KR100715427B1 - Composite-metal lightweight boom assembly - Google Patents

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KR100715427B1
KR100715427B1 KR1020050062623A KR20050062623A KR100715427B1 KR 100715427 B1 KR100715427 B1 KR 100715427B1 KR 1020050062623 A KR1020050062623 A KR 1020050062623A KR 20050062623 A KR20050062623 A KR 20050062623A KR 100715427 B1 KR100715427 B1 KR 100715427B1
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이대길
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Abstract

본 발명은 경량 붐 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재료와 금속재료로 이루어져 경량화를 달성함과 동시에 필요한 강성도 확보할 수 있는 붐 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a lightweight boom assembly, and more particularly, to a boom assembly that is made of a composite material and a metal material to achieve a light weight and at the same time secure the necessary rigidity.

본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리는 붐과, 붐 파이프와, 액츄에이터와, 커넥팅 핀을 포함한다. 붐 파이프는, 복합재료로 된 중공의 관체와, 관체의 내면에 접합된 라이너와, 관체의 외면에 접합된 금속커버를 포함한다. 관체의 길이방향 끝단에서 상기 금속커버의 외경면에 억지끼움, 열박음 또는 접착 중 선택된 어느 한 가지 방법으로 결합된 금속 보스를 더 포함한다. The lightweight boom assembly according to the invention comprises a boom, a boom pipe, an actuator and a connecting pin. The boom pipe includes a hollow tube made of a composite material, a liner bonded to the inner surface of the tube, and a metal cover bonded to the outer surface of the tube. Further comprising a metal boss coupled to the outer diameter surface of the metal cover at the longitudinal end of the tube by any one method selected from interference fit, shrink fit or adhesion.

본 발명에 따르면 붐 어셈블리의 각 구성품들이 금속커버를 가지며 금속커버에 의해 내부의 복합재료가 보호되므로 붐 어셈블리의 각 구성품의 경량화 효과를 저하시키지 않으면서 내환경성, 내충격성을 향상시킬 수 있어 붐 구조의 안전성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since each component of the boom assembly has a metal cover and the internal composite material is protected by the metal cover, the environmental resistance and impact resistance can be improved without lowering the lightening effect of each component of the boom assembly. It can improve the safety and durability.

크레인, 펌프카, 붐, 액츄에이터, 로드, 커넥팅 핀, 복합재료, 금속커버. Cranes, pump cars, booms, actuators, rods, connecting pins, composites, metal covers.

Description

복합재료와 금속으로 이루어진 경량 붐 어셈블리{COMPOSITE-METAL LIGHTWEIGHT BOOM ASSEMBLY}Lightweight Boom Assembly with Composites and Metals {COMPOSITE-METAL LIGHTWEIGHT BOOM ASSEMBLY}

도 1은 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 일 실시예의 붐의 단면도이고,1 is a cross-sectional view of a boom of one embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 다른 실시예의 붐의 단면도이고,2 is a cross-sectional view of a boom of another embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 또다른 실시예의 붐의 단면도이고,3 is a cross-sectional view of a boom of another embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention;

도 4는 RTM을 이용하여 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 붐을 제조하는 방법을 나타낸 설명도이고,4 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing a boom of a lightweight boom assembly according to the present invention using RTM,

도 5는 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 일 실시예의 붐 파이프의 단면도이고,5 is a cross-sectional view of the boom pipe of one embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention;

도 6 및 도 7은 도 5의 붐 파이프의 금속보스 결합부의 부분확대 단면도이고,6 and 7 are partially enlarged cross-sectional views of the metal boss coupling portion of the boom pipe of FIG.

