KR100491116B1 - 권상기의 과부하 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형이며 구조가 간단하여 소형 윈치에도 용이하게 채택할 수 있는 과부하 방지장치를 제공한다. 본 발명은 압력공기의 입구(27A)를 출구(27B), 배기구(27C)중 어느 하나와 연통시키는 전환밸브(22)의 밸브체(26)에, 감속기(B)인 유성기어기구(5)의 기어 중, 하중을 매다는 체인의 스프로킷을 직접 회전시키지 않는 내치 기어(8)와 일체로 회전하는 작동 부재(24)와 코일 스프링(29)을 대항 작용시켜, 공기 모터(1)를 화물상승방향으로 동작시키는 압력공기의 공급관로(39)에 전환밸브(22)를 장입하였다. 정격하중 이하에서 입구(27A)와 출구(27B)가 직접 통하여 공기 모터(1)가 운전되는데, 정격하중을 초과하면 작동부재(24)가 밸브체(26)를 눌러 입구(27A)와 배기구(27C)를 연통시키고 공기 모터(1)를 정지한다.

Description

권상기의 과부하 방지장치{Apparatus for preventing overload of a hoist}

본 발명은 권상기(卷上機), 즉 윈치 또는 호이스트의 과부하로 인한 사고를 방지하기 위해, 이들에 설치되는 과부하 방지장치에 관한 것이다.

권상기가 정격하중을 초과하는 화물을 매달았을 때, 감속기, 원동기 등과 같은 기계의 파괴, 화물을 매달고 있는 와이어 로프, 체인 등과 같은 매달기 부재의 파단(破斷)으로 인한 화물 낙하 등의 사고가 발생하는 것을 방지하기 위해, 하중을 검지하여 그 값이 설정치 이상일 때에는 원동기의 운전을 멈추고 안전을 도모하는 수단이 강구되고 있다.

하중을 원동기의 전류, 전압 또는 작동 유체 압력, 매달기 부재의 장력, 회전부재의 토크 등에 의해 검지하는 것, 및 권상기의 종류, 사용 상황 등에 따라 하중검지수단을 선정하는 것은 널리 알려져 있는 기술이다.

이들 하중검지수단 중, 권상기에 장비하기 용이하며, 또한 권상기의 감속기로서 일반적으로 사용되고 있는 유성기어기구에 발생하는 토크를 검지시키는 하중검지수단이 일본 특허공개 평6-329391호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에 기재되어 있는 하중검지수단은 원동기에 의해 구동되는 중심의 선 기어(sun gear)를 제외하고, 내치 기어 및 유성 기어 중에서, 권동(券胴, drum)과 일체가 아닌 쪽의 기어에 레버를 돌출 접촉시킨 회전축을 견고하게 결합하며, 화물을 매달아 올릴 때에 수반되는 권동의 회전으로 인해 발생하는 토크에 의해 회전축이 회전하고, 레버가 로드셀에 작용함으로써 토크를 검출시키며, 로드셀의 검출출력을 전자식 제어장치에 입력하여 매달기 부재의 장력이 소정치 이상이라고 판단되었을 때, 경보를 발하거나 또는 감아올리기 동작을 멈추는 것이다.

그러나, 상기 공보에 기재되어 있는 하중검지수단은 발생한 토크를 회전축, 레버를 거쳐 로드셀이 검출하게 하는 것으로, 로드셀의 검출출력에 기초하여 전자식 제어장치에서 장력이 소정치 이상인지 아닌지의 여부를 판단할 뿐만 아니라, 경보 발령, 감아올리기 동작 정지를 수행하도록 하고 있기 때문에, 많은 기기나 부재를 이용한 복잡하고 규모가 큰 구성이 되는 것을 피할 수 없다. 따라서, 예를 들면 크레인에 매달려 화물을 한 개씩 낚아올리는 소형 호이스트에 상술한 하중검지수단 및 그 검출출력에 기초하여 원동기를 정지시키는 수단을 장비하면, 현저하게 고가의 것이 될 뿐만 아니라, 호이스트 전체가 대형화된다는 문제를 발생시킨다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하면서, 싸고 전체를 대형화시키는 일 없이 장비할 수 있으며 소형 호이스트에도 장비하기 용이한 하중검지수단과 원동기 정지수단과의 조합으로 이루어진 과부하 방지장치를 제공하는 것을 목적으로 이루어진 것이다.

