JP6770982B2 - 建設機械フレームの締結構造 - Google Patents

Description

本発明は建設機械フレームの締結構造に係り、特に、建設機械のトラックフレームとサイドフレームとを固定する締結ボルトの保護構造に関するものである。

油圧ショベル等の建設機械において、例えば鉱山用の超大型油圧ショベルでは、走行体のトラックフレームとサイドフレームは締結ボルトを用いて固定されている。その際、輸送制限等により締結ボルトの設置箇所が制限されているため、締結ボルトの緩みを防止する技術として、締結ボルトの本数を増やすのではなく、軸部の長い締結ボルトを円筒状のスペーサに挿入し、当該スペーサを介して締結ボルトを締め付けることにより、締結ボルトをスペーサ内で撓み変形させて緩みを防止するようにしている。

このような構成を備えた建設機械においては、締結ボルトがスペーサの長さ分だけ履帯から車体の内側にはみ出してしまうため、油圧ショベルが走行中に巻き上げた土砂等により、締結ボルトに軸部と垂直方向の負荷がかかり、締結ボルトが塑性変形したり破損する可能性がある。

このような問題を解消するために、特許文献１に開示されているように、スペーサの外周面にストッパとなるブロックを取り付け、このブロックをトラックフレームの底面に当接させることにより、締結ボルトの変形や破損を防止するようにした技術が提案されている。

特許文献１に記載された技術は、スペーサの外周面に直方体形状のブロックを溶接等で取り付けて一体構造体となし、ブロックがトラックフレームの底面側を向くようにした状態で、締結ボルトをスペーサに挿入してトラックフレームとサイドフレームを固定するようにしている。これにより、締結ボルトに軸部と垂直方向の負荷がかかった場合でも、ブロックがトラックフレームの底面に当接して締結ボルトの変形が抑えられるため、締結ボルトの緩みが防止されることに加えて、締結ボルトの変形や破損が防止されるようになっている。

特開２０１７−１６０６１４号公報

上記した従来技術において、ストッパとして機能するブロックの寸法は、取付作業の効率化を考慮すると、スペーサの外周面とトラックフレームの底面間に存する空間部に対して、圧入することなくスムーズに嵌めることができる程度であることが望ましい。そのため、スペーサとブロックからなる一体構造体（ボルト保護用スペーサ）の仕様を設計する際に、ブロックとトラックフレーム底面との間に最小限の隙間が確保されるようにしているが、ボルト保護用スペーサや締結するフレームの重量、製作・組立寸法公差、締結ボルト締付時の遊び等の影響により、組立時に発生する実際の隙間が設計時に目論んだ仕様値よりも大きくなってしまうことがある。

その結果、この隙間が締結ボルトの軸心を中心とするブロックの回動範囲より広くなってしまうと、締結ボルトを締め付けた際にスペーサとブロックも共回りしてしまい、ブロックの先端面をトラックフレームの底面に当接させることができなくなる。また、たとえ隙間がブロックの回動範囲内に収まっていたとしても、油圧レンチ等を使用して大きな締付トルクで締結ボルトを締め付けることで、ブロックがトラックフレームの底面から受ける反力よりも締付トルクが上回り、ブロックのエッジがトラックフレームの底面を削るように回ってしまうため、ブロックをトラックフレームの底面に当接させた状態で締結ボルトを締め付けることができなくなる。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、トラックフレームとサイドフレームとを固定する締結ボルトの変形や破損を確実に防止することができる建設機械フレームの締結構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の建設機械フレームの締結構造は、建設機械を構成する左右２つのサイドフレームと、前記２つのサイドフレームを架け渡すように配置され、これらのサイドフレームに設けられた孔状の締結部に対応する位置に孔状の締結部を備えたトラックフレームと、前記サイドフレームと前記トラックフレームとを締結する締結ボルトと、前記サイドフレームと前記トラックフレームとの前記締結部に介設され、前記締結ボルトにより固定されている円筒状のスペーサと、前記スペーサの外周面と前記トラックフレームの受面との間に、前記締結ボルトが外力を受けて変形するのを抑制するために介設されたストッパと、を備え、前記ストッパの前記トラックフレームの受面と対向する対向面に、前記スペーサの外縁部よりも前記締結ボルトの締め付け方向の上流側へ突出する突出部が形成されており、少なくとも前記突出部において、前記スペーサの中心から前記ストッパの前記対向面に至る距離が、前記締結ボルトの締め付け方向の下流側から上流側に向かって徐々に大きくなるように設定されていることを特徴としている。

