重機の代表格である油圧ショベル。
大きいし沢山の部品でできていて色々な動きができる機械。
そんな部品のなかでブームがあります。ブームって何かご存じですか？
油圧ショベルのブームは作業装置の一部です。ブームにアームとバケットがついて掘削作業等が可能となります。ブームは人間でいう腕の部分に該当し、このブームがないと油圧ショベルは仕事ができません。ブームはそれほど大事なものです。
今回はそんなブームの構造について分かりやすく説明していきます。
私は大手重機メーカーで２０年間油圧ショベルの設計に従事してきました。どんな部品を使っているか、どんな仕組みなのかを理解しております。
この記事では油圧ショベルの設計者が油圧ショベルのブームの構造をわかりやすく説明します。
この記事を読むと油圧ショベルのブームの構造を簡単に理解できて他の人にも説明してあげることができちゃいます。
結論は、ブームは単体としては比較的単純な動きをするが、アームやバケットと複合して動作させることで広い作業範囲を実現する。また強度の確保のためと同時に燃費も考慮する必要があるため、その構造は様々な工夫をこらしている。長期にわたり使用するためには定期的なメンテナンスが欠かせない部品です。
ブームとは
●人間の上腕に該当
ブームは作業装置（フロントアタッチメント）の一部で、油圧ショベルの仕事をする腕のことを指し人間でいうところの上腕に該当します。
通常は１台の油圧ショベルに１本のブームが備わっています。
ブームの種類
ひと言でブームといってもいくつか種類があります。以降に代表的なブームを紹介します。
バックホー
●もっとも一般的なブーム
もっとも一般的なブームで、モノブームとも呼ばれる。
モノブームは”くの字”型の腕になっているのが一般的で、ブームが上下に揺動運動し、主に下方掘削に適したブームです。
機体の大きさやバケットの容量、作業用途に応じ適切な長さの設定を各社取り揃えています。
フロントローダー
●主に積込み作業
フロントローダー、フェイスショベルとも呼ばれる。
主に鉱山などで使用する大型機械に採用されており、ブームは直線型の腕になっているのが一般的です。ブームが上下に揺動運動し、主に上方掘削に適したブームで、ダンプカーへの積込み作業に用いられることが多い。
２ピースブーム
●広い作業範囲
モノブームを２分割したような構造。
ブーム自体に関節が１つ増えている為、モノブームに対し広い作業範囲が特徴。
主に解体作業などをする油圧ショベルに使用される。
オフセットブーム
●横方向にオフセットできる（狭い場所で活躍）
２ピースブーム同様に、モノブームを２分割したような構造。但しこちらはブームの関節が縦方向ではなく横方向に揺動する。
主に小型の油圧ショベルに使用されており、狭い作業地においてショベル本体を旋回や移動しなくても（オフセット可能範囲において）幅方向の掘削可能範囲が広い。
ブームの作動原理
ブームは、旋回主フレームにピンにより結合され、その取付部を中心に揺動運動を行います。ブームを揺動させるには油圧シリンダーを伸縮させ、リンク機構を用いブームを揺動させます。
リンク機構による回転運動
上図の通り、旋回主フレームにブームの運動の回転中心が取り付けられています。
また、油圧シリンダーも旋回主フレームに揺動可能な様にピンにより結合され、油圧シリンダーのもう一方の先端はブームの中央部分におなじく揺動可能に取り付けられます。
このリンク機構において油圧シリンダーを伸縮するとブームが上図の矢印のように揺動運動をします。
ブームの主要部材
鋼板、鋳鋼
●強度と適切な軽さ
ブームの主要部材は鋼板です。ブームの先にはアームやバケットが取り付けられるためそれを支えるために、また油圧ショベルは過酷な稼働現場で使用されるため、作業装置であるブームにはそれ相応の強度が求められます。しかし強度を追求するあまり重量が過度に重くなってしまうと燃費の悪化につながるため、強度と適切な軽さを求め各社ブームの構造および溶接施工方法には工夫をしています。
例えば、ピンの取付部には応力の集中を和らげるために鋳鋼を使用し滑らかなR形状を形成したりしています。
