KR100443565B1 - 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프 코어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섬유심의 외주면을 스프링 강재로 감싸므로써 그리이스 함침율이 우수한 섬유심의 장점과 내구성과 형태 유지성이 우수한 강재의 장점을 함께 갖도록 한, 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프의 코어에 관한 것이다.

본 발명의 코어는 섬유심(31)의 외주면에 스프링 강재(32)가 나선형으로 감기되, 인접 강재 사이의 간격이 스프링 강재(32) 폭(W)의 1∼100%가 되도록 섬유심(31)의 외주면에 감김에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프 코어는 외부 스트랜드들의 압력에 대하여 코어의 강성이 유지되고, 내부의 섬유심이 높은 그리이스 잔존 비율을 가짐으로써, 그리이스가 지속적으로 외층 스트랜드들에 공급 가능하여 가혹한 사용 조건에서도 와이어 로프가 우수한 내피로성을 발휘할 수 있도록 하는 장점이 있다.

Description

섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프 코어{Wire rope core made of fibre and spring steel}

본 발명은 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프의 코어(core)에 관한 것으로, 더 자세하게는 섬유심의 외주면을 스프링 강재로 감싸므로써 그리이스 함침율이 우수한 섬유심의 장점과 내구성과 형태 유지성이 우수한 강재의 장점을 함께 가져 와이어 로프의 내피로성을 향상시킬 수 있도록 한, 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프의 코어에 관한 것이다.

일반적으로 와이어 로프는, 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 외층 스트랜드(12)들이 다수의 섬유나 강 소선 등을 꼬아 만든 코어(11)의 외주면에 꼬여진 구조로서, 일반적으로 상기 외층 스트랜드(12)는 하나의 강 소선(12A)을 중심으로 하여 그 외주면에 다수의 강 소선들(12B)이 꼬여진 구조이다.

와이어 로프의 중심 또는 심강으로도 불리우는 상기 코어는 외층 스트랜드들의 압축력에 의하여 형태가 붕괴될 가능성이 상존하게 되는 바, 코어는 장시간의 사용에도 불구하고 처음의 기본 구조를 유지할 수 있는 내구성을 갖추어야 할 뿐만 아니라, 외부 환경에 대한 외층 스트랜드들의 내식성을 유지시켜 주기 위하여 외층 스트랜드들에 그리이스를 지속적으로 공급할 수 있는 우수한 그리이스 함침 능력을 보유하여야만 한다.

와이어 로프에 있어서 상기와 같이 중요한 역할을 하는 코어는 그 재질에 따라 섬유심, 강심(鋼芯) 등이 있으며, 섬유심은 합성섬유심과 천연섬유심으로, 강심은 독립 스트랜드심(IWSC, Independent Wire Strand Core)과 독립 로프심(IWRC, Independent Wire Rope Core)으로 구분된다.

상기 섬유심은 와이어 로프의 형태를 유지하고 와이어 로프의 마모나 부식을 방지하기 위한 그리이스의 원천이며, 강심에 비하여 와이어 로프에 큰 유연성을 줄 뿐만 아니라, 충격이나 진동에 대한 저항성이 있고, 중량도 가벼워 와이어 로프의 수명 연장에 중요한 역할을 한다.

상기 섬유심의 하나인 천연섬유심은 그리이스를 함침시켰을 때, 그리이스에 대한 함침율이 양호하여 연선된 외부 스트랜드에 대해 지속적으로 그리이스를 공급하여 양호한 윤활성을 유지하는 특성이 있는 반면에, 장시간 사용시 외부 스트랜드들의 압력에 의해 일정 형상을 유지하지 못하고 쉽게 변형되어 와이어 로프로서 중요한 특성인 강성에서 취약함을 보이는 경향이 있다.

