KR100652319B1

KR100652319B1 - 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100652319B1
Application number: KR1020007000367A
Authority: KR
Inventors: 사사키히데토시; 다나카도시오; 이토다츠시; 마스모토노부요시
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: KR20010021803A; GB0000459D0; JP3761404B2; GB2343173B; US6536652B2; WO1999004104A1; GB2343173A; US6349489B1; US20020056212A1; DE19882546T1

Abstract

본 발명은 유압 셔블 등의 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물, 버킷식 굴삭기의 암 및 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 단면 삼각형상으로 중공형상의 암 본체(22)로 하고, 암 본체(22)의 길이방향 일단부에 버킷 연결용 브래킷(23)을 접합하고, 암 본체(22)의 길이방향 중간부에 부움 설치용 브래킷(26)을 접합하고, 암 본체(22)의 길이방향 타단부에 암 실린더용 브래킷(24)을 접합하여 암으로 하고, 이에 의해 암 본체(22)가 단면 변형하기 어렵기 때문에, 판두께를 얇게 함과 동시에 단면 구속재를 설치하지 않고서 암 본체(22)의 강성을 크게 하여 단면 변형하지 않는 암이 되며, 따라서 경량인 암으로 하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물 및 그 제조방법{STRUCTURE FOR WORKING UNIT FOR BUCKET EXCAVATORS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 유압 셔블(shovel) 등의 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물, 버킷식 굴삭기의 암 및 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법에 관한 것이다.

버킷식 굴삭기의 일종인 유압 셔블은 도 1에 도시한 바와 같이 하부 주행체(1)에 상부 차체(2)를 선회가 자유롭도록 설치하고, 그 상부 차체(2)에 부움(boom)(3)을 상하 요동이 자유롭게 설치하며, 그 부움(3)에 암(4)을 상하 요동이 자유롭게 설치하고, 이 암(4)의 선단부에 버킷(5)을 상하로 흔들리는 것이 자유롭게 설치한다. 상부 차체(2)와 부움(3)에 걸쳐 부움용 실린더(6)를 연결하고, 부움(3)과 암(4)에 걸쳐 암용 실린더(7)를 연결하고, 암(4)과 버킷(5)에 걸쳐 버킷용 실린더(8)를 연결하고 있다.

이러한 유압 셔블은 부움(3), 암(4)을 상하로 요동함과 동시에 버킷(5)을 상하로 흔들면서 상부 차체(2)를 좌우로 선회하여 굴삭 및 덤프트럭으로의 싣기작업을 실시한다.

상기 암(4)은 도 2에 도시한 바와 같이 암 본체(10)와, 상기 암 본체(10)의 길이방향 일단부에 접합한 암 실린더 설치용 브래킷(11)과, 암 본체(10)의 길이방 향 타단부에 접합한 버킷 연결용 브래킷(12)으로 형성되어 있다. 암 본체(10)는 도 3에 도시한 바와 같이 상횡판(13), 하횡판(14), 좌우의 종판(15, 15)을 직각으로 용접한 장방형 단면 중공형상으로 되어 있다.

암(4)에는 작업시에 도 1에 도시한 바와 같이 버킷(5)에서 상하방향의 부하(F1), 좌우방향의 부하(F2), 비틀림부하(F3) 등이 작용하여, 이들 부하에 대하여 내구성을 확보하고 있다.

예를 들면, 상하방향의 부하(F1)에 대해서는 도 3에 도시한 바와 같이 폭(W), 높이(H) 및 상횡판(13), 하황판(14), 좌우의 종판(15, 15)의 판두께를 부하의 크기에 따라서 적절하게 설정하고 있다. 좌우방향의 부하(F2), 비틀림부하(F3)에 대해서는 상술의 것에 더하여 도 2에 도시한 바와 같이 립(16) 등의 단면 구속재를 부가하고 있다.

유압 셔블은 상부 차체(2)를 중심으로 하여 부움(3), 암(4), 버킷(5)으로 이루어지는 작업기의 굴삭능력에 따라서 상부 차체(2)의 후방에 카운터웨이트(9)를 설치하고 있고, 상기 작업기를 경량화하면 상부 차체(2)의 후방의 카운트웨이트(9)를 경량으로 할 수 있으며, 또한 상부 차체(2) 후방의 돌출이 적어지기 때문에 상부 차체의 후단 선회 반경을 작게 할 수 있다.

또, 부움(3), 암(4), 버킷(5)으로 이루어지는 작업기를 경량화하면 카운터웨이트(9)를 경량으로 하는 대신에 버킷 용량을 늘려 작업량을 늘리는 것이 가능해진다.

암(4)은 암용 실린더(7)에 의해 상하로 요동되고, 그 암용 실린더(7)의 추력 의 일부가 암(4)의 자중을 지지하는 것으로서 사용되기 때문에, 암(4)을 경량으로 하면 암용 실린더(7)의 추력을 암(4)의 상하 요동력으로서 유효하게 이용할 수 있다. 동일하게 암(4)의 자중은 부움용 실린더(6)에도 작용하기 때문에, 암(4)을 경량으로 하면 부움용 실린더(6)의 추력을 유효하게 이용할 수 있다.

일반적으로 버킷식 굴삭기의 작업기의 강도를 고려하는 경우, 가장 간편한 방법으로서 작업기를 재료역학에서 논의되고 있는 빔이나 얇은 두께 관으로 바꿔 놓고 굽힘이나 비틀림에 대한 강도를 평가할 수 있다.

즉, 재료역학에서 이용되는 이하의 수학식 1, 수학식 2로 단면에 발생하는 굽힘응력(σ), 전단응력(τ)을 구할 수 있다.