도 8은 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 일 실시예의 액츄에이터 로드의 단면도이고,8 is a cross-sectional view of an actuator rod of one embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention,

도 9는 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 일 실시예의 커넥팅 핀의 단면도이고,9 is a cross-sectional view of a connecting pin of one embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention;

도 10 및 도 11은 도 9의 커넥팅 핀의 환형보스 결합부의 부분확대 단면도이 다.10 and 11 are partially enlarged cross-sectional views of the annular boss coupling portion of the connecting pin of FIG.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호 설명♣♣ Explanation of symbols for main parts of drawing ♣

101, 201, 301 : 중공의 빔 102, 202, 302 : 금속커버101, 201, 301: Hollow beam 102, 202, 302: Metal cover

303 : 폼 코어 501, 601, 701 : 관체303: foam core 501, 601, 701: tube

503, 603, 703: 라이너 604, 704 : 금속보스503, 603, 703: liner 604, 704: metal boss

901, 1001, 1101 : 복합재료 902, 1002, 1102 : 금속관체901, 1001, 1101: composite material 902, 1002, 1102: metal tube

1003, 1103 : 환형보스1003, 1103: annular boss

본 발명은 경량 붐 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재료와 금속재료로 이루어져 경량화를 달성함과 동시에 필요한 강성도 확보할 수 있는 붐 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a lightweight boom assembly, and more particularly, to a boom assembly that is made of a composite material and a metal material to achieve a light weight and at the same time secure the necessary rigidity.

붐 어셈블리는 복수의 붐과, 붐을 신축시키기 위한 액츄에이터와, 붐의 관절부분을 형성하거나 액츄에이터와 붐을 연결하기 위한 커넥팅 핀과 같은 구성품들로 이루어진다. 또한 콘크리트 펌프카에서는 붐 어셈블리에 콘크리트의 이송 경로가 되는 붐 파이프와 같은 구성품이 추가되기도 한다. 최근 건물들이 고층화됨에 따라 펌프카, 크레인카 및 소방차와 같은 특수 차량에 설치된 붐 어셈블리 또한 대형화 되어가고 있는 추세이다. 그러나, 붐 어셈블리가 대형화되면, 붐 어셈블리의 자중이 증가하면서 트럭의 적재중량이 증가하여 구동 엔진의 대형화 및 서스펜션의 보강이 필요하고, 붐이 확장되었을 때 차체 및 붐 지지부가 받는 모멘트를 견디기 위한 유압식 차체 지지대의 보강작업 등이 필수적으로 수반되어야 한다. 또한, 붐 어셈블리를 탑재한 차량의 축하중이 증가하여 도로파손을 증가시킬 위험도 있다. 따라서 붐 어셈블리의 대형화와 동시에 경량화에 대한 적절한 방안이 강구되지 않는 한, 일반적인 강철 재질의 붐 어셈블리를 대형화하는 것은 한계가 있다.The boom assembly consists of a plurality of booms, actuators for telescopicing the boom, and components such as connecting pins for forming articulation of the boom or connecting the actuator and the boom. Concrete pump cars also add components to the boom assembly, such as boom pipes, which provide the transport path for concrete. As buildings rise in recent years, boom assemblies installed in special vehicles such as pump cars, crane cars, and fire trucks have also become larger. However, when the boom assembly is enlarged, the weight of the truck increases due to the increase in the weight of the boom assembly, which requires the enlargement of the drive engine and the reinforcement of the suspension, and the hydraulic type to withstand the moment received by the body and the boom support when the boom is extended. Reinforcement work on the body support must be accompanied. In addition, there is a risk of increasing the breakage of the vehicle equipped with the boom assembly to increase road damage. Therefore, there is a limit to increasing the size of a general steel boom assembly unless proper measures for weight reduction at the same time as the size of the boom assembly are taken.

붐 어셈블리의 경량화에 대한 방안으로써 기존 금속 재료를 대체하는 섬유강화 복합재료를 이용한 설계기술이 주목받고 있다. 섬유강화 복합재료는 다른 재료에 비해 높은 비강성(강성/비중), 비강도(강도/비중)를 가지고 있을 뿐 아니라, 우수한 진동 감쇠능, 충격흡수능을 지니고 있다. 또한, 방향에 따라 특성이 다른 이방성을 가지고 있으므로, 적절한 설계를 통하여 방향성을 최대로 활용할 수 있는 여러 가지 장점이 있다. 이러한 복합재료를 붐 어셈블리의 각 구성품에 적용하면 경량화는 물론 구조 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.As a method for reducing the weight of the boom assembly, a design technology using fiber-reinforced composite materials replacing the existing metal materials is attracting attention. Fiber-reinforced composites have not only high specific stiffness (rigidity / weight) and specific strength (strength / weight), but also excellent vibration damping and shock absorption. In addition, since the characteristics have different anisotropy according to the direction, there are various advantages that can maximize the directivity through the appropriate design. Applying such a composite material to each component of the boom assembly can significantly improve the structural stability and weight.