上図の様にブームはボックス構造をしており、内部は空洞になっています。強度を確保するために要所に隔壁を配置していたりします。また強度を確保しつつ軽量化を実現するために高張力鋼などを用いたりしている部分もあります。自動車でも高張力鋼を用いた軽量化はよく用いられていますね。
ブームの製造工程
代表的な製造工程
●鋼板の切断
ブームに限りませんが、まずは必要な寸法に鋼板を切断します。
●部材の加工
切り出した鋼板から必要な形状へ加工したり、溶接のためのテーパーをつけたりします。
●溶接
溶接にはまず、板同士を組み合わせて仮溶接にて仮組みをしていきます。その後本格的に溶接をし板を接合していきます。
●検査
検査には目視確認による外観検査や寸法測定のほかに、溶接の内部に欠陥がないか超音波探傷検査（UT）などによる非破壊検査を実施します。見た目はきれいでも内部に欠陥があるとあっという間に亀裂が発生してしまうということもありとても重要な検査です。
●機械加工
溶接時にも治具等を用いて寸法精度を出していますが、その精度だけでは設計要求を満たさない部分については機械加工にて寸法精度を出していきます。ピンやブッシュを入れる穴加工や、その端面の加工などが主な対象です。
●塗装
塗装前にショットピーニング等で塗装面をきれいにし、塗装してはいけない部分をマスキング処理し、塗装ブースへ入れ塗装をします。
下塗り→（中塗り）→上塗り とするのが一般的です。
●ブッシュ圧入
塗装が終わると次はピンを差し込む穴にブッシュを圧入し、ダスト侵入防止用のダストシールを組み込みます。（部位によってはブッシュを必要としないところもあります）
（※メーカーによっては塗装前にこの工程を実施するところもあるかもしれません）
●組み立て
ブームを本体に取り付けるまえに、ブームにアームを動かすための油圧シリンダを組み付けておくのが一般的です。油圧シリンダと油圧配管をブームに組み付けて完成です。
あとは上記の組立品を油圧ショベル本体に組み付けるという工程になります。
ブームのメンテナンス
点検項目と方法
ブームは、定期的に点検とメンテナンスを行う必要があります。点検項目としては、以下のものがあります。
- クラックや亀裂の有無
- 溶接部の状態
- 油漏れ
- ピンやブッシュの摩耗
定期的なメンテナンスの重要性
●寿命、安全のために欠かせない
油圧ショベルのブームは、長期間の使用に耐えられるように、定期的なメンテナンスが必要です。メンテナンスでは、以下の点に注意する必要があります。
- 外観検査: ブームに亀裂や破損がないことを目視で確認します。亀裂や破損を発見した場合は、修理または交換する必要があります。
- 潤滑: ブームの可動部（ピン連結部）に潤滑油（グリース）を注油し、スムースな動作を維持します。
- ボルトの締め付け: ブームの連結ピンを固定しているボルトに緩みが発生していないかを確認します。ボルトの緩みがあると、摩耗が促進されたり、最悪ブームが外れる可能性があります。
- 油圧シリンダーの点検: 油圧シリンダーの動作に異常がないことを確認します。油圧シリンダーに異常があると、ブームの動作に支障をきたす可能性があります。
油圧ショベルブームは、適切な設計、製造、メンテナンスによって、長期間安全に使用することができます。
まとめ
油圧ショベルのブームは人間の上腕に該当する部品で、油圧シリンダーの伸縮により上下に揺動運動をすることで作業装置を持ち上げたり下ろしたりすることで必要な作業範囲を確保する役割を果たしています。また、過酷な環境で稼働する油圧ショベルに対応するためその構造は色々な工夫することで必要な強度を確保しています。燃費も気にする必要があるため重量も考えて作られているのです。
以上が、油圧ショベルのブームの役割、構造についての解説です。
油圧ショベルのブームは、単体では油圧シリンダーの伸縮による比較的単純な動きをするものですが、先端に取り付くアームやバケットを支える重要な役割を果たしていますし、それらの部品との複合運動により広い作業範囲を確保しています。また強度が大事な部品ですので、これらの役割と構造を理解し、適切な管理とメンテナンスを行うことが重要で、それらをおこなうことで油圧ショベルの安全な運用と長寿命化を実現できます。
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