(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1〜
図9を参照して
図1に示す実施形態のクレーン10について説明する。
【0010】
クレーン10は、移動式クレーンであり、LBCC(Lattice Boom Crawler Crane)である。LBCCとは、ラチス構造のブーム21(下記)を備え、クローラ12(下記)で自走可能なクレーンである。クレーン10は、下部本体11と、旋回ベアリング13と、上部旋回体20と、を備える。下部本体11(ロアフレーム)は、クローラ12(無限軌道)を備え、クレーン10を走行させる。旋回ベアリング13は、下部本体11の上部に取り付けられる。
【0011】
上部旋回体20は、旋回ベアリング13を介して下部本体11の上側に搭載され、下部本体11に対して旋回可能である。上部旋回体20は、ブーム21と、ガントリ23と、ガイケーブル24と、旋回フレーム30と、カウンターウェイト60と、を備える。上部旋回体20の前後方向において、ブームフット33a(下記、
図2参照)側を「前側」、カウンターウェイト60が取り付けられる側を「後側」とする。以下では、上部旋回体20の前後方向を単に「前後方向」とし、上部旋回体20の幅方向(前後方向に直交する水平方向)を単に「幅方向」とする。
【0012】
ブーム21は、吊り荷22を吊り上げるための部材であり、旋回フレーム30に起伏可能に取り付けられる。
ガントリ23は、ブーム21を起伏させるための部材であり、ブーム21よりも後側に配置され、旋回フレーム30に取り付けられる。ガントリ23は、ガントリコンプレッションメンバ23aと、ガントリテンションメンバ23bと、を備える。
ガイケーブル24は、ガントリ23の先端部と、ブーム21の先端部と、につながれる。
【0013】
旋回フレーム30は、旋回ベアリング13を介して下部本体11の上側に搭載され、下部本体11に対して旋回可能である。
図2に示すように、旋回フレーム30は、略箱型である。旋回フレーム30は、2枚の側板31・31(縦板)と、ブラケット33と、底板41(下側横渡し部材)と、
図5に示す座面部43と、天板45(上側横渡し部材)と、下側開口51と、上側開口55と、を備える。
【0014】
側板31(縦板)は、幅方向に対向し、2枚設けられる。
図2に示すように、2枚の側板31・31それぞれは、前後方向および上下方向に延び、幅方向に直交する板状部材である。
【0015】
ブラケット33は、各種部材(ブーム21など)が取り付けられる部分であり、側板31から、上側、前側、および後側の少なくともいずれかに突出する。ブラケット33には、例えば、ブーム21が取り付けられるブームフット33aと、ガントリテンションメンバ23b(
図1参照)の基端部が取り付けられるガントリテンションメンバ取付部33bと、カウンターウェイト60が取り付けられるカウンターウェイト取付部33c(
図7参照)と、がある。例えば、ガントリコンプレッションメンバ23a(
図1参照)の基端部が取り付けられるブラケット(図示なし)などが設けられてもよい。
【0016】
底板41(下側横渡し部材)は、
図2に示すように、側板31(ブラケット33は含まない)の高さ方向中心よりも下側で2枚の側板31・31に繋がれ、さらに詳しくは、2枚の側板31・31の下端部に繋がれる。底板41は、幅方向に延び、前後方向に延び、上下方向に直交する板状部材である。
【0017】
座面部43は、
図5(または
図6)に示すように、旋回ベアリング13が取り付けられる(固定される)部分であり、旋回ベアリング13に沿う円弧状の部分である。座面部43は、底板41に設けられる。座面部43は、旋回フレーム30の前後方向の中央部(略中央含む)よりも前側に配置される。
【0018】
天板45(上側横渡し部材)は、
図2に示すように、側板31(ブラケット33は含まない)の高さ方向中心よりも上側で2枚の側板31・31に繋がれ、さらに詳しくは、2枚の側板31・31の上端部(またはその近傍)に繋がれる。天板45は、幅方向に延び、前後方向に延び、上下方向に直交する板状部材である。
