JP6052745B2 - 無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステム - Google Patents

無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステム Download PDF

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Description

本発明は、ストローク距離が自動に変わる無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムに関し、より詳細には、チゼルが岩盤を破砕するときに発生する振動を振動センサーを利用して振動回数を感知し、当該振動回数が選定された回数を超過しなければ、ショートストローク(Short Stroke)で作業を進行し、当該振動回数が選定された回数を超過すれば、ショートストロークからロングストローク(Long Stroke)に自動転換させることによって、空打ちの時に反射する打撃エネルギーを低下させることができる無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムに関する。
一般的に、岩盤を破砕するためには、油圧ブレーカーが使用される。当該油圧ブレーカーは、分配弁によって制御される往復運動式ピストンと、シリンダーボアを有するハウジング及び蓄圧器を含み、当該油圧ブレーカーが作動する間に、当該蓄圧器は、油圧ブレーカーが流体キャビティーと圧力勾配によって損傷されることから保護し、油圧ブレーカーの性能を増加させるために予備−荷重(pre−load)圧力まで予備加圧され、ピストンによる打撃をチゼルに伝達することによって、ピストンの運動エネルギーによってチゼルチップが岩盤を破砕する。
このような油圧ブレーカーは、破砕する材質が弱い岩盤の場合、破砕して残ったエネルギーは、油圧ブレーカー部品に加えられる。
したがって、印加された運動エネルギーが破砕に必要なエネルギーより大きい工程は好ましくない。なぜなら、破砕して残ったエネルギーによって油圧ブレーカーに高い応力が生ずるからである。したがって、すべての動作条件に対する運動エネルギーの迅速な変化適用は、油圧ブレーカーの寿命を延長させると同時に、最適の材料破砕のための重要な条件である。
ところが、従来の油圧ブレーカーは、供給された油圧の圧力が蓄圧器の予備−荷重圧力より高いか、または同一の水準に到逹する前に駆動されるか、または油圧供給圧力が蓄圧器内部の予備−荷重圧力の下に降下した後にも続いて作動する。すなわち、蓄圧器は、所望のように作動することができず、すなわち所望しない圧力勾配を吸収することができず、油圧流体内のキャビティーを防止することができず、ハンマーピストンの作動ストローク中に流体流動を増加させることができない。
したがって、衝撃メカニズムの特定部分に損傷を与えるおそれがある深刻な危険性が存在する。
このような問題点を解決するために提案されたものが特許文献1に開示されている。
特許文献1は、シリンダーボア11を有するハウジング10、前方作動チャンバ23及び後方作動チャンバ18、前方作動チャンバ23に連続的に連結された油圧式流体供給通路26及び後方作動チャンバ18に連結されたドレーン通路33、ハンマーブロー(blow)をハウジング10に結合された作動機構14に運搬するためにシリンダーボア11内で往復的に案内されたハンマーピストン12、特定の圧力水準に予備−荷重された蓄圧器27及びハンマーピストン12を往復運動させるために、後方作動チャンバ18をドレーン通路33と供給通路26に交互に連結した分配弁30を含むことによって、連続弁34が後方作動チャンバ18内の圧力を特定の水準に維持するためにドレーン通路33から提供され、前方の方向に加えられた力は、蓄圧器27の予備−荷重された圧力水準未満の圧力の下で、供給通路26のシリンダーボア11内でピストン12が後方に移動することを防止し、空打ちによる打撃エネルギーを低下させる。
しかし、特許文献1は、空打ちによる反射した打撃エネルギーを低下させるには、依然として充分でないという問題がある。
韓国登録特許第10−1285062号公報
したがって、本発明の目的は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、チゼルが岩盤を破砕するときに発生する振動を感知し、感知された振動を信号に形成する振動センサーを利用して発生した信号に相当する振動回数をカウンターでカウントすることによって、所定期間の間にカウントされた振動回数によってピストンのストロークがショートストロークからロングストロークに、または、これと反対にロングストロークからショートストロークに自動転換され得る無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムを提供することによある。