본 발명은 원동기와, 화물을 매다는 매달기 부재를 감아건 회전체와, 원동기 출력축의 회전을 감속하여 회전체에 전달하는 유성기어기구로 이루어진 감속기를 구비한 권상기의 과부하 방지장치를 다음과 같이 함으로써 상기 과제를 해결하였다.

즉, 본 발명에 따른 과부하 방지장치는 감속기의 내치 기어와 유성 기어 중에서 회전체를 직접 회전시키지 않는 쪽의 기어에 고착한 작동부재와, 원동기의 제어 회로를 온/오프하는 스위칭 부재와, 스위칭 부재에 작용시킨 작동부재의 대항 하중을 가지고 있으며, 작동부재는 이것을 고착한 기어에 작용하는 토크가 대항 하중보다도 작을 때에는 제어 회로를 온으로 하는 위치에 스위칭 부재를 계속 유지하지만, 대항 하중보다도 커졌을 때에는 제어 회로를 오프로 하는 위치로 스위칭 부재를 동작시키는 것으로 되어 있는 하중검지 겸 원동기정지기로 이루어진 것이다.

이와 같이, 하중검지수단과 원동기 정지수단을 일체로 조합하여 감속기의 옆쪽에 설치한 본 발명에 따르면, 토크 검출을 위한 로드셀이나 과부하 판정을 위한 컴퓨터 등을 사용하지 않기 때문에 저가이면서, 2가지 기능을 일체화하였기 때문에 전체를 대형화시키는 일 없이 장비할 수 있고, 이로 인해 소형 호이스트에도 장비하기 용이한 과부하 방지장치를 제공하려는 목적이 달성된다.

이하, 본 발명을 원동기가 공기 모터이고, 매달기 부재가 체인이고, 회전체가 스프로킷인 호이스트에 적용한 실시 형태를 설명한다. 도 1을 참조하면, 원동기(A)인 공기 모터(1)와 감속기(B)인 유성기어기구(5)가 간격을 두고 대향 배치되어 있으며, 이들 사이에 매달기 부재(C)인 체인(11)을 감아건 회전체(D)인 스프로킷(12)이 배치되어 있고, 또한 공기 모터(1)의 케이싱(2)과 유성기어기구(5)의 케이싱(6)은 일체로 되어 있다.

유성기어기구(5)의 선기어(7)는 공기 모터(1)의 출력축(3)에 직접 연결된 원동축(4)에 고착되고, 내치 기어(8)는 케이싱(6)에 회전가능하게 내장되며, 유성 기어(9)는 스프로킷(12)과 일체인 기어 디스크(10)에 지지되어 있다. 스프로킷(12) 및 기어 디스크(10)는 케이싱(2, 6)에 베어링(13)에 의해 회전가능하게 지지되며, 원동축(4)은 스프로킷(12), 기어 디스크(10)의 중심을 관통하여 출력축(3)의 회전을 선 기어(7)에 전달하고, 유성 기어(9)를 도 2의 시계방향으로 공전(公轉)시킴으로써 스프로킷(12)을 화물상승방향으로 회전시킨다.

도 2를 참조하면, 유성기어기구(5)의 케이싱(6)의 일측면에 개구(13)가 마련되고, 이 개구(13)를 막으며 하중검지 겸 원동기정지기(21)의 본체(25)가 케이싱(6)에 설치되어 있고, 내치 기어(8)의 개구(13)에 위치하는 외측 둘레면에 볼트(23)에 의해 고착된 작동 부재(24)의 아암부(24A)가 본체(25)의 내부로 돌출되어 있다. 작동부재(24)의 내치 기어(8)에 겹쳐진 원호 형상의 기대부(24B)는 내치 기어(8)의 약간의 회전으로 개구(13)의 단부면에 닿고, 따라서, 내치 기어(8)를 작은 각도 범위에서만 회전 가능하게 하고 있다.

