JP4369792B2 - 構造物の溶接構造 - Google Patents

Description

この発明は、建設機械のスイングフレームなどの構造物で剛性部材と薄板との溶接部における疲労寿命を向上させるための溶接構造に関する。

従来、例えば特開２００１−４９６９５公報では、平板状の底板と、該底板に沿って前，後方向に伸長し前端側が作業装置用のブラケットとなった左，右一対の縦板とを備えた建設機械の旋回フレームにおいて、前記底板の後端側にはカウンタウエイト取付部を設け、前記各縦板のうち少なくともいずれか一方の縦板と底板との間はそのほぼ全長に亘って溶接部として溶接すると共に、前記縦板の後端部位と底板との間は溶接を行わない非溶接部となし、前記縦板の後端部位と底板との間の非溶接部は締結手段を用いて締結する構成として、底板に取付けられたカウンタウエイトから底板に衝撃的な力が作用したとしても、この力を底板からボルトを介して縦板の後端側に伝えることができ、縦板の後端側と底板との間を長期に亘って確実に固定しておくことができる構成が開示されている。

このように、溶接部は応力集中によって破損しやすいので、旋回フレームにおいて、キャブサポート部等の横に張り出すクロスメンバーなどの剛性のある構造物と、スカートチャンネル部等の薄板とを溶接する場合に、両者をそのまま完全に溶接すると応力集中により溶接端部、特に薄板と並行する板の溶接端部の表面側から割れが発生するおそれがある。
そこで、応力集中を緩和し、前記表面側の割れを防止する対策として、図６（ａ）に示すようにキャブサポート用のクロスメンバー３１に、スカートチャンネル３０との接合部を延長して応力逃し用のガセット部２６を形成し、更に、表裏の溶接部２１、２３には、ガセット部２６の端部の数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲Ｌ１を溶接しない非溶接部２２を設けた構造が用いられている（図６（ｂ）参照）。
しかし、前記ガセット部２６の端部は表裏とも溶接していないため、せっかく設けたガセット部２６の端部は構造上応力逃しとして機能しておらず、結果的に溶接していない範囲Ｌ１の非溶接部２２はガセット部２６を延長していないことと同じになるという欠点があった。
また、溶接を外す部分を設ける必要があるため、図７に示すように、スカートチャンネル３０と縦板２７の溶接部分（裏面第１溶接部２３）と、前記ガセット部２６と前記縦板２７との溶接部分（裏面第２溶接部２４）とに溶接工程を分けて行う必要があり、作業工程数が増えるという問題点もある。
特開２００１−４９６９５

この発明の解決しようとする問題点は、剛性部材に設けたガセット部表面側の端部で薄板との非溶接部の範囲を従来より拡大すると共に、ガゼット部の裏面は、薄板と縦板との溶接部と切れ間なく一連に行うようにして、表面側では溶接端部への応力集中を防ぎ、裏面側では荷重を受ける面積を拡大して全体としての疲労寿命の向上を図る溶接構造を提供することにある。

この発明は、前記課題を解決するために、請求項１の発明では、
剛性部材と薄板とを溶接して接合する構造物の溶接構造において、
剛性部材に、薄板との接合個所に応力逃し用のガセット部を形成し、
ガセット部と薄板との接合個所の表面側で、ガセット部の先端に溶接しない非溶接部を形成し、該非溶接部を除く接合個所を溶接する表側溶接部を設け、
ガセット部と薄板との接合個所の裏面側で、ガセット部と薄板ないし薄板を補強する縦板とを溶接する裏側第１溶接部と、該接合個所の延長上で薄板と該薄板を補強する縦板とを溶接する裏側第２溶接部とを切れ目無く連続して形成し裏面連続溶接部としたことを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
建設機械のスイングフレームに設けられたキャビンを配置するキャブサポート用のクロスメンバーと、スイングフレームの外枠となって前後に延びるスカートチャンネルとの接合個所での構造物の溶接構造において、
前記クロスメンバーに、スカートチャンネルとの接合個所に応力逃し用のガセット部を形成し、
ガセット部とスカートチャンネルとの接合個所の表面側で、ガセット部の先端に溶接しない非溶接部を形成し、該非溶接部を除く接合個所を溶接する表側溶接部を設け、
ガセット部とスカートチャンネルとの接合個所の裏面側で、ガセット部とスカートチャンネルないしスカートチャンネルを補強する縦向きのプレートからなる補強部材とを溶接する裏側第１溶接部と、該接合個所の延長上でスカートチャンネルと前記補強部材とを溶接する裏側第２溶接部とを切れ目無く連続して溶接してなることを特徴とする。

