KR100621931B1 - 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 원료 항만 하역 시설 중 원료 하역 부두에서 널리 사용되고 있는 언로더에 적용된 와이어 로프의 장력을 검출하여 실제 버켓의 이송량을 측정함은 물론 이를 통하여 정확한 하역능력을 결정하고, 아울러 언로더 와이어 로프의 장기 사용에 따른 와이어에 발생할 수 있는 와이어 파단과 같은 문제를 미연에 방지하기 위한 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 언로더 버켓에 연결된 와이어 로프를 안내하는 복수개의 롤러와, 상기 롤러를 지지하는 지지프레임과, 상기 와이어 로프의 장력을 측정하도록 롤러의 사이에 설치된 로드셀과, 상기 로드셀의 높이를 조절하도록 그 로드셀의 저면에 설치된 스크류와, 상기 로드셀의 상측에 설치되고 와이어 로프가 끼워지는 측정롤러와, 상기 측정롤러의 이동량을 측정하는 복수개의 센서로 이루어진 측정부를 포함하여서 된 것이다.

언로더, 버켓, 와이어 로프, 장력, 로드셀

Description

원료 하역기의 와이어 장력 진단장치{Wire tension diagnosis apparatus of unloader}

도1은 일반적인 원료 하역용 언로더를 나타낸 사시도.

도2는 본 발명에 따른 장력 진단장치를 나타낸 사시도.

도3은 본 발명에 따른 장력 진단장치가 트롤리측에 설치된 상태를 나타낸 사시도.

도4는 본 발명에 따른 장력 진단장치를 나타낸 측면도.

도5는 본 발명에 따른 장력 진단장치가 언로더에 설치된 상태를 나타낸 측면도.

도6은 본 발명에 따른 장력 진단장치가 언로더에 복수개가 설치된 상태를 나타낸 사시도.

도7은 본 발명에 따른 장력 진단장치가 트로리측에 복수개가 설치된 상태를 나타낸 사시도.

도8은 본 발명에 따른 장력 진단장치를 구동하기 위한 전기실을 나타낸 개략도.

도9는 본 발명에 따른 장력 진단장치를 나타낸 구성도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 언로더 버켓 17 : 로드셀

19 : 지지프레임 21 : 와이어 로프

29 : 스크류 39 : 엔코드

49 : 센서 24,37 : 측정롤러

23,26,31,34 : 롤러

본 발명은 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소 원료 항만 하역 시설 중 원료 하역 부두에서 널리 사용되고 있는 언로더에 적용된 와이어 로프의 장력을 검출하여 실제 버켓의 이송량을 측정함은 물론 이를 통하여 정확한 하역능력을 결정하고, 아울러 언로더 와이어 로프의 장기 사용에 따른 와이어에 발생할 수 있는 와이어 파단과 같은 문제를 미연에 방지하기 위한 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치에 관한 것이다.

지난 과거 수 십년 동안 컨테이너 크레인을 비롯한 대부분의 크레인/하역기 설계는 보다 높은 하역 성능과 크기 등의 요구 조건을 충족하기 위하여 항만 사정에 맞도록 개발되어 왔다.

새로운 개념의 크레인/하역기들이 항만 관계자들과 해운 선사들의 보다 빠른 성능과 경제성이 있는 크레인/하역기를 요구하고 있는 현 실정에 맞추어 개발되어지고 있다.

또한 년간 5-8%에 달하는 증가율을 보이는 컨테이너 화물을 주축으로 한 전세계 해운 물류량의 증가는 특히 고성능 컨테이너 하역기의 개발을 가속화시키고 있다.

원료부두에 설치되어 있는 원료 하역기 설비는 해송으로 입하되는 원료(년간 약2800여만 톤의 제철소 조업소요 철광석 및 원료탄, 부원료 등)를 선박으로부터 하역하기 위한 설비이며 원료하역작업 과정을 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 부두(11)에 선박(9)이 접안 하게 되면 선박 접안 및 세관수속 후 언로더 그래브 버켓(1)으로 선박 내에 적재된 원료를 집적하여 하역한 후 호퍼에 원료를 일시 저장하여 기내 벨트 컨베이어(5)를 통하여 야드 컨베이어 벨트까지 원료를 수송하여 준다.

