KR100502430B1 - 진동방향 전환 장치 및 이를 구비한 진동 시험 장치 - Google Patents

진동방향 전환 장치 및 이를 구비한 진동 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동방향 전환 장치 및 이를 구비한 진동 시험 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는, 수직 축의 상하 방향 운동을 테스트 베드의 수평 방향 운동으로 방향을 전환하는 장치로서, 상기 수직 축의 하단부에 부착되고 저면에 소정의 경사를 가진 경사면이 형성된 구동 블록, 상기 테스트 베드의 일단에 결합되어 있으며 상기 구동 블록의 상하 수직 운동에 따라 수평 방향으로 운동하는 종동 블록, 및 상기 종동 블록에 구비되고 상기 구동 블록의 경사면과 맞닿는 베어링으로 구성되는 진동방향 전환 장치 및 이를 구비한 진동 시험 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 방향 전환 장치를 통상 사용되는 수직 방향의 스트로크를 가지는 진동 시험기에 장착하고, 상기 테스트 베드의 자동 복귀가 가능하도록 탄성 부재를 설치함으로써, 실험실에 일반적으로 구비되어 있는 시험기를 수평 방향의 진동을 가하는 진동 시험기로서 효율적으로 활용할 수 있으며, 이에 따라 별도의 수평방향 시험기를 제작하거나 구매하지 않아도 저렴한 비용으로 수평방향의 진동시험을 수행할 수 있다. 한편, 수평 방향으로 진동하는 별도의 시험기 설치에 따른 넓은 공간 확보의 필요성이 없어지게 되어, 실험장소의 선정에도 유리하게 된다.

Description

진동방향 전환 장치 및 이를 구비한 진동 시험 장치 {Vibration Direction Conversion Device and Vibration Testing Apparatus Equipped with It}
본 발명은 진동방향 전환 장치 및 이를 이용한 진동 시험 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직형 진동 시험 장치를 이용하여 수평 방향의 진동 시험을 수행할 수 있도록 하는 진동방향 전환 장치 및 이를 구비한 진동 시험 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 지진에 의한 지반의 거동 등을 사전에 검토하기 위해서는 일반적으로 진동 발생 장치를 이용하여 인위적으로 지반 모형에 진동을 발생시킨 후 실제 지반의 거동을 예측하는 실험 연구가 진행된다. 이러한 진동 시험은 지진에 의한 지반의 거동을 연구하기 위한 목적 이외에도 다양한 목적과 용도를 위하여 이루어진다.
앞서 예로 든, 지진에 의한 지반 거동 예측을 위한 진동 실험에 사용되는 진동 시험 장치는, 액추에이터에 의해 발생하는 힘을 이용하여 축소 모형 구조물이 설치되는 테스트 베드를 수평방향으로 움직임으로써 실제 지반을 상사하는 축소 모형에 진동을 가하는 장치로서, 산업체, 학계 등에서 여러 가지 목적의 진동 시험을 위하여 사용되고 있다.
종래의 진동 시험 장치에서는, 수평 방향의 진동을 발생시키기 위하여 수평방향으로 진퇴 하는 유압 실린더 장치를 주로 사용하였다. 그러나 이와 같이 수평방향으로 진퇴하는 유압 실린더 장치를 이용한 진동 시험 장치의 경우, 진동 시험 장치의 실린더 진퇴 방향과 테스트 베드의 진동방향이 모두 수평방향이기 때문에, 장치가 일렬로 배치될 수밖에 없으므로, 진동 시험을 수행하기 위해서는 넓은 면적이 필요하다. 따라서 종래의 진동 시험 장치는 설치 장소에 상당한 제약이 있다.
또한, 수평 방향의 진동을 일으키기 위한 유압 실린더 장치 등 별도의 수평방향 진동 장치를 제작하거나 구매해야 하므로 실험을 위한 장비 비용이 많이 드는 단점이 있다.
한편, 일반적으로 대학 실험실이나 각 기업의 실험실에는, 콘크리트 등과 같은 재료의 압축 시험이나 진동 시험 등을 위해 수직 방향의 스트로크를 가지는 시험 장비가 널리 보급되어 있다.
