(57)【要約】【課題】建設機械の作動時における負荷による丸胴の溶接部、特にその止端位置への応力の集中を低減させるようにする。【解決手段】丸胴４２は概略円筒形状の部材であって、外周側における上下の両端部を支持板４１の下面及びセンタフレーム１３の上面に溶接することによって、溶接部４３，４４が形成される。丸胴４２の外周面には、溶接部４４に近接した位置において、その全周にわたって断面が凹円弧形状となった円環状凹陥部４５が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体に旋回装置を介して上部旋回体が旋回可能に連結され、前記下部走行体は、左右の走行手段をそれぞれ設けたサイドフレームと、これら両サイドフレーム間を連結するセンタフレームと、このセンタフレームと前記旋回装置との間に介装した丸胴とから構成され、前記丸胴を前記センタフレームに溶接手段で固着して設けた建設機械のトラックフレームにおいて、
前記丸胴と前記センタフレームとの間には、この丸胴の内外周の少なくとも一方側に対して、そのコーナ部に円環状の溶接ビードを有するようにして溶接するようになし、
前記溶接部の溶接ビードの前記丸胴側への溶接止端位置またはこの溶接止端位置より上部側の位置に断面が曲面形状となった円環状凹陥部を形成する
構成としたことを特徴とする建設機械のトラックフレーム。
【請求項２】
前記円環状凹陥部は凹円弧面形状とする構成としたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のトラックフレーム。
【請求項３】
前記円環状凹陥部の底面における最深部の深さは、前記丸胴の厚み寸法の１／１０以下とする構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の建設機械のトラックフレーム。
【請求項４】
前記円環状凹陥部の円弧の中心の高さ位置は、溶接止端位置から前記丸胴の厚み寸法の１／１０以下の位置とする構成としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の建設機械のトラックフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下部走行体に旋回装置を介して上部旋回体を連結して設け、この上部旋回体に作業手段を装着した、油圧ショベルその他の建設機械において、下部走行体を構成するトラックフレームの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建設機械として、例えば油圧ショベルは、クローラ式またはホイール式からなる左右の走行手段を有する下部走行体と、掘削作業手段や運転室、さらにはエンジン，油圧ポンプ等の機器類を設置した上部旋回体とから構成され、下部走行体と上部旋回体との間は旋回装置を介して連結されている。下部走行体はそれぞれ走行手段に連結した左右のサイドフレームと、両サイドフレームを連結するセンタフレームとからなるトラックフレームを有するものであって、旋回装置を装着した支持部材はセンタフレームに連結される。また、上部旋回体を構成する旋回フレームは旋回装置に連結される。
【０００３】
旋回装置は内輪と外輪とからなり、これら内輪と外輪との間に旋回軸受を設けた旋回輪を備え、内輪の内周面にはリングギアが形成されており、上部旋回体に設けた旋回モータに接続したピニオンがこのリングギアと噛合する構成としている。従って、外輪は旋回フレームに連結され、内輪が下部走行体側に連結される。ただし、内輪は、下部走行体のセンタフレームに直接装着されるのではなく、その間に支持部材を介して連結される。支持部材は、少なくとも金属製の円筒部材からなり、所定の高さ寸法を有する丸胴を備える構成となし、旋回輪を構成する内輪はこの丸胴の上端面に直接連結されるか、または丸胴の上端面に支持板を設けて、この支持板に内輪が取り付けられる。このように、丸胴を介在させることによって、センタフレームに対して旋回装置を所定の高さ位置に配置される。
【０００４】
