JP2011106145A - 建設機械の旋回構造 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができるようにする。
【解決手段】補強部材２２で、旋回ベアリング５のアウターレース３が鉛直方向の上側へ変形するのを抑制する。補強部材２２は、ブーム１５を起伏させるブームシリンダ１４が枢着されるウエブ９の下方に位置するように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ショベルやクレーン等の建設機械の旋回構造に関する。

ショベルやクレーン等の建設機械において、上部旋回体は、旋回ベアリングを介して下部走行体上に旋回自在に支持されている。旋回ベアリングは、下部走行体に固定された環状のインナーレースと、上部旋回体に固定され、複数のボールを介してインナーレースの外周面に内周面が旋回自在に内接されたアウターレースとを有しており、旋回ベアリングの上面には、旋回フレームが旋回自在に搭載されている。

特許文献１には、上部旋回体の指示柱の各々に設けられた軸受の外周面を、下部走行体に設けられた円筒部の内周面に内接させることにより、旋回軸受に存在する隙間に起因して上部旋回体が前傾することによるガタ量を低減させた建設機械の旋回装置が開示されている。

また、特許文献２には、下部走行体に設けられ、上面に旋回ベアリングが取り付けられたセンタフレームを構成する下面板、上面板、丸胴およびリブを適正な板厚にすることにより、軽量、低コストで応力集中のない構造を実現したセンタフレームの旋回支持装置が開示されている。

また、特許文献３には、上部旋回体のベースフレームの底板の下面にアウターレースを固設する際に、ベースフレーム上に固設された、ブームシリンダやブームが枢着されるウエブの位置を回避しなくても、アウターレースの取付強度を十分に確保することができる建設機械の旋回装置が開示されている。

特開平７−２７９１９８号公報 特開２００２−３８５２２号公報 特開２００４−２４４９４５号公報

ところで、ショベルやクレーン等の建設機械においては、旋回フレームの構造強度の向上に伴って、コストが増加し、燃費が低下し、環境負荷が増大し、走行時の動安定性が低下するという問題がある。

本発明の目的は、建設機械のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることが可能な建設機械の旋回構造を提供することである。

本発明における建設機械の旋回構造は、自走式の下部走行体の上に設けられた上部旋回体を旋回自在に支持する建設機械の旋回構造であって、前記下部走行体に固定された環状のインナーレースと、前記上部旋回体に固定され、複数のボールを介して前記インナーレースの外周面に内周面が旋回自在に内接されたアウターレースと、を有する旋回ベアリングと、前記アウターレースが鉛直方向の上側へ変形するのを抑制する補強部材と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、アウターレースには、鉛直方向の上側に引き上げられ、半径方向の外側に向かって広げられるような変形が生じるのであるが、補強部材が、アウターレースの鉛直方向上側への変形を抑制しているので、旋回ベアリングの剛性が向上する。これにより、上部旋回体を構成する旋回フレームに発生する応力が低減するので、旋回フレームを軽量化することができる。よって、建設機械のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造において、前記アウターレースが、前記上部旋回体と前記補強部材とで狭持されていてよい。上記の構成によれば、アウターレースが上部旋回体と補強部材とで狭持されているので、アウターレースが鉛直方向の上側へ変形するのが好適に抑制される。これにより、旋回ベアリングの剛性を好適に向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造は、自走式の下部走行体の上に設けられた上部旋回体を旋回自在に支持する建設機械の旋回構造であって、前記下部走行体に固定された環状のインナーレースと、前記上部旋回体に固定され、複数のボールを介して前記インナーレースの外周面に内周面が旋回自在に内接されたアウターレースと、を有する旋回ベアリングと、前記アウターレースが半径方向の外側へ変形するのを抑制する補強部材と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、アウターレースには、鉛直方向の上側に引き上げられ、半径方向の外側に向かって広げられるような変形が生じるのであるが、補強部材が、アウターレースの半径方向外側への変形を抑制しているので、旋回ベアリングの剛性が向上する。これにより、上部旋回体を構成する旋回フレームに発生する応力が低減するので、旋回フレームを軽量化することができる。よって、建設機械のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造において、前記補強部材は、前記アウターレースを前記半径方向の内側に付勢していてよい。上記の構成によれば、補強部材がアウターレースを半径方向の内側に付勢しているので、アウターレースが半径方向の外側へ変形するのが好適に抑制される。これにより、旋回ベアリングの剛性を好適に向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造において、前記上部旋回体は、起伏自在なブームと、前記ブームを起伏させるシリンダと、前記シリンダが枢着される側板と、を有しており、前記補強部材は、前記側板の下方に位置するように設けられていてよい。上記の構成によれば、ブームを起伏させるシリンダが枢着される側板の周りには大きな応力が発生するので、アウターレースにおける側板の下方に位置する部分が最も大きく変形するのであるが、補強部材を側板の下方に位置するように設けて、アウターレースにおける側板の下方に位置する部分の変形を抑制することによって、重量増加を最小限に抑えながら、旋回ベアリングの剛性を好適に向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造は、自走式の下部走行体の上に設けられた上部旋回体を旋回自在に支持する建設機械の旋回構造であって、前記下部走行体に固定された環状のインナーレースと、前記上部旋回体に固定され、複数のボールを介して前記インナーレースの外周に旋回自在に嵌合されたアウターレースと、を有する旋回ベアリングを有し、前記アウターレースは、特定部分の半径方向の厚みが他の部分の半径方向の厚みよりも厚くされていることを特徴とする。