本発明による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムは、チゼルが岩盤を破砕するときに発生する振動を感知するための振動センサーと、振動センサーを具備し、振動センサーから発生した信号を伝送するための送信部と、送信部で伝送された信号を受信するための受信部と、受信部の受信MCUによって制御される無段可変自動ストローク油圧ブレーカーとを備える。
前述したように、本発明による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムは、チゼルの作動回数によってピストンがショートストロークとロングストロークとの間で自由自在に転換されるので、ストロークの長さ範囲が広くなって、作業効率が向上するという利点がある。
また、空打ちの時にストロークを短くすることによって、残った打撃エネルギーを低下させるので、油圧ブレーカーの寿命が延長するという利点がある。
従来の油圧式衝撃メカニズムを図式的に示す図である。 本発明による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムの概略的構成ブロック図である。 図2の振動センサーの詳細構成図である。 図3の振動センサーの作動状態図である。 図3の振動センサーの作動状態図である。 振動センサーによる感知信号を送信する送信部の構成ブロック図である。 振動センサーによる感知信号を受信する受信部の構成ブロック図である。 本発明による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーの油圧式衝撃メカニズム図示図である。
以下、図面を参照した実施例の詳細な説明を通じて本発明による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムを詳しく記述する。本発明を説明するに際して、関連した公知技術または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは、クライアントや運用者、使用者の意図または慣例などによって変わることができる。したがって、定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて行われなければならない。
なお、図面全体にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
図2は、本発明の一実施形態による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムの概略的構成ブロック図であり、図3は、図2の振動センサーの詳細構成図であり、図4a及び図4bは、図3の振動センサーの作動状態図であり、図5は、振動センサーによる感知信号を送信する送信部の構成ブロック図であり、図6は、振動センサーによる感知信号を受信する受信部の構成ブロック図であり、図7は、本発明による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーの油圧式衝撃メカニズムを示す図である。
図2〜図7に示されたように、本発明の一実施形態による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムは、チゼル308が岩盤を破砕するときに発生する振動を感知するための振動センサー110と、振動センサー110を具備し、振動センサー110から発生した信号を伝送するための送信部100と、送信部100から伝送された信号を受信し、受信MCU240を具備する受信部200と、受信部200の受信MCU240によって制御される油圧式衝撃メカニズムを具備する無段可変自動ストローク油圧ブレーカー300とを含んで構成される。
ここで、送信部100は、振動センサー110と、振動センサー110によって発生した信号を送信信号に処理するための送信信号処理部120と、送信信号処理部120によって処理された送信信号を伝送するための送信アンテナ130と、送信信号処理部120と送信アンテナ130の動作を制御するための送信MCU(Micro Controller Unit)140とを含んで構成される。
