KR100287813B1 - 구동기가 측부에 장착된 진동 컨베이어 - Google Patents
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Abstract
진동 컨베이어 조립체는 용기 내부에 위치된 물질에 힘을 가해 이동하도록 하는 진자운동에 의해 구동되는 물질 이송 용기를 포함한다. 상기 컨베이어는 용기의 종축에 수직하게 용기 주위에 부착된 연속적이고 단일인 새들판을 포함한다. 상기 액추에이터는 진자력을 용기에 가하는 새들판에 연결된다.
Description
본 발명은 물질을 처리하기 위해 사용되는 진동 컨베이 장치에 관한 것으로, 특히 경로를 따라 물질을 이송하기 위하여 진자운동을 이용하는 진동 컨베이어 조립체에 관한 것이다.
진동 컨베이어는 미국에서 100년 이상 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 컨베이어는 단지 지난 수십년 이내에 널리 사용되었다. 여러 산업에서 다양한 형태의 진동 컨베이어가 성공적으로 응용됨으로써 이러한 컨베이어에 대한 수요가 증가하는 결과를 가져왔다.
일반적으로, 진동 컨베이어는 한지점에서 다른 지점으로 이송될 물질에 흔들림, 튐 또는 슬라이딩 형태의 운동을 가하는 제어된 진동력에 의해 구동되는 물질 이송 용기(material-transporting trough)를 포함한다. 상기 진동력 발생기는 전자기식, 전기기계식, 공기식, 또는 유압식일 수 있다.
종래의 물질 처리 장치와 진동 컨베이어를 구분짓는 하나의 주요 인자는 상기 물질이 이송 매체와는 별도로 살아서 움직인다는 것이다. 이와는 대조적으로, 종래의 벨트 컨베이어에서는 물질이 정적이며 단지 이송 매체만이 움직인다.
다양한 진동 컨베이어가 설계되었다. 일반적으로, 각각의 컨베이어는 물질이 담겨 이송되는 용기와, 컨베이어를 제 위치에 장착하고 모든 요소를 서로 고정하는 베이스와, 상기 용기의 운동을 관리하는 용기 지지 시스템 및 상기 용기에 가해지는 조절된 진동운동의 근원 역할을 하는 편심 구동 조립체와 같은 구동 조립체와 같은 유사한 기본 요소를 갖는다. 또한, 많은 형태의 컨베이어가 용기 스트로크가 끝날때마다 에너지를 선택적으로 저장하거나 방출하는 리액터 스프링 시스템을 포함한다.
상기 용기는 이송되는 물질과 접촉하게 되는 유일한 부품이다. 이는 거의 모든 형태와 크기의 다양한 물질로 제조될 수 있다. 상기 베이스는 컨베이어를 장착는 주요 수단이며 보통 구조강 부재로 이루어진다. 이는 정교한 트러스식 구조 또는 단순한 형태로 설계될 수 있다. 용기 지지 시스템의 주요 기능은 용기의 운동을 조절하고 관리하는 것이다.
상기 구동 조립체는 조절된 진동의 근원이다. 이는 양(+)방향성 연결 링크, 양 유연성 연결 링크 또는 비양성 자동 평형 조립체 형태일 수 있다.
상기 리액터 스프링 시스템은 강 코일 스프링, 유연성 강 또는 유리 슬래트, 고무 블록, 원형 고무 토로이드(toroids) 또는 토션 바를 포함할 수 있다. 관련된 특수한 용도가 하나의 형태를 다른 것보다 더 유익하게 만들 수 있다.
