JP6512779B2 - 箱状セクションアーム、その製造方法、及びそのアームを有する掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、溶接された部品、詳しくは、掘削機の関節アームのための肉盛溶接された中空鋼の製造及びその製造方法に関する。

鋼の製造は、建設機械等の部品の製作に用いられる場合が多い。持ち上げ又は積み込み用アームの場合、一製造物は、枢動軸を組み入れ、かつ、溶接によって一緒に接続された複数の実質的に平坦な板を含む一定の矩形の箱状セクションからなる。かかるアームは、強度と軽量かつ低慣性との双方を備え得る。

溶接の最中には、使用時に溶接部の破損をもたらし得る応力集中の導入又は生成を防止するべく注意が必要である。特に高い応力が、例えば２つの板が短手方向溶接により一緒に結合される場合の、電着溶接の開始及び終了箇所において発生し得る。

かかる状況では従来、溶接される接合部の端に、一般には板状の延長又は突出部の形態にある始端及び終端外形がもたらされる。溶接は、溶接パスのいずれかの端にある突出部で開始及び終了するので、これによって、事実上の接合部の長さにわたって溶接が実質的に均一な品質となることが保証される。

溶接完了後、肉盛溶接の開始及び終了に伴う始端及び終端外形は、各板の長手方向縁と面一の溶接済み接合部のみを残して研削されることによって除去される。このようにして、任意の潜在的な溶接欠陥が、開始及び終了箇所から除去され、ひいては一貫した強度を有する製造物が得られる。

それにもかかわらず、かかる肉盛溶接の開始部及び終了部において、特に箱状セクション製造物の枢動軸領域において、応力レベルをさらに低減することが望ましい。

本発明によれば、両端間に短手方向枢動軸を画定する掘削機用箱状セクションアームであって、当該アームの一側が、当該軸に整合する短手方向平面に一致する複数の実質的に平坦な板部材を含み、各板部材は、互いに隣接する端において短手方向に対向する突出部を含むアームを製造する方法が与えられる。本方法は、短手方向の溶接を行って当該板部材を一緒にすることであって、当該溶接は、一側の突出部で開始し、かつ、対向側の突出部で終了することと、両側において当該突出部及び溶接部を除去することとを含む。

かかる製造されたアームは、短手方向溶接ビードの各端における応力が低減されるので、当該アームの枢動軸領域において改善された接続が得られる。わかったことだが、本発明によれば典型的に、破損前の疲労サイクル数が実質的に５０〜１００％まで増加する。

突出部は好ましくは、互いに隣接する板部材端の縁に、例えば箱状セクションアームの側縁に配置される。突出部は好ましくは、板部材の側縁から延びる。さらに好ましくは、板部材の互いに隣接する端から延びる。突出部は、当該短手方向枢動軸に対して平行な方向に突出し、好ましくはその方向にのみ突出する。各突出部は、当該突出元の板と面一であることが好ましい。

連続肉盛溶接が好ましく、当該板同士の間隙は、肉盛溶接ビードを収容するべく開いた「Ｖ」字であることが好ましい。

枢動軸は、周縁に沿ってアームの両側に及び平坦な板部材に溶接される環状鋳造物によって画定される。かかる鋳造物は、貫通孔における枢動軸を画定する。かかる鋳造物の一つは一般に、箱状セクションの各側に設けられるので、各鋳造物は、双方の平坦な板部材に溶接され、かつ、当該平坦な板部材は互いに溶接され合う。

本発明のもう一つの側面では、本発明の方法によって製造された掘削機用アーム、及びかかるアームを装着した掘削機が与えられる。本発明の製造されたアームは、同様の枢動アームを有する他の種類の機械にも使用することができる。

添付図面において例としてのみ例示される好ましい実施形態に係る以下の記載から、本発明の他の特徴が明らかとなる。

本発明を組み入れた掘削機の側面を例示する。 本発明を組み入れた掘削機アームの一つの側方上方からの斜視図である。 図２に対応し、かつ、一つの側方下方からの掘削機アームを示す。 従来型溶接突出部の、溶接前の拡大部分斜視図である。 本発明の、溶接及び仕上げ後の拡大部分斜視図である。 図４に対応し、かつ、溶接された接合部の従来型仕上げを示す。 図４に対応し、かつ、短手方向溶接前の掘削機アームを下から示す。 図６に対応し、かつ、短手方向溶接及び仕上げ後の本発明の掘削機アームを下から示す。

図１を参照する。従来型掘削機１０は無限軌道付きシャーシ１１を含む。シャーシ１１には、運転室１３及びエンジン１４を含む本体１２が設けられる。第１アーム１５が本体から前方に延びて第２枢動アーム１６を支持する。液圧式支柱１７が、ショベル１８を一自由端に支承するアーム１６の枢動を制御する。掘削機の多くの特徴が省略されている。特に、第１アーム１５は、本体１２に対して上下方向に枢動することができる。ショベル１８は、第２アーム１６に対して枢動することができる。第１及び第２アームは枢動軸１９で接続される。

