷重の作用点の高さが低くなり、左右１対のサイドプレート間に設けた隔板の溶接部に作用する曲げモーメントが大幅に低減される。従って、隔板の溶接部に作用する応力を低減するので、この溶接部に亀裂が発生することがなく、破損を防止することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、ブームの基端部が二股状に分岐した支脚部を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば分岐してないブーム、あるいは３つ以上に分岐したブーム等にも適用可能である。
また、サイドプレートに補強板を設けた例を用いて説明したが、これに限定されず、サイドプレートのみでブームを支持する指示構造にも適用可能である。
さらに、適用機種として油圧ショベルのブーム支持構造を例に説明したが、作業車両の作業機を１対の平行なサイドプレートで回転自在に支持する作業機支持構造であればよく、例えば移動式クレーンのブーム支持構造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作業車両の作業機支持構造のブーム基端部の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態のブーム支持部の構造の詳細図である。
【図４】図３のＺ視図である。
【図５】第２実施形態のブーム支持部の構造の詳細図である。
【図６】本発明に係る油圧ショベルの側面図である。
【図７】ブーム基端部の一例を示す斜視図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】従来技術のブーム支持部の他例を示す構造図である。
【符号の説明】
１…下部走行体、２…上部旋回体、３…レボフレーム、４…運転室、５…マシンキャブ、６…カウンタウエイト、７…ブーム、８…アーム、９…バケット、１０，１１，１２…油圧シリンダ、１３…ブーム基端部、１４Ｌ，１４Ｒ…ブーム支持部、１４Ａ，１４Ｂ…ブーム支持部、１４ａ，１４ｂ…サイドプレート、１５Ｌ，１５Ｒ…支脚部、１６…フートピン、１７ａ，１７ｂ，１７ｇ…補強板、１７ｃ，１７ｄ…プレート、１８…隔板、２０…作業機、２１，２２，２３…ピン孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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