(단, σ:단면에 발생하는 굽힘응력, M:단면에 작용하는 굽힘모멘트, Z:단면계수)

(단, τ:전단응력, T:비틀림토크, A:단면두께 중립선 투영면적, t:단면판 두께)

그리고, 상기 계산결과와 사용재료의 허용응력으로부터 적정한 단면형상을 결정할 수 있다. 또, 동일하게 재료역학의 수학식을 이용하여 빔의 휨이나 축의 비틀림도 계산할 수 있고, 이에 의해 작업기의 강성에 대해서도 평가할 수 있다.

그러나, 이러한 평가방법으로 설계된 작업기를 실제로 제작하여, 응력시험을 실시한 경우, 평가시에 산출한 응력값과 다른 결과가 되는 경우가 많다. 이러한 것 때문에 최근에는 응력평가의 정밀도를 향상시키기 위해서 유한요소법(FEM)을 이용한 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 평가방법으로서 이용하고 있다. FEM시뮬레이션을 이용하여 응력계산을 실시해보면, 재료역학의 빔이나 축으로 간주되고 있던 작업기의 단면은 부하를 부여하는 전후에 있어서 그 형상이 변화하는 것을 알 수 있고, 이 때문에 단면형상이 변화하지 않는다는 전제에 기초하 유도되는 재료역학의 수학식에서의 계산응력과 실제 응력시험을 실시한 경우의 계측응력이 합치하지 않는 것을 이해할 수 있다.

종래기술에서 이용되고 있는 장방형 단면형상의 작업기의 경우, 단면의 변형강도를 결정하는 요소는 장방형 각부의 강성과, 장방형 변부의 면외방향의 강성의 2가지이다. 이들 2가지의 강성이 부하에 대하여 충분한 강도를 갖지 않는 경우, 도 4에 도시한 바와 같은 단면의 변형이 발생하고, 장방형 각부에 과대한 응력이 생긴다. 이것을 방지하기 위해서 단면의 변형이 생기고 있는 부위에 격벽 등의 단면 구속재가 필요하게 되지만, 이것을 설치함으로써 작업기의 생산성이 나빠지게 된다.

이것을 암(4)에 대하여 적용시켜 보면, 암(4)은 도 3에 도시한 바와 같이 장방형 단면 중공형상이며, 그 단면 강성이 각부(a)의 굽힘 강성과 4개의 면(상횡판(13), 하횡판(14), 좌우의 종판(15, 15))의 면외방향 강성(굽힘 강성)에 의해 결정되는 것이다.

즉, 단면의 변형에 대하여 면의 굽힘 강성과 각부의 굽힘 강성의 영향이 크고, 예를 들면 도 3에 있어서 하판(14)을 고정하여 화살표로 나타내는 하중(F)이 작용한 경우에는 도 4에 모식적으로 나타내는 바와 같이 각 각부(a)가 굽힘 변형함과 동시에 상판(13), 좌우의 종판(15, 15)이 면외방향(두께방향)으로 굽힘 변형한다. 또, 판두께를 저감한 경우의 면외방향 강성의 저하는 판두께 저하율의 3승에 비례한다.

이 때문에 각 판의 판두께를 얇게 하고 암을 경량화하면, 암(4)에 좌우방향의 부하(F2), 비틀림부하(F3)가 작용하였을 때에, 도 3에 화살표(b, c)로 나타내는 방향으로 변형(뒤틀림)이 생기기 때문에, 각 판의 판두께를 얇게 하는 데에는 한계가 있고, 상하방향의 부하(F1)에 의한 변형을 방지하기 위해서 상기 립(16) 등의 단면 구속재를 강고한 것으로 하지 않으면 안되며, 그 단면 구속재에 의해 암중량이 무거워지고, 립(16) 때문에 구조가 복합화하여 용접부분의 증가 등에 따라 생산성이 나빠지는 등의 문제가 있다.

또, 암(4)에는 도 2에 도시한 바와 같이 버킷용 실린더(8)를 연결하는 버킷실린더용 브래킷(17), 부움(3)을 연결하는 부움연결용 보스(18)가 설치되어 있다. 이것을 설치하는 부분, 예를 들면 좌우종판(15, 15), 상횡판(13)의 판두께를 얇게 하면, 면외방향의 강성이 저하하기 때문에, 면외방향의 변형을 증가시켜 암(4)의 강성이 저하하고 도 3에 가상선으로 나타내는 바와 같이 변형하는 일이 있기 때문에, 암 본체(10)를 형성하는 판재의 판두께를 얇게 하는 것은 곤란하다.

또, 암 본체(10)를 형성하는 각 판재를 직각으로 하여 용접하고 있기 때문에 그 판재의 판두께를 얇게 하면 용접이음 효율이 저하하고, 각 이음의 내구성을 확보하는 것이 곤란하게 되기 때문에, 암 본체(10)를 형성하는 판재의 판두께를 얇게 하는 것은 곤란하다.

또, 종래의 암은 상횡판(13), 하횡판(14), 좌우의 종판(15, 15)을 암 본체(10)의 형상에 맞춰 각각 절단 가공하여 형성하고, 각 판재를 직각이 되도록 4개소에서 용접하여 암 본체(10)로 하고, 그 암 본체(10)에 암 실린더용 브래킷(11), 버킷연결용 브래킷(12)을 용접하고 있기 때문에, 각 판재의 가공이 복잡함과 동시에 용접 개소(용접선)가 길고 암의 제작이 여러 공정에 걸치기 때문에 복잡하다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이 한장의 판(d)을 ㄷ자형상으로 접어 구부려 상횡판(13), 좌우의 종판(15, 15)을 일체적으로 한 암도 알려져 있지만, 이 경우에도 판(d)과 하횡판(14)을 절단하는 공정, 접어 구부리는 공정, 2곳의 용접개소(용접선)를 용접하는 공정을 거치기 때문에 암의 제작이 여러 공정에 걸쳐 복잡하다.