このように構成された送信部100の作動を見れば、振動センサー110によって発生した信号を送信信号処理部120で送信信号に処理し、送信処理された信号を送信アンテナ130が後述する受信部200に伝送し、この際、送信MCU140が送信信号処理部120及び送信アンテナ130の動作を制御し、このように制御された状況が送信アンテナ130を介して後述する受信部200に伝達する。このような送信部100は、アタッチメント(Attachment)に装着され、バッテリーまたはソーラーセルによって作動される。
また、振動センサー110は、金属で形成されたハウジング111と、ハウジング111の上部の末端に形成された突出部112と、突出部112の下部に装着され、電子素子に所定の動作点(Operating Point)を提供するための一対の鉄−磁気バイアス113と、ハウジング111の上部を覆うための金属キャップ114と、金属キャップ114の下部に装着され、磁性球体117と金属キャップ114間の磁場を調節するためのセラミック絶縁体115と、金属キャップ114とセラミック絶縁体115を貫通し、ハウジング111に収容される金属電極116と、金属電極116と接触または分離することによって、信号を生成するための磁性を有する磁性球体117とを含んで構成される。
このように構成された振動センサー110は、チゼル308の作動によって振動が発生すれば、金属キャップ114と磁性球体117の間の磁場によって金属キャップ114の下部に装着されたセラミック絶縁体115に付着していた磁性球体117がセラミック絶縁体115から分離し、ハウジング111に収容された金属電極116に付着して信号を発生させる。すなわち、磁性球体117が金属電極116に接続されるときには、信号が発生し、磁性球体117が金属電極116から分離するときには、信号が発生しない。したがって、チゼル308の作動による振動によって磁性球体117が金属電極116に接続するかまたは分離し、所定間隔の信号を発生させるスイッチの役目をすることによって、油圧ブレーカー300のピストン302の作動ストロークの回数が測定されることができる。このように発生した信号が送信MCU140の制御の下に送信部100の送信信号処理部120を経て送信アンテナ130を通じて受信部200に伝送される。
また、受信部200は、送信部100の送信アンテナ130によって伝送された送信信号を受信するための受信アンテナ210と、受信アンテナ210によって受信された送信信号を受信信号に処理するための受信信号処理部220と、受信信号処理部220によって処理された信号を受信MCU240に伝達するための受信制御部230と、受信制御部230によって受信された状況を油圧ブレーカー300の作動者に発光で伝達するためのLED250と、受信MCU240の制御によって振動センサー110の振動回数をカウントするためのカウンター260と、受信アンテナ210、受信信号処理部220、受信制御部230、LED250及び、カウンター260の動作を制御し、無段可変自動ストローク油圧ブレーカー300の油圧式衝撃メカニズムを制御するための受信MCU240とを含んで構成される。
このように構成された受信部200は、送信部100の送信アンテナ130を通じて伝送された送信信号を受信部200の受信アンテナ210が受信し、受信された送信信号を受信信号処理部220が受信信号に処理し、処理された受信信号を受信制御部230が受信MCU240に伝達し、受信MCU240は、このような状況をLED250による発光で油圧ブレーカー300の作業者に伝達することによって、作業者に現作動ストローク状態を認知させる。このような受信部200は、キャビン(図示せず)に装着され、電源を供給されて作動される。
以下、無段可変自動ストローク油圧ブレーカー300の油圧式衝撃メカニズムを詳しく説明する。
無段可変自動ストローク油圧ブレーカー300は、中空のシリンダー301と、シリンダー301内に収容され、内部で軸方向に往復運動するピストン302とを具備する。ピストン302は、円周溝303によって互いに分離した後方案内部304及び前方案内部305を具備する。円周溝303の外側に向ける第1ピストン面302a及び第2ピストン面302bは、それぞれ後方シリンダーチャンバ部306及び前方シリンダーチャンバ部307を限定する。ここで、第1ピストン面302aの面積が第2ピストン面302bの面積より小さい面積を有する。また、前方ストロークの方向へのピストン302の動作は、太い矢印で指示された通りである。
シリンダー301の外部の一側には、振動センサー110が装着され、シリンダー301の外部に位置し、ピストン302の末端には、チゼル308のような作動器具が装着され、正常動作が行われれば、すなわちチゼル308が粉砕する岩盤に食い込まなければ、ピストン302は、通常的な衝撃位置を取っている。