종래의 진동 컨베이어가 도 1과 도 2에 도시되어 있다. 이러한 진동 컨베이어의 2개의 주요 부품은 용기(2)와 구동 조립체를 포함한다. 도 2에서, 구동 조립체는 액추에이터(4)(4')를 포함한다. 상기 액추에이터(4)(4')는 커넥팅 로드(5)에 의해 용기(2)의 측부에 연결된다. 상기 로드(5)는 통상적으로 액추에이터(4)와 용기(2)의 측부에 용접된다. 컨베이어 몸체는 스프링 또는 고무 충격 흡수제와 같은 진동 절연체(6)에 의해 바닥 또는 다른 지지면으로부터 이격된다. 액추에이터(4)(4')는 용기(2)를 전후 화살표 방향으로 진동시키고, 이러한 진동은 컨베이어 용기(2)에 채워진 성긴 물질(loose pieces)을 떨어뜨려 용기(2)의 저부 위에서 잠깐 동안 부양하도록 한다. 상기 액추에이터(4)(4')는 용기 저부의 수평면과 예각(α)으로 연결된다. 각 진동주기에서, 컨베이어 내부의 물질은 상승(sin α의 함수) 및 전방 격력(cosα의 함수)을 받아 부양하게 된다. 이때 용기는 하방(-sinα의 함수) 및 후방(-cosα의 함수)으로 움직인다. 따라서, 부양된 물건이 용기(2) 저부로 다시 떨어질 때, 실제 이들은 화살표(10) 방향으로 전방이동하게 된다. 이는 용기에 채워진 성긴 물질이 컨베이어의 배출단부(14)에 도달할 때 까지용기(2)의 종축을 따라 뒤에서 앞으로 연속적으로 이동하도록 한다.
일반적인 액추에이터(4)는 AC모터와, 이 모터의 샤프트의 대향 단부에 장착된 2개의 편심추(12a)(12b)로 이루어진다. 상기 컨베이어는 용기(2)의 각 측부에 장착된 2개의 액추에이터(4)(4')를 포함한다. 각각의 액추에이터는 수직에 대하여 예각(α)을 이루며 장착된다. 모터는 동일한 회전속도(ω)로 편심추(12a)(12b)(12a')(12b')에 회전을 제공한다. 추(12a)(12b)는 추(12a')(12b')에 대하여 180˚위상차로 반대 방향으로 회전하도록 자신의 모터 샤프트에 장착된다. 회전하는 추(12a)(12b)(12a')(12b')에 의해 생성된 힘은 대체로 컨베이어의 횡축을 따라 서로 상쇄되고, 컨베이어의 종축을 따라 추가된다. 종축으로의 힘은 용기 진동의 원인이되며 성기게 채워진 물질을 이동시킨다.
진동력을 발생시키기 위해 회전추 액추에이터가 사용될 때, 컨베이어의 횡운동을 제거하기 위해 용기의 각 측부에 동일한 수의 액추에이터가 사용된다. 이러한 횡력은 크기가 동일하고 대향하는 방향으로 작용하기 때문에, 횡방향으로의 컨베이어 용기의 순 변위(net displacement)는 없다. 그러나, 종래의 컨베이어에서, 이러한 횡력은 컨베이어 구조를 이루는 각 부재에 심각한 파괴 응력을 발생시킨다. 이러한 힘이 컨베이어 부재를 손상시키는 것을 방지하기 위하여, 컨베이어는 중구조강(heavy construction steel)을 이용하여 제작되고, 컨베이어의 크기 중량 및 가격이 추가된다.
중구조강이 사용될지라도, 액추에이터(4)(4')와 용기(2)의 연결부위는 각 액추에이터에서 발생된 힘에 의해 지속적으로 힘을 받는다. 결국, 용기(2)와 액추에이터(4)(4')사이의 용접부위는 파단될 것이고, 잠재적으로 큰 재해를 초래할 것이다. 따라서, 진동 컨베이어 조립체는 파괴적인 횡력을 잘 관리하고 견디며, 저렴한 비용으로 제조가 가능하며, 더 효율적이고 더 안정적인 것이 바람직하다.