미국특허 제6,786,233호, 제6,755,212호, 제6,719,009호, 미국공개특허 제20050011560호, 제20050011604호에는 섬유강화 복합재료로 보강된 금속 붐 또는 일체형 섬유강화 복합재료 붐이 제안되었다. 기존 금속제 사각 빔의 상하면 또는 네 측면 모두의 외면에 섬유강화 복합재료를 접합시킨 빔 형상의 붐 구조는 붐의 굽힘강성을 높일 수 있다는 이점이 있으나 경량화 효과가 낮다. 또한, 복합재료와 알루미늄을 혼용한 붐에 있어서, 맨드릴(mandrel)의 외면에 섬유강화 복합재료를 감싸고 알루미늄 허니컴(honeycomb), 아라미드(aramid) 복합재료, 유리섬유 복합재료 등을 겹겹이 감싼 구조는 강철 붐에 비해 높은 경량화 및 굽힘강성을 달성하였을 것으로 판단되나 구조가 매우 복잡하고 제작공정이 어려워 생산성이 낮으며 여러 가지 복합재료를 혼용함으로써 가격이 크게 상승한다는 단점이 있다. 또한, 두 구조 모두 복합재료가 외면에 드러나는 구조이므로, 복합재료의 기지인 수지에 외부 충격으로 인한 크랙이 발생하거나 자외선이나 화학약품에 의한 물성저하가 발생할 수 있다.U.S. Patent Nos. 6,786,233, 6,755,212, 6,719,009, U.S. Patent Nos. 20050011560, and 20050011604 propose metal booms or integral fiber reinforced composite booms reinforced with fiber reinforced composites. The beam-shaped boom structure in which fiber reinforced composite materials are bonded to the upper and lower surfaces or all four sides of the existing metal square beam has the advantage of increasing the bending stiffness of the boom, but the weight reduction effect is low. In addition, in a boom mixed with a composite material and aluminum, a structure in which a fiber reinforced composite material is wrapped on an outer surface of the mandrel and a layer of aluminum honeycomb, aramid composite, and glass fiber composite layer is laminated Compared with the boom, it is expected to achieve higher weight and bending stiffness. However, the structure is very complicated, the manufacturing process is difficult, and the productivity is low. In addition, since both structures are structures in which the composite material is exposed on the outer surface, cracks may be generated due to external impact on the resin, which is the base of the composite material, or property degradation due to ultraviolet rays or chemicals may occur.

대한민국특허 제10-0235057호에서는 맨드릴 외면 또는 피메일(female) 툴 내면에 복합재료 프리프레그를 적층, 경화하여 사각 중공보를 제조하는 방법을 제안하였다. 대한민국특허 제10-203804호에는 필라멘트 와인딩을 이용한 중공형 복합재료 붐과 내부에 보강부재가 부착된 'ㄷ'자 형태의 보 두 개를 볼트 또는 접착제를 이용하여 결합하는 형태의 복합재료 붐을 제안하였다. 'ㄷ'자 형 보는 중공보에 비해 진공백 성형법이나 압축성형으로 간단히 제조가 가능하지만, 결합부가 취약한 단점이 있다. 또한 상기 미국 특허와 마찬가지로 복합재료가 외면에 드러남으로써 외부 충격에 대해 취약하며 환경변화에 따른 물성저하의 우려가 있다.Korean Patent No. 10-0235057 proposed a method of manufacturing a square hollow beam by laminating and curing a composite prepreg on the outer surface of a mandrel or a female tool. Korean Patent No. 10-203804 proposes a composite boom in which a hollow composite material boom using a filament winding and two beams of a 'c' shape having a reinforcing member attached thereto are bonded by bolts or adhesives. It was. Compared with the hollow beam, the 'c' shaped beam can be easily manufactured by vacuum bag molding or compression molding, but has a disadvantage of weakening at the joint. In addition, as in the US patent, the composite material is exposed to the outer surface, which is vulnerable to external shock, and there is a fear of deterioration of physical properties due to environmental changes.

