KR100328717B1 - 내마모성이 우수한 와이어 로프 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와이어 로프의 제조단계에서 기계적인 가공을 통하여 유효 단면적을 확대시킴에 의해서 내마모성과 절단력을 향상시킨 내마모성이 우수한 와이어 로프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 별도의 로프 코어 주위에 다수개의 외층 스트랜드가 클로징되어 구성되는 와이어 로프에 있어서, 외층 스트랜드의 클로징 전에 각 외층 스트랜드에 대하여 콤팩션 압연롤러에 의한 압연가공이 이루어지고, 그 압연가공된 외층 스트랜드가 클로징되어진 와이어 로프에 대하여 스웨이징 압착가공이 이루어진 구조로서, 이러한 본 발명의 와이어 로프 제조방법은 다수의 소선이나 스트랜드를 꼬아서 별도의 로프 코어를 마련하는 단계와, 다수의 소선을 꼬아서 구성된 복수개의 외층 스트랜드에 대해 콤팩티드 롤러를 이용하여 압연가공을 행하는 단계와, 압연가공된 복수개의 외층 스트랜드를 상기 로프 코어 주위에 클로징 시키는 단계와, 클로징된 외층 스트랜드에 대하여 스웨이징 기계를 이용하여 압착가공을 행하는 단계로 구성된다.
본 발명의 방법에 의해서 제조된 와이어 로프는 클로징 전의 외층 스트랜드에 대한 1차 압연가공과 코어 로프상에 외층 스트랜드의 클로징이 이루어진 후에 행해지는 2차 압착가공을 통해서 로프 외주면의 평탄화 및 소선간 및 스트랜드간의 면접촉 극대화에 기인하여 시브나 드럼과의 접촉면이 증대되고 로프 경 축소에 따른 유효 단면적이 증대되어 내마모성이 향상되는 장점이 있다.
Description
본 발명은 별도의 로프 코어를 갖는 와이어 로프의 내마모성 및 절단력 향상에 관한 것으로, 보다 자세하게는 로프 코어의 주위에 클로징(closing) 되는 각 외층 스트랜드에 대하여 압연가공을 행하고 압연가공된 외층 스트랜드의 클로징 이후에 스웨이징 기계를 이용하여 와이어 로프 외주면에 대한 압착가공을 함으로써 접촉 소선간의 면접촉 확대 및 로프 경의 축소를 통한 유효 단면적의 증대가 이루어지도록 하여 와이어 로프의 내마모성과 절단력이 향상되도록 한 내마모성이 우수한 와이어 로프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 다수의 금속소선 또는 금속 스트랜드가 연선되어 이루어진 와이어 로프는 기계, 건설, 선박, 어업, 임업, 광업, 공중 케이블을 비롯한 엘리베이터 등의 광범위한 분야에서 널리 사용되고 있는 바, 이러한 와이어 로프의 기본적인 구성을 도1에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.
도시된 바와같이, 일반적인 와이어 로프(R)는 안쪽에 위치하는 로프 코어(1)의 외측으로 다수개의 외층 스트랜드(2)가 꼬여진 구조를 취한다. 이때, 각 외층 스트랜드(2)는 한 개의 심선(2a)을 중심으로 하여 여러 가닥의 단위 소선(2b)이 소정의 꼬임피치로 연선되어진 구성으로서, 꼬임의 방향과 피치 및 동원되는 스트랜드 수와 꼬임층수 등의 조건에 따라 규격표시별로 구별되어 진다. 도시된 구조의 와이어 로프(R)는 외층 스트랜드(2)가 단일층으로 이루어진 구조이나 외층 스트랜드가 복수개의 층으로 이루어진 구조 역시도 일반적이다.
한편, 와이어 로프는 사용 용도에 따라 요구되는 기계적 특성의 차이를 고려하여 코어 로프의 구성, 외층 스트랜드의 층수와 갯수, 각 스트랜드를 구성하는 소선의 수와 직경 및 가공의 정도등을 달리하여 제작되는 데, 종래의 이같은 와이어 로프중에서 동일 로프경에서 높은 절단력을 나타내는 것으로 알려지고 있는 별도의 와이어 로프 코어(IWRC: Independent Wire Rope Core)가 구비된 와이어 로프를 중심으로 하여 종래 와이어 로프의 구조와 특성을 좀 더 자세하게 살펴보면 다음과 같다.