그래서 본 발명은 상기 과제를 해결할 수 있도록 한 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물, 버킷식 굴삭기의 암 및 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

제 1 발명의 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물은 유압 셔블과 같은 버킷식 굴삭기에서 암 등의 작업기용 구조물에 있어서, 그 본체(22)의 횡단면형상을 중공인 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

제 1 발명에 의하면, 구조물 본체(22)가 횡단면 삼각형상이기 때문에 구조물 본체(22)는 부하에 의해 면외방향으로 단면 변형하기 어렵다는 삼각형이 갖는 성질로부터, 격벽, 파이프 등의 단면 구속재를 이용하는 일 없이 단면형상의 유지와 강성의 확보가 가능하게 된다. 이 때문에 구조물 본체(22)의 판두께를 얇게 하여 경량화 할 수 있고, 격벽, 파이프 등의 단면 구속재가 불필요하게 되기 때문에 구조가 간단하며, 용접부분이 적기 때문에 내구성 및 생산성이 향상한다. 따라서, 제 1 발명에 의하면, 대폭적인 중량 경감이 가능하고, 내구성 및 생산성이 우수한 구조물이 된다.

제 2 발명의 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물은 제 1 발명의 횡단면형상에 있어서, 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

제 2 발명에 의하면, 구조물 본체(22)의 횡단면 형상은 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 원호형상으로 하였기 때문에 종래 구조물의 단면적에 내접하도록 단면적을 크게 할 수 있었기 때문에 단면성능을 유지할 수 있고, 각부를 원호로 함으로써 응력분산이 가능해진다. 따라서, 제 2 발명에 의하면 큰 단면적을 확보하고 단면성능을 유지하여 강성이 높은 구조물이 된다.

제 3 발명의 버킷식 굴삭기의 암은 선단측에 버킷이 설치됨과 동시에 부움에 피벗 지지되는 버킷식 굴삭기의 암에 있어서, 암 본체(22)의 횡단면형상을 중공의 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

제 3 발명에 의하면, 암 본체(22)가 횡단면 삼각형상이기 때문에 암 본체(22)는 부하에 의해 면외방향으로 단면 변형하기 어렵다는 삼각형이 갖는 성질때문에 격벽, 파이프 등의 단면 구속재를 이용하는 일 없이 단면형상의 유지와 강성의 확보가 가능해진다. 이러한 것 때문에 암 본체(22)의 판두께를 얇게 하여 경량화할 수 있고, 격벽, 파이프 등의 단면 구속재가 불필요하게 되기 때문에 구조가 간단하고, 용접부분이 적기 때문에, 내구성 및 생산성이 향상한다. 따라서, 제 3 발명에 의하면 대폭적인 중량 경감이 가능하고, 내구성 및 생산성이 우수한 암이 된다.

제 4 발명의 버킷식 굴삭기의 암은 제 3 발명의 횡단면 형상에 있어서, 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

제 4 발명에 의하면 암 본체(22)의 횡단면형상은 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 원호형상으로 하였기 때문에 종래 암의 단면적에 내접하도록 단면적을 크게 할 수 있기 때문에, 단면성능을 유지할 수 있고, 각부를 원호로 함으로써 응력 분산이 가능해진다. 따라서, 제 4 발명에 의하면 큰 단면적을 확보하고 단면성능을 유지하고, 강성이 높은 암이 된다.

제 5 발명의 버킷식 굴삭기의 암은 제 4 발명의 횡단면형상에 있어서, 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되는 삼각형상으로 하고, 그 길이방향 하면에 부움설치용 브래킷(26)이 접합되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

제 5 발명과 같이 부움을 설치하기 위한 부움설치용 브래킷(26)을 암 본체(22)의 하면에 설치한 경우, 암 선단부에 좌우방향의 부하(도 1의 F2)나 비틀림부하(도 1의 F3)가 작용하였을 때에는 브래킷(26)에 대해서는 상면측보다도 하면측의 쪽이 가깝기 때문에, 부하의 부담은 힘의 전달경로가 짧은 하면측이 크게 되는 경향이 있다. 따라서, 제 5 발명과 같이 하면이 삼각형상의 바닥면이 되도록 구성하면, 이것은 상하 역의 경우보다도 단면 성능을 한층 효율적으로 발휘할 수 있게 되어, 한층 중량경감을 이룰 수 있게 된다. 또 상하방향의 부하(도 1의 F1)의 경우도 하면의 하중분담이 커지기 때문에 하면이 삼각형상의 바닥면이 되는 배치를 채용하면 단면성능을 한층 효율적으로 발휘할 수 있다.

제 6 발명의 버킷식 굴삭기의 암은 제 5 발명의 횡단면형상에 있어서, 2변의 회합부가 원호형상으로 구성된 상면에 버킷 실린더용 브래킷(25)을 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 6 발명에 의하면, 암 본체(22)의 정수리부는 강성이 크기 때문에 버킷 실린더용 브래킷(25)의 설치부분의 판두께가 얇아도 변형하는 일이 없다. 이에 의해 암 본체(22)의 버킷 실린더용 브래킷(25)의 설치부분의 판두께를 얇게 하고 부움을 보다 한층 경량화할 수 있다.