붐 어셈블리의 구성품 중 붐 파이프의 경량화와 관련하여서는 다음과 같은 발명들이 제안된 바 있다. 미국공개특허 제20040228739호에서는 콘크리트 이송 파이프를 복합재료로 제조하여 경량화하는 방법이 제안되었다. 상기 미국 특허는 우레탄과 같은 마멸저항성이 우수한 라이너(Liner)에 필라멘트 와인딩을 이용하여 복합재료를 접합시키고, 양단의 금속 커플링을 우레탄 접착제로 접착하는 방법으로 제조하고 있는데, 기존 금속 파이프에 비해 경량이어서 붐 구조물의 동적 안정성을 개선시키는 효과가 있다. 그러나 필라멘트 와인딩으로 제조된 복합재료 파이프는 생산성이 낮으며, 외면이 균일하지 못하고 복합재료가 겉으로 드러나 외부 충격으로 인한 크랙이 발생하거나 자외선이나 화학약품에 의한 물성저하가 발생할 수 있다. 또한 미국공개특허 제20040145180호에서는 강화층, 보강층, 마멸저항층으로 이루어진 복합재료 파이프에 금속 커플링을 접착한 구조를 제안하였으나 상기 발명과 마찬가지로 복합재료의 물성저하가 우려된다. 대한민국 등록실용신안 20-0156328호에서는 양단의 금속 보스(Boss)를 고분자 또는 세라믹 재질의 라이너에 결합시키고, 그 위에 필라멘트 와인딩을 이용하여 에폭시에 함침시킨 유리섬유를 적층하여 경화시킨 구조를 제안하였다. 유리섬유/에폭시 복합재료는 반투명하여 색이 짙은 내부 라이너의 마멸상태를 관찰할 수 있다는 이점이 있으나, 여전히 복합재료가 겉으로 드러난다는 단점을 가지고 있다. 유사한 구조를 제안한 대한민국 등록실용신안 제20-0206041호, 등록실용신안 제20-0156329호, 등록실용신안 제20-0156328호, 공개실용신안 제1998-045513호도 복합재료가 외부에 노출되어 있다는 문제점이 있다.The following inventions have been proposed in connection with the weight reduction of the boom pipe among the components of the boom assembly. In US Patent Publication No. 20040228739, a method of manufacturing a concrete transport pipe made of a composite material and reducing its weight has been proposed. The US patent manufactures a method of bonding a composite material using filament winding to a liner having excellent abrasion resistance such as urethane, and bonding metal couplings at both ends with a urethane adhesive, which is lighter than conventional metal pipes. This has the effect of improving the dynamic stability of the boom structure. However, the composite pipe manufactured by filament winding has low productivity, the outer surface is not uniform and the composite material is exposed to the outside, which may cause cracks due to external impact or deterioration of properties due to ultraviolet rays or chemicals. In addition, although US Patent Publication No. 20040145180 proposes a structure in which a metal coupling is bonded to a composite pipe made of a reinforcing layer, a reinforcing layer, and a wear resistance layer, similarly to the present invention, there is a concern about deterioration of physical properties of the composite material. In Korean Utility Model Registration No. 20-0156328, a metal boss of both ends is bonded to a polymer or ceramic liner, and a filament winding is used to laminate and cure the glass fiber impregnated with epoxy. Glass fiber / epoxy composites have the advantage of being translucent to observe the abrasion state of the dark inner liner, but still have the disadvantage that the composites are visible. Korean Utility Model Utility Model No. 20-0206041, Utility Model Registration No. 20-0156329, Utility Model Registration No. 20-0156328, and Korean Utility Model Registration No. 1998-045513, which have proposed similar structures, have problems that composite materials are exposed to the outside. have.