본 실시 형태에서는 원동기(A)가 공기 모터(1)이며, 작동유체인 압력공기의 공급원(35)으로부터 연장되는 급기관(36)은 방향전환밸브(37)를 거쳐 공기 모터(1)에 접속되며, 공기 모터(1)의 배출공기는 방향전환밸브(37)를 통해 대기로 방출된다. 방향전환밸브(37)는 조작버튼(38)에 의해 선택작용하는 압력공기로 위치를 바꾸며 화물상승방향 또는 화물하강방향으로 공기 모터(1)를 동작시킨다.

본체(25)는 공기 모터(1)와 방향전환밸브(37) 사이의 화물상승시의 압력공기공급관로(39)에 삽입 설치된 전환밸브(22)의 본체이며, 본 발명의 스위칭 부재는 슬라이드 스풀형태의 밸브체(26)이다. 이 밸브체(26)는 방향전환밸브(37)측에 접속된 입구(27A)를, 공기 모터(1)측에 접속된 출구(27B) 및 압력공기를 대기로 방출하는 배기구(27C) 중 어느 하나와 연통시키도록 동작하는 것이며, 그 일단에 아암부(24A)가 접촉되어 있다.

본체(25)에 포개어 설치한 스프링 케이스(28)에 코일 스프링(29)이 장입되며, 조정 나사(30)에 의해 조정된 스프링 하중이 밸브체(26)의 또 다른 일단에 작용하고 있다. 즉, 코일 스프링(29)은 작동부재(24)가 밸브체(26)를 누르는 힘에 대항하는 것으로, 본 발명에서의 대항 하중이다.

체인(11)에 화물을 설치하여 매달아 올릴 때, 유성 기어(9)는 도 2의 시계방향으로 공전하며, 이것과 맞물린 내치 기어(8)는 시계방향으로 눌려 회전하려고 하지만, 화물이 정격하중 이하이면, 작동부재(24)가 밸브체(26)를 누르는 힘보다도 코일 스프링(29)의 스프링 하중쪽이 더 커서, 밸브체(26)는 도 2에 나타낸 위치에 위치되어 입구(27A)와 출구(27B)를 접속함과 아울러, 입구(27A)와 배기구(27C)를 차단하고 있다.

화물이 정격하중을 초과할 경우에는, 코일 스프링(29)의 스프링 하중보다도 작동부재(24)가 밸브체(26)를 누르는 힘쪽이 더 커서, 밸브체(26)는 입구(27A)와 출구(27B)를 차단함과 아울러, 입구(27A)와 배기구(27C)를 접속하는 위치로 이동한다. 이 때문에, 공급원(35)에서 보내온 압력공기는 전환밸브(22)에 의해 공기 모터(1)로 공급되지 않고 대기로 방출되며, 공기 모터(1)는 정지한다. 이로 인해, 공기 모터(1), 유성기어기구(5), 스프로킷(12) 등의 파괴, 체인(11)의 파단으로 인한 화물 낙하라는 사고 발생이 방지되게 된다.

본 발명은 매달기 부재(C)를 감아걸고 있는 회전체(D)에 인가되는 하중과 감속기(B)의 기어의 톱니면에 인가되는 하중이 비례 관계에 있는 것을 이용하여 그 하중을 검지하고, 그 검지된 하중이 설정치 이상일 때에는 원동기(A)의 제어 회로(E)를 차단하여 매달아 올리기를 정지함으로써, 안전을 확보하는 것이다.

이것을 본 실시형태를 따라 상세히 설명하면, 매달기 부재(C)인 체인(11)에 인가되고 있는 하중을 W1, 회전체(D)인 스프로킷(12)의 지름을 D1, 감속기(B)인 유성기어기구(5)의 내치 기어(8) 및 유성기어(9)의 톱니수를 Z1 및 Z2로 하면, 스프로킷(12)의 회전력(T1), 유성기어기구(5)의 감속비(I), 유성기어(9)의 회전력(T2), 내치 기어(8)의 회전력(T3)은 각각 다음과 같은 식 1, 식 2, 식 3, 식 4로 표시된다. 단, 식 3은 감속 효율을 무시하고 있다.