본 발명은 물질 이송 용기와, 상기 용기를 지지하는 프레임과, 상기 용기의 대향 측부에 연결된 제 1 및 제 2 거싯(gusset)과, 상기 거싯 사이로 연장된 새들판(saddle plate)과, 상기 각각의 거싯에 근접되어 새들판에 연결된 한쌍의 액추에이터로 구성되고, 상기 용기를 상호적으로 움직이도록 하기 위하여 상기 액추에이터가 거싯을 통해 용기로 전달된 진자 운동을 새들판에 가하도록 장착된 진동 컨베이어 조립체에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 진동 컨베이어의 측면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 종래의 진동 컨베이어의 단부를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 진동 컨베이어의 일 실시예를 도시한 측면도이고,
도 4는 도 3의 4-4선을 따라 취한 단면도이며,
도 5는 액추에이터와 새들판의 분해도를 포함하여 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명을 도시한 등각 투상도이고,
도 6은 도 3의 6-6선을 따라 취한 액추에이터의 단면도이다.
도면을 참조하면, 동일 부품은 동일 번호로 표시되며, 참조번호 20으로 표시된 진동 컨베이어 조립체의 바람직한 실시예가 도 3과 도 4에 도시되어 있다.
컨베이어는 용기 또는 팬(pan)(22)과, 이 용기(22)의 각 측부에 장착된 2개의 액추에이터(26a)(26b)를 포함한다. 용기(22)는 용기(22)의 운동을 허용하는 절연기(스프링)에 의해 지지될 수 있다. 상기 액추에이터(26a)(26b)는 용기(22)에 대해 선택된 각도(충격각; angle of attack)로 장착된다. 컨베이어의 합성운동은 이 각도로 이루어지고 이는 컨베이어 아래로 물질이 이동하도록 한다. 상기 컨베이어가 전후로 움직일 때마다 실제로 물질은 매우 짧은 거리만큼 떨어진다.
각각의 액추에이터(26a)(26b)는 모터(27a)(27b)로 이루어진다. 모터(27a)(27b)는 대향 단부로부터 연장된 출력 샤프트를 갖는다. 각 출력 샤프트에는 편심추가 부착된다. 상기 모터(27a)(27b)는 반대 방향으로 회전하고, 서로에 대하여 180˚의 위상차를 갖는다. 모터(27a)(27b)가 회전할 때, 발생된 원심력은 컨베이어(20)를 전후로 진자 운동하도록 한다. 모터가 회전할 때, 원심력은 모터 샤프트로부터 편심되어 위치된 추에 의해 발생된다. 단지 하나의 모터만 사용된다면, 컨베이어는 회전운동을 하게 될 것이다. 위상차를 갖고 반대 방향으로 회전하는 2개의 모터를 사용함으로써, 컨베이어의 운동은 선형적이 된다. 이러한 현상은 없었으면 컨베이어를 횡으로 움직였을 모터로부터 발생된 힘이 항상 동일하면서도 반대 방향으로 가해지기 때문에 발생된다. 따라서, 각 모터로부터 발생된 횡력은 다른 모터로부터 발생된 횡력에 의해 소멸된다. 그러나, 전방 및 후방으로의 힘이 항상 동조함에 따라 컨베이어는 전방 및 후방으로 이동한다. 모터-추 조립체는 교반기 또는 관성 추 모터(inertial weight motor)로 알려져 있다.
컨베이어의 충격각은 물질의 흐름에 영향을 준다. 45˚일때, 물질 속도와 배출율(lb/hr)은 최대가 될 것이다. 45˚이하의 각도로 작동시키면 물질은 더욱 더 균일하게 확산되며 안정적인 유동율이 나타나게 된다. 45˚보다 더 큰 각도가 된다면, 물질은 작은 더미 형태로 이동할 것이다. 이 때문에 배출율은 더 균일하지 못하게 된다. 또한, 각도를 크게하면 할수록 소음은 더 크게 발생된다.
