JP2005145210A - 建設機械と、建設機械のトラックフレーム及びトラックフレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】丸胴自体の強度を低下させることなく応力集中を緩和できる建設機械を提供する。
【解決手段】建設機械に設けられたトラックフレーム４のセンタフレーム４ａに下部が固着された丸胴４ｃの外周面に、第１湾曲部５ａと、第１湾曲部５ａに連続する第２湾曲部５ｂ及び第２湾曲部５ｂに連続する第３湾曲部５ｃとからなる凹湾曲部５を形成したもので、凹湾曲部５のＲを大きくできるため、丸胴４ｃとセンタフレーム４ａの溶接部に集中する応力を緩和することができ、これによって過大な集中応力により溶接部に亀裂が発生したり、溶接部より丸胴４ｃが破損するのを未然に防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、走行体にサイドフレームを備えた油圧ショベルのような建設機械と、建設機械のトラックフレーム及びトラックフレームの製造方法に関する。

油圧ショベルのような建設機械は、自走自在な走行体上に、旋回装置を介して旋回体が旋回自在に設置されており、旋回体に作業機や運転室、動力用エンジンを収容したエンジン室が設置された構成となっている。
また走行体は、センタフレームと、その両側に設けられた一対のサイドフレームよりなるトラックフレームを有していて、センタフレーム上に旋回装置を介して旋回体が設置されており、サイドフレームの前後に設けられたアイドラとスプロケットの間に履帯が捲装されている。

旋回装置は、センタフレーム上に固着された円筒体よりなる丸胴の上部に設置されていて、丸胴の上部に固着された内輪と、内輪の外周部にローラベアリングを介して回転自在に支承された外輪とから構成されていて、外輪が旋回体の底部に固着されている。
内輪は内周面に内歯ギヤが形成されていて、旋回体側に設置された旋回モータの回転軸に取り付けられたピニオンが内歯ギヤと噛合されており、旋回モータによりピニオンを回転駆動することにより、走行体に対して旋回体を旋回できるようになっている。

一方前記構成された建設機械では、旋回体に設けられた作業機により掘削作業等を行うことが多いが、掘削時作業機に作用する掘削反力は、走行体に対して旋回体を支持するトラックフレームの丸胴部に集中的に作用する。
このため岩盤掘削等の過酷な条件下における作業時には、トラックフレームの丸胴部分に過大な応力が発生し、特にセンタフレームと丸胴の溶接部分にこの過大な応力が集中的に作用するため、従来では肉盛溶接によりセンタフレームと丸胴の溶接部分の強度を高める等の対策をしている。
しかしこの肉盛溶接は、溶接が複数行程に及ぶため、作業に多くの工数を必要とする問題がある。

かかる問題を解決するため、丸胴の外周面を凹湾曲状に切り欠くことにより、丸胴の下端部に局部的に応力が集中するのを防止した建設機械のトラックフレームが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−７１７８５号公報

しかし前記特許文献１に記載のトラックフレームでは、丸胴の外周面に形成された凹湾曲部の湾曲がセンタフレームの上面からすでに始まっているため、凹湾曲部のＲを大きくとれない問題がある。
すなわち凹湾曲部は、Ｒが大きくなるほど応力が分散されるため、局部的に集中する応力の分散が図れるが、前記特許文献１のように凹湾曲部のＲを大きく取れないものでは、集中応力の緩和が図れない問題がある。

また前記特許文献１に記載のトラックフレームで凹湾曲部のＲを大きくとろうとすると、丸胴をより多く肉そぎしなければならないため、切削加工に手間がかかって加工工数が増大し、製作コストが上がると同時に、丸胴自体の肉厚が薄くなるため、丸胴の強度が低下し、過大な応力に対して丸胴自体が破損したり、寿命が早期に低下する等の問題が発生する。

本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、丸胴自体の強度を低下させることなく応力集中を緩和できる建設機械と、建設機械のトラックフレーム及びトラックフレームの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の建設機械は、トラックフレームを備えた走行体上に旋回体が旋回自在に設けられた建設機械において、トラックフレームのセンタフレームに下部が固着された丸胴の外周面に、第１湾曲部と、第１湾曲部に連続する第２湾曲部及び第２湾曲部に連続する第３湾曲部とからなる凹湾曲部を形成したものである。

前記構成により、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて凹湾曲部のＲを大きくできるため、作業中に発生した掘削反力により丸胴に過大な応力が作用しても、丸胴とセンタフレームの溶接部に集中する応力を緩和することができ、これによって過大な集中応力により溶接部に亀裂が発生したり、溶接部より丸胴が破損するのを未然に防止することができる。
また凹湾曲部のＲを大きくすることにより丸胴の切削量を少なくできるため、加工工数の低減によるコストの削減が図れる上、丸胴の肉厚が従来のものに比べて増加するため、丸胴自体の強度や剛性が高くなり、これによって寿命も向上する。

