JP4403854B2

JP4403854B2 - 上部旋回体の旋回フレーム構造

Info

Publication number: JP4403854B2
Application number: JP2004091011A
Authority: JP
Inventors: 尚弘片山
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005271833A

Description

本発明は、下部走行体上に旋回自在に搭載される上部旋回体に関し、より詳しくは、その上部旋回体を支持する旋回フレーム構造に関するものである。

一般に、油圧ショベルはクローラを左右に備えた下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載される上部旋回体を備えており、図８はその上部旋回体のベース部分を構成している旋回フレームを示したものである。

旋回フレームは、中央部に配置されるセンターフレーム５０と、そのセンターフレーム５０の右側に配置される右デッキフレーム５１と、左側に配置される左デッキフレーム５２とから主として構成されている。

センターフレーム５０には例えばエンジン、カウンタウエイト、フロントアタッチメント等が取り付けられ、右デッキフレーム５１にはバッテリ等の電装品、タンク等が配置され、左デッキフレーム５２には運転室、冷却装置等が配置される。

上記センターフレーム５０は左右一対のセンタービーム５３，５４を備えており、各センタービーム５３，５４の後部寄りにエンジン（図示しない）が設置されるようになっており、最後端部はカウンタウエイト（図示しない）を支持するためのカウンタウエイト支持部５５となっている。

上記センターフレーム５０のセンタービーム５３，５４は、最大の重量物であるカウンタウエイトを支持することからその断面は剛性の高いＩ形断面構造を採用することが多い（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７５２２号公報

しかしながら、従来のセンタービーム５３は、背板５６と縦板５７と底板５８を組み合わせてＩ形断面を構成しているが、背板５６と縦板５７を接合する工程に時間が費やされるという問題がある。

縦板５７は、その前部に隆起した状態で形成されているアタッチメント取付部５９から後端部のカウンタウエイト支持部５５までを滑らかに連絡するようカーブを描きながら高さが低くなる勾配を持った形状となっている。

そのため、背板５６についても縦板５７の上縁のカーブに沿わせて曲げ加工する必要があり、さらに曲げ加工された背板５６のカーブと縦板５７のカーブを一致させて溶接をしなければならない。

ところが、縦板５７の上縁には複数のカーブ部分が存在するため、縦板５７と背板５６とを対応させ両者の複数のカーブ部分を完全に一致させることは困難であり、少しでも一致しない部分があれば両板の接合部分に隙間が生じて溶接不良が発生する。

背板５６を省略し、縦板５７の厚みを増やすことによってセンタービーム５３の剛性を高めることも考えられるが、そうすると、旋回フレームの重量が重くなってしまい、旋回モータの負荷が増える等、他の機器に影響が及ぶばかりか、旋回フレームの設計をし直さなければならない場合もある。

本発明は以上のような従来の旋回フレーム構造における課題を考慮してなされたものであり、溶接不良を発生させず簡便にセンタービームを補強することができる旋回フレーム構造を提供するものである。

請求項１の発明は、底板の中央部に一対のセンタービームが配置され、各センタービームには、前部にアタッチメント取付部、後部にカウンタウエイト支持部がそれぞれ形成されるとともに、上記アタッチメント取付部と上記カウンタウエイト支持部とを連絡している縦板が設けられた旋回フレーム構造において、上記縦板を補強する補強材を備え、この補強材は、
(Ａ)上記縦板の上縁線に合わせて形成されるとともに、上記アタッチメント取付部側の端部が、縦板側面に段差無く接合されるように平面から見てくさび状に形成され、
(Ｂ)上記アタッチメント取付部と上記カウンタウエイト支持部との間で、上記縦板の上縁に沿う状態で縦板の少なくともいずれか一方の側面に溶接されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記補強材が、上記縦板と平行に配置され上記縦板の上縁線に合わせて形成された帯板鋼からなるものである。

請求項３の発明は、請求項１の構成において、上記補強材が、上記縦板の上縁線に合わせて曲げ加工された棒状部材からなるものである。

本発明によれば、センタービームを補強するにあたり縦板の上縁に背板を溶接した構造とせず、縦板の上縁線に合わせて形成された補強材を縦板の側面に接合するようにしたため、縦板の上縁線のカーブに補強材のカーブを一致させて接合するといった従来の複雑な接合が不要となり、溶接不良のないセンタービームを極めて簡便に製作することが可能になる。

この場合、上記補強材は、アタッチメント取付部とカウンタウエイト支持部との間の縦板に接合することができる。それにより、センタービームにおいて応力が発生する範囲を効果的に補強することができる。

また、補強材におけるアタッチメント取付部側の端部を平面から見てくさび状に形成することにより、縦板に対して補強部材の端部を段差なく接合することができるため、局部応力の抑制に寄与することができる。