상기 수직 방향 스트로크를 가지는 시험 장치는 통상, 시편 또는 실험 대상 구조물이 설치되는 테스트 박스, 상기 테스트 박스에 설치된 시편 또는 실험 대상 구조물에 하중이나 진동을 가하는 액추에이터, 상기 테스트 박스에 설치된 시편이나 실험 대상 구조물에 발생되는 영향을 측정하는 센서들로 구성된다.
여기서, 상기 수직 방향의 스트로크를 가지는 종래의 시험 장치의 액추에이터에서 발생되는 힘을 별도의 진동방향 전환 장치를 통하여 수평 방향의 힘으로 변환할 수 있다면, 이를 이용하여 수평 방향의 진동 시험을 수행할 수 있게 되므로, 실험을 위한 비용을 크게 감소시킬 수 있으며, 시험에 필요한 장소도 줄일 수 있게 된다.
이에 본 발명자는 수직 방향의 직선운동을 수평 방향의 직선운동으로 효율적으로 변환할 수 있는 진동방향 전환 장치를 개발하게 되었으며, 이러한 진동방향 전환 장치를 구비한 진동 시험 장치를 개발하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 관련 분야의 필요에 부응하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 수직 방향의 스트로크를 가지는 시험 장치의 액추에이터에서 발생되는 힘을 수평 방향의 힘으로 변환할 수 있는 진동방향 전환 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 위와 같은 진동방향 전환 장치를, 수직 방향의 스트로크를 가지는 시험 장치에 설치하여 수평 방향 진동 시험을 수행할 수 있는 방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 수직 축의 상하 방향 운동을 테스트 베드의 수평 방향 운동으로 방향을 전환하는 장치로서, 상기 수직 축의 하단부에 부착되고 저면에 소정의 경사를 가진 경사면이 형성된 구동 블록, 상기 테스트 베드의 일단에 결합되어 있으며 상기 구동 블록의 상하 수직 운동에 따라 수평 방향으로 운동하는 종동 블록, 및 상기 종동 블록에 구비되고 상기 구동 블록의 경사면과 맞닿는 베어링으로 구성되는 진동방향 전환 장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 테스트 베드의 타단 외측에는 탄성 부재가 더 구비되어, 상기 수직 축이 하사점을 지난 후 상승할 때 상기 테스트 베드가 자동으로 원위치로 복귀할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 수직 방향으로 직선 왕복 운동이 가능한 수직 축, 상기 수직 축을 구동하는 액추에이터, 상부에 진동 시험 대상이 놓여지는 테스트 베드, 상기 수직 축의 수직 운동을 수평 운동으로 전환하여 상기 테스트 베드로 전달하는 진동방향 전환 장치, 및 상기 테스트 베드의 일단에 설치되어 상기 테스트 베드가 원위치로 복귀하도록 하는 탄성 부재를 포함하여 구성되는 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 진동방향 전환 장치는, 상기 수직 축의 하단부에 부착되고 저면에 소정의 경사를 가진 경사면이 형성된 구동 블록, 상기 테스트 베드의 일단에 결합되어 있으며 상기 구동 블록의 상하 수직 운동에 따라 수평 방향으로 운동하는 종동 블록, 및 상기 종동 블록에 구비되고 상기 구동 블록의 경사면과 맞닿는 베어링으로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 테스트 베드의 수평 방향 왕복 운동 시의 마찰을 감소시키기 위해, 상기 테스트 베드는 소정의 윤활 수단이 구비된 지지빔으로 지지되어 수평 방향으로만 움직일 수 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 테스트 베드의 수평 방향 왕복 운동 시의 마찰을 감소시키기 위해, 상기 테스트 베드는 하부에 롤러가 구비된 테스트 베드 지지대로 지지되고 상부에 하중이 큰 실험 대상 구조물이 위치하여 수평 방향으로만 움직일 수 있는 것이 바람직하다.
다음에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면에 도시된 실시예에서는, 지반 모형을 진동 시험 대상으로 하는 진동 시험 장치를 예시하여 본 발명의 구조를 설명하였으나 이는 단지 설명을 위한 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 시험 대상에 적용될 수 있는 것이다.