本発明の建設機械フレームの締結構造によれば、トラックフレームとサイドフレームとを固定する締結ボルトの変形や破損を確実に防止することができる。前述した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明が対象とする建設機械の代表例である油圧ショベルの側面図である。 図１に示す油圧ショベルの走行体部分を示す概略断面図である。 図２に示すサイドフレームとトラックフレームとの締結部の矢視図である。 図２のＣ部拡大図である。 第１の実施形態に係るボルト保護用スペーサを一部破断して示す側面図である。 第１の実施形態に係るボルト保護用スペーサの正面図である。 第１の実施形態に係るボルト保護用スペーサの取付状態を示す説明図である。 第２の実施形態に係るボルト保護用スペーサの取付状態を示す説明図である。 従来例に係るボルト保護用スペーサの取付状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明が対象とする建設機械の代表例である油圧ショベルの側面図、図２は図１に示す油圧ショベルの走行体部分を示す概略断面図（図１の断面Ａ）である。

図１に示すように、油圧ショベルは、走行体１と、走行体１上に旋回可能に配置されている旋回体２と、旋回体２に上下方向の回動を可能に連結されるフロントアタッチメント３とを備えている。フロントアタッチメント３は、旋回体２に連結されるブーム４と、ブーム４を駆動するブームシリンダ４ａと、ブーム４の先端に連結されるアーム５と、アーム５を駆動するアームシリンダ５ａと、アーム５の先端に連結されるバケット６と、バケット６を駆動するバケットシリンダ６ａとを含んでいる。また、旋回体２上には、図示しないエンジン、油圧ポンプ等が収納されたエンジン室７を配置しており、エンジン室７の後方位置にはカウンタウェイト８を配置している。

図２に示すように、走行体１は、旋回体２に連結される旋回輪９と、旋回輪９の底面に連結されるトラックフレーム１０と、トラックフレーム１０の両側面に連結される左右一対のサイドフレーム１１と、サイドフレーム１１の上面に連結される上ローラ１２と、サイドフレーム１１の底面に連結される下ローラ１３と、上ローラ１２と下ローラ１３の両方に連結される左右一対の履帯１４と、を有している。なお、トラックフレーム１０は走行体１の前後方向の両端部にリブ１０ａを有している（図３参照）。

図３は図２に示すサイドフレーム１１とトラックフレーム１０との締結部の矢視図（矢視Ｂ）、図４は図２のＣ部拡大図である。サイドフレーム１１には孔状の締結部が設けられており、トラックフレーム１０にもサイドフレーム１１の締結部と対応する位置に孔状の締結部が設けられている。図３に示すように、トラックフレーム１０とサイドフレーム１１は、両リブ１０ａ間の締結部において水平に並んだ複数（例えば６本）の締結ボルト１５を用いて固定されており、各締結ボルト１５にはボルト保護用スペーサ１６が外嵌されている。このボルト保護用スペーサ１６は、円筒状のスペーサ１７と、ストッパとして機能するブロック１８とからなり、ブロック１８はスペーサ１７の外周面に取り付けられて一体化されている。

図４に示すように、締結ボルト１５はトラックフレーム１０の下方でサイドフレーム１１よりも内側（すなわち、走行体１の内側）から挿入されて、トラックフレーム１０とサイドフレーム１１とを締結している。その際、締結ボルト１５の軸部がスペーサ１７に挿入されているため、スペーサ１７の長さ分だけ締結ボルト１５の頭部がトラックフレーム１０から離れた位置に保持された状態となる。

また、スペーサ１７の外周面とトラックフレーム１０の底面との間に所定高さの空間部ＣＬが形成されており、この空間部ＣＬにボルト保護用スペーサ１６のブロック１８が挿入されている。そのため、締結ボルト１５がＸ方向の負荷（例えば、油圧ショベルの走行時における土砂等の巻き上げによって生じる外力）を受けた場合でも、ブロック１８がトラックフレーム１０の底面に接触することで、締結ボルト１５の変形や破損が抑えられている。

ここで、図９に示すように、従来の構造では、直方体形状のブロック１００を使用しているため、ボルト保護用スペーサや締結するフレームの重量、製作・組立寸法公差、締結ボルト締付時の遊び等が影響し、トラックフレーム１０の底面とブロック１００との間に隙間Ｇが必ず生じてしまう。この隙間Ｇが締結ボルト１５の軸心を中心とするブロック１００の回動範囲Ｒより広くなってしまうと、締結ボルト１５を締め付けた際にスペーサ１７とブロック１００も共回りしてしまい、ブロック１００の先端面をトラックフレーム１０の底面に当接させることができなくなる。また、たとえ隙間Ｇがブロック１００の回動範囲Ｒ内に収まっていたとしても、多少の隙間Ｇがあるだけで、締結ボルト１５の締付トルクがブロック１００の受ける反力を上回り、トラックフレーム１０の底面を削るように回ってしまうため、隙間Ｇをなくしてブロック１００の先端面をトラックフレーム１０の底面に密着させる必要がある。そこで、本実施形態では、隙間Ｇが生じないようにブロック１８をトラックフレーム１０の底面に密着させるために、ブロック１８の先端形状を工夫した点に特徴がある。以下、図５〜図７を参照して、第１の実施形態に係るボルト保護用スペーサ１６について詳細に説明する。