本発明の建設機械は第１湾曲部を、丸胴の下端部に突設されたフランジの上面を丸胴の半径方向へ順次高くなる直線によりテーパ状に切削することにより形成したものである。

前記構成により、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて切削加工が容易になるため、加工コストの削減が図れるようになる。

本発明の建設機械は第１湾曲部を緩い曲線により形成し、前記第１湾曲部に連続して前記丸胴をＲ状に切削することにより第２湾曲部を形成したものである。

前記構成により、第１湾曲部と第２湾曲部を滑らかに連続させることができるため、集中応力の分散がさらに確実に行える。

本発明の建設機械は第３湾曲部を、第２湾曲部に連続する直線または緩い曲線により丸胴の外周面に達するよう切削することにより形成したものである。

前記構成により、第２湾曲部から丸胴外周までの切削加工が容易になるため、加工コストの削減が図れるようになる。

本発明の建設機械のトラックフレームは、トラックフレームを備えた走行体上に旋回体が旋回自在に設けられた建設機械において、トラックフレームのセンタフレームに下部が固着された丸胴の外周面に、第１湾曲部と、第１湾曲部に連続する第２湾曲部及び第２湾曲部に連続する第３湾曲部とからなる凹湾曲部を形成したものである。

前記構成により、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて凹湾曲部のＲを大きくできるため、作業中に発生した掘削反力により丸胴に過大な応力が作用しても、丸胴とセンタフレームの溶接部に集中する応力を緩和することができ、これによって過大な集中応力により溶接部に亀裂が発生したり、溶接部より丸胴が破損するのを未然に防止することができる。
また凹湾曲部のＲを大きくすることにより丸胴の切削量を少なくできるため、加工工数の低減によるコストの削減が図れる上、丸胴の肉厚が従来のものに比べて増加するため、丸胴自体の強度や剛性が高くなり、これによって寿命も向上する。

本発明の建設機械のトラックフレームは、第１湾曲部を丸胴の下端部に突設されたフランジの上面を丸胴の半径方向へ順次高くなる直線によりテーパ状に切削することにより形成しものである。

前記構成により、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて切削加工が容易になるため、加工コストの削減が図れるようになる。

本発明の建設機械のトラックフレームは、第１湾曲部を緩い曲線により形成し、第１湾曲部に連続して丸胴をＲ状に切削することにより第２湾曲部を形成したものである。

前記構成により、第１湾曲部と第２湾曲部を滑らかに連続させることができるため、集中応力の分散がさらに確実に行える。

本発明の建設機械のトラックフレームは、第４湾曲部を第３湾曲部に連続する直線または緩い曲線により丸胴の外周面に達するよう切削することにより形成したものである。

前記構成により、第３湾曲部から丸胴外周までの切削加工が容易になるため、加工コストの削減が図れるようになる。

本発明の建設機械のトラックフレーム製造方法は、トラックフレームを備えた走行体上に旋回体が旋回自在に設けられた建設機械のトラックフレーム製造方法において、トラックフレームのセンタフレームに、丸胴の下部に突設されたフランジを溶接する工程と、フランジ上面を丸胴の半径方向へ順次高くなる直線または緩い曲線によりテーパ状に切削することにより第１湾曲部を形成する工程と、第１湾曲部に連続するよう丸胴をＲ状に切削することにより第２湾曲部を形成する工程と、第２湾曲部に連続する直線または緩い曲線により丸胴の外周面に達するよう丸胴を切削することにより第３湾曲部を形成する工程とからなる。

前記方法により、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて切削加工が容易になるため、加工コストの削減が図れると共に、凹湾曲部のＲを大きくすることにより丸胴の切削量を少なくできるため、加工工数の低減によるコストの削減が図れる上、丸胴の肉厚が従来のものに比べて増加するため、丸胴自体の強度や剛性が高くなり、これによって寿命も向上する。
また前記製造方法により得られたトラックフレームは、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて凹湾曲部のＲを大きくできるため、作業中に発生した掘削反力により丸胴に過大な応力が作用しても、丸胴とセンタフレームの溶接部に集中する応力を緩和することができ、これによって過大な集中応力により溶接部に亀裂が発生したり、溶接部より丸胴が破損するのを未然に防止することができる。