ところで、建設機械は、上部旋回体に設けた作業手段により所定の作業が行われるものであり、作業時には大きな作業負荷が作用する。油圧ショベルの場合は、ブーム，アーム及びバケットからなる掘削作業手段を備える構成とするが、この掘削作業手段による土砂の掘削時には、例えば掘削反力による大きな衝撃的荷重が作用する。特に、岩盤掘削等のように過酷な条件下での作業時には、極めて大きな衝撃的荷重が作用する。このような衝撃的荷重は掘削作業手段から旋回フレームに伝達されることになり、旋回装置を介して下部走行体に受承される。旋回装置では、外輪から旋回軸受を介して内輪に荷重が伝達され、さらにこの内輪を支持する丸胴に伝達されることになる。
【０００５】
ここで、丸胴そのものは十分な強度を有するものであり、前述した衝撃的荷重等により損傷乃至変形するようなことはない。また、丸胴を連結したセンタフレームも十分な強度を持たせている。丸胴は旋回装置を支持するために鉛直状態に配置され、センタフレームは水平方向に延在されて、溶接手段により連結・固着される。このために、丸胴からセンタフレームへの移行部には概略直角の形状変化部が生じることになり、溶接個所が最も強度の低い部位であり、この溶接個所に応力が集中する。従って、衝撃的荷重等が繰り返し頻繁に作用すると、溶接部に亀裂が発生する等、この溶接部を損傷させるおそれがあり、耐久性に問題点がある。例えば、溶接個所の肉盛りを大きくすれば、その分だけ強度が向上する。しかしながら、大きな肉盛り溶接を行うには、溶接を複数工程で行わなければならない。
【０００６】
溶接コストの低減を図るためには、溶接部に極端な応力が集中しないように、つまり応力の分散を図るようにすれば良い。このように、丸胴の溶接部に応力が集中しないように応力の分散を図る構成としたものは、特許文献１や特許文献２に開示されている。これらの特許文献では、丸胴を円筒形状の本体部と、この本体部の下端部に連設したフランジ部とから構成し、フランジ部の外端部を下部走行体のセンタフレームと突き合わせて、溶接手段で固着するように構成している。そして、円筒形状の本体部とフランジ部との連設部を切削により凹円弧形状の移行部を形成する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−７１７８５号公報
【特許文献２】特開２００５−１４５２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、丸胴の鉛直壁部とセンタフレームの水平壁部との間の移行部を円弧形状とすることによって、急激な形状変化部が生じることがなくなる結果、上部旋回体から旋回装置を介して伝達される応力が部分的に集中するのを緩和することができ、円弧形状移行部による応力の分散が図られ、その分だけ丸胴とセンタフレームとの間の溶接部分に作用する応力が緩和される。従って、旋回装置を支持する丸胴からセンタフレームへの移行部における亀裂や損傷が防止されて、溶接の肉盛りを格別大きくしなくても、その耐久性が向上し、長寿命化が図られるという利点がある。
【０００９】
ただし、特許文献１及び特許文献２に開示されているトラックフレームの構造においても、なお問題点がない訳ではない。即ち、丸胴を形成した後に、鉛直壁から水平壁への移行部を切削加工するのであるから、この切削加工のために丸胴の製作コストが上昇することになる。ここで、応力の分散という観点からは、円弧状移行部における高さ寸法、つまり円弧における上下の形状変化点位置の上下方向の幅を大きくし、かつその曲率をある程度大きくする方が良い。しかしながら、丸胴の高さ方向の寸法はセンタフレームと旋回フレームとの高さ位置の差に基づいて設定されるものである。従って、丸胴の高さ寸法等の関係から、円弧状移行部の高さ方向における幅寸法及び円弧の曲率半径に制約があり、円弧状移行部に必要な応力分散を図る程度の曲率を持たせることができない場合がある。
【００１０】