도 1에는 본 발명에 따른 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치의 측단면도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치(1)는, 수직 방향으로 직선 왕복 운동이 가능한 수직 축(3), 상기 수직 축(3)을 구동하는 액추에이터(2), 상부에 시험 대상 구조물(미도시)이 설치되는 테스트 베드(20), 상기 수직 축(3)의 운동을 상기 테스트 베드(20)로 전달하는 진동방향 전환 장치 및 상기 테스트 베드(20)의 일단에 설치되어 상기 테스트 베드(20)가 원위치로 복귀하도록 하는 탄성 부재(25)를 포함한다.
상기 액추에이터(2)는 유압 피스톤이거나, 또는 모터의 회전 운동을 크랭크축을 이용하여 직선 왕복 운동으로 변환하는 방식의 피스톤으로 구성되는데, 본 발명에서는 상하 방향으로 직선 왕복운동을 구현할 수 있는 것이면 상기 액추에이터(2)의 종류를 한정하지는 않는다. 특히, 상기 액추에이터(2)는 토목, 건축 실험실에서, 시편 등의 압축강도 시험, 구조물의 진동시험 등을 위하여 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
본 발명의 진동 시험 장치에 있어서, 상기 수직 축(3)은 상하 방향의 직선 왕복 운동 경로를 가이드 하는 상부 하우징(4)내에 구비되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 수직 축(3)과 상기 상부 하우징(4) 사이의 마찰을 감소시킬 수 있도록 소정의 윤활 수단(5)이 설치된다. 상기 윤활 수단(5)의 일례로서 도 1에는 볼 부시(ball bushing)가 도시되어 있다. 상기 상부 하우징(4) 아래에는 그 내부가 상기 상부 하우징(4)보다 더 넓은 하부 하우징(6)이 구비되는데, 상기 수직 축(3)의 하단부는 상기 하부 하우징(6), 내에 위치하여 상하 방향으로 왕복 운동한다.
상기 테스트 베드(20)에는 수평 방향으로 왕복 운동하는 동안 상기 테스트 베드(20)를 지지하는 테스트 베드 지지빔(21)과의 사이에서 마찰을 줄이기 위해 소정의 윤활 수단(22)이 설치된다. 상기 윤활 수단(22)의 일례로서 도 1에는 볼 부시가 도시되어 있다.
한편, 상기 수직 축(3)이나 상기 테스트 베드(20)의 윤활 수단(5, 22)으로는 도시된 볼 부시 이외에도 직선 운동에 적합한 리니어 부시(linear bushing), 리니어 가이드, 볼 가이드, 볼 스트로크 등이 사용될 수 있다.
상기 탄성 부재(25)는 상기 테스트 베드(20)의 단부 외측에 설치되는 탄성 부재 지지대(31)에 고정되어 설치되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 탄성 부재(25)는 상기 테스트 베드(20)와 분리되어 설치될 수도 있으나 상기 테스트 베드(20) 단부에 고정될 수도 있다. 상기 탄성 부재(25)의 탄성 계수는 상기 수직 축(3)의 스트로크를 고려하여 결정되며, 상기 수직 축(3)이 상사점으로 이동할 때에 탄성계수가 너무 커서 상기 테스트 베드(20)가 상기 하부 하우징(6)의 내벽까지 닿지 않도록 해야 한다.
상기 테스트 베드의 지지빔(21), 상기 수직 축(3)의 하부 하우징(6) 및 상기 탄성 부재 지지대(31)는 수평 하게 놓인 바닥 평판(40) 위에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 진동방향 전환 장치는, 상기 수직 축(3)의 상하 운동을 상기 테스트 베드(20)의 수평 방향 운동으로 바꿔주는 장치로서, 상하 운동을 하는 상기 수직 축(3)의 하단부에 부착되고 저면에 소정의 경사가 형성된 구동 블록(10), 상기 테스트 베드(20)에 연결되어 있으며 상기 구동 블록(10)의 상하 수직 운동에 따라 수평 방향으로 운동하는 종동 블록(23), 및 상기 종동 블록(23)에 구비되어 상기 구동 블록(23)의 경사면과 맞닿아 있는 베어링(24)을 포함하여 구성된다.