本発明の建設機械によれば、丸胴とセンタフレームの溶接部から凹湾曲部のＲが始まる従来のトラックフレームに比べて切削加工が容易になるため、加工コストの削減が図れると共に、凹湾曲部のＲを大きくすることにより丸胴の切削量を少なくできるため、加工工数の低減によるコストの削減が図れる上、丸胴の肉厚が従来のものに比べて増加するため、丸胴自体の強度や剛性が高くなり、これによって寿命も向上する。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は油圧ショベルの側面図、図２は作業機を取り外した状態の油圧ショベルの正面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は丸胴に形成された凹湾曲部の拡大断面図である。
図１に示す油圧ショベルは、自走自在な走行体１と、走行体１上に旋回装置２を介して旋回自在に設置された旋回体３とよりなる。
走行体１は、センタフレーム４ａと、その両側に互に平行するよう設けられた一対のサイドフレーム４ｂよりなるトラックフレーム４を有していて、各サイドフレーム４ｂの一端側にはアイドラ６が前後移動自在に支承されており、他端側には油圧モータよりなる走行モータ７により回転駆動されるスプロケット８が設けられている。
アイドラ６とスプロケット８の間には無端状の履帯９が捲装されていて、この履帯９をスプロケット８で駆動することにより、走行体１が自走できるようになっていると共に、サイドフレーム４ｂの上下部には、複数の転輪１０が回転自在に支承されている。

トラックフレーム４のセンタフレーム４ａ上に旋回装置２を介して旋回自在に設置された旋回体３は、底部が車体フレーム４ａにより構成されていて、この車体フレーム４ａの前部中央に作業機１１が装着されている。
作業機１１は図１に示すように、基端が車体フレーム３ａに枢着され、ブームシリンダ１２により起伏自在なブーム１３と、ブーム１３の先端に基端側が枢着され、アームシリンダ１４により回動自在なアーム１５と、アーム１５の先端に枢着され、バケットシリンダ１６により回動自在なバケット１７とより構成されている。
車体フレーム３ａの前部には、作業機１１の側方に運転室１８が設置され、車体フレーム３ａの後部には、ボンネットカバー１９ａにより覆われたエンジン室１９が設置されていて、このエンジン室１９内に動力用のエンジン（図示せず）が収容されており、車体フレーム３ａの後端にはカウンタウエイト２０が取り付けられている。

一方走行体１と旋回体３の間に設置された旋回装置２は、トラックフレーム４の丸胴４ｃ上に設けられている。
トラックフレーム４の丸胴４ｃは、鋼板や鋳鋼により円筒状に形成されていて、トラックフレーム４のセンタフレーム４ａ上に次のように固着されている。
丸胴４ｃの下端部には、図３に示すように外周側へ突出するフランジ４ｄが形成されており、フランジ４ｄの外周面がセンタフレーム４ａの上面中央に開口された開口部４ｅの内周面に溶接されている。
フランジ４ｄの外周側の肉厚ｔは、センタフレーム４ａの上面板４ｆとほぼ同一となっていて、上面板４ｆの上面に連続するフランジ４ｄの上面は、丸胴４ｃの半径方向に向かって角度α１で順次高くなるよう傾斜する直線よりなる第１湾曲部５ａが形成されている。

この第１湾曲部５ａは、丸胴４ｃとセンタフレーム４ａの溶接部に応力が集中することを抑制するために丸胴４ｃの外周面に形成された凹湾曲部５の一部を構成するもので、この第１湾曲部５ａを設けることにより、凹湾曲部５全体のＲを大きくできると同時に、Ｒを大きくしても、丸胴４ｃ下部の肉厚が減少しないようになっている。
そして第１湾曲部５ａの上端は、凹湾曲部５全体のＲを構成する第２湾曲部５ｂの下端に連続しており、第２湾曲部５ｂの上端は、直線または緩い曲線よりなる第３湾曲部５ｃの下端に連続している。
第３湾曲部５ｃの上端は丸胴４ｃの外周面に達していて、丸胴４ｃの外周面に対して角度α２で丸胴４ｃの外周面に連続しており、第１、第２、第３湾曲部５ａ、５ｂ、５ｃにより形成された凹湾曲部５は、図３の実線で示すように直線と曲線の組み合わせ、もしくは緩い曲線と曲線の組み合わせによって全体が構成されている。
なお比較のため従来（特許文献１）の凹湾曲部を仮想線で示す。

