CN104768691B

CN104768691B - 焊接构造及作业机械

Info

Publication number: CN104768691B
Application number: CN201380002310.0A
Authority: CN
Inventors: 恒吉刚
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: EP2921248A4; US10047499B2; CN104768691A; EP2921248A1; WO2014077094A1; US20160273189A1; JP2014097513A; JP5875077B2; KR20150080963A

Abstract

本发明提供一种焊接构造，能够根据作用于长尺寸部件的主导性荷载的种类而恰当地协调将长尺寸部件固定在母材上的一方的间断焊接与将板状部件固定在长尺寸部件上的另一方的间断焊接的关系。在作为母材的机身架（21）上，通过一方的间断焊接（42a、42b、42c）而固定有作为长尺寸部件的梁部件（41）的下方的长边缘。在梁部件（41）的上方的长边缘上，通过另一方的间断焊接（44a、44b、44c）而固定有作为板状部件的顶板（43）。在对梁部件（41）主导性地作用将顶板（43）扭转的荷载的区域中，适用将间断焊接（42a、42c）和间断焊接（44a、44c）以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部（Wpar），在对梁部件（41）从顶板（43）主导性地作用弯曲荷载的区域中，适用将间断焊接（42b）和间断焊接（44b）以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部（Wzig）。

Description

焊接构造及作业机械

技术领域

本发明涉及在间断焊接的构造中具有特征的焊接构造、以及使用该焊接构造的作业机械。

背景技术

通常，在角焊等中，适当地选择使用连续焊接和间断焊接，该连续焊接通过对一系列的焊接部位连续地进行焊接而得到较高的焊接强度，该间断焊接为了谋求加工费的削减和热应变的减轻而对一系列的焊接部位间断地进行焊接。

作为该间断焊接，公知有对材料的一侧和另一侧并列（或并行）地进行间断焊接的并列焊接（或并列间断焊接）、和对材料的一侧和另一侧以彼此交错状进行间断焊接的交错焊接（例如，参照专利文献1～4）。

现有技术文献：

专利文献1：日本实开昭62-50192号公报

专利文献2：日本特开平1-180784号公报

专利文献3：日本特开平2-46979号公报

专利文献4：日本专利第2583710号公报

发明内容

以往，并不明确并列焊接和交错焊接更适合于何种荷载，因此，在例如图9所示的液压挖掘机的机身构造物中，通常使梁部件2的下边缘相对于上部旋转体的机身架1的间断焊接、和冷却单元安装板等顶板3相对于梁部件2的上边缘的间断焊接为以并列焊接的形式焊接的并列焊接部4，但是，本发明的发明人发现，仅通过这样的单一的间断焊接，存在因作用于梁部件2的主导性荷载的种类不同而不适合的情况。

本发明鉴于该情况而研发的，其目的在于提供一种焊接构造及使用该焊接构造的作业机械，该焊接构造能够根据作用于长尺寸部件的主导性荷载的种类来恰当地协调将长尺寸部件固定在母材上的一方的间断焊接与将板状部件固定在长尺寸部件上的另一方的间断焊接的关系。

技术方案1所述的发明为一种焊接构造，具有：母材；长尺寸部件，该长尺寸部件具有两个长边缘，通过一方的间断焊接将一个长边缘固定在母材上；和板状部件，该板状部件通过另一方的间断焊接而固定在长尺寸部件的另一个长边缘上，所述焊接构造具有：并列焊接部，其在对长尺寸部件主导性地作用将板状部件扭转的荷载的区域中，将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以并列焊接的形式焊接；和交错焊接部，其在从板状部件对长尺寸部件主导性地作用弯曲荷载的区域中，将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以交错焊接的形式焊接。

技术方案2所述的发明为，在技术方案1所述的焊接构造中，并列焊接部及交错焊接部混用于一个长尺寸部件。

技术方案3所述的发明为一种作业机械，具有机身和搭载在机身上的作业装置及搭载设备，机身具有技术方案1或2所述的焊接构造，所述作业机械还具有：作为母材的机身架；焊接在机身架上的作为长尺寸部件的梁部件；和焊接在梁部件上的作为板状部件的顶板，顶板在与梁部件沿水平方向隔开间隔的位置具有安装搭载设备的安装部。