제 7 발명의 버킷식 굴삭기의 암은 제 5 발명의 횡단면형상에 있어서, 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되어, 그 정수리부가 2개의 원호부와 평탄부로 구성된 단면 삼각형상으로 하고, 상기 평탄부에 버킷 실린더용 브래킷(25)을 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 7 발명에 의하면, 암 본체(22)의 정수리부는 평탄부이기 때문에, 평탄한 정수리부에 버킷 실린더용 브래킷(25)을 용접하는 경우, 용접 이음을 필렛(fillet)용접 이음으로 함으로써 버킷 실린더용 브래킷(25)의 개선(beveling)처리를 불필요하게 함과 동시에 용접이음의 목두께를 확보할 수 있기 때문에 용접 강도를 유지할 수 있다. 따라서, 암 본체(22)의 정수리부로의 버킷 실린더용 브래킷(25)의 용접이 용이해짐과 동시에 판두께가 얇아도 용접 강도를 유지할 수 있다.

제 8 발명의 버킷식 굴삭시의 암은 제 6 또는 제 7의 발명의 어느 하나에 있어서, 상기 암 본체(22)의 길이방향 일단부에 버킷 연결용 브래킷(23)을 접합하고, 그 길이방향 타단부에 암 실린더용 브래킷(24)을 접합한 것을 특징으로 하고 있다.

제 8 발명에 의하면 그 실시에 적합하다.

제 9 발명의 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법은 2개의 장변(70, 70)과 2개의 단변(71, 71)을 갖는 판재(73)를 접어 구부림으로써 횡단면 삼각형상의 중공부재를 형성하고, 2개의 장변(70, 70)의 맞대는 부분을 용접함으로써 구조물 본체(22)를 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.

제 9 발명에 의하면, 구조물 본체(22)는 1장의 판재를 접어 구부려 성형하여 맞대는 부분을 용접하여 제작하기 때문에, 판재의 가공이 용이함과 동시에 용접개소(용접선)이 짧아진다. 이에 의해 작업기용 구조물의 제작 공정이 간단해지기 때문에 구조물의 제작이 용이해진다.

제 10 발명의 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법은 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 구조물 본체(22)는 그 횡단면 형상에 있어서 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성함과 동시에 하면이 삼각형상의 바 닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되도록 배치하며, 또한 상기 2개의 장변(70, 70)의 맞대는 용접부를 상기 하면에 배치하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

제 10 발명에 의하면, 상기 제 1 및 제 2 발명의 작업기용 구조물에서 얻을 수 있는 이점에 더하여, 또한 용접부를 하면에 배치함에 따라 외관향상이라는 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 파워 셔블의 사시도,

도 2는 종래의 암의 정면도,

도 3은 도 2의 A-A단면도,

도 4는 암의 단면 변형의 설명도,

도 5는 암의 다른 예를 나타내는 단면도,

도 6은 본 발명의 실시형태를 나타내는 암의 정면도,

도 7은 본 발명의 실시형태를 나타내는 암의 평면도,

도 8은 도 6의 B-B단면도,

도 9는 도 6의 C-C단면도,

도 10은 암의 분해사시도,

도 11은 도 6의 D-D단면도,

도 12는 도 6의 E-E단면도,

도 13은 도 6의 F-F단면도,

도 14는 암 일단부의 저면도,

도 15는 도 14의 G-G단면도,

도 16은 도 14의 H-H단면도,

도 17은 도 6의 I-I단면도,

도 18은 암의 단면 변형의 설명도,

도 19는 암의 단면 크기의 설명도,

도 20은 주암 본체부재를 제작하는 판재의 평면도,

도 21은 도 20의 J-J단면도,

도 22는 판재의 접어 구부림 동작 설명도,

도 23은 접어 구부린 판재의 사시도,

도 24는 판재의 접어 구부림 동작 설명도,

도 25는 접어 구부린 판재의 사시도,

도 26은 판재의 접어 구부림·접합동작 설명도,

도 27은 접합상태의 판재를 나타내는 사시도,

도 28은 암 본체의 다른 예를 나타내는 설명도,

도 29는 암 본체의 다른 예를 나타내는 설명도,

도 30은 정수리부쪽 부재의 접어 구부림 동작 설명도,

도 31은 바닥변쪽 부재의 접어 구부림 동작 설명도,

도 32는 맞댐 지그에 의해 양부재의 일단부를 이파(裏波)용접하는 동작 설명도,

도 33은 맞댐 지그에 의해 양부재의 타단부를 이파용접하는 동작 설명도,

도 34는 암 본체의 다른 삼각형상을 나타내는 단면도, 및

도 35는 암 본체의 다른 삼각형상을 나타내는 단면도이다.

도 6과 도 7에 도시한 바와 같이 주암 본체부재(20)와 보조부재(21)로 암 본체(22)로 하고, 암 본체(22)의 길이방향 일단부에 버킷 연결용 브래킷(23)을 접합하고, 암 본체(22)의 길이방향 타단부에 암 실린더용 브래킷(24)을 접합하고, 암 본체(22)의 상면에 버킷 실린더용 브래킷(25)을 접합하고, 암 본체(22)의 길이방향 중간 하부에 부움설치용 브래킷(26)을 접합하여 암(4)으로 하고 있다.

상기 암 본체(22)의 상면(22a)은 일직선 형상이고, 하면(22b)은 길이방향 중간부(부움연결용 브래킷(26)의 접합부)를 경계로 하여 거의 V자형상이 되고, 암 본체(22)는 길이방향 중간부를 경계로 하여 길이방향 양단부를 향하여 높이방향으로 각각 테이퍼형상으로 되어 있다. 암 본체(22)의 폭방향도 길이방향 중간부를 경계로하여 길이방향 양단부를 향하여 각각 테이퍼형상으로 되어 있다.

즉, 암 본체(22)는 길이방향 중간부가 가장 큰 단면이고, 길이방향 양단부를 향하여 순차 작은 단면으로 되어 있다.