도2 내지 도4는 종래의 6xFi(25)+RC 구조 와이어 로프의 가공방법 차이에 따른 단면구조의 변화된 모습을 보인 단면도이다.
먼저, 도2는 로프 코어의 주위로 가공이 되지 않은 원형 외주면을 갖는 다수의 외층 스트랜드가 꼬여진 구조의 라운드 와이어 로프(Round Wire Rope)로서, 도시된 바와같이 다수개의 스트랜드가 서로 꼬여져 구성된 로프 코어(1)의 주위로 6개의 외층 스트랜드(2)가 꼬여져 라운드 와이어 로프(3)를 구성함에 있어서 외층 스트랜드 (2)와 와이어 로프(3) 자체는 별도의 압연가공이 행해지지 않은 상태이다.
이와같은 라운드 와이어 로프(3)는 소선의 스트랜딩과 스트랜드의 클로징만에 의해서 와이어 로프 제품이 얻어지기 때문에 제조공정이 간편하다는 이점이 있긴 하나 외층 스트랜드(2)를 구성하고 있는 소선들이 점접촉 또는 선접촉을 하고 있음과 아울러 와이어 로프의 최외각 원주면과 접하는 소선의 접촉면적이 적어서 시브(sheave)나 드럼(drum)과 미끄럼 마찰을 일으키며 이동될 때 하중의 집중에 의해서 특정 소선에 우선적으로 변형이나 단선이 발생하게 되고 그로인해 절단력이떨어지는 문제점이 지적되고 있다.
그리고, 상기 라운드 와이어 로프는 로프경에 대한 유효 단면적이 낮아(달리 표현하면 충진율이 낮아) 절단력이 낮기 때문에 로프 경의 증대를 피할 수 없게 되고 그에 따라 와이어 로프가 적용되는 설비의 소형화 및 경량화에 어려움이 따르게 된다.
다음, 도3은 상기 라운드 와이어 로프에서 지적되고 있는 문제점을 감안하여 개발된 콤팩티드(compacted) 와이어 로프 구조를 보인 단면도로서, 도시된 바와같이, 콤팩티드 와이어 로프(3')는 상기 도2에 도시된 라운드 와이어 로프(3)에서의 코어 로프(1)와 동일한 구조의 코어 로프(1')의 주위에 감겨지는 외층 스트랜드 (2')를 클로징하기 전에 각 외층 스트랜드에 대하여 콤팩션 롤러를 이용하여 압연가공을 행함으로써 외층 스트랜드(2')의 유효단면적을 증대시킨 구조이다.
즉, 콤팩티드 와이어 로프(3')에서는 각 외층 스트랜드(2')의 최외층 소선층이 압연롤러에 의해서 변형됨과 아울러 압연전에 비해 압연후의 직경이 감소되어짐에 따라 외층 스트랜드(2')를 구성하는 소선간에 선접촉 내지는 면접촉을 이루게 된다. 특히, 상기 외층 스트랜드(2')의 최외곽 소선층 외주면은 압연가공시 원주면상에 가해지는 접촉하중에 의해서 평탄화되는 구조적 특징을 갖고 있다.
이와같은 종래의 콤팩티드 와이어 로프(3')는 외층 스트랜드(2')의 유효 단면적 증대에 기인하여 상기 라운드 와이어 로프(3)에 비해 절단응력과 내마모성이 향상되는 이점이 있다.
한편, 도4는 종래 라운드 와이어 로프(3)의 단점을 보완하기 위해 도3의 콤팩티드 와이어 로프(3')와는 다른 기계적 가공방식을 적용하여 와이어 로프의 유효단면적 확대 및 절단력 향상을 도모한 스웨이지드(swaged) 와이어 로프 구조를 도시하고 있다.