종래 기술인 출원번호 제1997-14296호(언로더 트로리의 탈선방지 장치)는 언로더의 작업 중 발생할 수 있는 트롤리상의 와이어의 탈선을 방지하기 위한 것이 다.

또한, 종래의 다른 기술인 출원번호 제1999-56354호(언로더의 이동식 와이어 장력 조정장치)는 언로더 상에 존재하는 와이어 로프가 시브에서 탈락하는 것을 방지할 목적으로 와이어의 텐션에 따라서 와이어 드럼이 상하로 움직이게 구성한 와이어 로프 버퍼 역할을 하도록 구성된 장치로서, 와이어에 작용하는 텐션에 따라 동작되면서 와이어 로프의 탈락을 방지하는 것이다.

종래의 또 다른 기술로서, 출원번호 제2002-82623호(원료 하역용 언로더의 전기료 절감과 성능 향상을 위한 카운터 웨이트의 적용방법)는 카운터 웨이트에 사용되는 와이어의 배치 및 연결방법에 관한 것이다.

한편, 미국특허 US-3854128호(크레인의 안전 장치 : Safety Device for Crane)와 영국특허 GB-2368706호(차량의 안전 지지대 안정화를 위한 안전 검지 장치 : A safety monitoring system for a stabilizer jacking leg of a vehicle)는 크레인 운전 중에 과도한 부하 작업으로 인한 과부하를 방지하기 위하여 부하 측정 및 경보장치를 제공하는 것이다.

또한, 미국 특허 US-3815116호(크레인 붐 안전 진단 시스템 : Crane boom safety monitoring system)는 차량용 크레인의 붐에 걸리는 부하가 붐 각도, 무게, 붐 길이, 부하 등의 조합으로 결정되기 때문에 붐 대 위에 스트레인 게이지를 부착하여 붐에 미치는 힘을 측정하여 크레인의 안정성을 판단하여, 경보 장치와 기록 장치에 연결된 것이고, 일본특허 JP-5229784호(크레인 하방의 안전 감시 시스템 : Under-Crane Safety Monitoring System)는 야간이나, 강우시의 상태 등의 위험 상태 영역 예지를 가능하게 해주는 크레인 하방의 안전 감시 시스템으로 레이저 광원을 이용하여 경사각 설정으로 크레인의 안전 상태를 감시하는 것이다.

즉, 상술한 종래의 기술은 하역기의 하역량을 검출함과 동시에 와이어 장력을 진단할 수 없게되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 하역기의 장기사용으로 인해 발생할 수 있는 여러 문제점을 미연에 방지함은 물론, 언로더 버켓의 정확한 이송량을 측정하여 작업능률을 향상시키는 것이며, 이를 통하여 정확한 원료 하역 시간을 계산할 수 있어, 하역시간 대기와 하역물량 집중 현상을 방지할 수 있는 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치는 언로더 버켓에 연결된 와이어 로프를 안내하는 복수개의 롤러와, 상기 롤러를 지지하는 지지프레임과, 상기 와이어 로프의 장력을 측정하도록 롤러의 사이에 설치된 로드셀과, 상기 로드셀의 높이를 조절하도록 그 로드셀의 저면에 설치된 스크류와, 상기 로드셀의 상측에 설치되고 와이어 로프가 끼워지는 측정롤러와, 상기 측정롤러의 이동량을 측정하는 복수개의 센서로 이루어진 측정부를 포함하여서 된 것이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 장력 진단장치를 나타낸 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 장력 진단장치가 트롤리측에 설치된 상태를 나타낸 사시도이며, 도4는 본 발명에 따른 장력 진단장치를 나타낸 측면도이고, 도5는 본 발명에 따른 장력 진단장치가 언로더에 설치된 상태를 나타낸 측면도이며, 도6은 본 발명에 따른 장력 진단장치가 언로더에 복수개가 설치된 상태를 나타낸 사시도이고, 도7은 본 발명에 따른 장력 진단장치가 트로리측에 복수개가 설치된 상태를 나타낸 사시도이며, 도8은 본 발명에 따른 장력 진단장치를 구동하기 위한 전기실을 나타낸 개략도이고, 도9 는 본 발명에 따른 장력 진단장치를 나타낸 구성도이다.