図5(または
図6)に示すように、天板45は、前部天板45f(前部上側横渡し部材)と、後部天板45r(後部上側横渡し部材)と、を備える。
【0019】
前部天板45fは、座面部43よりも後側に配置され、さらに詳しくは、旋回フレーム30の前後方向の中央部(略中央含む)よりも後側に配置される。
【0020】
後部天板45r(後部上側横渡し部材)は、前部天板45fよりも後側に配置される。後部天板45rは、旋回フレーム30の後端部やその近傍に配置される。後部天板45rの後端部は、旋回フレーム30の後端部とほぼ一致する。後部天板45rの前端部は、前部天板45fの後端部と前後位置(前後方向の位置)が一致(またはほぼ一致)し、例えば前部天板45fの後端部と前後方向に突き合わされる。後部天板45rの板厚(上下方向の厚さ)は、前部天板45fの板厚よりも薄い。後部天板45rの前後方向長さは、前部天板45fの前後方向長さよりも短く、前部天板45fの前後方向長さの1/2よりも長く、例えば前部天板45fの前後方向長さの約2/3である。
【0021】
下側開口51は、座面部43よりも後側の領域Aで底板41に形成され、上下方向に貫通する孔である。なお、座面部43の後端部よりも前側の底板41にも開口O1が形成されるが、この開口O1は、下側開口51に含まれず、また、旋回フレーム30のねじり剛性に影響がない。下側開口51は、複数設けられ、具体的には2つ設けられる。下側開口51には、第一下側開口51aと、第二下側開口51bと、がある。
【0022】
第一下側開口51aは、上下方向から見たとき、前部天板45fの内側に配置され、さらに詳しくは、前部天板45fの内側のみに配置される。第一下側開口51aは、前側から後側に向かうにしたがって、底板41の断面積が徐々に変わるような形状を有する(第二下側開口51b、および上側開口55も同様)。この形状により、旋回フレーム30に曲げ荷重が加わったときに、応力集中が生じにくい。上記の曲げ荷重は、旋回フレーム30の座面部43が拘束された状態で、旋回フレーム30の後端部(
図2に示すガントリテンションメンバ取付部33b)に上向きの力がかかることで生じる。具体的には、第一下側開口51aの第一下側開口51aの前端部の輪郭は、円弧状であり、半円状である。第一下側開口51aの後端部の輪郭は、略C字状である。
【0023】
第二下側開口51bは、第一下側開口51aよりも後側に配置される。上下方向から見たとき、第二下側開口51bは、後部天板45rの内側に配置され、さらに詳しくは、後部天板45rの内側のみに配置される。上下方向から見たとき、第二下側開口51bは、前後方向に長い略長方形であり、長方形の角を丸めたような形状である。なお、下側開口51の形状はこれらに限定されない。
【0024】
上側開口55は、座面部43よりも後側の領域Aで天板45に形成され、上下方向に貫通する孔である。なお、座面部43の後端部よりも前側の天板45にも開口O2が形成されるが、この開口O2は、上側開口55に含まれず、また、旋回フレーム30のねじり剛性に影響がない。上側開口55は、後部天板45rよりも前部天板45fに大きく形成され、さらに詳しくは、前部天板45fにのみ形成され、後部天板45rには形成されない。上側開口55の面積(上下方向から見た面積)を、下側開口51の面積で割った値(開口割合)は、2/3以下であり、好ましくは1/2以下であり、
図5に示す例では約0.36であり、1/3以下でもよい。上側開口55は、
図2および
図3に示す例では1つ設けられ、
図5に示す例では複数設けられ、具体的には2つ設けられる。以下では
図5に示す例について説明する。上側開口55には、第一上側開口55aと、第二上側開口55bと、がある。
【0025】
第一上側開口55aは、上下方向から見たとき、下側開口51の内側に配置され、さらに詳しくは、第一下側開口51aの内側のみに配置される。上下方向から見たとき、第一上側開口55aは、円形であり、第一下側開口51aの前端部の近傍に配置される。