상기 암 본체(22)는 도 8과 도 9에 도시한 바와 같이 횡단면 삼각형상의 중공형상으로 삼각형의 바닥변이 하면(22b), 삼각형의 정수리부가 상면(22a)으로 되어 있다. 암 본체(22)의 하면(22b) 길이방향 중간부에 원호형상의 절개 오목부(27)가 형성되어 있고, 그 절개 오목부(27)에 부움 연결용 브래킷(26)이 접 합되어 있다.

구체적으로는 길이방향 중간부보다도 전부(前部)쪽이 도 8에 도시한 바와 같이 주암 본체부재(20)만으로 단면 삼각형상이 되어 있다. 길이방향 중간부보다도 후부(後部)쪽이 도 9에 도시한 바와 같이 주암 본체부재(20)와 보조부재(21)로 단면 삼각형상이 되어 있다.

상기 암 본체(22)는 높이(H)가 폭(W)보다도 큰 이등변 삼각형이고, 3개의 변은 직선이고, 2개의 변의 회합부(e, f, g)는 원호형상이며, 위쪽의 회합부(e)의 곡률이 아래쪽 2개의 회합부(f, g)의 곡률보다도 크다. 이에 의해 회합부에 걸리는 응력이 분산됨과 동시에 빔으로서 필요한 단면 성능이 확보되어 암 본체의 상하방향의 강성이 높아진다.

상기 주암 본체부재(20)는 도 8과 도 10에 도시한 바와 같이 강판을 소정형상으로 절단가공한 한장의 판재(30)를 접어 구부려, 길이방향 중간부보다도 전부쪽을 맞대어 용접하고 전부쪽을 단면 삼각형상, 후부쪽을 하면이 개구한 산형상으로 하고 있다. 삼각형의 바닥변이 하면(20a)이고 삼각형의 정수리부가 상면(20b)으로 되어 있다. 그 용접부(31)는 삼각형의 바닥변에서 길이방향으로 연결되고 있다.

주암 본체부재(20)의 산형상이 된 후부쪽의 양측 종판 하부에는 원호형상 오목부(32)가 각각 형성되어 있다.

상기 보조부재(21)는 도 10에 도시한 바와 같이 강판을 소정형상으로 절단한 한장의 판재(33)를 접어 구부려 횡판(21a)과 한쌍의 종편(21b, 21b)을 갖는 거의 ㄷ자모양이고 그 횡판(21a)에 절개부(34)가 형성되어 있다.

보조부재(21)의 한쌍의 종편(21b, 21b)이 도 9에 도시한 바와 같이 주암 본체부재(20)의 후부쪽의 양측 종판에 이판(裏板)(35)을 통해서 용접되어 단면 삼각형상으로 하고 있다.

상기 버킷 연결용 브래킷(23)은 도 10에 도시한 바와 같이 단면 삼각형상의 중공형상이고, 그 전단부에 핀 삽입통과 구멍(40)이 형성되고, 중간부 양측면에 핀 걸어맞춤구멍(41)이 각각 형성되고, 후단부에 삼각형상의 연결용 돌기(42)가 일체적으로 설치되어 있다.

상기 주암 본체부재(20)와 버킷연결용 브래킷(23)은 도 11에 도시한 바와 같이 주암 본체부재(20)(암 본체(22))의 길이방향 일단 개구 가장자리를 버킷 연결용 브래킷(23)의 연결용 돌기(42)에 걸어맞추어 용접용 개선(43)을 형성하고, 그 부분을 용접한다. 상기 주암 본체부재(20)의 길이방향 일단 개구 가장자리(20c)는 다른 부분(20d)보다도 두껍게 하고, 용접 이음의 목두께를 확보하여 충분한 용접깊이를 얻을 수 있고, 고강도로 용접할 수 있도록 하고 있다. 이렇게 하여 주암 본체부재(20)의 판두께를 얇게 하고 경량화하여도 버킷 연결용 브래킷(23)을 고강도로 용접할 수 있다.

상기 버킷 실린더용 브래킷(25)은 도 10에 도시한 바와 같이 한쌍의 종편(44, 44)을 횡편(45)으로 연결한 ㄷ자형상이고, 그 한쌍의 종편(44, 44)이 암 본체(22)의 원호형상이 된 상면(22a)에 도 12에 도시한 바와 같이 용접되어 있다. 이러한 것 때문에 암 본체(22)의 버킷 실린더용 브래킷(25)의 설치부분의 강성이 확보되고, 그 부분의 판두께가 얇아도 버킷 실린더 반력에 의해 변형하는 일이 없 다.

상기 암 실린더용 브래킷(24)은 도 10에 도시한 바와 같이 암 본체(22)의 길이방향 타단 개구 가장자리와 동일 삼각형상의 설치부(50)와, 상기 설치부(50)의 하부에 일체적으로 설치한 횡판(51)과, 상기 설치부(50)와 횡판(51)에 걸처서 일체적으로 설치한 한쌍의 종편(52, 52)을 갖고 있다.

상기 설치부(50)에는 거의 삼각형상의 연결용 돌기(53)가 일체적으로 설치되고, 횡판(51)에는 거의 ㄷ자형상의 연결용 돌기(54)가 상기 연결용 돌기(53)와 연결하여 일체적으로 설치되어 있다. 상기 연결용 돌기(53)가 암 본체(22)의 길이방향 타단 개구 가장자리에 도 13에 도시한 바와 같이 걸어맞추어 용접용 개선(55)을 형성하고, 용접되어 있다.

상기 횡판(51)의 연결용 돌기(54)가 도 14, 도 15, 도 16에 도시한 바와 같이 보조부재(21)의 절개부(34)에 걸어맞추어 용접용 개선(56)을 형성하고, 용접되어 있다.