[식 1]

T1=W1×1/2D1

[식 2]

I=Z2/(Z1+Z2)

[식 3]

T2=T1×I

[식 4]

T3=T2×Z1/Z2

여기에서, 선 기어(7)의 회전중심으로부터 아암부(24A)와 밸브체(26)와의 접촉점까지의 거리를 L1로 하면, 접촉점에 작용하는 힘(W2)은 식 5로 표시된다.

[식 5]

W2=T2/L1

이에 식 1, 식 2, 식3을 대입하면 W2는 식 6이 된다.

[식 6]

W2=W1×D1×Z2/{2L1(Z1+Z2)}

식 6에서 알 수 있는 바와 같이, 밸브체(26)에 작용하는 힘(W2)은 체인(11)에 인가되고 있는 하중(W1)에 비례하며, 동시에 W1에 비해서는 훨씬 작은 힘이다. 그리고, 이 힘(W2)이 대항 하중인 코일 스프링(29)로 설정된 하중 이상이면, 밸브체(26)가 이동하여 급기관(36), 공급관로(39)로 이루어진 제어회로(E)의 공급관로(39)를 대기 개방하고, 공기 모터(1)로의 압력공기의 공급을 정지하는 것이다.

즉, 본 실시 형태에서는 원동기(A)인 공기 모터(1)의 급기관(36), 공급관로(39)를 포함하는 구동회로에 하중검지 겸 원동기정지기(21)의 전환밸브(22)를 설치하여, 하중 검지와 원동기 정지를 단일 기구로 수행시키는 것으로 하며, 또한 구동회로 자체를 공기 모터(1)의 운전/정지신호를 발하는 제어회로(E)로 사용하고, 공기 모터(1)에 공급되는 압력공기의 공급/차단을 직접 수행하고 있다. 이 때문에, 구성이 매우 간단하여 하중검지 겸 원동기정지기(21)를 소형화할 수 있어 소형 호이스트에 대해서도 장비하기가 용이한 것으로 제작할 수 있다.

특히, 스프로킷(12)을 유성 기어(9)로 직접 회전시키고, 이것과 맞물리는 본래는 고정된 내치 기어(8)를 회전가능하게 하여 그 회전력(T3)를 가지고 체인(11)에 인가되는 하중(W1)을 검출하는 것으로 한 본 실시형태에 따르면, 식 6에서 설명한 바와 같이 W1에 비해 훨씬 작은 힘(W2)으로 정확히 하중(W1)을 검출할 수 있으므로, 소형화가 매우 용이하고, 또한 저렴하게 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 대항 하중인 코일 스프링(29)의 스프링 하중이 조정 나사(30)에 의해 임의로 단계 없이 조절할 수 있기 때문에, 장비할 권상기의 종류, 사양에 따라 최적의 값으로 설정하는 것이나, 사용으로 인한 시간 경과에 수반되는 변화 등에 따라 대항 하중을 조금씩 작게 하여 안전성을 확보시키는 것 등 다양한 상황에 대응하여 적절한 값을 부여하여, 안전에 대한 높은 신뢰성을 갖게 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태를 나타낸 압력공기 회로도로서, 하중검지 겸 원동기정지기(21)의 본체(45)가 유성기어기구의 케이싱(6)의 일측면에 설치되며, 이 본체(45)에 슬라이드 스풀 형태의 밸브체(46)가 장입되어 그 양단에 도 1, 도 2의 실시 형태와 같은 작동부재(24)의 아암부(24A)와 스프링 하중 조정이 가능한 코일 스프링(29)이 작용되고 있다. 또한, 압력공기회로는, 공급원(35)으로부터 연장되는 급기관(36)에, 조작버튼(38)에 의해 위치가 전환되는 방향전환밸브(37)를 설치하고, 하중상승시에 방향전환밸브(37)로부터 공기 모터(1)에 압력 공기를 보내는 공급관로(39)에 차단 밸브(40)를 설치한 것으로 되어 있다.

