JP3193646B2 - 建設機械の旋回フレーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧ショベ
ル等の建設機械に用いて好適な建設機械の旋回フレーム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８および図９に従来技術による建設機
械として油圧ショベルを例に挙げて説明する。

【０００３】図において、１は下部走行体、２は該下部
走行体１上に旋回可能に設けられた上部旋回体で、該上
部旋回体２は図８に示す如く、骨組み構造体をなす旋回
フレーム３と、該旋回フレーム３上に搭載された運転室
４、機械室５およびカウンタウェイト６等とからなり、
該上部旋回体２の前部側には作業装置７が俯仰動可能に
設けられている。また、前記カウンタウェイト６は、後
述する各センタビーム１０，１１（旋回フレーム３）の
ブラケット部１０Ｂ，１１Ｂに取付けられ、上部旋回体
２は作業装置７との重量バランスをカウンタウェイト６
でとるようにしている。

【０００４】次に、前記旋回フレーム３について図９を
参照して詳述する。

【０００５】図中、８は旋回フレーム３のほぼ中央に設
けられたセンタフレームを示し、該センタフレーム８
は、下部走行体１に設けられた旋回装置（図示せず）と
の連結部を構成する底板９と、該底板９上に立設され、
前，後に伸長した左，右一対のセンタビーム１０，１１
等からなっている。そして、該底板９、センタビーム１
０，１１は鋼板材等からそれぞれ平板状に形成され、セ
ンタビーム１０，１１は下端側が底板９上に溶接等によ
り固着されている。また、該センタビーム１０，１１は
その前端側部位が作業装置７用の各ブラケット部１０
Ａ，１１Ａとなり、該各ブラケット部１０Ａ，１１Ａ間
には作業装置７の基端側等がピン結合されている。

【０００６】ここで、センタビーム１０，１１はその後
端側部位がカウンタウェイト６用の各ブラケット部１０
Ｂ，１１Ｂとなり、該各ブラケット部１０Ｂ，１１Ｂに
はボルト（図示せず）等を介してカウンタウェイト６が
一体に取付けられる。また、前記底板９は、センタビー
ム１０，１１との溶接位置から図９中で幅方向左向きに
延在した部位が延設板部９Ａとなり、該延設板部９Ａは
センタビーム１０，１１の長さ方向に沿って細長く延
び、後述の各張出しビーム１３，１４等に対する取付代
を構成している。

【０００７】１２はセンタフレーム８の底板９から前側
に張出した運転室４用の支持枠で、該支持枠１２は略Ｌ
字形状をなし、その一端側が底板９の延設板部９Ａに前
端側で溶接により固着されている。また、支持枠１２の
他端側は底板９よりも前方の位置で図９中の左方向に延
設され、その先端側は後述するサイドフレーム１７の前
端に接合されている。

【０００８】１３，１３は支持枠１２の後側に位置して
センタビーム１０側に前，後に離間して設けられた第１
の張出しビームで、該各張出しビーム１３は鋼板等の平
板材を略コ字状に折曲げることにより細長の梁体として
形成されている。そして、該各張出しビーム１３は、基
端側が底板９の延設板部９Ａおよびセンタビーム１０等
にそれぞれ溶接等により固着され、先端側は前記延設板
部９Ａから左向きに伸長して後述のサイドフレーム１７
に接合されている。

【０００９】１４，１４はセンタビーム１０の後部側で
前，後に離間して設けられた第２の張出しビームを示
し、該各張出しビーム１４は、鋼板等の平板材を略Ｌ字
状等に折曲げることにより前記各張出しビーム１３より
も全体的に細めの梁体として形成されている。そして、
該各張出しビーム１４はその基端側が底板９の延設板部
９Ａおよびセンタビーム１０等に溶接等の手段により固
着され、先端側は各張出しビーム１３とほぼ平行に伸長
してサイドフレーム１７に接合されている。