一方丸胴４ｃ上に設けられた旋回装置２は、丸胴４ｃ上面に固着具２ｅにより固着された内輪２ａを有しており、内輪２ａの外周面には、全周に亘って環状の支持部２ｂが突設されていて、この支持部２ｂに複数のローラよりなるローラベアリング２ｃを介して外輪２ｄが回転自在に支承されている。
外輪２ｄは固着具２ｆにより旋回体３の車体フレーム３ａ底面に固着されていると共に、内輪２ａの内周面には内歯ギヤ２ｇが形成されていて、旋回体３側に設置された旋回モータの回転軸に取り付けられたピニオン（ともに図示せず）がこの内歯ギヤ２ｇに噛合されており、旋回モータによりピニオンを回転駆動することにより、走行体１に対して旋回体３が旋回されるようになっている。

次に前記構成された建設機械の作用を説明する。
走行体１を構成するトラックフレーム４の製作に当たっては、センタフレーム４ａの中央部に丸胴４ｃを、そして両側にサイドフレーム４ｂを溶接することによりトラックフレーム４全体を製作するが、センタフレーム４ａに丸胴４ｃを溶接した後、丸胴４ｃの外周面に凹湾曲部５を切削加工する。
凹湾曲部５は前述したように第１、第２、第３湾曲部５ａ、５ｂ、５ｃにより構成されていて、これら第１、第２、第３湾曲部５ａ、５ｂ、５ｃは、数値（ＮＣ）制御される縦型旋盤等の工作機械を使用して高精度で切削加工しているが、切削する順番は、まず直線よりなる第１湾曲部５ａを切削し、次に第１湾曲部５ａを基準に第２、第３湾曲部５ｂ、５ｃを順次切削加工していくが、切削順位はこれに限定されることはない。

また丸胴４ｃの強度を低下させることなく凹湾曲部５のＲを大きくするためにも最も重要な丸胴４ｃ下部のフランジ４ｄ上面の傾斜角度α１を設けて、第１湾曲部５ａと第２湾曲部５ｂの間を滑らかに接続している。
これによって従来のトラックフレーム（特許文献１）に比べて、丸胴４ｃの肉厚を増加させることができる。
さらに凹湾曲部５の応力の集中を抑制するため、第１、第２、第３湾曲部５ａ、５ｂ、５ｃを切削加工した後、凹湾曲部５全体を研摩して、表面粗度の改善を図っている。

以上のようにして製作したトラックフレーム４を使用した建設機械の作業時の作用を次に説明する。
油圧ショベルのような建設機械は、主として掘削作業を行うことが多いが、岩盤掘削や岩盤破砕のような過酷な作業等を行う場合には、過大な掘削反力が作業機１１に加わることがある。
作業機１１に加わった過大な掘削反力は、旋回装置２を介して旋回体３を支持するトラックフレーム４の丸胴４ｃに作用する。
このため丸胴４ｃとセンタフレーム４ａの溶接部に応力が集中して発生することになるが、丸胴４ｃの下部側外周面には、溶接部に集中する応力を分散する凹湾曲部５が予め切削加工されている。
この凹湾曲部５は、丸胴４ｃの下端部に形成されたフランジ４ｄの上面を、丸胴４ｃの半径方向に向かって順次高くなる傾斜面よりなる第１湾曲部５ａに、凹湾曲部５の主要部を構成するＲよりなる第２湾曲部５ｂを連続させて形成したことにより、従来のトラックフレームの丸胴に比べて凹湾曲部５全体のＲを大きくとることができる。
凹湾曲部５のＲを大きく取ることにより溶接部に集中する応力を分散させることができることは前述したが、これによって溶接部に応力が集中するのを緩和することができるため、集中応力により溶接部に亀裂が発生したり、溶接部が破損するのを未然に防止することができる。

また第１湾曲部５ａを設けることにより、第２湾曲部５ｂのＲを大きく形成しても、丸胴４ｃの特に最も過大な応力が発生する下部の肉厚が減少することがないため、丸胴４ｃの強度や剛性が低下することがなく、これによって過大な荷重により丸胴４ｃ自体が破損するのを防止することができる。