図５はボルト保護用スペーサ１６を一部破断して示す側面図、図６はボルト保護用スペーサ１６の正面図である。図５と図６に示すように、円筒状のスペーサ１７は十分な強度を有する金属材料からなり、その内径は締結ボルト１５がスムーズに入る程度の大きさに設定されている。ブロック１８は十分な強度を有する金属材料からなり、スペーサ１７の長手方向の先端部に溶接によって取り付けられている。

図６において、スペーサ１７に挿入される締結ボルト１５の締め付け方向を矢印Ｐで示すと、ブロック１８の先端部には、締め付け方向Ｐの上流側から下流側に沿って突出部１８ａと平坦部１８ｂが連続的に形成されている。突出部１８ａはスペーサ１７の外縁部よりも締め付け方向Ｐの上流側へ突出しており、平坦部１８ｂはスペーサ１７の外径範囲内に収まっている。なお、図６のハッチングを施した部分は溶接代１９を示しており、ブロック１８とスペーサ１７は、突出部１８ａと平坦部１８ｂの基端側に位置する２箇所の溶接代１９で一体化されている。

ここで、突出部１８ａの先端部は滑らかに連続する円弧状の当接面となっており、スペーサ１７の中心（すなわち、締結ボルト１５の軸心）Ｏから突出部１８ａの当接面までの距離は、締め付け方向Ｐの下流側から上流側に向かって徐々に大きくなるように設定されている。すなわち、スペーサ１７の中心Ｏからブロック１８の先端部までの距離は、平坦部１８ｂに垂直に下した長さｒ１が最も小さく、平坦部１８ｂから突出部１８ａに至る部分の長さｒ２が徐々に大きくなり、突出部１８ａの上流端のエッジ部までの長さｒ３が最大となっている（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）。

図７はボルト保護用スペーサ１６の取付状態を示す説明図であり、ボルト保護用スペーサ１６のスペーサ１７に挿入した締結ボルト１５を同図の時計回り（矢印Ｐ方向）に回転して締め付けることにより、トラックフレーム１０とサイドフレーム１１とを固定する様子を示している。この場合、スペーサ１７の外周面とトラックフレーム１０の底面間に存する空間部に対して、ブロック１８を圧入することなくスムーズに嵌めることができるように、トラックフレーム１０の底面とブロック１８の先端側の平坦部１８ｂとの間に最小限の隙間が確保されるようにしている。

しかし、ボルト保護用スペーサ１６や締結するフレームの重量、製作・組立寸法公差、締結ボルト１５締付時の遊び等の影響により、組立時に発生する実際の隙間が設計時に目論んだ仕様値よりも大きくなってしまうことがある。このような場合、締結ボルト１５を矢印Ｐ方向へ締め付けていくと、同方向へ回転するブロック１８の突出部１８ａがトラックフレーム１０の底面に近付いていくが、締結ボルト１５の軸心（すなわち、スペーサ１７の中心Ｏ）から突出部１８ａまでの距離が締め付け方向Ｐの下流側から上流側に向かって徐々に大きくなっているため、広くなった隙間がブロック１８の回動範囲Ｒ（すなわち、突出部１８ａのエッジ部の回転軌跡）を超えない限り、突出部１８ａの外周面をトラックフレーム１０の底面に確実に密着させて隙間をなくすことができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る油圧ショベルでは、走行体１のサイドフレーム１１とトラックフレーム１０との締結部が円筒状のスペーサ１７を介して締結ボルト１５により固定されていると共に、スペーサ１７の外周面とトラックフレーム１０の受面（底面）との間に、締結ボルト１５が外力を受けて変形するのを抑制するためのブロック１８（ストッパ）が介設されており、このブロック１８の先端部にスペーサ１７の外縁部よりも締結ボルト１５の締め付け方向Ｐの上流側へ突出する円弧状の突出部１８ａが形成されていると共に、スペーサ１７の中心Ｏから突出部１８ａの外周面に至る距離が、締結ボルト１５の締め付け方向Ｐの下流側から上流側に向かって徐々に大きくなるように設定されている。これにより、締結ボルト１５を締め付けた際にスペーサ１７とブロック１８が回ってしまっても、円弧状の突出部１８ａがトラックフレーム１０の受面に密着して固定されるため、ブロック１８によって締結ボルト１５の変形や破損を確実に防止することができる。