ピストン302の動作転換用制御装置は、制御弁309内で動くことができる制御プランジャー309aを含む。制御プランジャー309aは、小さい制御プランジャー面309bと大きい制御プランジャー面309cを具備し、小さい制御プランジャー面309bは、再設定導管310によって作動圧力に連続的に露出する。作動圧力は、油圧ポンプ311によって発生する。再設定導管310と連通した圧力導管312によって第1ピストン面302aも連続的に作動圧力に露出する。圧力導管312の出口312aは、常に前方シリンダーチャンバ部307内に位置するようにシリンダー301に対して配置される。
制御プランジャー309aの大きい制御プランジャー面309cは、正常動作状態で出口313aが円周溝303を通じて減圧復帰導管317に連結されるように転換導管313によってシリンダー301に繋がれる。
制御弁309は、一方では制御導管314によって圧力導管312に連結され、他方では、復帰導管315を通じてタンク316に連結され、出口317aが円周溝303を通じて復帰導管315に連結される減圧復帰導管317によってシリンダー301に連結される。したがって、減圧復帰導管317の出口317a及び転換導管313の出口313aは、円周溝303の軸方向の長さより短い距離分だけ互いに離れて位置する。
また、制御弁309は、交代圧力導管318によって後方シリンダーチャンバ部306に連結される。第2ピストン面302bは、交代圧力導管318によって後方シリンダーチャンバ部306に供給され得る作動圧力に露出するようになっている。
制御弁309は、2つの弁位置を取ることができる。すなわち第2ピストン面302bが交代圧力導管318及び復帰導管315を通じて減圧される復帰ストローク位置(右側)と後方シリンダーチャンバ部306が圧力導管312、圧力導管312に連結された制御導管314及び交代圧力導管318によって作動圧力が加えられる作動ストローク位置左側を取ることができる。このような動作状態の結果として、ピストン302は、第1ピストン面302aに加えられる再設定力に対抗して太い矢印の方向に作動ストロークを実行させる。
一方、本発明の一実施形態による油圧ブレーカー300は、ロングストローク位置及びショートストローク位置を取ることができるストローク弁319を含む。
ストローク弁319は、受信MCU240の制御の下に作動するEPPR(Electric Proportional Pressure Reducing)弁、ソレノイド弁のような流量制御弁320によって印加される圧力によって決定される。
ストローク弁319の入力側は、ストローク制御圧力導管321によって解圧力導管312に連結され、ストローク弁319の出力側は、追加の導管322によって制御弁309用の転換導管313に連結される。
図示のように、ストローク弁319は、受信MCU240の制御の下に流量制御弁320が開弁すれば、油圧ポンプ311によって多量の流量がストローク弁319に伝達され、ピストン302がショートストロークで作動し、受信MCU240の制御の下に作動する流量制御弁320が閉弁すれば、油圧ポンプ311によって伝達される流量がなくなり、ピストン302がロングストロークで作動する。
ここで、参照符号の323は、バネであって、ストローク弁319の上部面319aに設置され、油圧変化による機械的再設定機能を付与する。
以下、前述したような本発明の一実施形態による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムの作動を説明する。
まず、油圧ブレーカー300のモデルによって作業者がキャビンに設置された受信部200の受信MCU240に振動センサー110から所定期間(例えば、3秒)の間に所定回数(例えば、18回)未満の信号が受信されれば、ピストン302がショートストロークで作動するようにセッティングされたと仮定する。
油圧ブレーカー300が作動し、作業が始まった後、チゼル208が破砕する岩盤の中に食い込まない場合には、ピストンのストロークが長くなるので、アタッチメント(Attachment)に装着された送信部100に付着した振動センサー110で発生した信号が所定期間の間に所定回数を超過せず、このような状況が送信MCU140の制御の下に送信信号処理部120を経て送信アンテナ130を通じて受信部200の受信アンテナ210に伝送される。受信部200の受信アンテナ210を通じて受信された状況は、受信信号に処理するための受信信号処理部220と受信MCU240に受信された信号を伝達するための受信制御部230を通じて受信MCU240に伝達される。受信MCU240は、このような状況にかなうように、流量制御弁320に信号を伝達し、流量制御弁320を開弁し、油圧ポンプ311から多量の流量がストローク弁319に伝達され、ストローク弁319の下側を加圧することによって、ストローク弁319の下側の面積がストローク弁319の上側の面積より大きくなるので、ストローク弁319が開放位置(第1位置)に変換され、ピストン302が続いてショートストロークで作動させる。