본체(45)는 공급관로(39)의 방향전환밸브(37)와 차단밸브(40)와의 사이에 접속된 입구(47A)와 차단밸브(40)의 조작부에 접속된 출구(47D)를 가지며, 밸브체(46)는 화물이 정격하중 이하이면 입구(47A)와 출구(47D)를 차단하고, 정격하중을 초과하면 입구(47A)와 출구(47D)를 연통시킨다. 즉, 차단밸브(40)는 정격하중이하의 화물을 매달았을 때에는 도 3에 나타낸 위치의 압력공기를 공기모터(1)에 공급하는데, 정격하중을 초과했을 때에는 공급관로(39)를 차단하여 공기 모터(1)를 정지시키는 것이다.

본 실시 형태에 있어서, 스위칭 부재로서 작용하는 밸브체(46)와 상기 입구(47A) 및 출구(47D)를 갖는 밸브체(45)는 개폐 밸브(42)를 구성하고, 이 개폐 밸브(42)를 경유하여 차단 밸브(40)에 도입되는 압력공기통로에 공기 모터(1)의 운전/정지신호를 발하는 제어회로(E)를 구성한다. 그리고, 차단 밸브(40)와 제어 회로(E)는 권상기에 대형화 및 특별히 복잡하게 하는 일 없이 설치할 수 있으므로, 소형 호이스트에도 장비하기가 용이한 것으로 한다는 목적을 해치는 일이 없다.

또한, 도 1, 도 2의 실시 형태 및 도 3의 실시 형태는 공기 호이스트에 한정되지 않으며 유압 호이스트에 대해서도 그대로 적용되지만, 도 1, 도 2의 것에 있어서 배기구(27C)로부터 방출된 작동유는 오일탱크로 되돌아간다.

또한, 본 발명은 원동기(A)를 유체압 모터로 한정하지 않으며, 전동 모터를 탑재한 권상기에도 적용할 수 있다. 도 4는 그 실시 형태를 나타내는 전기회로도로서, 하중검지 겸 원동기정지기(21)의 본체(55)가 유성기어기구의 케이싱(6)의 일측면에 설치되며, 이 본체(55)에 스위칭 부재인 슬라이드 스풀형태의 접극자(56)가 장입되어 그 양단에 도 1, 도 2의 실시형태와 동일한 작동부재(24)의 아암부(24A)와 스프링 하중 조정이 가능한 코일 스프링(29)이 작용되고 있다.

또한, 전기 회로는 원동기(A)인 전동 모터(71)를 정회전 또는 역회전시키도록 전원(61)으로부터 공급되는 전류를 전환하는 전환기(62)와, 전환기(62)와 전동 모터(71) 사이의 한쪽 전로(電路)(63)에 설치한 개폐기(52)를 구비하고 있다.

본체(55)는 고정 접점(58)을 설치하고 있으며, 접극자(56)는 가동 접점(59)을 구비하고 있다. 접극자(56)는 화물이 정격하중 이하이면 가동 접점(59)을 고정 접점(58)에 접촉시키고 있는데, 정격 하중을 초과하면 가동 접점(59)을 고정 접점(58)으로부터 이격시킨다. 즉, 본체(55), 접극자(56), 고정 접점(58), 가동 접점(59)은 개폐기(52)를 구성하는 것으로서, 정격하중 이하의 화물을 매달았을 때에는 도 4에 나타낸 위치에 위치되어 전력을 전동 모터(71)에 공급하는데, 정격 하중을 초과했을 때에는 전로(63)를 차단하여 전동 모터(71)를 정지시키는 것이다.

본 실시 형태에서는 전동 모터(71)의 구동 회로를 구성하는 전로(63)에 하중 검지 겸 원동기정지기(21)의 개폐기(52)를 설치하여 하중 검지와 원동기 정지를 단일 구성으로 수행시키는 것으로 하고, 또한 구동 회로 자체를 전동 모터(71)의 정지신호를 발하는 제어 회로(E)로 사용하여, 전동 모터(71)에 공급되는 전력의 공급/차단을 직접 수행하고 있다. 이 때문에, 구성이 매우 간단하여 하중검지 겸 원동기정지기(21)를 유체압 모터에서의 것보다도 소형화할 수 있다.