상기 컨베이어 구조는 액추에이터에 의해 발생되는 힘에 견디도록 설계된다. 이는 횡력 뿐만아니라 전방 및 후방으로의 힘을 포함한다. 본 발명은 모든 교반 모터가 장착되는 하나의 새들판을 이용한다. 이러한 설계에 의해, 하나의 모터로부터 발생된 횡력은 다른 모터에서 발생된 횡력에 의해 새들판을 통해 소멸된다. 이때문에, 용기에 액추에이터를 연결하는 용접부위를 통해 어떠한 횡력도 전달되지 않는다. 전방 및 후방으로의 힘은 대형의 거싯을 통해 새들판으로부터 컨베이어에 전달된다. 이들 거싯은 상기 새들판과 용기에 용접되었지만, 시스템은 많은 용접이 사용되도록 허용한다.
조립체(20)는 물질을 수용하기 위한 이송단부(26)와 특정 장소에 물질을 전달하기 위한 배출단부(28)를 갖는다. 한쌍의 액추에이터(26a)(26b)가 연속 새들판(30)에 브라켓트(32)(34)를 통해 각각 연결된다. 액추에이터(26a)(26b)는 각각 모터(27a)(27b)를 포함한다. 각 모터(27a)(27b)의 각 단부로부터 출력 샤프트(28a)(29a)(28b)(29b)가 연장된다. 각각의 출력 샤프트(28a)(29a)(28b)(29b)에 편심추(30a)(31a)(30b)(31b)가 각각 부착된다. 추(30a)(31a)는 추(30b)(31b)와 같이 동일한 회전속도(ω)로 회전하지만 180˚의 위상차를 갖고 반대 방향으로 회전한다. 이러한 구성으로 인하여, 액추에이터(26a)에 의해 생성된 횡력은 액추에이터(26b)에 의해 생성된 횡력에 의해 상쇄된다.
액추에이터(26a)(26b)는 브라켓트(32)(34)에 의해 새들판(30)에 각각 연결된다. 새들판(30)은 거싯(40)(42)에 연결된다. 상기 거싯(40)(42)은 용기(4)에 용접된다. 액추에이터(26a)(26b)의 방향과 각 추의 관계가 이와 같기 때문에 각 모터의 횡력은 서로 상쇄된다.
용기상에서 새들판(30)의 위치와, 액추에이터의 해당 위치는 물질이 가장 적절하게 운동하도록 선택되어야 한다.
도 3 및 도 5의 바람직한 실시예는 (스트로크 각으로 알려진) 선택된 충격각으로 컨베이어에 선형 진자 운동을 가하는 컨베이어 구동 시스템을 제공한다. 선형 운동에 의해 이송물질은 짧은 거리에 떨어져 컨베이어 아래로 이동하게 된다. 선형운동을 제공하기 위하여, 운동선은 컨베이어의 무게 중심을 지나야 한다. 그렇지 않다면, 컨베이어의 운동은 비선형이 될 것이다.
액추에이터의 변수는 다음의 식에 의해 결정되여야 한다.
여기서, E는 편심추의 질량이고, R은 편심추의 오프셋 반경이며, X는 스트로크(컨베이어의 각 작동주기에서 발생하는 최고점간의 총 변위)이고, M은 컨베이어 용기(2)의 질량이다.
충격각 또는 스트로크 각(α)도 컨베이어 아래로 유동하는 물질에 영향을 미친다. 수평면에 대하여 액추에이터 모터가 장착되는 각도가 스트로크 각이다. 합성된 컨베이어 운동은 이 각도로 이루어진다. 45˚에서 물질 속도는 최고가 된다.
또한, 새들판(30)의 사용은 예를 들어 용접과 같은 방식으로 용기에 액추에이터를 직접 장착해야 하는 필요성을 없앤다. 각 모터에 의해 생성된 횡력은 종래 시스템에서의 용접부위 대신 새들판(30)을 통해 소멸된다. 새들판(30)의 방향과 단일 구조로 인하여, 모든 횡력은 각각의 액추에이터(4)(4')와 용기(2) 사이의 연결에 영향을 덜 미치게 된다.
전방 및 후방으로의 모든 힘은 액추에이터(26a)(26b)로부터 새들판(30)을 통해 거싯(40)(42)을 거쳐 컨베이어 용기(4)로 전달된다. 상기 거싯(40)(42)은 새들판(30)과 용기(4)에 용접되었지만, 이러한 구성은 많은 용접이 사용되도록 허용한다. 새들판(30)과 거싯(40)(42) 사이에 발생하는 진동력은 용기(2)가 종방향으로 움직이기 때문에 상대적으로 작고 따라서, 시스템에 손상을 입히지 않게 된다.