상기 부움 설치용 브래킷(26)은 도 10에 도시한 바와 같이 하횡편(60)과 한쌍의 종편(61, 61)과 원호형상의 상횡편(62)으로 중공 형상으로 되어 있다. 그 한쌍의 종편(61, 61)에 핀 걸어맞춤구멍(63)이 형성되어 있다. 상기 한쌍의 종편(61, 61)과 상횡편(62)은 암 본체(22)의 원호형상의 절개오목부(27)와 동일 곡률의 원호형상이고, 상횡편(62)에 원호형상의 연결용 돌기(64)가 일체적으로 설치되어 있다. 도 17에 도시한 바와 같이 연결용 돌기(64)를 암 본체(22)의 절개 오목부(27)에 걸어맞추어 용접용 개선(65)을 형성하고, 용접된다.

이상과 같이 암을 구성하는 암 본체(22)는 횡단면 삼각형상이기 때문에, 단면 장방형상의 경우와 달리, 단면의 변형 강도를 결정하는 요소는 삼각형 각 변부의 면내방향의 강성만으로 결정된다. 예를 들면, 도 8, 도 9에서 바닥변을 고정하고, 정수리부에 화살표로 나타내는 하중(F)이 작용한 경우에 도 18에 모식적으로 나타낸 바와 같이 바닥변(h)과 정수리부(i)를 연결하는 한쪽 변(j)에 압축력이 작용하여 수축 변형하고, 다른쪽 변(k)에 인장력이 작용하여 신장 변형하고, 그 2개의 변(j, k)에는 면외방향의 힘이 작용하지 않는다. 즉, 변(j)과 변(k)와의 인장, 압축에 대한 강성(면내 강성)은 면외방향의 굽힘(면외강성)보다도 크기 때문에, 상기 횡단면 삼각형상의 암의 단면 강성은 종래의 장방형 단면의 암의 단면 강성보다도 크게 된다.

판두께를 저감한 경우의 작업기의 강도는 재료역학의 수학식에 있어서는 단면의 크기를 크게 함으로써, 장방형 단면도 삼각단면도 동일하게 단면 강도를 확보하는 것이 가능하지만, 단면의 변형을 고려한 경우, 장방형 단면에서는 판두께 저감에 따른 각부 강성 및 변부 면외방향 강성은 판두께 저감비율의 3승에 비례하여 저하하는 것에 비하여, 삼각단면에서는 판두께 저감비율에 비례하여 저하하기 때문에, 횡단면 삼각형상의 암의 판두께의 저감에 따른 단면강성의 변화는 장방형상 단면의 암의 단면 강성의 변화보다도 작아진다.

이러한 것 때문에 단면 삼각형상의 암이라면, 판두께를 얇게 하여도 단면 변형이 단면 장방형상의 종래 구조의 것에 비하여, 현저하게 단면의 변형을 작게 할 수 있고, 이에 의해 암을 경량화하는 것이 가능하게 되는 것이다.

또, 도 8, 도 9에 도시한 바와 같이 2변의 회합부(e, f, g)가 각각 원호형상인 단면 삼각형상으로 하여, 암의 단면을 크게 할 수 있고, 충분한 단면성능을 확보할 수 있다. 즉, 도 19에 가상선으로 나타내는 바와 같이 기계상에서의 작업기의 배치와 기동성 및 오퍼레이터의 시인성 등에서 제약된 스페이스(단면의 높이, 폭)의 장방형의 내면에 원호형상의 각 회합부(e, f, g)를 내접하도록 하여 단면을 크게 할 수 있다.

특히 상기와 같이 암에 설치하기 위한 부움설치용 브래킷(26)을 암 본체(22)의 하면에 설치한 경우, 암 선단부에 좌우방향의 부하(도 1의 F2)나 비틀림 부하(도 1의 F3)가 작용하였을 때에는 브래킷(26)에 대해서는 상면측보다도 하면측의 쪽이 가깝기 때문에, 부하의 부담은 힘의 전달경로가 짧은 하면측이 커지는 경향이 있다. 따라서, 상기와 같이 하면이 삼각형상의 바닥면이 되도록 구성하면, 이것은 상하역의 경우보다도 단면성능을 한층 효율적으로 발휘할 수 있게 되고, 한층 중량 경감을 이룰 수 있게 된다. 또, 상하방향의 부하(도 1의 F1)의 경우도 하면의 하중 분담이 커지기 때문에 하면이 삼각형상의 바닥면이 되는 배치를 채용하면 단면 성능을 한층 효율적으로 발휘할 수 있다.

다음에 주암 본체부재(20)의 제조방법을 설명한다.

도 20에 도시한 바와 같이, 강판을 절단하여 서로 대향한 2개의 장변(70, 70)과 서로 대향한 2개의 단변(71, 71)으로 둘러싸고, 그 장변(70)은 한쪽(70a)과 다른쪽(70b)으로 거의 V자형상이 되고, 동시에 다른쪽(70b)에 원호형상의 절개부(72)를 갖는 형상이고, 거의 마름모꼴형상인 판재(73)를 제작한다. 상기 판 재(73)의 판두께는 한쪽 단변(71)쪽 부분(73a)이 다른 부분(73b)보다도 두껍게 되어 있다. 구체적으로는 도 21에 도시한 바와 같이 소정의 형상으로 절단한 판(74)의 길이방향 일단부에 두께가 두꺼운 부분과 두께가 얇은 부분을 갖는 바(bar)재(75)를 각각 이파용접으로 접합하여 판재(73)로 하고 있다.

다음에 도 22에 도시한 바와 같이 2개의 원호면(80a, 80a)과 그것을 연결하는 직면(80b)을 갖고, 그 직면(80b)의 중심에 곡률이 큰 원호면(80c)을 갖는 다이(die)(80)와 2개의 원호면(81a, 81a)과 그것을 연결하는 직면(81b)을 갖는 펀치(81)를 이용하여 판재(73)의 장변쪽에서 한측부(70a)를 접는 선(가)을 따라서 접어 구부려 도 23에 도시한 바와 같이 거의 ㄷ자형상으로 한다.