【0026】
第二上側開口55bは、上下方向から見たとき、下側開口51の内側に配置され、さらに詳しくは、第一下側開口51aの内側のみに配置される。上下方向から見たとき、第二上側開口55bは、第一下側開口51aの後端部の近傍に配置され、略長方形であり、長方形の角を丸くした形状である。なお、上側開口55の形状はこれらに限定されない。
【0027】
カウンターウェイト60は、
図1に示すクレーン10の吊り上げ能力を上げるための、おもりである。旋回ベアリング13を支点として旋回フレーム30を介して、カウンターウェイト60と吊り荷重との釣り合いがとられる。カウンターウェイト60は、旋回ベアリング13よりも後側で旋回フレーム30に固定される。
図3に示すように、カウンターウェイト60は、旋回フレーム30の後端部(またはその近傍)に固定され、旋回フレーム30の後端部の左右(幅方向両外側)に配置され、旋回フレーム30の後端部よりも後側に配置されてもよい。
図4に示すように、カウンターウェイト60の重心G60は、旋回フレーム30の重心G30よりも上側であり、さらに詳しくは、天板45よりも上側である。
【0028】
図1に示す上部旋回体20が下部本体11に対して旋回加減速すると、
図3に示すように、カウンターウェイト60の質量によって、旋回フレーム30に横方向に荷重がかかる(上部旋回体20の幅方向にクレーン10が走行加減速したときも同様である)。ここで、
図4に示すように、カウンターウェイト60の重心G60は、旋回フレーム30の重心G30よりも上側なので、旋回フレーム30がねじれる現象が起こる。このねじりは、前後方向の軸を中心とするねじりである。この軸の位置は、底板41の位置または底板41の近傍の位置である。
図5に示す座面部43は旋回ベアリング13(
図1参照)を介して下部本体11(
図1参照)に取り付けられているので、このねじりは、座面部43よりも後側で生じる。
【0029】
図7および
図8に示すような、旋回フレーム30を簡易模擬した箱状部材(この箱状部材を「旋回フレーム30」ともいう)をねじったときの、ねじれ角(絶対ねじれ角)を計算した。さらに詳しくは、
図7に示す座面部43が拘束された状態で、カウンターウェイト60の重心位置に1000kgfの幅方向の荷重Fを加えたときの、旋回フレーム30の後端部でのねじれ角を計算した。
【0030】
下記のモデル1〜5の箱状部材について計算を行った。
・モデル1(オリジナルモデル):下側開口51(
図7参照)も上側開口55(
図8参照)も設けられない(図示なし)。
・モデル2(底板穴あけモデル(後側)):
図7に示すように、下側開口51−2が設けられ、上側開口55(
図8参照)が設けられない。
・モデル3(天板穴あけモデル(後側)):
図8に示すように、上側開口55−3が設けられ、下側開口51(
図7参照)が設けられない。上側開口55−3の前後位置は、
図6に示すモデル2の下側開口51−2と同じである。
・モデル4(底板穴あけモデル(前側)):
図7に示すように、モデル2の下側開口51−2よりも前側に下側開口51−4(二点鎖線で示す)が設けられ、上側開口55(
図8参照)が設けられない。
・モデル5(天板穴あけモデル(前側)):
図8に示すように、モデル3の上側開口55−3よりも前側に上側開口55−5(二点鎖線で示す)が設けられ、下側開口51(
図7参照)が設けられない。上側開口55−5の前後位置は、
図7に示すモデル4の下側開口51−4と同じである。
なお、
図7および
図8に示す各開口(下側開口51−2、上側開口55−3、下側開口51−4、上側開口55−5)の形状および開口面積を統一させた。
【0031】
計算結果は次のようになった。
・モデル1(オリジナルモデル)
絶対ねじれ角:0.002897[deg]・・・(1)
・モデル2(底板穴あけモデル(後側))
絶対ねじれ角:0.002851[deg]・・・(2)
(2)/(1)×100=98.4[%]
・モデル3(天板穴あけモデル(後側))
絶対ねじれ角:0.003513[deg]・・・(3)