一方、油圧ブレーカー300が作動し、作業が始まった後、チゼル208が破砕する岩盤の中に食い込んだ場合には、ピストンのストロークが短くなるので、アタッチメント(Attachment)に装着された送信部100に付着した振動センサー110で発生した信号が所定期間の間に所定回数を超過するようになり、このような状況が送信MCU140の制御の下に送信信号処理部120を経て送信アンテナ130を通じて受信部200の受信アンテナ210に伝送される。受信部200の受信アンテナ210を通じて受信された状況は、受信信号に処理するための受信信号処理部220と受信MCU240に受信された信号を伝達するための受信制御部230を通じて受信MCU240に伝達される。受信MCU240は、このような状況にかなうように、流量制御弁320に信号を伝達し、流量制御弁320を閉弁させ、油圧ポンプ311からの流量がストローク弁319に伝達されず、ストローク弁319の下側を加圧しないようになり、ストローク弁319の上側の面積がストローク弁319の下側の面積より大きくなるので、ストローク弁319が閉鎖位置(第2位置)に変換され、ピストン302をロングストロークで作動させる。
このような、本発明の一実施形態による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムは、前述したように、アタッチメントに付着した振動センサー110が所定期間の間に伝送する信号を受信部200のカウンター260がカウントし、カウントされた回数が所定回数を超過しなければ、ピストン302がショートストロークで作動し、これと反対に、カウントされた回数が所定回数を超過すれば、ピストン302がロングストロークで作動し、カウントされた回数によってショートストロークからロングストロークに自動に変換されるか、またはロングストロークからショートストロークに自動に変換される。
本発明の一実施形態による無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステムは、チゼルの作動回数によってピストンがショートストロークとロングストロークの間で自由自在に転換されるので、ストロークの長さ範囲が広くなって、作業効率が向上する。また、空打ちの時に、ストロークを短くすることによって、残った打撃エネルギーを低下させるので、油圧ブレーカーの寿命が延長する。
以上のように、本発明は、良好な実施形態に基づいて説明したが、このような実施形態は、本発明を制限しようとするものではなく、例示しようとするものなので、本発明の属する技術分野における熟練者なら本発明の技術思想を逸脱することなく、前記実施形態に対する多様な変化や変更または調節が可能だろう。したがって、本発明の保護範囲は、本発明の技術的思想の要旨に属する変化例や変更例または調節例をすべて含むものと解釈しなければならない。
100 送信部
110 振動センサー
111 ハウジング
112 突出部
113 鉄−磁気バイアス
114 金属キャップ
115 セラミック絶縁体
116 金属電極
117 磁性球体
120 送信信号処理部
130 送信アンテナ
140 送信MCU
200 受信部
210 受信アンテナ
220 受信信号処理部
230 受信制御部
240 受信MCU
250 LED
260 カウンター
300 油圧ブレーカー
301 シリンダー
302 ピストン
302a 第1ピストン面
302b 第2ピストン面
303 円周溝
304 後方案内部
305 前方案内部
306 後方シリンダーチャンバ部
307 前方シリンダーチャンバ部
308 チゼル
309 制御弁
309a 制御プランジャー
309b 小さい制御プランジャー面
309c 大きい制御プランジャー面
310 再設定導管
311 油圧ポンプ
312 圧力導管
312a 圧力導管出口
313 転換導管
213a 転換導管出口
314 制御導管
315 復帰導管
316 タンク
317 減圧復帰導管
317a 減圧復帰導管出口
318 交代圧力導管
319 ストローク弁
319a ストローク弁上部面
320 流量制御弁
321 ストローク制御圧力導管
322 追加の導管
323 バネ

Claims (4)

  1. チゼルが岩盤を破砕するときに発生する振動を感知するための振動センサーと、
    前記振動センサーを具備し、前記振動センサーから発生した信号を伝送するための送信部と、
    前記送信部から伝送された信号を受信するための受信部と、
    前記受信部の受信MCUによって制御される無段可変自動ストローク油圧ブレーカーと