表面側については、従来どおりガセット部の先端を溶接しないことにより溶接端部への応力集中を防ぐことができる。
また、溶接の無い非溶接部を拡大できるため、構造物の重量低減及び溶接コスト削減が可能となる。
裏面については、構造上、応力集中が生じるのはガセット端部表側であるため、溶接を連続させても応力集中が生じることは無い。
また溶接が連続となるので、負荷を受ける面積が拡大されるため、結果として同一条件の荷重下では従来構造より応力が下がることになり、疲労寿命が向上する。
このように、結果として従来の溶接方法では応力集中により高応力となる表面に対しては溶接部をガセット先端から離すことで応力集中を防ぐと共に溶接を削減し、裏面に対しては、連続した溶接によって溶接の作業効率が向上すると共に、溶接部の面積を拡大して応力の低減を図り、結果として全体の疲労寿命を飛躍的に向上することができる。

以下にこの発明の構造物の溶接方法について、建設機械の一例として示す油圧ショベルのスイングフレームで、キャビンを配置するキャブサポート用のクロスメンバー（剛性部材）と、スイングフレームの外枠となって前後に延びるスカートチャンネル（薄板）との溶接構造について説明する。

［油圧ショベル］
油圧ショベルは、図示しないが、クローラ式足回り装置からなる下部走行体と、該下部走行体に旋回自在に設けられる上部旋回体とを備えており、該上部旋回体はスイングフレーム上に運転席を構成するキャビン、作業用アタッチメント、油圧駆動装置およびカウンターウエイトなどが装備された公知構成からなっている。

[スイングフレーム]
前記上部旋回体を支持するスイングフレーム８は、図５に示すように、左右に設けられた一対のスカートチャンネル１０と、中央で前後方向に長く形成された左右一対のブームタワー９と、該ブームタワー９間およびブームタワー９とスカートチャンネル１０間に掛け渡された梁状のクロスメンバー１１とを一体に有する枠体からなっている（図５参照）。

前記ブームタワー９は、その前方（図中右側）にブームを枢着する第１ブラケット９ａと、ブームを起伏させるブームシリンダの基端を枢着する第２ブラケット９ｂが一体に形成されている。
ブームタワー９の後方側には、油圧装置を構成するコントロールバルブユニットが配置される油圧機器配置部１２と、その後方にエンジン配置部１３が形成される。

また、右側（図示省略の機体正面から見て右側）のスカートチャンネル１０側には、前記キャビンが配置されるキャビン配置部１４と、その後方にエアクリーナ・バッテリ配置部１５やエンジン用の熱交換機配置部１３ａが形成される。
左側のスカートチャンネル１０側には燃料タンク・作動油タンク等の配置部１６や油圧ポンプ配置部１７が形成される。

［スカートチャンネル］
スカートチャンネル１０は、図４に示すように、断面がチャンネル状からなっており、内部に縦板となる補強部材７が、上端が外側寄りで下端が内側寄りとなるように斜めに掛け渡され溶着されており、薄板のスカートチャンネル１０の強度を高めている。

そして、前記キャビン配置部１４の後部で、ブームタワー９から横方向に梁状に張り出すキャブサポート用のクロスメンバー（説明の便宜上１１Ａとする）と、外側で前後に延びるスカートチャンネル（説明の便宜上１０Ａとする）との間に、本実施例の溶接構造が設けられている。

［ガセット部］
ここで、前記クロスメンバー１１Ａには、従来構造と同様に、スカートチャンネル１０Ａとの接合個所に、略三角形状のプレート状からなる応力逃し用のガセット部６が一体に形成してある。
このガセット部６の形状は、上記実施例に限定されず、クロスメンバー１１Ａから接合個所に沿って延長方向に延びる形状であればよい（図２、図３参照）。