上記の構成によれば、アウターレースには、鉛直方向の上側に引き上げられ、半径方向の外側に向かって広げられるような変形が生じるのであるが、アウターレースの特定部分の半径方向の厚みを他の部分の半径方向の厚みよりも厚くすることによって、アウターレースの特定部分が鉛直方向の上側へ変形するのを抑制することができる。これにより、旋回ベアリングの剛性が向上し、上部旋回体を構成する旋回フレームに発生する応力が低減するので、旋回フレームを軽量化することができる。よって、建設機械のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造において、前記上部旋回体は、起伏自在なブームと、前記ブームを起伏させるシリンダと、前記シリンダが枢着される側板と、を有しており、前記特定部分は、前記側板の下方に位置していてよい。上記の構成によれば、ブームを起伏させるシリンダが枢着される側板の周りには大きな応力が発生するので、アウターレースにおける側板の下方に位置する部分が最も大きく変形するのであるが、この部分を、他の部分よりも半径方向の厚みが厚い特定部分として、特定部分の変形を抑制することによって、重量増加を最小限に抑えながら、旋回ベアリングの剛性を好適に向上させることができる。

また、本発明における建設機械の旋回構造において、前記上部旋回体は、前記側板を複数有しており、前記特定部分は、各側板の下方の位置を跨ぐように設けられていてよい。上記の構成によれば、アウターレースにおいて、他の部分よりも半径方向の厚みが厚い特定部分が、各側板の下方の位置を跨ぐように設けられているので、アウターレースにおける各側板の下方に位置する部分の変形を更に好適に抑制することができる。

本発明の建設機械の旋回構造によると、旋回ベアリングの剛性が向上し、上部旋回体を構成する旋回フレームに発生する応力が低減するので、旋回フレームを軽量化することができる。よって、建設機械のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

旋回構造を有する油圧ショベルの概略側面図である。 旋回構造の概略断面図である。 旋回構造の解析モデル図である。 応力低減効果を示す図である。 旋回構造の概略断面図である。 旋回構造の概略底面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
（油圧ショベルの機械的構成）
本発明の第１実施形態による建設機械の旋回構造１は、図１に示すように、油圧ショベル１０に設けられている。なお、本実施形態においては、旋回構造１が油圧ショベル１０に設けられているものとして説明するが、旋回構造１は、油圧式クレーン等の建設機械に設けられていてよい。

油圧ショベル１０は、履帯走行式の下部走行体１１と、旋回構造１を介して下部走行体１１の上に設けられ、垂直軸心回りに旋回する上部旋回体１２とを有している。旋回構造１については後述する。

上部旋回体１２を構成する旋回フレームの前部には、ブームシリンダ１４を介して起伏自在に設けられたブーム１５が枢着されている。ブーム１５の先端部には、アームシリンダ１６を介して起伏自在に設けられたアーム１７が枢着されている。アーム１７の先端部には、バケットシリンダ１８を介して起伏自在に設けられたバケット１９が枢着されている。