도 2에는 도 1의 종동 블록을 A-A 선을 따라 자른 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 종동 블록(23)에 구비되는 상기 베어링(24)은 그 내륜이 고정 축(26)과 결합되고, 외륜이 상기 구동 블록과 접촉하여 회전하는 구조를 가지고 있다. 상기 베어링(24)의 구성은 일 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명에 있어서 상기 베어링(24)의 구성은 이에 한정되지 않는다.
도 3에는 지반의 수평 방향 진동 시험을 하기 위해 지반 모델이 테스트 베드에 설치된 실시예가 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치를 이용하여 지반 모형에 대한 지반의 진동 시험을 수행하는 예가 도시되어 있다. 그러나 도 3에 도시된 지반 진동 시험은 본 발명에 따른 진동 시험 장치를 이용한 시험의 일례이며, 앞서 밝힌 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 시험 장치는 이에 한정되지 아니하고 다양한 진동 시험에 활용할 수 있다.
도 3에 도시된 경우와 같이, 하중이 큰 모형을 실험에 사용할 때에는 상기 테스트 베드(20)를 지지하기 위해 다수의 롤러(29)가 구비된 테스트 베드 지지대(30)를 바닥 평판(40)에 설치하여 사용하는 것이 안전하다. 이 경우 필요에 따라 상기 종동 블록(23)이 상기 테스트 베드(20)에 직접 결합되지 않고 종동 축(27)에 의하여 테스트 베드(20)에 결합될 수도 있다. 그리고, 상기 탄성 부재와 맞닿는 탄성 부재 접촉판(28)이 별도로 설치될 수 있다.
상기 진동방향 전환 장치의 구동 블록(10)과 상기 베어링(24) 사이의 접촉에 의한 상기 테스트 베드(20)의 움직임을 설명하면 다음과 같다.
상기 수직 축(3)이 하강함에 따라 상기 구동 블록(10)이 상기 베어링(24)과 맞닿게 된다. 이 상태에서 상기 수직 축(3)이 계속 하강하면, 상기 베어링(24)이 상기 구동 블록(10)의 경사면에서 접촉을 한 상태로 회전되고, 그에 따라 상기 종동 블록(23)이 후퇴하게 된다. 상기 테스트 베드(20)는, 윤활 수단(22)이 구비된 상기 테스트 베드 지지빔(21)에 의해 상하 방향에 대해 구속되고 수평 방향으로만 이동이 가능한 상태로 배치되어 있기 때문에, 수평방향으로 움직이게 된다. 상기 테스트 베드(20)가 수평 방향으로 이동함에 따라 상기 테스트 베드(20)의 단부에 구비되는 탄성 부재(25)가 점차 압축된다.
상기 수직 축(3)이 하사점에 이른 후 다시 상승하기 시작하면, 구동 블록(10)에 맞닿아 있던 베어링(24)이 다시 구동 블록(10)의 경사면을 따라 회전하게 되고, 압축된 상기 탄성 부재(25)의 복원력에 의해 상기 테스트 베드(20) 및 종동 블록(23)이 전방으로 수평이동 하여 다시 원위치로 오게 된다.
이와 같은 방식으로 상기 수직 축(3)의 상하 방향의 왕복 운동이 수평 방향의 왕복 운동으로 전환되어 상기 테스트 베드(20)를 수평 방향으로 왕복 운동시킬 수 있게 된다.
상기 구동 블록(10)의 경사면 경사각도를 조절하게 되면 수직 축(3)의 수직 이동량에 대한 테스트 베드(20)의 수평 이동량의 비를 조절할 수 있게 된다.