さらに、補強材を、縦板の上縁線に合わせて曲げ加工された棒状部材によって形成した請求項３の発明において、この棒状部材として丸棒を用いると、縦板に当接した場合に補強材の上下両側に開先に相当する隙間が生じるため、その隙間を利用して補強材を縦板に接合することができる。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る旋回フレーム構造の一実施形態を示したものである。

同図において、上部旋回体を支持している旋回フレームの中心となるセンターフレーム１は、その中央部に前後方向に配設される一対のセンタービーム２および３を有し、センタービーム２の右側には右サイドデッキ取付部４が、センタービーム３の左側には左サイドデッキ取付部５がそれぞれ水平方向に延設されている。

上記センターフレーム１には上部旋回体を旋回させるための旋回装置、エンジン、油圧ポンプ等が装着される。

上記センタービーム２，３の前部には凸状に隆起するアタッチメント取付部６および７が形成されており、そのアタッチメント取付部６および７に、作業アタッチメントのブーム基端部を連結するためのブーム取付ブラケット８，９が固定されている。なお、８ａおよび９ａはブームシリンダを連結するブームフットピンを挿入するためのブラケットであり、１０は左右のアタッチメント取付部６，７を接続している接続板である。

上記センタービーム２，３の後端部には図示しないカウンタウエイトを装着するためのカウンタウエイト支持部１１，１２が設けられている。

次に、センタービーム３を代表してその構成を説明する。

センタービーム３においてアタッチメント取付部７とカウンタウエイト支持部１２とを連絡している縦板１３は、アタッチメント取付部７から後方に向けて先下がりに傾斜しており、アタッチメント取付部７寄りに第一のアール部Ａ、カウンタウエイト支持部１２寄りに第二のアール部Ｂがそれぞれ形成されている。

二つのアール部Ａ，Ｂが形成されており、且つ後方に向けて傾斜している縦板１３の上縁線１３ａに沿って補強材１４が設けられている。

この補強材１４は、縦板１３と略同じ厚みを有するフラットバー（帯板鋼）からなり、縦板１３の上縁に沿わせた状態で縦板１３と平行に（前後方向から見て）配置され、縦板１３の外側側面に接合されるようになっている。

また、補強材１４の取り付けは、アタッチメント取付部７とカウンタウエイト支持部１２との間で設けられ、縦板１３の上縁線１３ａに沿うようにアール部Ａ，Ｂと同じアール部１４ａおよび１４ｂが形成されている。

上記アール部１４ａ，１４ｂは補強板１４をその幅方向に折り曲げ加工することによって形成することができる。

また、補強材１４のアタッチメント取付部7側の端部は平面から見てくさび状に形成されており、縦板１３に対して段差を持たずに接合されるようになっている。

図２は縦板１３と補強材１４との接合状態を示したものである。

縦板１３と補強材１４の上面を同じ高さにして接合する場合、両板１３，１４の上部接合面に開先加工を施してＶ形溝１５を形成し、そのＶ形溝１５に溶着金属１６を埋めて接合する。なお、補強材１４の下部については縦板１３と補強材１４の段差を利用して隅肉溶接される。

また、補強材１４の上面は必ずしも縦板１３の上面と一致させる必要はなく、縦板１３の上縁１３ａに沿って設けられるのであれば図３に示すように、縦板１３に対し若干下方にずらせた状態で接合してもよい。

このように縦板１３と補強材１４とをずらせて配置すると、縦板１３に対して補強材１４の厚み分の段差ができるため、この段差を利用して縦板１３に対し補強材１４を隅肉溶接によって接合することができる。この場合、両板１３，１４に開先を設ける必要がなく、センタービーム３の組み立て工程を短縮することができるという利点がある。

図４は従来構成のセンターフレームと本実施形態によるセンターフレームとで応力分布を比較したものである。

同図(ａ)はセンターフレームの機械中心Ｃから測定ポイントの距離を例示したものであり、側面図で示されたセンターフレームは、従来構成のものである。

同図(ｂ)は機械中心Ｃからの距離に応じて発生する応力をグラフで示したものであり、横軸は機械中心Ｃからの距離、縦軸はセンターフレーム上に発生する引張応力を示している。なお、センタービーム２，３の後端部にはカウンタウエイトの重量に相当する荷重を作用させている。

上記グラフにおいて特性Ｌ１は従来のセンターフレームにおける応力分布を示しており、特性Ｌ２は本実施形態のセンターフレームによる応力分布を示している。

特性Ｌ１に示されるように、従来のセンターフレームでは機械中心Ｃからの距離ｌ１と距離ｌ２でそれぞれ局部応力が発生している。以下の説明では機械中心Ｃから距離ｌ１で発生するものを第一の局部応力Ｐ１と呼び、距離ｌ２で発生するものを第二の局部応力Ｐ２と呼ぶ。

特性Ｌ１において第一の局部応力Ｐ１は、縦板１３の上縁に溶接された背板１３ｂの前側端部１３ｃで発生している。これはその前側端部１３ｃと縦板１３上縁との間に背板厚み分の段差が発生していることに起因していると思われる。また、接合される背板１３ｂと縦板１３において板厚に差異がある場合も応力集中が起こりやすい。