发明效果

根据技术方案1所述的发明，能够提供一种焊接构造，该焊接构造将长尺寸部件的一个长边缘通过一方的间断焊接而固定在母材上，将板状部件通过另一方的间断焊接而固定在长尺寸部件的另一个长边缘上，此时，对将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部、以及将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部进行选择，在对长尺寸部件主导性地作用将板状部件扭转的荷载的区域中选择并列焊接部，由此能够与交错焊接部的情况相比减少在长尺寸部件上产生的应力，并且，在对长尺寸部件从板状部件主导性地作用弯曲荷载的区域中选择交错焊接部，由此能够与并列焊接部的情况相比减少在长尺寸部件上产生的应力，从而能够根据作用于长尺寸部件的主导性荷载的种类而恰当地协调间断焊接的形式，能够相对地谋求构造强度的增大。

根据技术方案2所述的发明，能够提供一种焊接构造，该焊接构造使并列焊接部和交错焊接部混用于一个长尺寸部件，在对长尺寸部件主导性地作用将板状部件扭转的荷载的区域中选择并列焊接部，由此能够与交错焊接部的情况相比减少在长尺寸部件上产生的应力，并且，在对长尺寸部件从板状部件主导性地作用弯曲荷载的区域中选择交错焊接部，由此能够与并列焊接部的情况相比减少在长尺寸部件上产生的应力，从而能够根据因长尺寸部件的部位而不同的主导性荷载的种类来恰当地协调一方的间断焊接与另一方的间断焊接的关系，与在长尺寸部件的整体长度范围内使用共同形式的间断焊接的情况相比，相对地谋求构造强度的增大。

根据技术方案3所述的发明，能够提供一种作业机械，在作业机械中的搭载有作业装置及搭载设备的机身的焊接构造中，将梁部件的一个长边缘通过一方的间断焊接而固定在机身架上，将设有搭载设备的安装部的顶板通过另一方的间断焊接而固定在梁部件的另一个长边缘上，此时，对将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部、以及将一方的间断焊接与另一方的间断焊接以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部进行选择，在对梁部件主导性地作用将顶板扭转的荷载的区域中选择并列焊接部，由此能够与交错焊接部的情况相比减少在梁部件上产生的应力，并且，在对梁部件从顶板主导性地作用弯曲荷载的区域中选择交错焊接部，由此能够与并列焊接部的情况相比减少在梁部件上产生的应力，从而能够根据作用于梁部件的主导性荷载的种类而恰当地协调间断焊接的形式，能够相对地谋求构造强度的增大。

附图说明

图1是表示本发明的焊接构造的一个实施方式的立体图。

图2是上述焊接构造的主视图。

图3的（a）是用于说明上述焊接构造中的并列焊接的间断焊接构造模型图，图3的（b）是用于说明上述焊接构造中的交错焊接的间断焊接构造模型图。

图4示出对上述焊接构造的长尺寸部件作用有将板状部件扭转的荷载的情况下的相同荷载下的应力比较例，图4的（a）是用于说明主导性地作用有上述扭转荷载的情况的立体模型图，图4的（b）是表示在并列焊接的长尺寸部件上作用有上述扭转荷载的情况下的应力分布的说明图，图4的（c）是表示在交错焊接的长尺寸部件上作用有上述扭转荷载的情况下的应力分布的说明图。

图5示出对上述焊接构造的长尺寸部件从板状部件作用有垂直的弯曲荷载的情况下的相同荷载下的应力比较例，图5的（a）是用于说明主导性地作用有上述弯曲荷载的情况的立体模型图，图5的（b）是表示在并列焊接的长尺寸部件上作用有上述弯曲荷载的情况下的应力分布的说明图，图5的（c）是表示在交错焊接的长尺寸部件上作用有上述弯曲荷载的情况下的应力分布的说明图。

图6是表示本发明的作业机械的一个实施方式的侧视图。

图7是表示上述作业机械的机身构造物的一例的立体图。

图8是表示搭载在上述作业机械的机身构造物上的主要设备的配置的俯视图。

图9是表示以往的间断焊接例的机身构造物的剖视图。

具体实施方式

以下，基于图1至图8所示的一个实施方式详细说明本发明。

图6示出作为本发明的作业机械的液压挖掘机11，具有机身12和搭载在该机身12上的作业装置13。

机身12具有下部行驶体14、和以能够相对于该下部行驶体14旋转的方式设置的上部旋转体15，在上部旋转体15上，在作业装置13的基础上，还搭载有形成操作员的驾驶室的舱室16、动力装置17及配重18等。