본 발명은 다른 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 상기 변경은 전술한 내용에서 밝힌 본질적인 신규성 및 유일성과 대체로 다르지 않다. 따라서, 참조는 전술한 상세한 설명보다는 본 발명의 범위를 나타낸 첨부된 청구범위에 따라 이루어져야 한다. 다양한 변경, 변화 및 변동은 청구범위에 한정된 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 진동 컨베이어 조립체는 물질 이송 용기와, 상기 용기를 지지하는 프레임과, 상기 용기의 대향 측부에 연결된 제 1 및 제 2 거싯(gusset)과, 상기 거싯 사이로 연장된 새들판(saddle plate)과, 상기 각각의 거싯에 근접되어 새들판에 연결된 한쌍의 액추에이터로 구성되고, 상기 액추에이터가 거싯을 통해 용기로 전달된 진자 운동을 새들판에 가하도록 하여 용기를 상호적으로 움직임으로써 액추에이터에 의해 발생되는 진동을 상쇄시킬 수 있다.
Claims (9)
- 이송될 물질을 내부에 수용하기 위한 용기와상기 용기를 지지하기 위한 프레임과;상기 용기의 제 1 측부로부터 상기 용기 부근으로 상기 제 1 측부에 대향하는 용기의 제 2 측부까지 연장된 적어도 하나의 새들판과;상기 적어도 하나의 해당 새들판을 용기에 연결하며, 상기 제 1 측부에 연결된 적어도 하나의 새들판을 위한 제 1 거싯과 제 2 측부에 연결된 적어도 하나의 새들판을 위한 제 2 거싯과,상기 해당 제 1 거싯에 근접된 적어도 하나의 새들판에 장착된 제 1 액추에이터 및상기 해당 제 2 거싯에 근접된 적어도 하나의 새들판에 장착된 제 2 액추에이터로 구성되며,상기 제 1 및 제 2 액추에이터는 상기 용기를 상호적으로 움직이기 위하여 해당 제 1 및 제 2 거싯을 통하여 용기로 전달되는 진자운동을 적어도 하나의 새들판에 가하도록 적어도 하나의 상기 새들판에 장착된 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 거싯은 용기에 용접되는 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 액추에이터는 2개의 대향 단부에 종축을 따라 축방향으로 연장된 출력 샤프트를 갖는 모터와 상기 각 출력 샤프트에 연결된 편심추로 구성되고,상기 제 1 액추에이터 모터와 제 2 액추에이터 모터는 동일한 회전속도지만 반대 방향으로 회전하며, 상기 제 1 액추에이터 모터에 연결된 추와 제 2 액추에이터 모터에 연결된 추는 서로에 대해 180˚ 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 새들판은 용기의 일측부, 용기의 아래 및 용기의 대향 측부를 따라 연장된 단일부재인 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 새들판과 액추에이터는 수직평면과 예각을 이루며 거싯에 연결된 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 예각은 45˚인 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 용기의 종축에 평행하게 액추에이터에 의해 발생된 힘의 성분은 컨베이어 조립체의 무게중심과 교차하는 평면을 따라 작용하는 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 액추에이터는 브라켓트에 의해 새들판에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 조립체.
- 이송단부와 배출단부를 갖는 용기와;상기 용기의 무게중심을 지나는 용기의 축에 수직하게 용기에 연결된 적어도 하나의 연속 새들판과;상기 용기의 대향 측부상의 적어도 하나의 새들판에 각각 장착된 제 1 및 제 2 액추에이터로 구성되고,상기 액추에이터는 용기를 상호적으로 움직이기 위하여 상기 적어도 하나의 새들판에 각각 진자운동을 가하는 것을 특징으로 하는 진동 컨베이어 시스템.
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