特許文献１においては、一定の曲率半径を持った円弧としているのに対して、特許文献２では、丸胴のフランジ部から本体部にかけて、切削する曲率を複数段階で変化させ、フランジ部側ではより小さい曲率半径となった円弧面とし、本体部側の円弧形状の曲率半径を大きくする構成としている。このように構成すると、限られた高さ寸法の丸胴における応力の分散度合をより改善することができ、しかも丸胴の部分的な薄肉化の度合が緩和されることになる。ただし、切削加工が複数段階になるために、加工が複雑になり、その工数が多くなることから、製造コストの低減を図ることができなくなる。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、丸胴に簡単な加工を加えるだけで、建設機械の作動時における負荷によって、丸胴の溶接部に応力が集中するのを低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために、本発明は、下部走行体に旋回装置を介して上部旋回体が旋回可能に連結され、前記下部走行体は、左右の走行手段をそれぞれ設けたサイドフレームと、これら両サイドフレーム間を連結するセンタフレームと、このセンタフレームと前記旋回装置との間に介装した丸胴とから構成され、前記丸胴を前記センタフレームに溶接手段で固着して設けた建設機械のトラックフレームであって、前記丸胴と前記センタフレームとの間には、この丸胴の内外周の少なくとも一方側に対して、そのコーナ部に円環状の溶接ビードを有するようにして溶接するようになし、前記溶接部の溶接ビードの前記丸胴側への溶接止端位置またはこの溶接止端位置より上部側の位置に断面が曲面形状となった円環状凹陥部を形成する構成としたことをその特徴とするものである。
【００１３】
丸胴にはフランジ部を設けず、その下端部をセンタフレームに直接当接させるようになし、この下端部とセンタフレームとの間のコーナ部に対して隅肉溶接が行われる。一方、丸胴の上端部は内輪側に連結されるが、この上端部側を溶接手段で固着する場合においては、内周面にリングギアを形成した内輪に直接溶接するのを避けるために、丸胴の上端部と内輪との間に支持板を介在させる。従って、丸胴の上端部は支持板に溶接されることになる。
【００１４】
溶接は丸胴の内外周のいずれか一方または双方に対して行うことができる。他の部材と干渉することなく容易に溶接するためには、外周面側に溶接することになるが、旋回装置の構成等によっては、内周側に溶接するように構成する方が望ましい場合もある。丸胴には、断面が凹曲面形状となった円環状凹陥部が形成されるが、この円環状凹陥部は丸胴の鉛直方向の壁面に形成されている。この円環状凹陥部を形成した面は溶接部による溶接ビードが形成されている面と同一面となし、円環状凹陥部は溶接ビードの止端位置とほぼ同一位置とするか、またはこの止端位置より僅かに上部位置とする。
【００１５】
建設機械の作動中には、丸胴に衝撃的荷重等が繰り返し頻繁に作用することになる。溶接部の最も脆弱な部位は溶接ビードの止端位置であって、繰り返しの衝撃荷重が作用すると、実質的に外面が斜めとなった溶接ビードの表面から鉛直面となった丸胴との間の移行部に応力が集中して、亀裂の発生等といった損傷個所を生じることになる。丸胴の鉛直面に円環状凹陥部を形成することによって、斜面形状となっている溶接ビードから丸胴への移行部への形状変化が緩和され、また溶接止端位置に近接した位置で形状変化位置が２箇所となるために応力の分散が図られる。
【００１６】
従って、円環状凹陥部は曲面形状であれば、楕円面形状等とすることもできるが、加工の容易性から凹円弧面形状とすることができる。このような単純な形状とすることによって、加工が容易になる。また、円環状凹陥部の底面における最深部の深さは、丸胴の厚み寸法の１／１０以下とすることによって、丸胴の厚みを最小限のものとして、しかもこの丸胴に凹状の部位を形成しているにも拘わらず、十分な強度を持たせることができる。溶接ビードの止端位置と円環状凹陥部の始端部位とが一致させることができる。ただし、溶接ビードの止端位置は円環状凹陥部とオーバーラップしないようにする必要がある。従って、加工の容易性を勘案すれば、両者を多少離れた位置とすることになる。この場合において、円環状凹陥部の円弧の中心の高さ位置は、溶接止端位置から丸胴の厚み寸法の１／１０以下の位置とする。円環状凹陥部がこの位置より高い位置に設けられていると、応力の分散機能が低下する。
【発明の効果】
【００１７】
丸胴に円環状凹陥部を形成するという簡単な加工を加えるだけで、建設機械の作動時における負荷によって、丸胴の溶接部に応力が集中するのを低減させることができ、溶接部の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のトラックフレームを設けた建設機械の一例としての油圧ショベルの外観図である。