また、ブロック１８の先端部に、締結ボルト１５の締め付け方向Ｐの上流側から下流側に沿って突出部１８ａと平坦部１８ｂが連続的に形成されており、これら突出部１８ａと平坦部１８ｂの基端側がそれぞれ溶接代１９を介してスペーサ１７の外周面に固着されているため、ブロック１８をスペーサ１７に対して強固に取り付けることができる。

図８は第２の実施形態に係るボルト保護用スペーサ２０の取付状態を示す説明図であり、図５〜図７に対向する部分には同一符号を付してある。

図８に示す第２の実施形態に係るボルト保護用スペーサ２０では、ストッパとなるブロック２１が正面視を逆台形状にした四角柱となっており、トラックフレーム１０の底面に対向するブロック２１の先端部は矩形状の平坦面となっている。ブロック２１はスペーサ１７の外縁部よりも締め付け方向Ｐの上流側へ突出する突出部２１ａを有しており、スペーサ１７の中心（締結ボルト１５の軸心）から突出部２１ａの当接面までの距離は、締め付け方向Ｐの下流側から上流側に向かって徐々に大きくなっている。

このようなブロック２１を用いた第２の実施形態では、ブロックの先端側に突出部２１ａを含めた広い当接面が形成されているため、製造・組立公差等で発生するブロック２１とトラックフレーム１０底面との隙間がブロック１８の回動範囲Ｒを超えない限り、ブロック２１の突出部２１ａをトラックフレーム１０の底面に確実に密着させて隙間をなくすことができる。その際、突出部２１ａのエッジ部がトラックフレーム１０の底面に当接するため、突出部２１ａのエッジ部にアール加工や面取り加工を施しておくと、トラックフレーム１０の底面が突出部２１ａによって削られにくくなる。

なお、上記した各実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１ 走行体
２ 旋回体
３ フロントアタッチメント
９ 旋回輪
１０ トラックフレーム
１０ａ リブ
１１ サイドフレーム
１２ 上ローラ
１３ 下ローラ
１４ 履帯
１５ 締結ボルト
１６ ボルト保護用スペーサ
１７ スペーサ
１８ ブロック（ストッパ）
１８ａ 突出部
１８ｂ 平坦部
１９ 溶接代
２０ ボルト保護用スペーサ
２１ ブロック（ストッパ）
２１ａ 突出部
Ｏ スペーサの中心（締結ボルトの軸心）
Ｐ 締結ボルトの締め付け方向

Claims (4)

1. 建設機械を構成する左右２つのサイドフレームと、
   前記２つのサイドフレームを架け渡すように配置され、これらのサイドフレームに設けられた孔状の締結部に対応する位置に孔状の締結部を備えたトラックフレームと、
   前記サイドフレームと前記トラックフレームとを締結する締結ボルトと、
   前記サイドフレームと前記トラックフレームとの前記締結部に介設され、前記締結ボルトにより固定されている円筒状のスペーサと、
   前記スペーサの外周面と前記トラックフレームの受面との間に、前記締結ボルトが外力を受けて変形するのを抑制するために介設されたストッパと、を備え、
   前記ストッパの前記トラックフレームの受面と対向する対向面に、前記スペーサの外縁部よりも前記締結ボルトの締め付け方向の上流側へ突出する突出部が形成されており、少なくとも前記突出部において、前記スペーサの中心から前記ストッパの前記対向面に至る距離が、前記締結ボルトの締め付け方向の下流側から上流側に向かって徐々に大きくなるように設定されていることを特徴とする建設機械フレームの締結構造。
2. 請求項１に記載の建設機械フレームの締結構造において、前記突出部が、前記締結ボルトの締め付け方向の下流側から上流側に向かって連続する円弧状の当接面を有していることを特徴とする建設機械フレームの締結構造。
3. 請求項２に記載の建設機械フレームの締結構造において、前記ストッパの前記対向面に、前記突出部の下流側に連続する平坦部が形成されていることを特徴とする建設機械フレームの締結構造。
4. 請求項１に記載の建設機械フレームの締結構造において、前記突出部が、前記締結ボルトの締め付け方向の下流側から上流側に向かって連続する平坦状の当接面を有していることを特徴とする建設機械フレームの締結構造。

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