（旋回構造の構成）
旋回構造１は、図２、図３に示すように、下部走行体１１に固定された環状のインナーレース２と、上部旋回体１２に固定された環状のアウターレース３と、を有する旋回ベアリング５を有している。

インナーレース２は、下部走行体１１のトラックフレーム（図示せず）上に立設された丸胴（図示せず）の上端部に固設された取付フレーム６上に、ボルト締め等により取り付けられている。インナーレース２の内周面には、内歯ギヤ（図示せず）が設けられており、この内歯ギヤには、上部旋回体１２に固設されたモータ（図示せず）のピニオン（図示せず）が噛合されている。

アウターレース３は、複数のボール４を介してインナーレース２の外周面に内周面が旋回自在に内接されている。アウターレース３は、上部旋回体１２の旋回フレーム７の底板７ａの下面に当接され、アウターレース３を貫通するボルト８により旋回フレーム７に取り付けられている。モータの駆動によりピニオンが回動されると、アウターレース３はインナーレース２を中心に旋回する。これにより、旋回フレーム７が旋回し、上部旋回体１２が旋回することになる。

旋回フレーム７の底板７ａ上には、ブーム１５及びブーム１５を起伏させるブームシリンダ（シリンダ）１４が枢着されるウエブ（側板）９が設けられている。ブームシリンダ１４の下端部（シリンダフット）が枢着されるウエブ９の周りには大きな応力が発生する。

また、旋回構造１は、アウターレース３の下側であって、ウエブ９の下方に位置する箇所に、補強部材２２を有している。この補強部材２２は、アウターレース３の下面に当接されて、アウターレース３及び補強部材２２を貫通するボルト８によって、アウターレース３を介して旋回フレーム７に取り付けられている。これにより、アウターレース３におけるウエブ９の下方に位置する部分は、旋回フレーム７と補強部材２２とで狭持されている。

ここで、ウエブ９から伝達される掘削力により、アウターレース３には、鉛直方向の上側に引き上げられ、半径方向の外側に向かって広げられるような変形が生じる。しかし、アウターレース３におけるウエブ９の下方に位置する部分が、旋回フレーム７と補強部材２２とで狭持されているので、アウターレース３におけるウエブ９の下方に位置する部分において、鉛直方向の上側への変形が抑制される。したがって、アウターレース３におけるウエブ９の下方に位置する部分において、半径方向の外側への変形も抑制される。

このように、補強部材２２が、アウターレース３の鉛直方向上側への変形を抑制しているので、旋回ベアリング５の剛性が向上する。これにより、上部旋回体１２を構成する旋回フレーム７に発生する応力が低減するので、旋回フレーム７を軽量化することができる。よって、油圧ショベル１０のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

また、アウターレース３が上部旋回体１２と補強部材２２とで狭持されているので、アウターレース３が鉛直方向の上側へ変形するのが好適に抑制される。これにより、旋回ベアリング５の剛性を好適に向上させることができる。

また、ブーム１５を起伏させるブームシリンダ１４が枢着されるウエブ９の周りには大きな応力が発生するので、アウターレース３におけるウエブ９の下方に位置する部分が最も大きく変形するのであるが、補強部材２２をウエブ９の下方に位置するように設けて、アウターレース３におけるウエブ９の下方に位置する部分の変形を抑制することによって、補強部材をアウターレース３の全周にわたって設けるのに比べて重量増加を最小限に抑えながら、旋回ベアリング５の剛性を好適に向上させることができる。

（シミュレーション）
補強部材２２をウエブ９の下方に位置するように設けた場合のシミュレーション結果を図４に示す。上側の一対のウエブ９ａ・９ａには、ブーム１５の下端部（ブームフット）が枢着される。下側の一対のウエブ９ｂ・９ｂおよび一対のウエブ９ｃ・９ｃには、ブーム１５の両側にそれぞれ位置するブームシリンダ１４のシリンダフットがそれぞれ枢着される。