【図２】図１の油圧ショベルのトラックフレームの外観斜視図である。
【図３】図１の油圧ショベルに設けられる旋回装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の一形態を示す丸胴とセンタフレームとの溶接部の構成を示す断面図である。
【図５】従来から一般的に用いられている丸胴とセンタフレームとの間の連結部分の断面構造を示す図である。
【図６】図５に示した従来技術の構成の応力の分布状態を示す説明図である。
【図７】図４の要部拡大図である。
【図８】図７に示した構成における応力の分布状態を示す説明図である。
【図９】丸胴に円環状凹陥部を形成するための装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に建設機械の一例としての油圧ショベルを示す。図中において、１は下部走行体、２は上部旋回体である。下部走行体１は、トラックフレーム１０（図２）の左右に走行手段１１を装着したものであり、走行手段１１は履帯式のものである。
【００２０】
トラックフレーム１０は、図２に示したように、左右一対からなるサイドフレーム１２とセンタフレーム１３とから構成されており、左右の走行手段１１はそれぞれサイドフレーム１２に装着されている。走行手段１１を装着した両側のサイドフレーム１２間にはセンタフレーム１３が連結されており、これにより下部走行体１が構成される。
【００２１】
上部旋回体２は、旋回フレーム２０を有し、この旋回フレーム２０上には、運転室２１が設置されており、また掘削作業手段２２が装着されている。さらに、旋回フレーム２０の後部側には機械室を構成する建屋２３が設置されており、最後部位置にはカウンタウエイト２４が設けられている。掘削作業手段２２は、ブーム２２ａ，アーム２２ｂ及びバケット２２ｃから構成されるものであり、これらブーム２２ａ，アーム２２ｂ及びバケット２２ｃはそれぞれ油圧シリンダにより駆動される。このために、図示は省略するが、建屋２３の内部にはエンジン及び油圧ポンプ等の機器類が設置されている。
【００２２】
下部走行体１におけるセンタフレーム１３と、上部旋回体２における旋回フレーム２０との間には、旋回装置３が設けられている。旋回装置３は、図３に示したように、外輪３０と内輪３１及びこれら外輪３０と内輪３１との間に介装した旋回軸受３２とから構成される旋回輪ユニット３３を有するものであり、内輪３１の内周面にはリングギア３１ａが形成されている。リングギア３１ａには旋回モータ３４の出力軸に設けたピニオン３４ａが噛合している。外輪３０は上部旋回体２側に固定され、また内輪３１は下部走行体１側に固定されている。さらに、旋回モータ３４は上部旋回体２側に装着されている。これによって、旋回モータ３４を駆動すると、ピニオン３４ａが回転駆動され、このピニオン３４ａが噛合しているリングギア３１ａを設けた内輪３１が旋回することになる。なお、図３において、符号３５はグリースバスを構成するグリースバス底壁、３６は、旋回装置３の旋回中心に設けたスイベルジョイントである。
【００２３】
図４に示したように、旋回装置３における外輪３０は、ボルト３７により上部旋回体２の旋回フレーム２０に固定されている。一方、内輪３１は、図５に示したように、ボルト３８により下部走行体１のトラックフレーム１０におけるセンタフレーム１３側に固定されている。ただし、内輪３１はセンタフレーム１３に直接固定されるのではなく、内輪３１とセンタフレーム１３との間に支持部材４０が介在されている。支持部材４０は円環状の支持板４１と丸胴４２とから構成される。そして、丸胴４２は、その上端部が支持板４１に、下端部がセンタフレーム１３にそれぞれ溶接により固着されており、支持板４１には、またグリースバス底壁３５の外周端部が取り付けられている。
【００２４】
ここで、丸胴４２を設けたのは、下部走行体１には走行手段１１が設けられており、この走行手段１１の高さ位置と、上部旋回体２の旋回フレーム２０との高さ位置との間の調整を行う等のためである。支持板４１と内輪３１との間を連結するボルト３８の着脱は、センタフレーム１３の上部位置で行われるようになっているが、外輪３２と旋回フレーム２０との間を連結するためのボルト３７は下方から着脱されることになる。従って、丸胴４２を設け、支持板４１の下面がセンタフレーム１３の上面から離間しているので、このボルト３７の着脱作業を容易に行うことができる。