    を備え、
    前記無段可変自動ストローク油圧ブレーカーは
    シリンダーと、
    前記シリンダー内に収容され、内部で軸方向に往復運動し、印加された圧力が復帰ストローク方向に作用するように配向された第1ピストン面と、印加された圧力が作動ストローク方向に作用するように配向された第2ピストン面と、前記第1ピストン面と第2ピストン面との間に位置する円周溝とを具備するピストンと、
    制御プランジャーが内部に位置し、前記制御プランジャーを復帰ストローク位置に配置させるための小さい制御プランジャー面及び、前記制御プランジャーを作動ストローク位置に配置させるための大きい制御プランジャー面を具備する制御弁と、
    前記シリンダーの前方チャンバーに連結された出口を通じて作動圧力を提供するための圧力導管と、
    前記制御弁と前記シリンダーの後方チャンバーに連結された出口とを連結する交代圧力導管と、
    前記大きい制御プランジャー面と、前記前方チャンバーに連結された前記出口と前記後方チャンバーの前記出口との間に配された前記シリンダーの出口と、を連結する転換導管と、
    前記シリンダーに連結された出口を通じて圧力を減圧するための減圧復帰導管と、
    入力側がストローク制御圧力導管によって油圧ポンプに連結された圧力導管に連結され、出力側が前記制御弁に連結された追加の導管によって制御弁用の前記転換導管に連結され、下側が受信MCUによって制御するように作動する流量制御弁によって油圧ポンプに連結されたストローク弁と、
    前記ストローク弁の上部面に設置されたバネと
    を有し、
    前記受信MCUの制御の下に前記流量制御弁が閉弁し、前記ストローク弁が前記ストローク制御圧力導管と前記追加の導管とを切り離した場合に、前記転換導管の前記出口を介して前記大きい制御プランジャー面に作動圧力が供給されることにより、前記ピストンがロングストロークで作動し、
    前記受信MCUの制御の下に前記流量制御弁が開弁し、前記ストローク弁が前記ストローク制御圧力導管と前記追加の導管とを連結した場合に、前記ストローク弁を介して前記大きい制御プランジャー面に作動圧力が供給されることにより、前記ピストンがショートストロークで作動する
    無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステム。
  2. 前記送信部は、
    前記振動センサーと、
    前記振動センサーによって発生する信号を送信信号に処理するための送信信号処理部と、
    前記送信信号処理部によって処理された送信信号を送るための送信アンテナと、
    前記送信信号処理部と前記送信アンテナの動作を制御するための送信MCUと
    を含む請求項1に記載の無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステム。
  3. 前記振動センサーは、
    金属で形成されたハウジングと、
    前記ハウジングの上部の末端に形成された突出部と、
    前記ハウジングの上部を覆うための金属キャップと、
    前記金属キャップの下部に装着され、磁性球体と前記金属キャップとの磁場を調節するためのセラミック絶縁体と、
    前記金属キャップと前記セラミック絶縁体を貫通して前記ハウジングに収容される金属電極と、
    前記金属電極と接触または分離することによって信号を生成するための磁性球体と
    を含む請求項1または2に記載の無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステム。
  4. 前記受信部は、
    前記送信部の送信アンテナによって伝送された送信信号を受信するための受信アンテナと、
    前記受信アンテナによって受信された送信信号を受信信号に処理するための受信信号処理部と、
    前記受信信号処理部によって処理された信号を受信MCUに伝達するための受信制御部と、
    前記受信制御部によって受信された状況を前記油圧ブレーカーの作動者に発光で伝達するためのLEDと、
    前記受信MCUの制御によって前記振動センサーの振動回数をカウントするためのカウンターと、
    前記受信アンテナ、受信信号処理部、受信制御部,LED及び、カウンターの動作を制御し、前記無段可変自動ストローク油圧ブレーカーによって油圧式衝撃メカニズムを制御するための受信MCUと
    を含む請求項1からのいずれか1項に記載の無段可変自動ストローク油圧ブレーカーシステム。
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