그리고, 합성섬유심은 천연섬유심보다 그리이스의 함침율은 높게 나타나기도 하나 부착된 그리이스가 연선 과정에서 탈락되는 양이 많기 때문에 결과적인 함침율은 천연섬유심보다 낮아 외층 스트랜드들의 방청성과 윤활성에의 기여도가 천연섬유심에 비해 떨어지며, 천연섬유심에 비해 강성(剛性)은 높으나 강심에 비하여는 낮아 장시간 사용에 따른 외층 스트랜드들에 의한 압력을 견디는 능력이 부족하여 와이어 로프의 형상 유지 측면에서는 강심보다 불리하다.

또 다른 코어인 강심은 높은 외압에도 잘 견디는 특성을 갖는 바, 와이어 로프의 형상 유지 능력이 탁월하고 와이어 로프의 절단 하중을 높여 주는 장점이 있으나, 독립 스트랜드심은 유연성이 극히 떨어져 동삭(動索)용으로 거의 사용되지않고 특별한 경우 정삭(靜索)용으로만 사용되며, 일반적으로 사용되는 독립 로프심은 독립 스트랜드심보다 유연성이 좋아 와이어 로프의 인장력 확보를 위하여 사용되나, 강심은 일반적으로 섬유심에 비하여 그리이스의 함침율이 낮아 외층 스트랜드들 사이의 윤활성과 유연성을 떨어뜨려 내피로성이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 상기의 강심이 요구되는 와이어 로프는, 와이어 로프의 경(徑)을 변경하지 않고 절단 하중을 높이고자 할 때, 와이어 로프의 신율을 작게 하고자 할 때, 와이어 로프에 과다한 측압이 부여되어 형태가 파괴되기 쉬울 때 또는 고온의 장소에서 사용될 때 등 특정한 경우로 한정된다.

상기와 같은 다양한 코어를 갖는 와이어 로프에 부여되는 외부 하중은 굴곡, 인장, 비틀림 등 여러 형태이나, 이들 중 가장 중요하면서도 기본적인 축방향 인장 하중이 와이어 로프에 부여되는 경우를 살펴보면 다음과 같다.

와이어 로프에 축방향 하중이 부여되면 그 하중은 분해되어 도 2에 도시된 바와 같이 작용하게 된다. 즉, 외층 스트랜드에 가해지는 축방향 하중(21)은 외층 스트랜드의 길이 방향과 수직한 방향의 힘(22)과 스트랜드 길이방향의 힘(23)으로 분해된다.

따라서, 스트랜드 길이 방향에 수직한 방향 즉, 스트랜드간 경계면에 수직한 힘(22)은 연각(撚角)(24)을 감소시키고 스트랜드간 경계면에서의 마찰력 크기에 관여하게 되며, 스트랜드 길이 방향으로 작용하는 힘(23)은 스프링이 늘어나는 경우처럼 스트랜드의 회전 곡률을 감소시키는 방향으로 작용하는데 이는 곧, 코어를 향한 압축력으로 작용함을 의미한다.

즉, 스트랜드 경계면에 수직한 힘(22)은 연각(24)을 감소시켜 스트랜드의 길이 방향을 축방향과 일치시키려 하고, 이 때 발생하는 회전 모멘트 역시 중심을 향해 압축력을 작용시키므로써 스트랜드 길이 방향에 의한 압축력과 함께 상호 상승 작용을 하게된다.

따라서, 와이어 로프의 코어는 외층 스트랜드들의 압축력에 의하여 형태가 붕괴될 가능성이 상존하게 되는 바, 코어는 장시간 사용에도 불구하고 처음의 기본 구조를 유지할 수 있는 내구성을 갖추어야 할 뿐만 아니라, 외부 환경에 대한 외층 스트랜드의 내식성을 유지해 주기 위하여 외층 스트랜드에 그리스 등의 방청제를 지속적으로 공급할 수 있도록 우수한 함유 능력을 보유하여야만 하나, 종래 코어의 경우에는 다음과 같은 문제가 있다.