여기에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 제철소 원료 항만 하역 시설 중 원료 하역 부두에서 널리 사용되고 있는 언로더에 적용된 와이어 로프의 장력을 검출하여 실제 버켓의 이송량을 측정함은 물론이고 이를 통하여 정확한 하역능력을 결정하는데 있다.

아울러 언로더 와이어 로프의 장기 사용에 따른 와이어에 발생할 수 있는 와이어 파단과 같은 문제를 미연에 방지하기 위한 와이어 안전을 진단하기 위한 것이다.

본 발명은 언로더 버켓 기중 장치 및 이송장치에 이송속도 및 이송물량의 정확한 측정을 위하여 로드셀을 이용하여 정확한 하중을 측정하고, 엔코드를 이용하여 언로더 버켓의 이동거리를 측정함으로서, 작업 사이클 타임, 인양 하중, 전력 소모량, 이동거리 등의 데이터를 동시에 취득하여 복합적이고 다각적인 정보의 분석이 가능하며, 언로더의 버켓 클로스 와이어 로프와 오픈 와이어 로프의 장력 측정을 통하여 버켓의 1회당 원료 인양하중의 측정이 가능하다.

또한 트롤리 와이어 로프의 장력도 역시 측정하여 트롤리이동 시에 와이어 로프에 작용하는 순간 최대 장력을 측정하고, 실제 전기소모량과 비교 분석함으로써 하중 인양 시 와이어 로프의 장력과 전기 소모량 등이 계산 치와 어느 정도 오차가 발생하는지 규명하여 추후 처리능력 증대량 분석과 작업 능력분석에 이용하고자 한다.

언로더의 버켓 크로스 와이어 로프와 오픈 와이어 로프의 이동 거리와 인양 높이를 엔코드를 설치하여 측정하고, 또한 트롤리 와이어 로프의 이동거리도 역시 측정하여 실제 전기소모량과 비교 분석함으로써 하중 인양 시 외이어 로프의 이동거리와 전기 소모량 등이 계산치와 어느 정도 오차가 발생 하는지 규명하여 추후 인양 높이와 에너지 절감량 분석에 이용하고자 한다. 언로더의 버켓 크로스 와이어 로프 오픈 와이어 로프와 트롤리 와이어 로프의 작업에 따른 전력 소비량을 실시간으로 측정하여 앞의 실험 내용에서 측정된 운동량과의 상관 관계를 분석하여 에너지 절감 효과가 발생하는 요인을 정량적으로 측정 분석하여 이론 값과 비교 분석함으로서 추후 타 언로더의 효과 분석의 기초 자료로 사용한다.

상기와 같은 데이터들은 연속적으로 장시간 측정이 이루어져야 하므로 본 발명의 상기 언급된 센서들로부터 수집되는 측정 자료들을 실시간으로 측정 저장하기 위하여 언로더 전기실 내부에 설치된 자동 데이터 처리 시스템(44)을 설치 하여 운용하고 있다. 이 장치에 따라 시시각각 변화하는 현장 여건에 따라서 규칙적으로 데이터를 수집하거나 온라인으로 자료의 전송이 가능하도록 본 발명을 구축한다.

또한 만일에 발생할 수도 있는 와이어 로프 절단사고 등의 위험 요소에 대한 대비책으로 설계시 고려된 안전효율 이외에 본 발명의 안전 진단 시스템을 추가 하여 언로더 와이어 로프의 안전성을 확보 할 수 있도록 한다. 본 발명의 와이어 로프 안전 진단 방법은 와이어 로프의 장력 변화가 발생할 경우 이를 감지하여 조기에 경보를 울릴 수 있도록 설계되었으며, 언로더의 버켓 크로스 와이어 로프와 오픈 와이어 로프와 트롤리 와이어에 각각 적용하도록 되어 있다.

먼저, 본 발명은 도1에 나타낸 원료 하역용 언로더에 설치되는 것으로서, 상 기 원료 하역용 언로더는 로프 트롤리식으로서 선박으로부터 원료를 하역하기 위한 버켓(1), 로프로서 기계실(8)의 드럼과 연결되어 붐(2)을 육상과 해상 측으로 왕복 운동하는 트롤리(3), 그리고 버켓(1)으로 부터 하역된 원료를 1차적으로 모아주는 기능의 피더(4)와 컨베이어 벨트 라인(5)으로 구성된다.