一方、第二の局部応力Ｐ２はカウンタウエイトを搭載することによってセンタービーム３に必然的に発生する応力である。

これに対し、本実施形態のセンターフレームによる特性Ｌ２では第二の局部応力Ｐ１と同じ部位で局部応力Ｐ３が現れるが、第一の局部応力Ｐ１が発生した部位では応力値は明らかに低く（グラフ中、Ｐ４参照）、アタッチメント取付部７寄りの部位では局部応力の発生しないことが確認された。

従来のセンターフレーム構造で、上記第一の局部応力Ｐ１を抑制すべく、縦板１３に背板１３ｂ厚み分の切欠きを設け、背板１３ｂを段差なく接合したものもあるが、この場合、背板１３ｂと縦板１３のカーブを一致させて接合する困難さに加え、さらに縦板１３に切欠きを設けなければならず工程も増えることになる。

本実施形態のセンターフレーム構造では、縦板１３の上縁に背板１３ｂを取り付けず、その代わりに縦板１３の上縁形状に沿って形成された補強材１４（図１参照）を、縦板１３の側面に平行な状態で接合している。それにより、上記した複雑な切欠き加工、繁雑な接合を行わずして局部応力の発生を抑制することができる。

図５は、補強部材１４の変形例を示したものである。

センタービーム２，３の剛性をさらに高める必要がある場合には、縦板１３の両側面に補強部材１４を接合することもできる。

この場合、縦板１３の内側に接合される補強部材１４′についても図２に示したように、両板１３，１４′の上部接合面に開先加工を施してＶ形溝１５′を形成し、そのＶ形溝１５に溶着金属１６を埋めて接合する。なお、図３に示したように縦板１３に対して補強部材１４′を若干下方にずらせて接合することもできる。

図６および図７は補強部材１４のさらに別の変形例を示したものである。

図６に示すセンターフレーム構造では中実の丸棒からなる補強部材２０を縦板１３の上縁に沿わせた状態で接合している。

この補強部材２０は縦板１３の上縁線１３ａに沿って曲げ加工が施され、縦板１３とその縦板１３の側面に当接された補強部材２０との間に生じる隙間に溶着金属１６を埋めて接合する。したがってこの構成では縦板１３、補強部材２０ともに開先を設ける必要がない。

図７に示すセンターフレーム構造では角パイプからなる補強部材２１を縦板１３の上縁に沿わせた状態で接合している。

この補強部材２１は縦板１３の上縁線１３ａに沿って上下方向に曲げ加工が施され、縦板１３とその縦板１３の側面に当接された補強部材２１との間に生じる隙間に溶着金属１６を埋めて接合する。したがってこの構成においても縦板１３、補強部材２１ともに開先を設ける必要がない。

本発明に係る旋回フレーム構造を示す斜視図である。本発明の補強部材の接合状態を示す説明図である。本発明の補強部材の別の接合状態を示す説明図である。 (ａ)は機械中心からの測定距離を示す説明図、(ｂ)は従来のセンターフレーム構造による応力分布と本発明のセンターフレーム構造による応力分布とを比較したグラフである。本発明の補強部材の変形例を示す説明図である。本発明の補強部材の別の変形例を示す説明図である。本発明の補強部材のさらに別の変形例を示す説明図である。従来の旋回フレーム構造を示す斜視図である。

１センターフレーム
２,３センタービーム
４右サイドデッキ取付部
５左サイドデッキ取付部
６,７アタッチメント取付部
８,９ブーム取付ブラケット
１０接続板
１１,１２カウンタウエイト支持部
１３縦板
１３ａ上縁線
１３ｂ背板
１３ｃ端部
１４補強材
１５Ｖ字溝
１６溶着金属
２０補強部材
２１補強部材

Claims

底板の中央部に一対のセンタービームが配置され、各センタービームには、前部にアタッチメント取付部、後部にカウンタウエイト支持部がそれぞれ形成されるとともに、上記アタッチメント取付部と上記カウンタウエイト支持部とを連絡している縦板が設けられた旋回フレーム構造において、上記縦板を補強する補強材を備え、この補強材は、
(Ａ)上記縦板の上縁線に合わせて形成されるとともに、上記アタッチメント取付部側の端部が、縦板側面に段差無く接合されるように平面から見てくさび状に形成され、
(Ｂ)上記アタッチメント取付部と上記カウンタウエイト支持部との間で、上記縦板の上縁に沿う状態で縦板の少なくともいずれか一方の側面に溶接された
ことを特徴とする旋回フレーム構造。
上記補強材が、上記縦板と平行に配置され上記縦板の上縁線に合わせて形成された帯板鋼からなることを特徴とする請求項１載の旋回フレーム構造。
上記補強材が、上記縦板の上縁線に合わせて曲げ加工された棒状部材からなることを特徴とする請求項１記載の旋回フレーム構造。