【００１０】１５，１５，…はセンタビーム１１の前，
後方向に互いに離間して設けられた第３の張出しビーム
を示し、該各張出しビーム１５は底板９側からそれぞれ
右向きに張出している。また、１６はセンタビーム１
０，１１のブラケット部１０Ｂ，１１Ｂから左，右に張
出した第４の張出しビームを示している。

【００１１】１７は前後方向に延びる左側のサイドフレ
ームを示し、該サイドフレーム１７は鋼板等からなる細
長の平板材を折曲げることにより、棒状に延びた中空の
梁体として形成され、溶接等で支持枠１２および各張出
しビーム１３，１４，１６の先端側に固着されている。
そして、サイドフレーム１７は、その前部側で支持枠１
２および各張出しビーム１３と共に運転室４等を下側か
ら支持し、後部側で各張出しビーム１４，１６と共に機
械室５等を下側から支持するものである。

【００１２】また、１８はサイドフレーム１７と平行と
なるように前後方向に延びた右側のサイドフレームを示
し、該サイドフレーム１８はサイドフレーム１７とほぼ
同様に形成され、各張出しビーム１５，１６の先端側に
固着されている。そして、該サイドフレーム１８は前記
サイドフレーム１７と同様に各張出しビーム１５，１６
と共に機械室５等を下側から支持するものである。

【００１３】そして、これらのサイドフレーム１７，１
８は、前記センタフレーム８および各張出しビーム１
３，１４，１５，１６等と共に骨組み構造体をなした旋
回フレーム３を構成している。

【００１４】このような従来技術では、下部走行体１に
より不整地な路面等を走行したり、作業装置７で土砂等
の掘削作業を行うようにしている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による旋回フレーム３では、比較的重量の大きな
カウンタウェイト６をセンタフレーム８の後端部側に突
設されたブラケット部１０Ｂ，１１Ｂを介して下側から
２箇所で支持する構成としてるから、例えば、路上走行
時等に外部からの衝撃や振動等がセンタフレーム８を介
してカウンタウェイト６に伝わると、このような衝撃、
振動等はカウンタウェイト６に対し前記ブラケット部１
０Ｂ，１１Ｂ側を支点とした慣性モーメントとなって作
用し、該カウンタウェイト６はこれらのブラケット部１
０Ｂ，１１Ｂ側を支点として図８中の矢示Ｒ，Ｒ方向に
大きくローリングするようになる。

【００１６】そして、カウンタウェイト６がこのような
「ローリング現象」を起こすと、センタフレーム８全体
に「捩れ」が生じ、この「捩れ」によってセンタフレー
ム８の振動が増幅される。この結果、該センタフレーム
８に設けた各張出しビーム１３，１４，１５，１６等と
共に、該各張出しビーム１３，１４上に設けた運転室４
を大きく振動させてしまい、該運転室４内での操縦安定
性や居住性等を損ねてしまうという問題がある。

【００１７】そこで、このような問題を解決するため
に、運転室４を支持する左側のサイドフレーム１７を大
きな断面形状をもって形成し、サイドフレームの高さ
（上下方向寸法）を大きくすることにより、該サイドフ
レーム１７全体の曲げ剛性を高め、前述したようなカウ
ンタウェイト６の「ローリング現象」等に起因してサイ
ドフレーム１７側で生じる振動等を小さく抑える方法が
検討されている。

【００１８】しかし、この場合にはサイドフレーム１７
の高さ寸法を大きくした分だけ、運転室４が旋回フレー
ム３上で高い位置に配設されるために、車高が全体とし
て高くなってしまい、油圧ショベルとしての高さ制限を
満たすのが難しくなる上に、必ずしも効果的には運転室
４の振動を低減できないという問題がある。