전술한 바와 같이, 섬유심은 강심에 비하여 높은 그리이스 함침율을 갖고 있으나, 와이어 로프에 외부 하중이 부여되는 경우 외부 스트랜드들의 압력에 의해 코어의 형태가 쉽게 변형되면서 코어 내부의 그리이스가 단시간에 박리되는 문제가 있으며, 강심의 경우에는 상기 섬유심 보다 와이어 로프의 형태 파괴 방지 측면에서는 절대적으로 유리한 강성을 갖고 있으나, 그리이스 함침율이 섬유심에 비하여 매우 떨어지기 때문에 외부 스트랜드들에 대한 방청성과 윤활성이 떨어지는 단점이 있다.

그리고, 일반적으로 사용되는 강심인 독립 로프심을 사용한 와이어 로프의 경우 외층 스트랜드들과 코어 사이의 꼬임 상태는 일반적으로 점접촉 상태를 유지하기 때문에, 외부에서 작용되는 인장응력, 굴곡응력, 압축응력 등의 제반 외부 압력에 대하여 외층 스트랜드들과 코어을 구성하는 단위 소선들이 점접촉에 의한 응력집중으로 소손 훼손율이 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 종래 와이어 로프의 코어가 갖고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 섬유심의 우수한 그리이스 함침율과 강심의 높은 형태 유지성을 가질 수 있는 와이어 로프용 코어를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 와이어 로프의 개략 사시도.

도 2는 와이어 로프에 작용하는 힘의 작용도.

도 3은 본 발명 일실시예 코어의 개략 사시도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11. 코어 12. 외층 스트랜드

21. 축방향 하중 22. 수직한 방향의 힘

23. 스트랜드 길이방향의 힘

24. 연각 31. 섬유심

32. 스프링 강재

본 발명의 상기 목적은 종래의 섬유심과, 섬유심의 외주면을 감싸는 스프링 강재에 의하여 달성된다.

본 발명의 와이어 로프용 코어는 높은 그리이스 함침율을 확보하기 위하여 종래의 섬유심을 사용하되, 형태 안정성을 향상시키기 위하여 상기 섬유심의 외주면을 스프링 강재로 둘러쌈에 기술적 특징이 있다.

그리고, 상기 스프링 강재로서 섬유심의 외주면을 코일 스프링(또는 나선형)의 형상으로 감쌀 때, 인접 강재들이 밀착되거나 겹쳐지지 않도록 함은 물론 인접 강재 사이에 일정한 간격이 확보되도록 하여야 한다.

상기와 같이 인접 강재 사이에 일정한 간격이 확보되도록 섬유심의 외주면을 스프링 강재로 감싸는 것은, 섬유심에 함침된 그리이스가 상기 인접 강재 사이의 틈을 통하여 외층 스트랜드들에게 공급되도록 하기 위함이며, 이때 스프링 강재의폭에 대한 인접 강재 사이의 간격 비율을 1∼100%로 하여야 한다.

즉, 스프링 강재의 폭과 강재 사이의 간격 사이에는 다음 식을 만족하여야 한다.

0.01 × W ≤ G ≤ 1 × W

여기서, W는 강재의 폭, G는 인접 강재 사이의 간격.

상기와 같이 인접 강재 사이의 간격을 일정한 범위로 제한하는 것은 섬유심에 함침된 그리이스가 외층 스트랜드들에게 공급되도록 함과 동시에 섬유심을 감싼 강재의 강성을 필요 이상 떨어뜨리지 않기 위한 것으로, 상기 인접 강재의 간격이 강재 폭의 1%에 미치지 못하게 되면 섬유심으로부터 외층 스트랜드들에게 공급되는 그리이스 양이 적어 외층 스트랜드들간의 방청성과 윤활성이 부족하게 된다.

그리고, 100%를 초과하게 되면 스프링 강재의 감긴 형상이 너무 느슨해져 강재에 의한 코어의 형태 유지성 개선 효과가 작을 뿐 아니라, 섬유심으로부터 외층 스트랜들로 일시에 많은 양의 그리이스가 공급되므로써 장시간 사용시 그리이스의 공급 부족 현상이 발생하게 된다.