다음에 도 24에 도시한 바와 같이 상기 다이(80)와 새로운 펀치(82)를 이용하여 판재(73)의 중앙부를 접는 선 입구를 따라서 접어 구부려 도 25에 도시한 바와 같이 거의 마름모꼴형으로 한다. 이렇게 동일 다이를 이용하기 때문에 위치 어긋남 등을 일으키지 않기 때문에 접어 구부리는 가공 정밀도를 확보할 수 있다.

다음에 도 26에 도시한 바와 같이 다이(83)에 접어 구부린 판재(73)를 세트하고, 한쌍의 펀치(84, 84)를 좌우·상하방향으로 이동하여 삼각형상으로 접어 구부리고, 판재(73)의 두개의 장변(70, 70)에서 한측(70a)을 도 27에 도시한 바와 같이 맞댄다. 이 상태를 유지하면서 한쌍의 펀치(84, 84) 사이를 따라서 용접 토오치(85)를 이동하여 맞대는 부분을 용접한다.

이렇게 판재(73)를 최종 형상으로 접어 구부려 성형함과 동시에 용접하기 때문에 용접부의 맞대는 정밀도를 확보할 수 있다.

상기 주암 본체부재(20)(암 본체(22))는 도 28의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 2장의 판재를 접어 구부려 정수리부측 부재(87)와 바닥변측 부재(88)를 제작하고, 양부재를 접합하여 제조하여도 좋다.

상기 주암 본체부재(20)(암 본체(22))는 도 29의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 3장의 판재를 접어 구부려 3개의 부재(89)를 제작하고, 3개의 부재를 접합하여 제조하여도 좋다.

도 28의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 2장의 판재로 제작하는 경우에는 도 30에 도시한 바와 같이 바닥부가 원호형상의 거의 V자형상이 된 오목부(90)를 갖는 다이(91)와, 이 오목부(90)와 동일한 형상의 펀치(92)를 이용하여 한쌍의 판재(93)를 접어 구부려 정수리부측 부재(87)로 한다.

도 31에 도시한 바와 같이 원호면(94)을 갖는 고정 다이(95)와, 이 원호면(94)과 연속하는 원호면(96)을 갖는 가동 다이(97)와, 이 가동 다이(97)를 고정 다이(95)와 사이를 두는 스프링(98)과 쿠션패드(99)와, 쿠션패드(99)를 밀어올리는 쿠션핀(100)으로 다이(101)로 한다. 상기 연결한 2개의 원호면(94, 96)과 동일 원호면(102)을 갖는 펀치(103)에 가동 다이(97)를 스프링(98)에 대항하여 이동하는 캠(104)을 설치한다. 상기 펀치(103)가 위쪽 위치인 때에는 쿠션패드(99)는 쿠션핀(100)으로 밀어올려지고 가동 다이(97)의 상면과 면일치 된다.

상술의 다이(101)와 펀치(103)를 이용하여 한장의 판재(105)을 접어 구부려 바닥변측 부재(88)로 한다. 구체적으로는 가동 다이(97)와 쿠션패드(99) 위에 판재(105)를 얹어놓고, 펀치(103)를 하강한다. 펀치(103)와 쿠션패드(99)로 판재(105)를 끼워두면서 펀치(103)의 하강과 함께 쿠션패드(99)가 하강하고, 고정 다이(95)의 원호부(94)에서 판재(105)의 양단부를 순차 접어 구부린다.

펀치(103)가 소정 위치까지 하강하면 캠(104)에서 가동 다이(97)가 스프링(98)에 대항하여 이동되고 판재(105)를 소정 형상으로 접어 구부려 바닥변측 부재(88)로 한다.

도 32에 도시한 맞댐 지그를 이용하여 정수리부측 부재(87)와 바닥변측 부재(88)를 맞대어 이파용접한다.

상기 맞댐 지그는 V자 홈(110)을 갖는 본체(111)와 이 본체(111)의 V자 홈(110) 좌우양측에 설치한 한쌍의 측부 누름편(112, 112)과, 이 각측부 누름편(112)을 이동하는 한쌍의 제 1 실린더(113, 113)와, 본체(111)의 V자 홈(110) 상부 양측에 설치한 한쌍의 상부 누름편(114, 114)과, 이 각 상부 누름편(114)을 이동하는 한쌍의 제 2 실린더(115, 115)와, V자 홈(110)에 따라서 설치되어 본체(111)의 양단에 설치한 지지축(도시하지 않음)으로 지지되는 받침재(116)를 구비하고 있다.

상기 받침재(116)는 상면에 개구한 수냉쟈트(117)와 하부의 지지부(118)를 갖고, 상면에는 지지판(119)이 수냉쟈트(117)의 상부를 덮도록 설치되어 있다. 이 수냉쟈트(117)에는 냉각수가 유통된다. 본체(111)의 V자 홈(110)의 상부에는 용접 토오치(120)가 이동 가능하게 설치되어 있다.

다음에 이파용접의 동작을 설명한다. 상술한 바와 같이 하여 접어 구부림 가공한 정수리부측 부재(87)와 바닥변측 부재(88)를 삼각형상에 맞추어 V자 홈(110)과 받침재(116)와의 사이에 삽입한다.

각 측부 누름편(112)을 중심을 향하여 이동하고, 각 상부 누름편(114)을 아래쪽으로 이동하여 정수리부측 부재(87)의 일단부(87a)와 바닥변측 부재(88)의 일단부(88a)를 지지판(119)의 상면에서 맞댄다. 용접 토오치(120)를 이동하여 상기 맞대는 부분을 이파용접한다.