【００１９】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みて
なされたもので、本発明は運転室側を支持するサイドフ
レーム全体の剛性を高めることにより、走行時等にカウ
ンタの「ローリング現象」に起因して運転室側で振動等
が生じるのを効果的に抑えることができ、運転室内での
操縦安定性や居住性等を確実に向上できる上に、車両の
高さ制限等の問題も解消できるようにした建設機械の旋
回フレームを提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、左，右一対のセンタビームを有し、該
各センタビームの後端側がカウンタウェイト用のブラケ
ット部となったセンタフレームと、該センタフレームの
各センタビームから左，右に張出した複数本の張出しビ
ームと、前，後方向に延びて該各張出しビームの先端側
に接合された左，右のサイドフレームとからなる建設機
械の旋回フレームに適用される。

【００２１】そして、請求項１に記載の発明が採用する
構成の特徴は、前記各サイドフレームのうち一方のサイ
ドフレームは、前部側に位置し前記各張出しビームと共
に運転室を下側から支持する前側フレーム部と、該前側
フレーム部よりも後側に位置し前記カウンタウェイト側
に向けて後方に延びた後側フレーム部とからなり、該後
側フレーム部を前側フレーム部よりも高い曲げ剛性を有
するように断面形状を大きくする構成としたことにあ
る。

【００２２】このように構成することにより、前記サイ
ドフレームのうち前側フレーム部よりも断面形状を大き
くした後側フレーム部の曲げ剛性を確実に高めることが
できる。そして、路上走行時等にカウンタウェイトから
の振動が旋回フレームに伝わった場合でも、曲げ剛性の
高い後側フレーム部によりサイドフレーム全体の振動が
低減でき、運転室の振動を小さく抑えることができる。

【００２３】また、前側フレーム部の断面形状が後側フ
レーム部よりも小さくなるように、後側フレーム部の高
さ寸法を大きくし、前側フレーム部の高さ寸法を小さく
することにより、運転室を前側フレーム部上で低い位置
に配設することができ、運転室を含めた車両全体の車高
が制限値を越えてしまうのを防止することができる。

【００２４】さらに、請求項２に記載の発明では、前記
各張出しビームのうち、先端側が前記サイドフレームの
後側フレーム部に接合される少なくとも１本の張出しビ
ームを高い曲げ剛性を有するように断面形状を大きくす
る構成としている。

【００２５】これにより、前記張出しビームのうち断面
形状を大きくした張出しビームの曲げ剛性を前記サイド
フレームの後側フレーム部と共に高めることができ、サ
イドフレーム全体の振動をより一層低減することができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づき説明する。

【００２７】ここで、図１ないし図５は本発明の実施例
による旋回フレームを油圧ショベルに適用した場合を例
に挙げて示している。なお、本実施例では前述した図８
および図９に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符
号を付し、その説明を省略するものとする。

【００２８】図中、２１は前記従来技術で述べた旋回フ
レーム３に替えて下部走行体１上に旋回可能に設けられ
た旋回フレームを示し、該旋回フレーム２１は前記旋回
フレーム３とほぼ同様に構成され、底板９およびセンタ
ビーム１０，１１からなるセンタフレーム８、支持枠１
２、各張出しビーム１３，１４，１５，１６および右側
のサイドフレーム１８等を有している。しかし、該旋回
フレーム２１では、後述するように各張出しビーム１
３，１４，１５，１６の先端側に左側のサイドフレーム
２２が設けられ、該サイドフレーム２２とセンタビーム
１０との間には張出しビーム２３が設けられている点で
前記旋回フレーム３とは異なっている。

【００２９】２２は前記従来技術で述べた左側のサイド
フレーム１７に替えてセンタフレーム８の左側に設けら
れたサイドフレームを示し、該サイドフレーム２２は図
１ないし図３に示す如く、鋼板等からなる細長の平板材
を折曲げることにより前記サイドフレーム１７とほぼ同
様に加工されている。

【００３０】また、該サイドフレーム２２は、その前部
側が支持枠１２および各張出しビーム１３と共に運転室
４を下側から支持する前側フレーム部２２Ａとなり、後
部側は該前側フレーム部２２Ａの後側からカウンタウェ
イト６に向けて後方に延びた後側フレーム部２２Ｂとな
っている。そして、該後側フレーム部２２Ｂは機械室５
を各張出しビーム１５，２３等と共に下側から支持して
いる。