【００２５】
丸胴４２は概略円筒形状の部材であって、その上下の両端部が、それぞれ支持板４１の下面とセンタフレーム１３の上面との間に固着され、溶接は、図示したものにあっては、丸胴４２の外周面側における隅肉溶接としている。従って、溶接部４３，４４における溶接ビードは概略傾斜面形状となって、丸胴４２における鉛直状態となった外周面と水平面となったセンタフレーム１３との間のコーナ部に形成されている。なお、溶接は丸胴４２の内周面に対して行っても良く、また内外周の両側に行うようにしても良い。
【００２６】
概略以上のように構成される油圧ショベルにより行われる作業の代表的なものとして、土砂を掘削してダンプトラックに積み込む作業がある。この作業は、まず、掘削作業手段２２を作動させて、バケット２２ｃにより作業現場の土砂を掘削し、旋回装置３により上部旋回体２を所定の角度まで旋回させて、掘削作業手段２２をダンプトラックの上部位置に変位させ、バケット２２ｃに収容されている土砂をダンプトラックの荷台に投入する。この作業時には、上部旋回体２に大きな振動が生じることになる。特に、バケット２２ｃが土砂に切り込む際に、大きな反力が掘削作業手段２２に作用することになる。また、バケット２２ｃに土砂を収容させた後に、このバケット２２ｃを持ち上げるために、ブーム２２ａ及びアーム２２ｂを動作させたときにも、またバケット２２ｃに収容した土砂をダンプトラックの荷台に投入する際にも、大きな衝撃なり、荷重なりが上部旋回体２に伝達されることになる。さらに、上部旋回体２の旋回停止時に、大きな慣性力が作用することから、このときにも大きな振動が発生する。
【００２７】
このようにして上部旋回体２に作用する荷重は下部走行体１に伝達され、この下部走行体１の走行手段１１の接地部で大地により受承されることになる。上部旋回体２から下部走行体１への荷重の伝達は旋回装置３を介して行われる。即ち、上部旋回体２の旋回フレーム２０から丸胴４２を経て下部走行体１のトラックフレーム１０に至る荷重の伝達経路が介在している。この荷重の伝達経路には応力が作用することになる。
【００２８】
ここで、従来から一般的に用いられている丸胴とセンタフレームとの間の溶接部を図５に示す。同図において、１４２は丸胴、１１３はセンタフレーム、１４４は溶接部である。そして、作業中に荷重が作用すると、丸胴１４２を介して上部旋回体２から下部走行体１に伝達されることになるが、丸胴１４２からセンタフレーム１１３への荷重の伝達経路における応力の分布は図６に示したようになる。この図６において、ドットで示した部位は実質的に応力が作用する部位であり、ドットの密度が高い方が密度の低い部位より応力が大きいことを示す。これらの図から明らかなように、丸胴１４２の外周面における溶接部１４４の止端部位ｐ１が最も高応力が作用する部位であり、ｐ２の部位、ｐ３の部位、ｐ４の部位と順次応力が低下する。最高応力が集中する部位ｐ１は極めて狭い部位ではあるが、強度的には最も脆弱な部位である。このように、狭い部位に応力が集中すると、溶接個所に亀裂が発生することになる等の不都合を生じることになる。
【００２９】
以上のことから、前述した応力集中の緩和を図るために、本発明においては、図７に示したように、丸胴４２に断面が曲面形状となった円環状凹陥部４５を設ける構成としている。この円環状凹陥部４５は浅いものであるが、同図に一点鎖線で示した鉛直線に対して寸法Ｄ分だけ凹陥している。ここで、円環状凹陥部４５は、丸胴４２における溶接部４４が形成されている側の面に形成されており、本実施の形態では、丸胴４２の外周面に形成されている。円環状凹陥部４５は断面が円弧形状となっており、丸胴４２の全周に及んでいる。
【００３０】