シリンダフットが枢着される一対のウエブ９ｂ・９ｂの各々に測定箇所Ａ，Ｂを設けるとともに、上側のウエブ９ａと下側のウエブ９ｂとの間に位置し、応力が発生し易い箇所に測定箇所Ｃを設けて、それぞれの測定箇所における応力を求めた。シミュレーション結果から、測定箇所Ａ，Ｂ，Ｃの各々において発生する応力、即ち、シリンダフット周りの応力（計算値）が実験値よりも低減していることがわかる。

［第２実施形態］
（旋回構造の構成）
次に、本発明の第２実施形態による旋回構造２１について、図５を用いて説明する。第２実施形態による旋回構造２１が、第１実施形態による旋回構造１と異なる点は、収縮時にアウターレース３を半径方向の内側に付勢する伸縮可能な補強部材２３を有している点である。

補強部材２３は、アウターレース３の下側であって、ウエブ９の下方に位置する箇所に設けられており、アウターレース３の外周面に当接する当接部２３ａを有している。補強部材２３は、バケット１９による掘削時に収縮される。このとき、当接部２３ａにより、アウターレース３は半径方向の内側へ付勢される。これにより、アウターレース３は、ウエブ９から伝達される掘削力に対して、半径方向の外側への変形が抑制される。一方、補強部材２３は、上部旋回体１２の旋回時に伸長される。このとき、当接部２３ａによるアウターレース３への付勢が解除される。これにより、アウターレース３は、インナーレース２を中心に好適に旋回する。このような補強部材２３は、伸縮可能な部材であればよく、油圧ジャッキや熱収縮する形状記憶合金であってよい。

このように、掘削時に、補強部材２３が、アウターレース３の半径方向外側への変形を抑制しているので、旋回ベアリング５の剛性が向上する。これにより、上部旋回体１２を構成する旋回フレーム７に発生する応力が低減するので、旋回フレーム７を軽量化することができる。よって、油圧ショベル１０のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

また、掘削時に、補強部材２３がアウターレース３を半径方向の内側に付勢しているので、アウターレース３が半径方向の外側へ変形するのが好適に抑制される。これにより、旋回ベアリング５の剛性を好適に向上させることができる。

また、補強部材２３は伸縮可能であるので、補強部材２３を収縮させれば、アウターレース３を半径方向の内側に付勢することができる一方、補強部材２３を伸長させれば、インナーレース２を中心にアウターレース３を好適に旋回させることができる。

その他の構成は、第１実施形態と同じであるので、その説明を省略する。

［第３実施形態］
（旋回構造の構成）
次に、本発明の第３実施形態による旋回構造３１について、図６を用いて説明する。図６は、旋回ベアリング３５及び上部旋回体１２を下方から見た図であり、旋回ベアリング３５が有するアウターレース３３と、上部旋回体１２が有するウエブ９のみを図示している。第３実施形態による旋回構造３１が、第１実施形態による旋回構造１と異なる点は、アウターレース３３の特定部分３３ａの半径方向の厚みが、他の部分の半径方向の厚みよりも厚くされている点である。

アウターレース３３の特定部分３３ａは、２つのウエブ９・９の下方に位置しており、各ウエブ９・９の下方の位置を跨ぐように設けられている。特定部分３３ａは、他の部分に比べて半径方向の厚みが厚いので、ウエブ９からの掘削力が伝達されても、鉛直方向の上側へ変形し難い。したがって、特定部分３３ａは、半径方向の外側へも変形し難い。

このように、アウターレース３３の特定部分３３ａの半径方向の厚みを他の部分の半径方向の厚みよりも厚くすることによって、アウターレース３３の特定部分３３ａが鉛直方向の上側へ変形するのを抑制することができる。これにより、旋回ベアリング３５の剛性が向上し、上部旋回体１２を構成する旋回フレーム７に発生する応力が低減するので、旋回フレーム７を軽量化することができる。よって、油圧ショベル１０のコストを削減し、燃費を向上させ、環境負荷を低減させ、走行時の動安定性を向上させることができる。

また、ブーム１５を起伏させるブームシリンダ１４が枢着されるウエブ９の周りには大きな応力が発生するので、アウターレース３３におけるウエブ９の下方に位置する部分が最も大きく変形するのであるが、この部分を、他の部分よりも半径方向の厚みが厚い特定部分３３ａとして、特定部分３３ａの変形を抑制することによって、アウターレース３３の全周にわたって半径方向の厚みを厚くするのに比べて重量増加を最小限に抑えながら、旋回ベアリング３５の剛性を好適に向上させることができる。