이 때 붐(2)은 언로더가 정비 중이거나, 폭풍우와 같은 자연조건이 좋지 않을 때에는 붐(2)을 들어올려 육측으로 접을 수 있는 구조이다, 이때 사용되는 전동기와 와이어 드럼(7)은 기계실 내부에 있다.

상기 기계실(8)의 내부에는 버켓(1)오픈 크로스용 드럼(13)과 호이스트용 드럼(12), 트롤리(3)이송용 트롤리 드럼(14)과 기타 부속품으로 구성되어 있다.

첨부도면 도2 및 도3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

언로더의 버켓(1) 크로스 와이어와 오픈 와이어, 호이스터 와이어에 걸리는 장력을 이용하면 버켓의 1회당 인양하중 측정이 가능하다.

즉, 제1롤러(23)와 제4롤러(26)는 고정 지지롤러이고, 그 기능은 와이어의 센터링을 유지하고 탈선을 방지하는 역할을 하게 된다.

이를 위하여 무급유 베어링(36)을 사용하였고, 와이어의 탈선 방지를 위하여 와이어 홈(37)깊이도 아울러 조정하였다. 측정롤러(24)는 와이어(21)에 하중이 없는 무부하 상태(도4의 가상선)일 경우에는 와이어의 장력이 전혀 측정되지 않게 된다.

측정롤러(24)에 와이어 장력이 충분하게 인가된 상태(도4의 실선)일 경우에는 연속적으로 장력을 측정하게 된다.

한편, 로드셀(17)은 측정롤러하부에 설치되어 있고, 상기 로드셀(17)의 높이 조절은 높이조절 스크류(29)를 통하여 수동으로 조절하게 된다. 이때 조절량은 출력 신호의 크기와 정도에 따라 운전자가 판단하는 것도 가능하다.

상기 로드셀(17)과 롤러들은 장력 측정장치베이스(16)상에 설치되어 있고, 언로더 작업중에 발생하는 진동에 따른 충격을 완화하기 위하여 충격완화장치(15, 18)를 매개로 지지되어 있으며, 상기 측정장치는 지지 플레임(19)에 의하여 언로더 상부에 고정되게 된다.

한편, 도3 및 도6은 해측 와이어 장력측정장치의 현장 설치 도면으로서, 여기에서 참조되는 바와 같이 전체적인 구성은 도2의 트롤리 현장 설치 도면과 유사하다, 해측은 버켓 오픈/크로스 와이어 2가닥과 호이스터 와이어 2가닥으로 구성되어 있다. 언로더 위에 지지 플레임(19)을 세워 강한 와이어 충격에 대비하도록 구성하였고, 기본적인 구성은 장력 측정장치 지지 서포트(30)와 측정장치 베이스(16)위에 구성하였고, 제5롤러(31)와 제8롤러(34)는 와이어 탈선과 정 중심용 롤러의 작용을 하고, 측정롤러(32)는 와이어에 장력이 걸리지 않은 무부하 상태의 그림이고, 와이어에 장력이 인가되면 측정롤러(32)가 하부로 이동되어 부하상태에서 와이어의 장력을 측정하게 된다.

상기 도6은 해측 로드셀 그룹의 구성 및 조합을 나타낸 것으로서, 1번과 4번 로드셀 그룹(27)은 오픈/크로스 와이어의 장력 측정용이고, 2번과 3번 로드셀 그룹(28)은 호이스트용 장력 측정을 위한 로드셀 그룹이다.

상술한 바와 같이 측정된 데이터들은 장시간 측정이 이루어져야 하는 것이 며, 상기 언급된 센서들로부터 수집되는 측정 자료들을 실시간으로 측정 저장하기 위하여 자동화된 데이터 처리 장치(44)를 도8에 나타내었다. 이는 현장 여건에 따라서 정기적으로 데이터를 수집하거나 온라인으로 자료의 전송이 가능하도록 데이터 처리장치이다.

상기 데이터 처리 장치(44)에 들어오는 입력 데이터들은 언로더의 버켓 크로스/오픈 와이어와 호이스터 와이어의 이동 거리와 인양 높이를 드럼(12,13,14)에서 발생된 회전력을 체인(40)을 통하여 전달된 힘을 엔코드(39)를 사용하여 측정한다.