一方図５は、丸胴４ｃに形成する凹湾曲部５の変形例を示すもので、この変形例では、直線により形成された第１湾曲部５ａと第２湾曲部５ｂを滑らかに連続させるため、第１湾曲部５ａと第２湾曲部５ｂの間に、緩い曲線で形成された第４湾曲部５ｄを設けたもので、これによって、第１湾曲部５ａが直線により形成された傾斜面であっても、第１湾曲部５ａと第２湾曲部５ｂをより滑らかに連続させることができるため、更なる集中応力の緩和が図れるようになる。
また図６は、第１湾曲部５ａと第２湾曲部５ｂ及び第３湾曲部５ｃからなる凹湾曲部５の第１湾曲部５ａを緩い曲線Ｒ１で、そして第３湾曲部５ｃを緩い曲線Ｒ２で形成した変形例を示しており、図７は、第１湾曲部５ａと第２湾曲部５ｂ、第３湾曲部５ｃ及び第４湾曲部５ｄからなる凹湾曲部５の第１湾曲部５ａを緩い曲線Ｒ１で、そして第３湾曲部５ｃを緩い曲線Ｒ２で形成した変形例を示すもので、何れの変形例でも前記実施の形態と同様に、凹湾曲部５のＲを大きく取ることにより溶接部に集中する応力を分散させることができると共に、第２湾曲部５ｂのＲを大きく形成しても、丸胴４ｃの特に最も過大な応力が発生する下部の肉厚が減少することがないため、丸胴４ｃの強度や剛性が低下することがなく、これによって過大な荷重により丸胴４ｃ自体が破損するのを防止することができる効果が得られる。

本発明の建設機械及びトラックフレームは、油圧ショベルのみならず、センタフレーム及びサイドフレームよりなるトラックフレームを備えた走行体を有する建設機械全般に適用できるものである。

本発明の実施の形態になる建設機械の側面図である。 本発明の実施の形態になる建設機械の作業機を取り外した状態の正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。 本発明の実施の形態になる建設機械の丸胴に形成された凹湾曲部の拡大断面図である。 本発明の実施の形態になる建設機械の丸胴に形成された凹湾曲部の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態になる建設機械の丸胴に形成された凹湾曲部の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態になる建設機械の丸胴に形成された凹湾曲部の変形例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 走行体
３ 旋回体
４ トラックフレーム
４ａ センタフレーム
４ｃ 丸胴
４ｄ フランジ
５ 凹湾曲部
５ａ 第１湾曲部
５ｂ 第２湾曲部
５ｃ 第３湾曲部

Claims (9)

1. トラックフレームを備えた走行体上に旋回体が旋回自在に設けられた建設機械において、前記トラックフレームのセンタフレームに下部が固着された丸胴の外周面に、第１湾曲部と、前記第１湾曲部に連続する第２湾曲部及び前記第２湾曲部に連続する第３湾曲部とからなる凹湾曲部を形成したことを特徴とする建設機械。
2. 前記第１湾曲部は、前記丸胴の下端部に突設されたフランジの上面を、前記丸胴の半径方向へ順次高くなる直線よりテーパ状に切削することにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記第１湾曲部を緩い曲線により形成し、前記第１湾曲部に連続して前記丸胴をＲ状に切削することにより第２湾曲部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械。
4. 前記第３湾曲部は、前記第２湾曲部に連続する直線または緩い曲線により前記丸胴の外周面に達するよう切削することにより形成したことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の建設機械。
5. トラックフレームを備えた走行体上に旋回体が旋回自在に設けられた建設機械において、前記トラックフレームのセンタフレームに下部が固着された丸胴の外周面に、第１湾曲部と、前記第１湾曲部に連続する第２湾曲部及び前記第２湾曲部に連続する第３湾曲部とからなる凹湾曲部を形成したことを特徴とする建設機械のトラックフレーム。
6. 前記第１湾曲部は、前記丸胴の下端部に突設されたフランジの上面を、前記丸胴の半径方向へ順次高くなる直線によりテーパ状に切削することにより形成したことを特徴とする請求項５に記載の建設機械トラックフレーム。
7. 前記第１湾曲部を緩い曲線により形成し、前記第１湾曲部に連続して前記丸胴をＲ状に切削することにより第２湾曲部を形成したことを特徴とする請求項５または６に記載の建設機械のトラックフレーム。
8. 前記第３湾曲部は、前記第２湾曲部に連続する直線または緩い曲線により前記丸胴の外周面に達するよう切削することにより形成したことを特徴とする請求項５ないし７の何れかに記載の建設機械のトラックフレーム。
9. トラックフレームを備えた走行体上に旋回体が旋回自在に設けられた建設機械のトラックフレーム製造方法において、前記トラックフレームのセンタフレームに、丸胴の下部に突設されたフランジを溶接する工程と、前記フランジ上面を前記丸胴の半径方向へ順次高くなる直線または緩い曲線によりテーパ状に切削することにより第１湾曲部を形成する工程と、前記第１湾曲部に連続するよう前記丸胴をＲ状に切削することにより第２湾曲部を形成する工程と、前記第２湾曲部に連続する直線または緩い曲線により前記丸胴の外周面に達するよう前記丸胴を切削することにより第３湾曲部を形成する工程とを備えたことを特徴とする建設機械のトラックフレーム製造方法。
   

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