(3)/(1)×100=121.3[%]
・モデル4(底板穴あけモデル(前側))
絶対ねじれ角:0.00286[deg]・・・(4)
(4)/(2)×100=100.3[%]
・モデル5(天板穴あけモデル(前側))
絶対ねじれ角:0.003467[deg]・・・(5)
(5)/(3)×100=98.7[%]
【0032】
同じ面積および同じ前後位置の開口を、底板41に設ける場合と、天板45に設ける場合とを比較すると(モデル2とモデル3とを比較すると)、次のようになった。
図7に示すように、底板41に下側開口51を設けた場合(モデル2)は、開口を設けない場合(モデル1)に対し、ねじれ角はほぼ変化しない。
図8に示すように、天板45に上側開口55を設けた場合(モデル3)は、開口を設けない場合(モデル1)に対し、約20%ねじれ角が大きくなる。
モデル2とモデル3とを比較すると、底板41に下側開口51を設けるよりも、天板45に上側開口55を設けた方がねじれ角が大きくなる。また、同様にモデル4とモデル5とを比較しても、底板41に下側開口51を設けるよりも、天板45に上側開口55を設けた方がねじれ角が大きくなる。
この比較から、開口を設ける場合、天板45より底板41に開口を設ける方が耐ねじり性がよい。したがって、天板45と底板41とに開口がある場合、底板41より天板45に設けられる開口をより閉じることで、ねじり剛性が向上すると言える。また、この比較から、底板41よりも天板45の強度を高くすることで、底板41と天板45の強度が同じ場合よりも、ねじり剛性が向上すると言える。
【0033】
開口(下側開口51または上側開口55)の前後位置について比較すると、下記のようになった。
図7に示すように、底板41の下側開口51の前後位置を変えた場合(モデル2とモデル4とを比べた場合)、ねじれ角はほぼ変化しない。
図8に示すように、天板45の上側開口55の前後位置を変えた場合(モデル3とモデル5とを比べた場合)、前側よりも後側に上側開口55を設ける方がねじれ角が大きい。
この比較から、天板45に上側開口55を設けるとき、天板45のより前側に上側開口55を設けることで(モデル5)、ねじり剛性低下への影響は小さくなる(上側開口55を設けても差し支えない)と言える。逆に、天板45のより後側に開口を設けることで(モデル3)、ねじり剛性低下への影響が大きくなる(上側開口55を設けない方がよい)と言える。したがって、天板45に上側開口55を設ける場合は、後側よりも前側に設ける方が耐ねじり性がよい。また、この比較から、天板45の前側よりも後側の強度が高い状態にすることで、ねじり剛性が向上すると言える。
【0034】
図9に、「上側開口面積/下側開口面積」と、単位ねじれ角と、の関係を表すグラフを示す。グラフの横軸の「上側開口面積/下側開口面積」とは、
図5に示す上側開口55の開口面積を下側開口51の開口面積で割った値(開口割合)である。グラフの縦軸の単位ねじれ角とは、
図7に示すようにカウンターウェイト60の重心位置で1tf(1000kgf)の幅方向の荷重Fを旋回フレーム30にかけたときの、旋回フレーム30の後端でのねじれ角である。
図9に示すグラフより、「上側開口面積/下側開口面積」が小さいほど、単位ねじれ角が小さいことが分かる。「上側開口面積/下側開口面積」は、従来技術の旋回フレームでは約1であり、本実施形態の旋回フレーム30では2/3以下であり、本実施形態の旋回フレーム30では、従来技術に比べて単位ねじれ角が小さい。
【0035】
(効果1)
図1に示すクレーン10による効果は次の通りである。クレーン10は、旋回ベアリング13を介して下部本体11の上側に搭載される旋回フレーム30と、旋回ベアリング13よりも後側で旋回フレーム30に固定されるカウンターウェイト60と、を備える。
図2に示すように、旋回フレーム30は、対向する少なくとも2枚の側板31・31(縦板)と、底板41(下側横渡し部材)と、天板45(上側横渡し部材)と、座面部43と、下側開口51(