［表面非溶接部］
そして、クロスメンバー１１Ａとスカートチャンネル１０Ａとの表面側では、長手方向に沿って溶接を行い表面溶接部１を形成するが、ガセット部６の先端側は溶接せず表面非溶接部２を設けている。
この表面非溶接部２は、従来はガセット部６の板端から数ｍｍないし１０ｍｍ程度の範囲Ｌ１（図６（ａ）参照）であったが、図１、２に示すようにその範囲Ｌ２を拡大することが可能であり、このＬ２は機体の大きさに応じて適宜定めることができる。

［裏面連続溶接部］
一方、キャブサポート用のクロスメンバー１１Ａとスカートチャンネル１０Ａとの接合部分の裏面については、ガセット部６と補強部材７とを溶接する裏側第１溶接部３と、該接合個所の延長上でスカートチャンネル１０Ａと前記補強部材７とを溶接する裏側第２溶接部４とを切れ目無く溶接し、一連となる裏面連続溶接部５が形成される（図１参照）。

これにより、表面側については従来どおりガセット部６の先端部分を溶接しないことにより溶接端部への応力集中を防ぎ、裏面側については、構造上、溶接を連続させても応力集中が生じることが無く、溶接が連続となるので荷重を受ける面積が拡大され、全体としての疲労寿命の向上を図ることができる。

上記実施例では、剛性のある構造物としてキャブサポート用のクロスメンバー１１Ａを例示し、薄板としてスカートチャンネル１０Ａを例示したが、この発明ではその他の部材であっても、剛性のある構造物と薄板との接合部においては同様の構造を用いることができる。

ガセット部とスカートチャンネルとの溶接個所を示す断面図である。 同ガセット部とスカートチャンネルとの溶接個所を示す平面図である。 同斜視図である。 （ａ）は図１のａ−ａ線断面図、（ｂ）は図１のｂ−ｂ線断面図である。 スイングフレームの全体を示す平面図である。 （ａ）は従来のガセット部とスカートチャンネルとの溶接個所を示す平面図、（ｂ）は断面図である。 従来のガセット部を含むスカートチャンネルの裏側溶接部を示す断面図である。

符号の説明

１ 表面溶接部
２ 表面非溶接部
３ 裏面第１溶接部
４ 裏面第２溶接部
５ 裏面連続溶接部
６ ガセット部
７ 補強部材
８ スイングフレーム
９ ブームタワー
９ａ 第１ブラケット
９ｂ 第２ブラケット
１０、１０Ａ スカートチャンネル
１１、１１Ａ クロスメンバー
１２ 油圧機器配置部
１３ エンジン配置部
１４ キャビン配置部
１５ エアクリーナ・バッテリ配置部
１６ 燃料タンク・作動油タンク等の配置部
１７ 油圧ポンプ配置部

Claims (2)

1. 剛性部材と薄板とを溶接して接合する構造物の溶接構造において、
   剛性部材に、薄板との接合個所に応力逃し用のガセット部を形成し、
   ガセット部と薄板との接合個所の表面側で、ガセット部の先端に溶接しない非溶接部を形成し、該非溶接部を除く接合個所を溶接する表側溶接部を設け、
   ガセット部と薄板との接合個所の裏面側で、ガセット部と薄板ないし薄板を補強する縦板とを溶接する裏側第１溶接部と、該接合個所の延長上で薄板と該薄板を補強する縦板とを溶接する裏側第２溶接部とを切れ目無く連続して形成し裏面連続溶接部としたことを特徴とする構造物の溶接構造。
2. 建設機械のスイングフレームに設けられたキャビンを配置するキャブサポート用のクロスメンバーと、スイングフレームの外枠となって前後に延びるスカートチャンネルとの接合個所での構造物の溶接構造において、
   前記クロスメンバーに、スカートチャンネルとの接合個所に応力逃し用のガセット部を形成し、
   ガセット部とスカートチャンネルとの接合個所の表面側で、ガセット部の先端に溶接しない非溶接部を形成し、該非溶接部を除く接合個所を溶接する表側溶接部を設け、
   ガセット部とスカートチャンネルとの接合個所の裏面側で、ガセット部とスカートチャンネルないしスカートチャンネルを補強する縦向きのプレートからなる補強部材とを溶接する裏側第１溶接部と、該接合個所の延長上でスカートチャンネルと前記補強部材とを溶接する裏側第２溶接部とを切れ目無く連続して溶接してなることを特徴とする請求項１に記載の構造物の溶接構造。

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