각 측부 누름편(112)을 옆쪽을 향하여 이동하고, 각 상부 누름편(114)을 위쪽으로 이동하여 각 부재와 이간하여, 일단부(87a, 88a)를 용접한 정수리부측 부재(87)와 바닥변측 부재(88)를 V자 홈(110)과 받침재(116)의 사이에서 빼낸다.

빼낸 정수리부측 부재(87)와 바닥변측 부재(88)를 회전하여 도 33에 도시한 바와 같이 다시 V자 홈(110)과 받침재(116)의 사이에 삽입하고, 상기와 동일하게 하여 타단부(87b, 88b)를 이파용접한다.

이에 의해 2부재로 이루어지는 주암 본체부재(20)(암 본체(22))를 제작할 수 있다.

또, 도 29의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 3장의 판재로 제작하는 경우에는 상기 도 30에서 도시한 것과 동일한 다이(91)와 펀치(92)를 이용하여 한장의 판재를 각각 접어 구부려 3개의 부재(89)를 제작하고, 그 3개의 부재(89)를 상술의 도 32에 도시한 맞댐 지그를 이용하여 순차 3개소를 이파용접하여 제작한다.

또, 암 본체(22)는 도 34의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 위쪽의 회합부(e)를 2개의 원호부(X, Y)와 평탄부(Y), 곡률이 작은 2개의 원호부(Z-1)와 곡률이 큰 원호부(Z-2)로 형성하여도 좋다.

또한, 도시하고 있지 않지만, 3개의 회합부 모두, 또는 1개, 2개를 상기 형상으로 하여도 좋고, 각각의 회합부를 다른 형상의 조합으로 하여도 좋다.

상기 도 34의 (a)에 도시한 평탄부(Y)를 갖는 형상으로 하면, 버킷 실린더용 브래킷(25)을 평탄부(Y)에 용접할 수 있기 때문에, 용접 이음을 필렛용접 이음으로 함으로써 버킷 실린더용 브래킷(25)의 개선 처리를 불필요하게 함과 동시에 용접 이음의 목두께를 확보할 수 있기 때문에, 용접 강도를 유지할 수 있다.

상기 암 본체(22)(주암 본체부재(20))는 도 35에 도시한 바와 같이 3개의 변을 직선이 아닌 곡률(R)이 큰 원호로 부풀어진 형상으로 하여도 좋다. 또, 3개의 변의 각각에 부풀어진 형상과 직선형상의 조합으로 하여도 좋다.

상기 용접방법은 MAG(Metal Active Gas)용접이나 MIG(Metal Inert Gas)용접을 전제하여 용접 이음 등을 설명하고 있지만, 용접 이음을 변경함으로써 레이저 용접이나 전자빔 용접 등의 고에너지용접을 적용하는 일도 가능하다. 그리고 이러한 고 에너지 밀도 열원을 이용하는 경우, 주암 본체부재(20) 개구 가장자리(20c)에 설치하고 있던 두께가 두꺼운 부분의 형상을 생략하고, 이것을 다른 부분(20b)과 동일한 두께로 함과 동시에, 각 연결용 돌기(42, 53, 54, 55, 56, 64)를 생략하고, 이들 부분을 맞대는 이파용접하는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 상기에 있어서는 유압 셔블의 암을 예로 하여 실시형태를 설명하고 있지만, 본 발명은 다른 구조의 버킷식 굴삭기에 있어서도 또, 암 이외의 작업기용 구조물에 대해서도 상기한 것과 대략 동일하게 적용 가능하다.

Claims

유압 셔블과 같은 버킷식 굴삭기의 암 등의 작업기용 구조물에 있어서,

그 본체(22)의 횡단면형상을 중공의 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물.
제 1 항에 있어서,

상기 본체(22)의 횡단면형상은 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 작용기용 구조물.
선단측에 버킷이 실치됨과 동시에 부움에 회전가능하게 지지되는 버킷식 굴삭기의 암에 있어서,

암 본체(22)의 횡단면형상을 중공의 삼각형상으로 한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 암.
제 3 항에 있어서,

상기 암 본체(22)의 횡단면형상은 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 암.
제 4 항에 있어서,

상기 암 본체(22)의 횡단면형상은 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되는 삼각형상으로 하고, 그 길이방향 하면에 부움설치용 브래킷(26)이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 암.
제 5 항에 있어서,

상기 2변의 회합부가 원호형상으로 구성된 상면에 버킷 실린더용 브래킷(25)을 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 암.
제 5 항에 있어서,

상기 암 본체(22)의 횡단면형상은 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 3각형상의 정수리부가 되고, 그 정수리부가 2개의 원호부와 평탄부로 구성된 단면 삼각형상으로 하고, 상기 정수리부의 평탄부에 버킷 실린더용 브래킷(25)을 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 암.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 암 본체(22)의 길이방향 일단부에 버킷 연결용 브래킷(23)을 접합하고, 그 길이방향 타단부에 암 실린더용 브래킷(24)을 접합한 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 암.
2개의 장변(70, 70)과 2개의 단변(71, 71)을 갖는 판재(73)를 접어 구부림으 로써 횡단면이 삼각형상인 중공부재를 형성하고, 2개의 장변(70, 70)의 맞대는 부분을 용접함으로써 본체(22)를 구성하는 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법.
제 9 항에 있어서,

상기 본체(22)는 그 횡당면형상에 있어서 3변을 직선으로 하고, 2변의 각 회합부를 각각 원호형상으로 구성함과 동시에 하면이 삼각형상의 바닥변이고, 상면이 삼각형상의 정수리부가 되도록 배치하고, 또한 상기 2개의 장변의 맞댐 용접부를 상기 하면에 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 버킷식 굴삭기의 작업기용 구조물의 제조방법.