도시된 바와같이, 스웨이지드 와이어 로프(3')는 통상의 코어 로프(1') 주위에 도2의 라운드 와이어 로프(3)에서와 같이 압연가공이 행해지지 않은 상태의 외층 스트랜드를 클로징하여 와이어 로프를 구성한 후 스웨이징 기계를 이용하여 와이어 로프의 외주면에 대하여 압착가공을 행한 구조이다.
이와같은 외층 스트랜드의 클로징 후 스웨이징 압착가공을 통해서 외층 스트랜드(3')는 원래의 원형 단면으로부터 변형이 이루어지게 되는 데, 그 변형의 경향은 도시된 바와같이 각 외층 스트랜드(3')의 외측 외주면이 와이어 로프의 외주면이 이루는 원주면과 근접된 원호를 띠도록 납작해지는 방향으로 변형되고, 외층 스트랜드(3')를 구성하는 소선간에는 스웨이징 가공 이전에 비해 보다 밀착된 상태로 되어 선접촉 내지 면접촉을 이루게 된다.
따라서, 스웨지이드 와이어 로프(3')는 종래의 라운드 와이어 로프(3)에 비해 유효 단면적이 증대되고 그에 따라 절단력 및 내마모성이 향상되는 장점이 있다.
앞서 살펴본 바의 콤팩티드 와이어 로프나 스웨이지드 와이어 로프는 라운드 와이어 로프에 비해 유효 단면적이 증대되고 절단력이 향상되어 로프 경을 감소시킬 수 있다는 장점이 있기는 하나 콤팩션 롤러나 스웨이징 기계를 이용하여 압연가공이나 스웨이징 압착가공을 수행하여 금속 유효 단면적의 증대를 꾀하는 데는 한계가 따르고 있고, 최근의 기계장치의 소형화 및 경량화에 부합하는 로프 경으로까지 로프 경의 축소가 이루어지도록 하는 것이 불가능한 실정이어서 보다 높은 유효 단면적을 구비하는 새로운 구조의 내마모성 와이어 로프의 개발이 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 와이어 로프 구조에서 개선이 요구되고 있는 내마모성 및 절단력의 향상이 이루어지도록 하는 새로운 구조의 와이어 로프 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 발명의 목적을 두고 있다.
다시말하면, 본 발명은 별도의 코어 로프를 중심으로 하여 그 주위에 다수의 외층 스트랜드가 클로징되어 구성되는 와이어 로프에 있어서, 와이어 로프를 구성하는 코어 로프와 외층 스트랜드의 소선간 면접촉 확대를 통해서 시브나 드럼과의 마찰접촉시 가해지는 하중의 분산이 원활하게 이루어지도록 함으로써 내마모성이 향상되도록 함과 아울러 절단력 증대를 통한 로프 경의 축소에 의해 와이어 로프가 적용되는 기계나 설비의 소형화 및 경량화가 가능하도록 하는 내마모성이 우수한 와이어 로프 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적을 두고 개발되었다.
도1은 일반적인 와이어 로프의 구조도.
도2 내지 도4는 종래 6xFi(25)+RC 구조의 와이어 로프 단면도로서,
도2는 라운드 와이어 로프이고,
도3은 콤팩티드 와이어 로프이며,
도4는 스웨이지드 와이어 로프이다.
도5는 본 발명의 방법에 의해 제조된 일실시예 와이어 로프의 단면도.
(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))
10. 와이어 로프 11. 로프 코어
12. 외층 스트랜드 RS. 로프경 원주면
CS. 원호상 곡면구간 SS. 접촉면
본 발명의 내마모성이 우수한 와이어 로프는 별도의 로프 코어 주위에 다수개의 외층 스트랜드가 클로징되어 구성되는 와이어 로프에 있어서, 외층 스트랜드의 클로징 전에 각 외층 스트랜드에 대하여 콤팩션 압연롤러에 의한 압연가공이 이루어지고, 그 압연가공된 외층 스트랜드가 클로징되어진 와이어 로프에 대하여 스웨이징 압착가공이 이루어진 구조에 기술적 특징이 있다.