図5参照)と、上側開口55と、を備える。底板41は、側板31の高さ方向中心よりも下側で少なくとも2枚の側板31・31に繋がれる。天板45は、側板31の高さ方向中心よりも上側で少なくとも2枚の側板31・31に繋がれる。
図5に示すように、座面部43は、底板41に設けられ、座面部43には、旋回ベアリング13(
図1参照)が取り付けられる。下側開口51は、座面部43よりも後側で(領域Aで)底板41に形成される。上側開口55は、座面部43よりも後側で(領域Aで)天板45に形成される。
[構成1−1]
図4に示すように、カウンターウェイト60の重心G60は、旋回フレーム30の重心G30よりも上側である。
[構成1−2]
図5に示すように、上側開口55の面積は、下側開口51の面積の2/3以下である。
【0036】
上記[構成1−1]により、下部本体11に対して旋回フレーム30が旋回加減速したとき、または、旋回フレーム30の幅方向にクレーン10が走行加減速したときに、次のようにねじりが生じる。
図4に示すように、旋回フレーム30の重心G30よりも下側のねじりの軸(前後方向の軸)を中心に、座面部43よりも後側で(領域Aで)、旋回フレーム30にねじりが生じる。その結果、旋回フレーム30の下側部分よりも上側部分が変形しやすい。そこで、クレーン10(
図1参照、以下同様)では、
図5に示すように、座面部43よりも後側で(領域Aで)上記[構成1−2]のように、下側開口51が大きく、上側開口55が小さく形成される。よって、旋回フレーム30のねじり剛性を向上させ、かつ、質量を抑制できる。さらに詳しくは、上側開口55の面積が下側開口51の面積の2/3を超える場合(従来技術)と本実施形態とを対比すると、例えば上側開口55および下側開口51の合計の開口面積が同じでも、本実施形態の方が旋回フレーム30のねじり剛性を高くできる。また、例えば従来技術と本実施形態とで旋回フレーム30のねじり剛性が同じでも、本実施形態の方が、上側開口55および下側開口51の合計の開口面積を増やせるので、旋回フレーム30の質量を抑制できる。
【0037】
(効果2)
[構成2]上側開口55は、複数設けられる。
この[構成2]により、上側開口55が1つのみ(分散されずに)設けられる場合に比べ、例えば上側開口55の面積が同じであっても、天板45の強度を向上させることができる。よって、ねじり剛性をより向上させることができる。
【0038】
(効果3)
天板45は、前部天板45fと、前部天板45fよりも後側に配置される後部天板45rと、を備える。
[構成3]上側開口55は、前部天板45fに形成され、後部天板45rに形成されない。
【0039】
上側開口55を後側に配置するよりも前側に配置する方が、旋回フレーム30のねじり剛性が高くなる。そこで、クレーン10は、上記[構成3]を備える。よって、旋回フレーム30のねじり剛性を向上させることができる。
【0040】
(効果4)
天板45は、前部天板45fと、前部天板45fよりも後側に配置される後部天板45rと、を備える。
[構成4−1]後部天板45rの板厚は、前部天板45fの板厚よりも薄い。
[構成4−2]上側開口55は、後部天板45rよりも前部天板45fに大きく形成される。
【0041】
上側開口55を後側に配置するよりも前側に配置する方が、旋回フレーム30のねじり剛性が高くなる。そこで、クレーン10は、上記[構成4−2]を備える。よって、旋回フレーム30のねじり剛性を向上させることができる。ここで、後部天板45rの上側開口55を小さくすると、後部天板45rの質量は増える。そこで、クレーン10は、上記[構成4−1]を備える。よって、後部天板45rの質量を低減できる。
なお、旋回フレーム30の上下方向の曲げ荷重(旋回フレーム30の後端部に上向きの力がかかることで生じる曲げ荷重)は、座面部43に近いほど大きく、旋回フレーム30の後端に近づくほど小さい。そのため、上記[構成4−1]のように構成しても、旋回フレーム30の曲げ剛性を確保しやすい。
【0042】
(変形例)
上記実施形態は様々に変形できる。例えば、