따라서, 사용 용도에 따라 상기 인접 강재 사이의 간격을 조절하여야 한다.

또한, 상기 스프링 강재는 원형 단면의 강재 보다는 밴드 형상의 평탄한 강재를 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 이는 스프링 강재의 평탄면이 외층 스트랜드와 접촉시 소선들과의 점접촉에 의한 응력집중을 완화시켜 줄 수 있기 때문이다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 3에 본 발명 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프 코어의 사시도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 와이어 로프 코어는 섬유심(31)의 외주면에 밴드형의 평탄한 스프링 강재(32)가 나선형으로 감긴 형상이며, 섬유심(31)의 외주면에 감긴 인접 강재 사이는 일정한 간격(G)이 형성된다.

따라서, 섬유심의 외주면을 감싸는 스프링 강재는 외부 스트랜드들의 압력에 대해 강성을 유지하고, 그리이스 함침율이 높은 섬유심의 그리이스는 인접 강재 사이의 간격(G)을 통하여 외층 스트랜드들에게 지속적으로 공급된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 와이어 로프 코어의 작용 효과는 다음의 실시예를 통하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.

실시예1

와이어 로프의 윤활 및 방청성 유지에 작용하는 코어의 역할을 비교하기 위하여 본 발명의 코어, 종래 섬유심 및 독립 로프심 각각에 대하여 그리이스와의 부착성을 조사한 결과는 다음의 표 1과 같다.

구 분	그리이스 부착율
종래품 1 (천연섬유심,Sisal)	20 ∼ 22%
종래품 2 (합성섬유심,PP)	25 ∼ 29%
종래품 3 (독립 로프심)	1.5 ∼ 2.5%
본 발명품	18 ∼ 20%

*그리이스부착율=(침유된 코어무게-탈유된 코어무게)/침유된 코어무게 ×100

*시험조건 ; 용해된 그리이스(규격 KV, 온도 120℃)에 5분간 침적시킨 후

염수용액에서 일정시간 침지 경과 후 잔존한 그리이스량 측정.

또한, 상기 각각의 코어 외주면에 다수의 강 스트랜드로 연선하여 Φ12.8 × S(19)의 동일한 구조를 하는 와이어 로프를 제조한 후, 연선된 외층 스트랜드들을 제거하였을 때 각각의 코어에 잔존하게 되는 그리이스의 부착률은 다음의 표 2와 같다.

구 분	그리이스 부착율
종래품 1 (천연섬유심,Sisal)	17 ∼ 19%
종래품 2 (합성섬유심,PP)	10 ∼ 14%
종래품 3 (철심IWRC)	1.2 ∼ 1.4%
본 발명품	16 ∼ 18%

상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 동일 시험 조건에서 그리이스의 부착성은 천연섬유심이 가장 높고 강심인 독립 로프심의 부착율이 가장 낮게 나타났으며, 본 발명품은 천연섬유심에 다소 미치지 못하는 것으로 나타 났다.

그러나, 천연섬유심과 합성섬유심의 경우에는 외층 스트랜드들에 의해 분리되는 그리이스 감소 정도가 본 발명품에 비하여 상대적으로 큰 것으로 나타났는 바, 이는 본 발명품이 장시간 사용에 적합함을 의미한다.

즉, 다음의 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 와이어 로프로의 연선 전·후 나타나는 그리이스의 박리 비율은 본 발명품이 가장 낮은 것으로 나타났는 바, 그리이스에 대한 부착성 및 잔존비율이 높은 본 발명의 코어가 종래의 코어들에 비하여 외층 스트랜드들에 대한 지속적인 그리이스의 공급이 가능하므로써 스트랜드들간의 윤활 작용과 방청성에서 우수함을 기대할 수 있다.