상기 본 발명의 내마모성이 우수한 와이어 로프는, 다수의 소선이나 스트랜드를 꼬아서 별도의 로프 코어를 마련하는 단계와, 다수의 소선을 꼬아서 구성된 복수개의 외층 스트랜드에 대해 콤팩티드 롤러를 이용하여 압연가공을 행하는 단계와, 압연가공된 복수개의 외층 스트랜드를 상기 별도의 로프 코어 주위에 클로징 시키는 단계와, 클로징된 외층 스트랜드에 대하여 스웨이징 기계를 이용하여 압착가공을 행하는 단계로 이루어진 일련의 단계적인 공정의 수행을 통해서 제조된다.
즉, 본 발명에서는 외층 스트랜드의 클로징 이전에 압연가공을 통해 일차적으로 외층 스트랜드의 유효 단면적 증대와 외층 스트랜드를 구성하는 소선간의 면접촉 확대가 이루어지도록 한 상태에서 외층 스트랜드의 클로징이 이루어지도록 하고, 다시 클로징 이후에 스웨이징 압착에 의한 이차적인 가공을 통해서 로프 경의 감소에 의한 유효 단면적의 확대 및 소선간의 면접촉 극대화를 도모한 데에 기술적 특징이 있다.
한편, 본 발명의 내마모성이 우수한 와이어 로프를 제작하는 데 사용되는 콤팩션 롤러와 스웨이징 기계는 앞서 살펴본 바의 종래 콤팩티드 와이어 로프 및 스웨이지드 와이어 로프 제작시에 사용되는 기계를 그대로 이용하게 된다.
한편, 도5는 본 발명의 방법에 의해서 제조된 일실시예의 와이어 로프 구조를 보인 단면도로서, 도시된 바와같이 본 발명의 와이어 로프(10)는 로프 코어(11)의 주위에 6개의 외층 스트랜드(12)가 클로징됨에 있어 외층 스트랜드(12)는 2차례에 걸친 압착가공, 즉 클로징 전의 콤팩션 롤러에 의한 압연가공과 클로징 후의 스웨이징 압착가공을 통해서 가공전에 비해 상당히 변형된 형태를 띠고 있다.
즉, 본 발명의 와이어 로프(10)에서 각 외층 스트랜드(12)는 최외곽 소선층 표면부가 2차에 걸친 압착가공에 의해 평탄화되어 로프경 원주면(RS)과 동일한 곡율반경을 나타내는 원호상 곡면구간(CS)이 전체 로프경 원주면과 거의 일치할 정도로까지 변형된다.
그리고, 인접하는 외층 스트랜드(12)간의 접촉면(SS)도 서로 평탄한 면접촉을 이루게 되고, 외층 스트랜드를 구성하는 개개 소선간에도 서로 면접촉을 이루게 된다.
이에 더하여 본 발명의 와이어 로프(10)에서는 외층 스트랜드(12)로 둘러싸여진 내부공간에 위치하는 로프 코어(11) 역시도 2차례에 걸친 하중의 작용에 의해서 변형이 발생되어 코어 소선간은 물론 코어 소선과 외층 스트랜드 소선간의 접촉부에서도 서로 면접촉을 이루게 된다.
본 발명의 와이어 로프는 그 외층 스트랜드(12)의 외주면이 로프 경 원주면(RS)과 상당구간에서 서로 일치함에 따라 기계나 설비에의 장착 후 인장하중이 가해진 상태에서 시브나 드럼을 미끄럼 접촉하면서 이동할 때 시브와 로프간의 접촉면적이 증대되어 상대적으로 넓은 면적을 통해서 하중의 고른 분산이 이루어지게 됨은 물론 스트랜드간 및 소선간의 면접촉에 의해서 하중이 고르게 분산되어 와이어 로프의 내마모성 및 내구성의 증진이 이루어지게 된다.