作业装置13中，动臂13bm的基端转动自如地轴支承在上部旋转体15上，斗杆13st的基端转动自如地轴支承在该动臂13bm的前端，铲斗13bk转动自如地轴支承在该斗杆13st的前端，这些动臂13bm、斗杆13st、铲斗13bk分别通过动臂液压缸13bmc、斗杆液压缸13stc及铲斗液压缸13bkc而转动。

图7示出上部旋转体15的主要的机身构造物，具有：配置并焊接在作为母材的机身架21的中央部上的I型截面构造的一对主轨道22及位于这些主轨道22的延长位置上的作业装置安装托架23；配置在作业装置安装托架23的一侧部的箱型截面构造的油箱搭载部24；配置在油箱搭载部24的前方的箱型截面构造的控制阀搭载部25；隔着作业装置安装托架23而配置在相反侧的箱型截面构造的多个舱室搭载部26；和配置在舱室搭载部26的后方的箱型截面构造的冷却单元搭载部27。

如图8所示，在主轨道22上配置有发动机31，在该发动机31的侧方隔着防火壁32而配置有由发动机31驱动的液压回路用主泵33及先导泵34，在油箱搭载部24上搭载有燃料箱35及液压回路用工作油油箱36，在控制阀搭载部25上搭载有液压回路控制用的控制阀37，在舱室搭载部26上搭载有上述舱室16，在冷却单元搭载部27上，与由发动机31驱动的冷却风扇38相对地搭载有将散热器、油冷却器及后冷却器等一体化的作为搭载设备的冷却单元39。

图1及图2示出上部旋转体15的机身构造物中的冷却单元搭载部27的焊接构造，其中，梁部件41作为具有两个长边缘的长尺寸部件，梁部件41的一个（下方）长边缘通过一方的间断焊接42a、42b、42c而固定在作为母材的机身架21上，另外，在该梁部件41的另一个（上方）长边缘上，通过另一方的间断焊接44a、44b、44c而固定有作为板状部件的顶板43。

如图1所示，顶板43在沿水平方向与梁部件41隔开间隔的位置，具有用于安装作为搭载设备的冷却单元39的、作为安装部的安装孔45、46、47、48。

通过这些安装孔45、46、47、48的位置，尤其通过安装孔45、46的位置，如图2所示那样划分成区域Atwi和区域Aben，其中，在区域Atwi对梁部件41主导性地作用有将顶板43扭转的荷载，在区域Aben该扭转荷载的影响较弱而相对地从顶板43对梁部件41主导性地作用有弯曲荷载。

在上述焊接构造中，在对梁部件41主导性地作用有将顶板43扭转的荷载的区域Atwi中，作为焊接接头适用了将一方的间断焊接42a、42c和另一方的间断焊接44a、44c以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部Wpar，另外，在对梁部件41从顶板43主导性地作用有弯曲荷载的区域Aben中，作为焊接接头适用了将一方的间断焊接42b和另一方的间断焊接44b以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部Wzig。

这些图1及图2是使并列焊接部Wpar及交错焊接部Wzig混用于作为一个长尺寸部件的梁部件41的例子，但是，在例如油箱搭载部24、控制阀搭载部25及冷却单元搭载部27等中的多个长尺寸部件所具有的多个焊接区域的范围内，在使并列焊接部和交错焊接部分散的情况下也能够适用本发明。

接下来，图3的（a）是表示将一方（下方）的间断焊接42和另一方（上方）的间断焊接44以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部Wpar的、梁部件41par的间断焊接构造模型，图3的（b）是表示将一方（下方）的间断焊接42和另一方（上方）的间断焊接44以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部Wzig的、梁部件41zig的间断焊接构造模型。

而且，在如图4的（a）所示那样对梁部件41主导性地作用有将顶板43扭转的荷载Ltwi的荷载模式中，若使上述扭转荷载Ltwi作用于并列焊接的梁部件41par，则呈图4的（b）所示的应力分布，另外，若使相同的扭转荷载Ltwi作用于交错焊接的梁部件41zig，则呈图4的（c）所示的应力分布。在图4的（b）及（c）中，四方块内的网眼越细密表示越高的应力范围，相同的网眼表示相同的应力范围。