구 분	그리이스 박리율
종래품 1 (천연섬유심,Sisal)	3%
종래품 2 (합성섬유심,PP)	15%
종래품 3 (철심IWRC)	0.7%
본 발명품	2%

*그리이스 박리량 : 각 시료의 로프 연선전 그리이스 부착율(표 1) 평균치

에서 연선 후 그리이스 부착율(표 2) 평균치를 뺀 수치임.

실시예 2

본 발명의 코어와 종래 코어를 사용하여 동일 구조의 Φ12mm × S(19) 와이어 로프를 제조하여 각 와이어 로프의 피로 특성을 조사하였으며, 그 결과와 피로시험 조건은 각각 표 4 및 5와 같다.

구 분	피로시험치(회)
종래품 1 (천연섬유심,Sisal)	220,800 ∼ 261,500
종래품 2 (합성섬유심,PP)	196,200 ∼ 210,700
종래품 3 (철심IWRC)	165,900 ∼ 184,800
본 발명품	275,300 ∼ 310,200

시험속도	무게추	휠 직경	그루브(groove) 반경
10 싸이클/분	1,500kg	300 mm	6.40 mm

*피로시험기 : long-cycle alternating bending type

상기 표 4의 각 코어를 사용한 와이어 로프별 피로시험치에 대한 평균치를, 독립 로프심을 기준으로 하여 비교한 결과는 다음의 표 6과 같다.

구 분	평균 피로치	증 감 율
종래품 1 (천연섬유심,Sisal)	241,100회	+37%
종래품 2 (합성섬유심,PP)	203,400회	+16%
종래품 3 (철심IWRC)	175,300회	(기준)
본 발명품	292,700회	+67%

상기 표 6에서 알 수 있듯이, 그리이스 잔존 비율 및 외층 스트랜드의 외압에 대한 강성이 향상된 본 발명의 코어를 사용한 와이어 로프의 피로치가 종래품, 특히 독립 로프심을 사용한 와이어 로프에 비하여 평균 67% 정도 향상됨을 보이고 있으며, 이는 그리이스 잔존 비율이 우수한 본 발명의 코어가 와이어 로프의 피로시험 중 그리이스를 지속적으로 외층 스트랜드들에게 공급함을 의미한다.

또한, 본 발명 코어를 구성하는 스프링 강재를 밴드형의 평탄한 스프링 강재로 사용할 경우에는 스프링 강재의 평탄면이 외부 압력에 의한 소선간의 점접촉 상태를 완화시켜 줌으로써 소선들의 소손이 억제되어 와이어 로프의 내구성이 더욱 향상될 수 있는 것으로 판단된다.

그리고, 본 발명의 코어를 사용한 와이어 로프는 천연섬유심 및 합성섬유심의 와이어 로프에 비하여 각각 21% 및 44% 정도의 피로 시험치가 상승됨을 확인할 수 있었는 바, 이는 섬유심 외주면을 감싼 스프링 강재에 의해 외부 스트랜드들에 대한 코어의 강성이 향상되는 동시에 인접 강재 사이의 간격으로 그리이스가 지속적으로 외층 스트랜드들에 공급되기 때문인 것으로 생각된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프 코어는 외부 스트랜드들의 압력에 대하여 코어의 강성을 유지시키면서 내부의 섬유심이 높은 그리이스 잔존 비율을 갖도록하므로써 그리이스가 지속적으로 외층 스트랜드들에 공급 가능하여 가혹한 사용 조건에서도 와이어 로프가 우수한 내피로성을 발휘할 수 있도록 하는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 다수의 외층 스트랜드들에 의해 외주면이 감싸지며, 그 외주면에 평탄한 밴드형 부재가 나선형으로 권취된 와이어 로프의 코어에 있어서,

   상기 밴드형 부재로서의 스프링 강재(32)가 인접 스프링 강재간 사이의 간격이 스프링 강재(32) 폭(W)의 1∼100%가 되도록 섬유심(31)의 외주면에 나선형으로 감긴 것을 특징으로 하는 섬유심과 스프링 강재로 이루어진 와이어 로프 코어.
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