또한, 본 발명의 와이어 로프에서는 2차에 걸친 압착가공을 통해서 로프 경의 감축이 이루어짐에 따라 유효 단면적이 커서 동일 직경 대비 높은 절단력을 나타내므로 설비의 경량화 및 소형화를 가능하게 한다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해서 보다 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도5에 도시된 바와같은 6xFi(25)+RC 구조의 와이어 로프를 본 발명의 와이어 로프 제조방법에 의거하여 제작하였다. 즉, 먼저 로프 코어를 제작하여 와이어 연선장치의 로프 코어 공급대 상에 장착함과 아울러 다수의 소선을 이용하여 외층 스트랜드를 스트랜딩한 후 콤팩션 롤러를 통과시켜 압연가공된 콤팩티드 외층 스트랜드를 제작하여 이를 연선장치의 크래들 상에 장착하였다.
이어서, 연선장치를 가동시켜 로프 코어와 다수의 콤팩티드 외층 스트랜드가 보이스를 통과하도록 하여 로프 코어의 외주면에 외층 스트랜드의 클로징이 이루어지도록 하였다.
다음, 보이스를 통과하여 클로징되어 나오는 와이어 로프의 이동경로상에 스웨이징 기계를 설치하여 와이어 로프의 이동간에 스웨이징 압착가공이 이루어지도록 함으로써 본 발명에 따른 와이어 로프를 얻었다.
상기의 제조과정을 통해 얻어진 본 발명의 와이어 로프 직경은 22.4mm 였다.
본 발명의 실시예 와이어 로프 특성을 측정함에 있어 종래 와이어 제품과의 상대적인 비교를 위하여 도1 내지 도3에 도시된 구조로서 그 로프 경이 상기 본 발명의 와이어 로프 직경과 동일한 와이어 로프를 별도로 제작하여 이들에 대하여도 특성을 측정하였던 바 그 측정결과는 아래의 표1과 같다.
| 구 분 | 종래예(도2) | 종래예(도3) | 종래예(도4) | 실시예(도5) |
| 유효 단면적(mm2) | 245.8 | 278.2 | 296.9 | 341.9 |
| 절단력(Lbs) | 79,600 | 87,600 | 94,600 | 114,000 |
| 절단력향상율(%) | 43 | 30 | 21 | - |
상기 표1에서 절단력 향상율은 당해 종래예 와이어 로프의 절단력 측정결과에 대한 본 발명 실시예의 절단력의 증가율을 나타낸 것이다.
상기 표1에서와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 와이어 로프는 종래의 와이어 로프들에 비해 유효 단면적이 증대되고 또한 향상된 절단력을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 방법에 의해서 제조된 와이어 로프는 크로징 전의 외층 스트랜드에 대한 1차 압연가공과 코어 로프상에 외층 스트랜드의 크로징이 이루어진 후에 행해지는 2차 압착가공을 통해서 로프 외주면의 평탄화 및 소선간 및 스트랜드간의 면접촉 극대화에 기인하여 시브나 드럼과의 접촉면이 증대되고 로프 경 축소에 따른 유효 단면적이 증대되어 내마모성이 향상되는 장점이 있다.
또한 본 발명의 와이어 로프는 유효 단면적의 증대에 따라 동일 직경 대비 절단력이 높아서 와이어 로프를 포함하는 설비나 장치의 소형화 및 경량화 가능하기 때문에 각종 기계나 설비에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
Claims (2)
- 별도의 로프 코어 주위에 다수개의 외층 스트랜드가 클로징되어 구성되는 와이어 로프에 있어서, 외층 스트랜드의 클로징 전에 각 외층 스트랜드에 대하여 콤팩션 압연롤러에 의한 압연가공이 이루어지고, 그 압연가공된 외층 스트랜드가 클로징되어진 와이어 로프에 대하여 스웨이징 압착가공이 이루어진 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 와이어 로프.
- 다수의 소선이나 스트랜드를 꼬아서 별도의 로프 코어를 마련하는 단계와, 다수의 소선을 꼬아서 구성된 복수개의 외층 스트랜드에 대해 콤팩티드 롤러를 이용하여 압연가공을 행하는 단계와, 압연가공된 복수개의 외층 스트랜드를 상기 로프 코어 주위에 클로징 시키는 단계와, 클로징된 외층 스트랜드에 대하여 스웨이징 기계를 이용하여 압착가공을 행하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 와이어 로프의 제조방법.
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