従って、図５に示した構成にあっては、丸胴１４２からセンタフレーム１１３への荷重の伝達経路における応力分布が図６に示したものであったのに対して、図７に示したように、丸胴４２に円環状凹陥部４５を設けることによって、丸胴４２の鉛直方向の壁面に形状変化部が生じることになり、また溶接部４４のビード表面から見たときに、凹湾曲形状となっている分だけ、この溶接部４４から丸胴４２の表面への形状変化の度合が緩和される。これによって、鉛直状態の丸胴１４２では、狭い範囲ではあるが、著しく高い応力が作用する部位ｐ１が存在していたのに対して、円環状凹陥部４５を形成したことにより、図８に示したように、最も高い応力が作用する部位Ｐ１では、ｐ１より応力が低くなる。その結果、溶接部４４の溶接止端部位に亀裂が発生する等といった事態が発生することがなく、溶接部の耐久性が向上する。なお、図８に示したように、丸胴１４２の場合と同様、Ｐ２の部位、Ｐ３の部位、Ｐ４の部位というように順次応力が低下する。
【００３１】
今、図７に示したように、丸胴４２から溶接部４４を経てセンタフレーム１３に至る荷重の伝達経路において、丸胴４２に中心Ｏを有する半径Ｒの円弧状の円環状凹陥部４５が形成されているとして、この円環状凹陥部４５の最大深さ寸法をＤとし、丸胴４２の厚み寸法をＴとしたときに、Ｄ≦１／１０Ｔとする。Ｄが１／１０Ｔを超えると、丸胴４２の強度が低下するので、望ましくはない。
【００３２】
しかも、溶接部４４の外面の傾斜角をθとしたときに、円環状凹陥部４５の円弧における下方側の始端部位での接線ｔは、傾斜角θの延長線と平行乃至平行に近い角度とするのが望ましい。そして、この円環状凹陥部４５の始端部位と溶接部４４の止端位置４４ａとを一致させるようにすると、溶接部４４における応力集中をほぼ排除することができることになり、溶接部４４の耐久性がさらに良好になる。ただし、溶接部４４は丸胴４２の全周に設けられることから、円環状凹陥部４５の始端部位を溶接部４４の止端部位の位置と全周にわたって一致させるように溶接するのは困難である。ここで、円環状凹陥部４５の始端部位と溶接部４４の溶接止端位置とがオーバーラップしていると、かえって応力の集中度合が大きくなり、溶接部４４の損傷のおそれがより高くなる。そこで、溶接作業を容易に行うために、溶接ラインと円環状凹陥部４５の始端位置との間に多少の間隔Ｂを空けるようにすることができる。この間隔Ｂは溶接部４４の止端位置Ｐから１／１０Ｔ以下の範囲になるように設定する。１／１０Ｔを超えると、応力の分散効果が小さくなるので望ましくはない。
【００３３】
丸胴４２に円環状凹陥部４４を形成するのは、切削やレーザブレージング等の加工方法があるが、次のような加工方法により形成することができる。即ち、丸胴４２は、図９に示したように、鋼板５０を曲げ加工することにより形成されるが、このための加工装置としては、内側に２個の加圧ローラ５１，５１を所定の間隔だけ離した位置に配置し、外側には、両加圧ローラ５１，５１間の位置に１個の加圧ローラ５２を配置する構成とする。これらの加圧ローラを回転駆動しながら、鋼板５０の送りを行うことによって、鋼板５０を円筒状に曲げるように加工される。そして、外側の加工ローラ５２には、その中間位置に円環状の突条５３を形成しておく。これによって、鋼板５０を円筒状に曲成する加工を行う際に、同時に円環状凹陥部４４が形成される。従って、鋼板５０を曲げ加工して丸胴４２を形成する工程で、同時に円環状凹陥部４４が形成され、格別追加の工程を必要としない。
【符号の説明】
【００３４】
１  下部走行体                          ２  上部旋回体
３  旋回装置                            １０  トラックフレーム
１２  サイドフレーム                    １３  センタフレーム
２０  旋回フレーム                      ３０  外輪
３１  内輪                              ３３  旋回輪ユニット
４０  支持部材                          ４１  支持板
４２  丸胴                              ４３，４４  溶接部
４５  円環状凹陥部
【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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