若比较该图4的（b）和（c）所示的对梁部件41作用有将顶板43扭转的荷载Ltwi的情况下的相同荷载下的应力分布，则在图4的（b）的并列焊接的梁部件41par上产生的应力是在图4的（c）的交错焊接的梁部件41zig上产生的应力的大约85%，即，在对梁部件41主导性地作用有将顶板43扭转的荷载Ltwi的区域中，并列焊接的梁部件41par所承受的负担是交错焊接的梁部件41zig所承受的负担的大约85%，换言之，在谋求增大相对于扭转荷载Ltwi的构造强度的方面，并列焊接部Wpar的梁部件41par更为优异。

此外，根据焊接部件的厚度的组合和间断焊接的间隔等，应力的百分比会发生变化，因此，本应力比较例中的大约85%仅为一例。

而且，在如图5的（a）所示那样对梁部件41主导性地作用有与梁部件41垂直的弯曲荷载Lben的荷载模式中，若使上述弯曲荷载Lben作用于并列焊接的梁部件41par，则呈图5的（b）所示的应力分布，另外，若使相同的弯曲荷载Lben作用于交错焊接的梁部件41zig，则呈图5的（c）所示的应力分布。在图5的（b）及（c）中，四方块内的网眼越细密表示越高的应力范围，相同的网眼表示相同的应力范围。

若比较该图5的（b）和（c）所示的对梁部件41作用有弯曲荷载Lben的情况下的相同荷载下的应力分布，则在图5的（c）的交错焊接的梁部件41zig上产生的应力是在图5的（b）的并列焊接的梁部件41par上产生的应力的大约90%，即，在对梁部件41主导性地作用有垂直的弯曲荷载Lben的区域中，交错焊接的梁部件41zig所承受的负担是并列焊接的梁部件41par所承受的负担的大约90%，换言之，在谋求增大相对于弯曲荷载Lben的构造强度的方面，交错焊接部Wzig的梁部件41zig更为优异。此外，本应力比较例中的大约90%仅为一例。

根据这些结果，在作为作业机械的液压挖掘机11中的搭载有作业装置13及冷却单元39等搭载设备的机身12的焊接构造中，如图1及图2所示，在使将一方的间断焊接42a、42c和另一方的间断焊接44a、44c以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部Wpar、以及将一方的间断焊接42b和另一方的间断焊接44b以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部Wzig混用于一个梁部件41的情况下，在对梁部件41主导性地作用有将顶板43扭转的荷载的区域Atwi中，选择并列焊接部Wpar，由此能够与交错焊接部Wzig的情况相比减少在梁部件41上产生的应力，并且，在对梁部件41从顶板43主导性地作用有弯曲荷载的区域Aben中，选择交错焊接部Wzig，由此能够与并列焊接部Wpar的情况相比减少在梁部件41上产生的应力，从而能够根据因梁部件41的部位不同而不同的主导性荷载的种类来适当地协调一方的间断焊接42a、42b、42c与另一方的间断焊接44a、44b、44c的关系，与在梁部件41的整体长度范围内使用共同形式的间断焊接的情况相比相对地谋求构造强度的增大。

另外，在作为母材的机身架21上，通过一方的间断焊接42a、42b、42c而固定有作为长尺寸部件的梁部件41的一个长边缘，在梁部件41的另一个长边缘上，通过另一方的间断焊接44a、44b、44c而固定有作为板状部件的顶板43，其中，在该顶板43上设有作为搭载设备的冷却单元39等的安装部，此时，对如图3的（a）所示那样将一方的间断焊接42和另一方的间断焊接44以并列焊接的形式焊接而成的并列焊接部Wpar、以及如图3的（b）所示那样将一方的间断焊接42和另一方的间断焊接44以交错焊接的形式焊接而成的交错焊接部Wzig进行选择，在如图4所示那样对梁部件41主导性地作用有将顶板43扭转的荷载Ltwi的区域中，选择并列焊接部Wpar，由此能够与在交错焊接部Wzig的梁部件41zig上产生的应力相比，减少在该并列焊接部Wpar的梁部件41par上产生的应力，并且，在如图5所示那样对梁部件41主导性地作用有弯曲荷载Lben的区域中，选择交错焊接部Wzig，由此能够与在并列焊接部Wpar的梁部件41par上产生的应力相比，减少在该交错焊接部Wzig的梁部件41zig上产生的应力，从而能够根据作用于梁部件41的主导性荷载Ltwi、Lben的种类而恰当地协调间断荷载的形式，能够提供相对地谋求构造强度的增大的焊接构造及作业机械。