【００３１】ここで、前記各フレーム部２２Ａ，２２Ｂ
のうち前側フレーム部２２Ａは図４および図５に示す如
く、その断面形状が上下方向で小さくなるように高さ寸
法Ｌ1 をもって形成されている。しかし、前記後側フレ
ーム部２２Ｂは断面形状が上下方向で大きくなるよう
に、大なる寸法Ｌ2 （Ｌ2 ＞Ｌ1 ）をもって形成され、
前側フレーム部２２Ａと後側フレーム部２２Ｂとの間に
は段差部２２Ｃが形成されている。そして、サイドフレ
ーム２２は後側フレーム部２２Ｂの寸法Ｌ2 を前側フレ
ーム部２２Ａの高さ寸法Ｌ1 よりも一定寸法だけ大きく
することにより、後側フレーム部２２Ｂの上下方向に関
する曲げ剛性を前側フレーム部２２Ａよりも十分に高め
るようにしている。

【００３２】従って、図２に示すように、機械室５は前
記後側フレーム部２２Ｂが前側フレーム部２２Ａよりも
高くなった寸法差分（Ｌ2 −Ｌ1 ）だけ、例えば従来技
術の場合よりも後側フレーム部２２Ｂ上で若干高い位置
に配設されると共に、運転室４は前側フレーム部２２Ａ
上で従来技術の場合とほぼ同様の高さ位置に配設され
る。

【００３３】２３は運転室４よりも後側に位置してサイ
ドフレーム２２の後側フレーム部２２Ｂとセンタビーム
１０との間に設けた張出しビームで、該張出しビーム２
３は従来技術で述べた図９に示す各張出しビーム１４の
うち前側の張出しビーム１４に替えて、旋回フレーム２
１の一部をなすように設けられたものである。ここで、
該張出しビーム２３は鋼板等の高い剛性を有した平板材
を断面略コ字状に折曲げることにより、他の張出しビー
ム１４，１６等に比較して断面形状が大きくなるように
形成され、該張出しビーム２３は曲げ剛性を十分に高め
る構成になっている。そして、張出しビーム２３は、基
端側が底板９の延設板部９Ａ、センタビーム１０等に溶
接等で固着され、先端側はサイドフフレーム２２の後側
フレーム部２２Ｂに溶接等で固着されている。

【００３４】本実施例による油圧ショベルは上述の如き
構成を有するもので、その基本的作動については従来技
術によるものと格別差異はない。

【００３５】然るに本実施例では、旋回フレーム２１の
骨組みの一部をなすサイドフレーム２２のうち、機械室
５等を下側から支持する後側フレーム部２２Ｂの高さ寸
法Ｌ2 を、運転室４等を下側から支持する前側フレーム
部２２Ａの高さ寸法Ｌ1 よりも一定寸法だけ大きくする
ことにより、後側フレーム部２２Ｂの断面形状を前側フ
レーム部２２Ａよりも上下方向で大きくなるように構成
したから、前記後側フレーム部２２Ｂの断面二次モーメ
ント等を大きくでき、これにより後側フレーム部２２Ｂ
の上下方向に関する曲げ剛性を前側フレーム部２２Ａよ
りも確実に高めることができる。

【００３６】しかも、従来技術で述べた図９中の各張出
しビーム１４のうち前側の張出しビーム１４に替えて、
図１に示す如く断面形状が大きい張出しビーム２３を設
け、該張出しビーム２３の先端側をサイドフレーム２２
の後側フレーム部２２Ｂのうち、その前部側に溶接によ
り接合する構成としたから、サイドフレーム２２の後側
フレーム部２２Ｂ等をセンタビーム１０側に強固に接合
することができ、サイドフレーム２２の曲げ剛性を高め
ることができると共に、張出しビーム２３の曲げ剛性を
十分に高めることができる。