また、アウターレース３３において、他の部分よりも半径方向の厚みが厚い特定部分３３ａが、各ウエブ９・９の下方の位置を跨ぐように設けられているので、アウターレース３３における各ウエブ９・９の下方に位置する部分の変形を更に好適に抑制することができる。

その他の構成は、第１実施形態と同じであるので、その説明を省略する。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、第１実施形態および第２実施形態において、補強部材２２，２３はウエブ９の下方に位置するように設けられているが、補強部材２２，２３はアウターレース３の全周にわたって設けられていてもよい。

また、第３実施形態において、アウターレース３３は、ウエブ９の下方に位置する特定部分３３ａの半径方向の厚みのみが厚くされているが、アウターレース３３は、全周にわたって半径方向の厚みが厚くされていてもよい。

また、第３実施形態において、特定部分３３ａは２つのウエブ９・９の下方の位置を跨ぐように設けられているが、特定部分３３ａは各ウエブ９の下方にそれぞれ設けられていてもよい。

１，２１，３１ 建設機械の旋回構造
２ インナーレース
３，３３ アウターレース
４ ボール
５，３５ 旋回ベアリング
６ 取付フレーム
７ 旋回フレーム
８ ボルト
９ ウエブ（側板）
１０ 油圧ショベル
１１ 下部走行体
１２ 上部旋回体
１４ ブームシリンダ（シリンダ）
１５ ブーム
２２，２３ 補強部材

Claims (8)

1. 自走式の下部走行体の上に設けられた上部旋回体を旋回自在に支持する建設機械の旋回構造であって、
   前記下部走行体に固定された環状のインナーレースと、
   前記上部旋回体に固定され、複数のボールを介して前記インナーレースの外周面に内周面が旋回自在に内接されたアウターレースと、
   を有する旋回ベアリングと、
   前記アウターレースが鉛直方向の上側へ変形するのを抑制する補強部材と、
   を有することを特徴とする建設機械の旋回構造。
2. 前記アウターレースが、前記上部旋回体と前記補強部材とで狭持されていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の旋回構造。
3. 自走式の下部走行体の上に設けられた上部旋回体を旋回自在に支持する建設機械の旋回構造であって、
   前記下部走行体に固定された環状のインナーレースと、
   前記上部旋回体に固定され、複数のボールを介して前記インナーレースの外周面に内周面が旋回自在に内接されたアウターレースと、
   を有する旋回ベアリングと、
   前記アウターレースが半径方向の外側へ変形するのを抑制する補強部材と、
   を有することを特徴とする建設機械の旋回構造。
4. 前記補強部材は、前記アウターレースを前記半径方向の内側に付勢していることを特徴とする請求項３に記載の建設機械の旋回構造。
5. 前記上部旋回体は、
   起伏自在なブームと、
   前記ブームを起伏させるシリンダと、
   前記シリンダが枢着される側板と、
   を有しており、
   前記補強部材は、前記側板の下方に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の旋回構造。
6. 自走式の下部走行体の上に設けられた上部旋回体を旋回自在に支持する建設機械の旋回構造であって、
   前記下部走行体に固定された環状のインナーレースと、
   前記上部旋回体に固定され、複数のボールを介して前記インナーレースの外周に旋回自在に嵌合されたアウターレースと、
   を有する旋回ベアリングを有し、
   前記アウターレースは、特定部分の半径方向の厚みが他の部分の半径方向の厚みよりも厚くされていることを特徴とする建設機械の旋回構造。
7. 前記上部旋回体は、
   起伏自在なブームと、
   前記ブームを起伏させるシリンダと、
   前記シリンダが枢着される側板と、
   を有しており、
   前記特定部分は、前記側板の下方に位置していることを特徴とする請求項６に記載の建設機械の旋回構造。
8. 前記上部旋回体は、前記側板を複数有しており、
   前記特定部分は、各側板の下方の位置を跨ぐように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の建設機械の旋回構造。