而且，与连续焊接相比，当然能够通过间断焊接来谋求加工费的削减和热应变的减轻。

接下来，本发明的焊接构造并不限定于箱型截面构造的冷却单元搭载部27，例如也能够同样地适用于箱型截面构造的油箱搭载部24和控制阀搭载部25等。

在这些油箱搭载部24和控制阀搭载部25中，也与冷却单元搭载部27同样地采用如下焊接构造：在作为母材的机身架21上通过一方的间断焊接而固定有具有两个长边缘的长尺寸部件的一个长边缘，在长尺寸部件的另一个长边缘上通过另一方的间断焊接而固定有板状部件，但是，在对长尺寸部件主导性地作用有将板状部件扭转的荷载的区域中，将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以并列焊接的形式焊接，在对长尺寸部件主导性地作用有弯曲荷载的区域中，将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以交错焊接的形式焊接。

此时，在各搭载部24、25的各长尺寸部件内，在因部位不同而作用的主导性荷载的种类不同的情况下，能够根据该荷载而恰当地混用并列焊接部Wpar和交错焊接部Wzig，从而能够提供一种与在长尺寸部件的整体长度范围内使用共同形式的间断焊接的情况相比相对地谋求构造强度的增大的焊接构造。另外，在各搭载部24、25彼此之间，在按各长尺寸部件而主要作用的主导性荷载的种类不同的情况下，能够按该各长尺寸部件根据荷载使并列焊接部Wpar和交错焊接部Wzig恰当地分散，从而与在全部长尺寸部件上使用共同形式的间断焊接的情况相比谋求构造强度的增大。

此外，本发明的作业机械并不限定于旋转型的液压挖掘机11，也能够适用于非旋转型的在机身架上具有作业装置的其他作业机械，例如，推土机和轮式装载机等。

工业实用性

本发明对于从事焊接构造物及作业机械的制造、销售或租赁等的企业者来说具有工业实用性。

附图标记说明

11 作为作业机械的液压挖掘机

12 机身

13 作业装置

21 作为母材的机身架

39 作为搭载设备的冷却单元

41 作为长尺寸部件的梁部件

42a、42b、42c 一方的间断焊接

43 作为板状部件的顶板

44a、44b、44c 另一方的间断焊接

45～48 作为搭载设备的安装部的安装孔

Ltwi 扭转荷载

Atwi 主导性地作用扭转荷载的区域

Wpar 并列焊接部

Lben 弯曲荷载

Aben 主导性地作用弯曲荷载的区域

Wzig 交错焊接部

Claims

1.一种焊接构造，具有：

母材；

长尺寸部件，该长尺寸部件具有两个长边缘，通过一方的间断焊接将一个长边缘固定在母材上；和

板状部件，该板状部件通过另一方的间断焊接而固定在长尺寸部件的另一个长边缘上，所述焊接构造的特征在于，具有：

并列焊接部，其在将板状部件扭转的荷载主导性地对长尺寸部件作用的区域中，将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以并列焊接的形式焊接；和

交错焊接部，其在从板状部件对长尺寸部件主导性地作用弯曲荷载的区域中，将一方的间断焊接和另一方的间断焊接以交错焊接的形式焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接构造，其特征在于，并列焊接部及交错焊接部混用于一个长尺寸部件。

3.一种作业机械，具有机身和搭载在机身上的作业装置及搭载设备，其特征在于，

机身具有权利要求1或2所述的焊接构造，

所述作业机械还具有：

作为母材的机身架；

焊接在机身架上的作为长尺寸部件的梁部件；和

焊接在梁部件上的作为板状部件的顶板，

顶板在与梁部件沿水平方向隔开间隔的位置具有安装搭载设备的安装部。