第２アームは、図２及び３において詳細に例示されるが、箱状セクションを含む。箱状セクションは、２つの側板２１、頂部２２及び下側部２３を含む。典型的な第２アームは、長さが１．９から３．０ｍの範囲にあるが、長さ６ｍまでになり得る。枢動軸の領域におけるアームの幅及び高さは、約３００ｍｍであるが、それ以下又はそれ以上であり得る。例示のアームは、端に向かって先細りとなっているが、典型的には実質的に一定の幅である。

枢動軸１９は、側板２１の対応する凹みに溶接された一対の枢動鋳造物２４によって画定される。下側部２３は、軸１９の両側に延びる２つの板部材２５、２６によって構築される。図３からわかるように、これらの板部材は、（図に見えるように）鋳造物２４の短手方向かつ下方で当接し、かつ、この界面において一緒に並びに側板及び枢動鋳造物に溶接される必要がある。平坦な板は、例示されるように鈍角を含む角度を有する。

図４は、アーム１６の一側を詳細に例示するとともに、枢動鋳造物２４及び２つの板部材２５、２６を示す。各枢動鋳造物２４は円形ボス３１を有する。界面は、板部材２５、２６のそれぞれの端にある面取りによって形成された「Ｖ」字形状スロット２７を含む。十分にわかることだが、かかるスロットは、例えば電気アーク、ＭＩＧ又はＴＩＧ溶接装置による肉盛溶接に適している。

短手方向スロット２７のそれぞれの端では、板２５、２６が、各突出部又はタブ２８、２９を画定する。各突出部又はタブ２８、２９は、肉盛溶接のための開始及び終了表面を構成する。各突出部は、溶接前において約２５ｍｍだけ突出する。

従来は溶接完了後、溶接ビード３０が示される図６に例示されるように、かかる突出部が、対応する溶接ビードに沿って完全に除去され、面一の仕上げが残される。

図７は、溶接前の、下側部からの従来型配列を例示する。突出部２８、２９を、スロット２７の両端にはっきりと見ることができる。

本発明は図５及び８に例示される。溶接後、突出部２８、２９は、対応する溶接ビードに沿って部分的に除去される。図８に見えるように、残りの突出部は、各枢動鋳造物２４に設けられたボス３１を超えて延びることがない。突出部は、任意の便宜な態様で、例えば研削によって、防食処理及び塗装の前に低減することができる。

製造の方法は、２つの枢動鋳造物２４を、側部が掘削機アームの頂部及び低部となるように治具に配置することと、シーム溶接の前に部品のタック溶接を行うこととを含む。アームの板部品は典型的に、厚さが４〜８ ｍｍの範囲にある鋼である。溶接後、突出部及び関連溶接部分が研削によって除去される。その結果、例えば１０〜２０ｍｍの突出部が当該溶接部の両端から除去されて当該突出部の５〜１５ｍｍが残される。一実施形態では、２５ｍｍの突出部が１０ｍｍまで低減される。

Claims (12)

1. 両端間に短手方向の枢動軸を画定する掘削機用の箱状セクションアームを製造する方法であって、
   前記箱状セクションアームの一側が、前記枢動軸に整合する短手方向平面に一致する複数の実質的に平坦な板部材を含み、
   各板部材は、互いに隣接する端において短手方向に対向する突出部を含み、
   前記方法は、
   短手方向の溶接を行って前記板部材を一緒にすることであって、前記溶接は、一側の突出部で開始し、かつ、対向側の突出部で終了することと、
   両側において前記突出部及び溶接部の部分的な除去を行うことと
   を含む方法。
2. 前記短手方向の溶接を行うステップは連続肉盛溶接による、請求項１に記載の方法。
3. 前記板部材の隣接端を面取りして、前記短手方向の溶接のための「Ｖ」字形状のスロットを設ける予備的ステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記枢動軸は、前記箱状セクションアームの両側にあって前記板部材間の橋渡しをする環状軸受によって画定され、
   前記方法は、前記環状軸受を前記板部材に溶接するステップを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記枢動軸は、前記箱状セクションアームの、前記板部材に直接隣接する一側に位置決めされる、請求項４に記載の方法。
6. 前記環状軸受はそれぞれ、前記枢動軸まわりに共通軸を備えた外向き円形ボスを含み、
   前記突出部は、各ボス未満の突出となるように除去される、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記突出部は、長さが約５０〜７５％だけ低減される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記突出部は、長さが１０〜２０ｍｍだけ低減される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記突出部は、前記部分的な除去の後、５〜１５ｍｍだけ突出する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記部分的な除去のステップは研削による、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 両端間に短手方向の枢動軸を画定する掘削機用の箱状セクションアームであって、
    前記箱状セクションアームの一側が、前記枢動軸に整合する短手方向平面に一致する２つの実質的に平坦な板部材を含み、
    各板部材は、互いに隣接する端において短手方向に対向する突出部を含み、
    前記突出部間には連続溶接ビードが突出し、
    前記突出部は、１０〜２０ｍｍだけ突出し、かつ、面一な端面を有する箱状セクションアーム。
12. 請求項１１に記載の箱状セクションアームを有する掘削機。