図1に示す下部本体11は、クローラ式でなくてもよく、ホイール式でもよい。ブーム21は、ラチス構造でなくてもよく、箱型伸縮構造でもよい。
上記実施形態では、
図2に示すように、下側横渡し部材である底板41は、2枚の側板31・31の下端部どうしを繋いだが、下側横渡し部材は、2枚の側板31・31の下端部よりも上側の部分どうしを繋いでもよい。
上記実施形態では、上側横渡し部材である天板45は、2枚の側板31・31の上端部どうしを繋いだが、上側横渡し部材は、2枚の側板31・31の上端部よりも下側の部分どうしを繋いでもよい。
上記実施形態では、側板31は2枚設けられたが、3枚以上設けられてもよい。例えば、旋回フレーム30の幅方向両側それぞれに2枚ずつ(合計4枚)の側板31が設けられてもよい。この場合、例えば、幅方向最外側の側板31と、この側板31のすぐ内側(幅方向内側かつ近傍)に配置された側板31とが、例えば直方体状などの箱型構造(二重構造)を構成してもよい。
上記実施形態では、
図5に示すように、天板45は、前部天板45fと後部天板45rとに分けられた。しかし、天板45は1枚でもよい(天板45が複数の部分に分けられなくてもよい)。具体的には例えば、前部天板45fと後部天板45rとは別部材でなくてもよい、または、前部天板45fと後部天板45rとは別部材だが一体的に連結や結合されてもよい。また、天板45は、3枚以上に分けられてもよい。天板45が3枚以上に分けられる場合、天板45のうち、旋回フレーム30の後側端部に配置される部分を後部天板45rとし、この後部天板45rよりも前側に配置される部分を前部天板45fとする。
上記実施形態では、後部天板45rの板厚は前部天板45fの板厚よりも薄かったが、後部天板45rの板厚と前部天板45fの板厚とが同じでもよく、また、後部天板45rの板厚が前部天板45fの板厚よりも厚くてもよい。これらの板厚は、本発明の趣旨に反しない範囲で変更できる。
上記実施形態では、後部天板45rの前後方向長さは、前部天板45fの前後方向長さよりも短かった。しかし、後部天板45rの前後方向長さは、前部天板45fの前後方向長さよりも長くてもよく、前部天板45fの前後方向長さと同じでもよい。
上記実施形態の下側開口51および上側開口55の数、形状、および配置は適宜変更できる。例えば、上記実施形態では、下側開口51は、2つ設けられたが、1つのみ設けられてもよく、3つ以上設けられてもよい。また例えば、上記実施形態では、上側開口55は、
図3では1つ、
図5では2つ設けられたが、3つ以上設けられてもよい。
上記実施形態では、上側開口55は、後部天板45rよりも前部天板45fに大きく形成され、さらに詳しくは、上側開口55は、前部天板45fにのみ形成された。しかし、後部天板45rに上側開口55が形成されてもよく、後部天板45rと前部天板45fとで同じ大きさに上側開口55が形成されてもよく、後部天板45rよりも前部天板45fに小さく形成されてもよい。
上記実施形態では、上下方向から見たとき、上側開口55は下側開口51の内側にのみ配置された。しかし、上下方向から見たとき、上側開口55の一部または全部は、下側開口51の外側に配置されてもよい。上下方向から見たときの上側開口55の位置と下側開口51の位置とをずらすことにより、旋回フレーム30の曲げ強度を向上させることができる。
上記実施形態では、ねじり剛性を向上させるために、相対的に天板45の前側の強度を低く、後側の強度を前側より高くした。この状態を実現するために、後部天板45rよりも前部天板45fに上側開口55を大きく形成した。しかし、上記の状態を実現させるために、後部天板45rよりも前部天板45fの板厚を薄くしてもよい。また、後部天板45rおよび前部天板45fそれぞれの、上側開口55の大きさおよび板厚を適切に設定することで、上記の状態を実現させてもよい。例えば、後部天板45rよりも前部天板45fの板厚を厚くし(前側の強度を高くし)、かつ、前部天板45fにのみ上側開口55を形成する(前側の強度を低くする)結果、上記の状態(前側の強度を低くする)を実現させてもよい。