또한 트롤리 와이어 로프의 이동거리도 역시 측정하여 실제 전기소모량을 측정하여 비교기(42,43)에서 비교 분석함으로써 하중 인양 시 와이어 로프의 이동거리와 전기 소모량 등이 계산치와 어느 정도 오차가 발생하는지 규명하여 인양 높이와 에너지 절감량 분석 그리고 하역량 결정 등의 조업 정보에 이용하도록 한다.

그리고 도9를 참조하여 와이어 로프의 안전진단장치에 대하여 설명하면 다음과 같다,

와이어 로프 절단사고 등의 위험 요소에 대한 대비수단으로 설계시 고려된 안전효율 이외에 본 발명의 안전 진단 시스템을 추가하여 언로더 와이어 로프의 안전성을 확보 할 수 있도록 한다. 본 발명은 와이어 로프(21)하부에 스프링 박스를 설치하여 고장력의 힘이 작용하도록 하였는데, 이때 눌림의 정도를 판단하기 위하여 스프링 박스 측면에 상하 검출 반 즉, 볼트 최상위치 검출부(52)와 볼트 최하위치 검출부(50)로 구성하였다.

이때 각각의 위치는 근접센서(49)를 3개 각각 설치하여 신호 검출 유무를 가 지고 와이어의 장력변화를 검지 하도록 하였다. 이 신호들은 릴레이 박스(47)를 경유하여 안전진단 판넬(45)에 인가되게 되며, 이때 각각 와이어 로프의 장력 변화가 발생할 경우 이를 감지하여 조기에 경보를 울릴 수 있도록 설계되었으며, 결과 값들은 데이터 처리장치(44)의 입력으로 인가되도록 하였다.

즉, 근접센서 3개의 동작 조건에 따른 신호의 조합으로 와이어 로프의 이상 여부를 판단하게 되는데, 신호는 전체적으로 8가지 경우로 발생할 수 있으나, 본 발명에서 유효한 신호는 표1에 나타낸 바와 같이 4가지이며, 그 외의 경우 신호는 전부 고장 신호로 인식할 수 있다.

[표1]

상기 표 1에 나타낸 Case 1의 경우에는 와이어 로프의 상태가 정상적인 경우의 근접센서 출력 신호이고, Case 2의 경우에는 와이어 로프 교환이나, 수리시 발생하는 신호로 인식할 수 있다. Case 3은 와이어 로프의 비정상상태를 인식할 수 있는 의심의 근거자료로 활용 가능하여, 이때의 상태가 되면 안전진단 판넬에서 경보를 울려 운전자에게 와이어 로프의 파단 가능성을 알려주게 된다. Case 4의 경우는 완전한 와이어 로프의 끊어짐이나, 파단이 발생한 경우의 신호이다.

각각의 경우에 대한 판단은 기본적인 신호 조합으로 안전진단 판넬에서 결정하게 된다. 그 외의 경우에 대한 신호 경보는 센서 고장을 인식하고 점검을 하게 한다.

이와 같이 본 발명은 원료 하역 업체 등에서 사용되는 언로더와 크레인에 적용이 가능한 것으로서, 원료 하역용 언로더에 장착하여 버켓 상승시 호이스트용 드럼의 부하를 경감시키고, 이를 통하여 버켓의 이송속도가 개선되며, 또한 전기료와 같은 언로더의 운용료를 절감할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 언로더 버켓에 연결된 와이어 로프를 안내하는 복수개의 롤러와, 상기 롤러를 지지하는 지지프레임과, 상기 와이어 로프(21)의 장력을 측정하도록 롤러의 사이에 설치된 로드셀과, 상기 로드셀의 높이를 조절하도록 그 로드셀의 저면에 설치된 스크류와, 상기 로드셀의 상측에 설치되고 와이어 로프가 끼워지는 측정롤러와, 상기 측정롤러의 이동량을 측정하는 복수개의 센서로 이루어진 측정부를 포함함을 특징으로 하는 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정부는 언로더의 해측 및 트로리측에 각각 설치됨을 특징으로 하는 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버켓에 연결된 엔코드의 출력값과 센서의 검출값을 이용하여 와이어 로프의 장력 및 언로더의 작업 사이클, 인양하중, 전력 소모량, 이동거리를 연산하는 데이터 처리 시스템을 더 포함함을 특징으로 하는 원료 하역기의 와이어 장력 진단장치.

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