한편, 상기 액추에이터(2)는 유압식을 사용하는 것이 바람직하지만, 모터의 회전 구동을 상기 수직 축(3)의 직선 왕복 운동으로 변환하는 크랭크 기구와 모터를 사용하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방향 전환 장치를 통상 사용되는 수직 방향의 스트로크를 가지는 진동 시험 장치에 장착하고, 상기 테스트 베드의 자동 복귀가 가능하도록 탄성 부재를 설치함으로써, 실험실에 일반적으로 구비되어 있는 시험 장치를 수평 방향의 진동을 가하는 진동 시험 장치로서 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
따라서, 별도의 수평방향 시험기를 제작하거나 구매하지 않아도 저렴한 비용으로 수평방향의 진동시험을 수행할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 수직 방향의 진동을 수평 방향의 진동으로 변환시켜 활용하게 되므로, 수평 방향으로 진동하는 별도의 시험 장치 설치에 따른 넓은 공간 확보의 필요성이 없어지게 되어, 실험장소의 선정에 유리하게 된다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치의 측단면도.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 자른 단면도.
도 3은 테스트 베드 지지 수단의 다른 실시예가 반영된 본 발명에 따른 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치의 테스트 베드의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 진동 시험 장치 2: 액추에이터
3: 수직 축 4: 상부 하우징
5: 윤활 수단 6: 하부 하우징
10: 구동 블록 20: 테스트 베드
21: 테스트 베드 지지빔 22: 윤활 수단
23: 종동 블록 24: 베어링
25: 탄성 부재 26: 고정 축
27: 종동 축 28: 탄성 부재 접촉판
29: 롤러 30: 테스트 베드 지지대
31: 탄성 부재 지지대 40: 바닥 평판

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 수직 축(3)의 상하 방향 운동을 테스트 베드(20)의 수평 방향 운동으로 방향을 전환하는 장치로서,
    상기 수직 축(3)의 하단부에 부착되고 저면에 소정의 경사를 가진 경사면이 형성된 구동 블록(10);
    상기 테스트 베드(20)의 일단에 결합되어 있으며 상기 구동 블록(10)의 상하 수직 운동에 따라 수평 방향으로 운동하는 종동 블록(23); 및
    상기 종동 블록(23)에 구비되고 상기 구동 블록(10)의 경사면과 맞닿는 베어링(24)을 포함하며;
    상기 테스트 베드(20)의 타단 외측에는 탄성 부재(25)가 더 구비되어, 상기 수직 축(3)이 하사점을 지난 후 상승할 때 상기 테스트 베드(20)가 자동으로 원위치로 복귀할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동방향 전환 장치.
  3. 삭제
  4. 수직 방향으로 직선 왕복 운동이 가능한 수직 축(3)과;
    상기 수직 축(3)을 구동하는 액추에이터(2)와;
    상부에 진동 시험 대상이 놓여지는 테스트 베드(20)와;
    상기 수직 축(3)의 수직 운동을 수평 운동으로 전환하여 상기 테스트 베드(20)로 전달하는 진동방향 전환 장치로서, 상기 수직 축(3)의 하단부에 부착되고 저면에 소정의 경사를 가진 경사면이 형성된 구동 블록(10), 상기 테스트 베드(20)의 일단에 결합되어 있으며 상기 구동 블록(10)의 상하 수직 운동에 따라 수평 방향으로 운동하는 종동 블록(23), 상기 종동 블록(23)에 구비되고 상기 구동 블록(10)의 경사면과 맞닿는 베어링(24), 및 상기 테스트 베드(20)의 일단에 설치되어 상기 테스트 베드(20)가 원위치로 복귀하도록 하는 탄성 부재(25)를 포함하는 진동방향 전환 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 테스트 베드(20)의 수평 방향 왕복 운동 시의 마찰을 감소시키기 위해, 상기 테스트 베드(20)는 소정의 윤활 수단(22)이 구비된 테스트 베드 지지빔(21)으로 지지되어 수평 방향으로만 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 테스트 베드(20)의 수평 방향 왕복 운동 시의 마찰을 감소시키기 위해, 상기 테스트 베드(20)는 하부에 롤러(29)가 구비된 테스트 베드 지지대(30)로 지지되고 상부에 하중이 큰 실험 대상 구조물이 위치하여 수평 방향으로만 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 진동방향 전환 장치가 구비된 진동 시험 장치.
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