【００３７】この結果、例えば路上走行時等に外部から
の衝撃や振動等がカウンタウェイト６等に伝わり、カウ
ンタウェイト６が振動するような場合でも、このような
振動等がサイドフレーム２２の前側フレーム部２２Ａ等
に大きな振動となって伝わるのを防止でき、運転室４の
振動を効果的に低減することができる。

【００３８】本実施例による旋回フレーム２１を用いた
場合と従来技術による旋回フレーム３を用いた場合と
で、運転室４側で生じる振動特性を比較調査するための
実験を行い、図６および図７に示す如き実験結果を得る
ことができた。なお、図６に示す特性線は、図１中に仮
想線で示した運転室４の底側部４Ａにおける周波数ｆと
振動加速度α（振動の大きさに相当）との関係を表した
ものである。また、これと同様に図７に示す特性線は、
運転室４の上側部４Ｂにおける周波数ｆと振動加速度α
との関係を表したものである。さらに、該周波数ｆと振
動加速度αとは加速度計測装置等を用いることにより計
測している。

【００３９】ここで、図６中に実線で示す特性線Ａは、
本実施例の旋回フレーム２１を用いた場合の振動特性を
示し、図６中に点線で示す特性線Ｂは従来の旋回フレー
ム３を用いた場合のを示している。そして、これらの特
性線Ａ，Ｂからも明らかなように、周波数ｆが一定値の
周波数ｆ1 になると振動加速度αは増幅してそれぞれ最
大の加速度値α1 ，α2 となり、この場合には、加速度
値α1 が加速度値α2よりも約１１％程度減少すること
が分かった。

【００４０】また、図７中に実線で示す特性線Ｃは本実
施例の旋回フレーム２１を用いた場合の振動特性を示
し、図７中に点線で示す特性線Ｄは旋回フレーム３を用
いた場合のを示している。そして、これらの特性線Ｃ，
Ｄからも明らかなように、周波数ｆが一定値の周波数ｆ
2 になると振動加速度αは増幅してそれぞれ最大の加速
度値α3 ，α4 となり、この場合でも、加速度値α3 が
加速度値α4 よりも約２３％程度減少することが分かっ
た。

【００４１】従って本実施例では、旋回フレーム２１を
介して運転室４側に伝わる振動をサイドフレーム２１お
よび張出しビーム２３等により従来技術の場合と比べて
大幅に低減することができ、該運転室４内での振動をほ
とんどなくして操縦安定性や居住性等を確実に向上で
き、快適な運転環境等を維持することができる。

【００４２】しかも、運転室４側を支持する前側フレー
ム部２２Ａの断面形状を後側フレーム部２２Ｂよりも小
さくしているから、運転室４の高さ位置を従来技術の場
合とほぼ同様の高さ位置に配設することができる。そし
て、機械室５は後側フレーム部２２Ｂにより従来技術と
比べて若干高い位置に配設されるものの、該機械室５全
体の高さ寸法は運転室４よりも十分に小さく設定される
から、運転室４および機械室５を含めた当該油圧ショベ
ル全体の車高が制限値を越えて高くなるのを防止でき
る。

【００４３】なお、前記実施例では、サイドフレーム２
２のうち後側フレーム部２２Ｂの断面形状を高さ方向
（上下方向）にのみ大きくして形成するものとして述べ
たが、本発明はこれに限らず、例えば後側フレーム部２
２Ｂの幅寸法を左右方向に大きくして形成してもよく、
この場合には、後側サイドフレーム部２２Ｂの水平方向
に対する曲げ剛性を高めることができる。

【００４４】また、前記実施例では、従来技術で述べた
各張出しビーム１４のうち前側の張出しビーム１４のみ
を張出しビーム２３に替えるものとして述べたが、本発
明はこれに限らず、例えば後側の張出しビーム１４およ
び張出しビーム１６についてもこのような張出しビーム
２３により形成してもよい。