또한, 전로(63)에 전자력 작동의 차단기를 설치하며, 개폐기의 접점(58, 59)이 정격 하중을 초과했을 때에 열리는 것을 이용하여 차단기가 전로(63)를 차단하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 전로(63)에 차단기를 설치하고, 개폐기(51)의 온/오프에 따라 차단기를 개방/폐쇄시키는 전기신호를 발하는 제어회로를 마련하면 좋으므로, 권상기를 대형화 및 특별히 복잡하게 하는 일 없이, 소형 호이스트에도 장비하기가 용이한 것으로 한다는 목적을 해치지 않고 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 하중 검지 수단과 원동기 정지수단을 일체화한 간단한 구성으로, 화물을 매달은 회전체에 인가되는 하중과 감속기의 기어의 톱니면에 인가되는 하중이 비례 관계에 있는 것을 이용하여 정격하중을 초과하는 하중을 정확히 검지함과 동시에 전동기를 정지하여 안전을 도모할 수 있으며, 소형, 구조 간단, 저가의 특성으로 인해 소형 호이스트에도 용이하게 채택하여 장비할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타낸 종단면도.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도 및 압력공기회로도.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태를 나타내는 압력공기회로도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 형태를 나타내는 전기회로도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 공기 모터 5 : 유성기어기구

8 : 내치 기어(internal gear) 9 : 유성기어

11 : 체인 12 : 하중검지 겸 원동기정지기

22 : 전환밸브 24 : 작동부재

25, 45, 55 : 본체 26, 46 : 밸브체

29 : 코일 스프링 42 : 개폐 밸브

52 : 계폐기 56 : 접극자(armature)

Claims (4)

1. 원동기와, 화물을 매다는 매달기 부재를 감아건 회전체와, 상기 원동기의 출력축의 회전을 감속하여 상기 회전체에 전달하는 유성기어기구로 이루어진 감속기를 구비한 권상기의 과부하 방지장치로서,

   상기 과부하 방지장치는 상기 감속기의 옆쪽에 설치한 하중검출 겸 원동기정지기로 이루어지며,

   상기 하중검출 겸 원동기정지기는 상기 감속기의 내치 기어와 유성기어 중에서 상기 회전체를 직접 회전시키지 않는 쪽의 기어에 고착한 작동부재와, 상기 원동기의 제어회로를 온/오프하는 스위칭 부재와, 상기 스위칭 부재에 작용시킨 상기 작동부재의 대항 하중을 가지고 있고,

   상기 작동 부재는 이것을 고착한 기어에 작용하는 토크가 상기 대항 하중보다도 작을 때에는 상기 제어 회로를 온으로 하는 위치에 상기 스위칭 부재를 계속 유지하지만, 상기 대항 하중보다도 커졌을 때에는 상기 제어 회로를 오프로 하는 위치로 상기 스위칭 부재를 작동시키는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 권상기의 과부하 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원동기는 공기 모터로서, 화물상승방향으로 동작시키는 압력 공기의 공급관로에 개폐 밸브가 장입 설치되어 있으며, 상기 개폐 밸브는 상기 스위칭 부재를 밸브체로 하고 있고, 상기 공급관로가 상기 제어 회로로 되어 있으며, 상기 밸브체는 정격하중 이하에서 압력 공기를 상기 모터에 공급하는데, 정격 하중을 초과하면 압력 공기를 대기로 방출하여 상기 공기 모터를 정지시키는 것으로 하고 있는 권상기의 과부하 방지장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 원동기는 전동 모터로서, 그 구동전력을 공급하는 전로에 개폐기가 장입 설치되어 있으며, 상기 개폐기는 상기 스위칭 부재를 접극자로 하고 있고, 상기 전로가 상기 제어 회로로 되어 있으며, 상기 접극자는 정격하중이하에서 전력을 상기 전동 모터에 공급하는데, 정격하중을 초과하면 상기 전로를 차단하여 상기 전동 모터를 정지시키는 것으로 되어 있는 권상기의 과부하 방지장치.
4. 제 1 항∼제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 부재에 작용시킨 대항 하중을 조절할 수 있는 권상기의 과부하 방지장치.