【００４５】さらに、前記実施例では、建設機械として
油圧ショベルを用いた場合を例に挙げて説明したが、本
発明はこれに限らず、例えば油圧クレーン等の種々の作
業機にも適用できるものである。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
れば、前記各サイドフレームのうちカウンタウェイト側
に向けて後方に延びた後側フレーム部の断面形状を、運
転室側を支持する前側フレーム部よりも大きくして形成
することにより、後側フレーム部の曲げ剛性を前側フレ
ーム部よりも高めるようにしたから、例えば路上走行時
等にカウンタウェイトから旋回フレームに伝わる振動
を、サイドフレームの後側フレーム部で抑えることがで
き、前側フレーム部にこの振動が伝わるのを防止できる
と共に、運転室の振動を効果的に低減でき、運転室内で
の操縦安定性や居住性等を確実に向上させ、快適な運転
環境等を維持することができる。

【００４７】しかも、運転室側を支持する前側フレーム
部の断面形状を小さくできるから、運転室の高さ位置を
従来技術の場合とほぼ同様の高さ位置に配設することが
でき、運転室を含めた当該油圧ショベル全体の車高が制
限値を越えて高くなるのを防止できる。

【００４８】また、請求項２に記載の発明では、各張出
しビームのうち、先端側が前記サイドフレームの後側フ
レーム部に接合される少なくとも１本の張出しビームを
高い曲げ剛性を有するように断面形状を大きくしたか
ら、断面形状を大きくした前記張出しビームの曲げ剛性
を前記サイドフレームの後側フレーム部と共に高めるこ
とができ、カウンタウェイトからの振動等に起因して運
転室が大きく振動するのをより確実に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による油圧ショベルに適用され
る旋回フレームを示す全体斜視図である。

【図２】図１中の旋回フレーム上に運転室、機械室およ
びカウンタウェイト等を搭載した状態を示す上部旋回体
の側面図である。

【図３】図１中の要部を拡大して示す斜視図である。

【図４】図３中の矢示IV−IV方向拡大断面図である。

【図５】図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向拡大断面図である。

【図６】運転室の上部側における振動特性を周波数と振
動加速度との関係で示す特性線図である。

【図７】運転室の下部側における振動特性を周波数と振
動加速度との関係で示す特性線図である。

【図８】従来技術による油圧ショベルを示す斜視図であ
る。

【図９】図８中の旋回フレームを拡大して示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

４ 運転室 ５ 機械室 ６ カウンタウェイト ８ センタフレーム １０，１１ センタビーム １０Ｂ，１１Ｂ ブラケット部 １３，１４，１５，１６，２３ 張出しビーム １８ サイドフレーム ２１ 旋回フレーム ２２ サイドフレーム ２２Ａ 前側フレーム部 ２２Ｂ 後側フレーム部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 9/08 - 9/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左，右一対のセンタビームを有し、該各
   センタビームの後端側がカウンタウェイト用のブラケッ
   ト部となったセンタフレームと、該センタフレームの各
   センタビームから左，右に張出した複数本の張出しビー
   ムと、前，後方向に延びて該各張出しビームの先端側に
   接合された左，右のサイドフレームとからなる建設機械
   の旋回フレームにおいて、 前記各サイドフレームのうち一方のサイドフレームは、
   前部側に位置し前記各張出しビームと共に運転室を下側
   から支持する前側フレーム部と、該前側フレーム部より
   も後側に位置し前記カウンタウェイト側に向けて後方に
   延びた後側フレーム部とからなり、該後側フレーム部は
   前側フレーム部よりも高い曲げ剛性を有するように断面
   形状を大きくする構成としたことを特徴とする建設機械
   の旋回フレーム。
2. 【請求項２】 前記各張出しビームのうち、先端側が前
   記サイドフレームの後側フレーム部に接合される少なく
   とも１本の張出しビームは、高い曲げ剛性を有するよう
   に断面形状を大きくする構成としてなる請求項１に記載
   の建設機械の旋回フレーム。