붐 어셈블리 구성품 중 대형 유압 액츄에이터 또한 전체 구조중량의 큰 비중을 차지하고 있는 구성품이다. 따라서 대형 유압 액츄에이터를 경량화하면 구조 안정성을 크게 개선시킬 수 있다. 미국특허 제5,435,868호에서는, 금속 샤프트의 빈 공간으로 성형될 부분에는 실린더형 왁스를 끼워넣고, 액츄에이터에 장착될 베어링 및 씰을 위치에 맞게 배열한 후 필라멘트 와인딩하여 제조하는 유압실린더를 제안하였다. 본 형태는 나사산이나 플랜지가 모두 복합재료로 되어있어 응력집중으로 인한 국부적인 파손이 발생할 수 있으며 내압한계가 낮은 단점이 있다. 미국 특허 제4,777,869호에서는 피스톤 로드와 실린더 모두에 복합재료를 사용하였으며 필라멘트 와인딩으로 제조하여 매우 경량이지만, 로드 및 실린더 형상이 복잡하여 섬유를 배열하기 어렵고 공정이 복잡하다. 또한, 표면이 불균일하여 피스톤 로드의 외경과 실린더의 내경을 조절하기 위한 별도의 코팅공정이 필요한 단점이 있다.Large hydraulic actuators are also a major component of the boom assembly. Therefore, the weight reduction of the large hydraulic actuator can greatly improve the structural stability. In US Pat. No. 5,435,868, a hydraulic cylinder is manufactured by inserting cylindrical wax into a part to be formed into an empty space of a metal shaft, arranging bearings and seals to be mounted on an actuator, and filament winding. In this form, both the thread and the flange are made of composite material, so that local damage may occur due to stress concentration and the pressure resistance limit is low. U.S. Patent No. 4,777,869 uses composite materials for both the piston rod and the cylinder and is manufactured by filament winding, which is very lightweight, but the rod and cylinder shape is complex, making the fibers difficult to arrange and the process complicated. In addition, there is a disadvantage that a separate coating process for adjusting the outer diameter of the piston rod and the inner diameter of the cylinder is uneven surface.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래 기술에 따른 섬유강화 복합재료 경량 붐 어셈블리의 문제점은 복합재료가 외면으로 드러나 외부 충격이나 환경에 의해 복합재료가 손상될 위험이 있다. 또한, 제조공정이 까다롭고 대형 구조를 제조하기 어려운 문제점이 있다.As described above, the problem of the fiber-reinforced composite lightweight boom assembly according to the prior art is that the composite material is exposed to the outer surface, there is a risk that the composite material is damaged by an external impact or environment. In addition, there is a problem that the manufacturing process is difficult and difficult to manufacture a large structure.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 섬유강화 복합재료를 이용하여 붐 어셈블리의 경량화를 이룸과 동시에 복합재료의 외면에 금속커버를 접합함으로써 복합재료의 손상을 최소화할 수 있는 붐 어셈블리를 제공하는 데에 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to reduce the damage of the composite material by bonding the metal cover to the outer surface of the composite material at the same time to achieve a light weight of the boom assembly using a fiber-reinforced composite material It is to provide a boom assembly that can.

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본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리는, 붐과, 붐 파이프와, 액츄에이터와, 커넥팅 핀을 포함하는 붐 어셈블리에 있어서, 상기 붐 파이프는, 복합재료로 된 중공의 관체와, 상기 관체의 내면에 접합된 라이너와, 상기 관체의 외면에 접합된 금속커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 관체의 길이방향 끝단에서 상기 금속커버의 외경면에 억지끼움, 열박음 또는 접착 중 선택된 어느 한 가지 방법으로 결합된 금속 보스를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 금속커버는 상기 관체보다 길이가 짧고, 상기 금속커버의 양단으로 돌출된 상기 관체의 끝단과 상기 금속커버의 끝단 일부를 덮으면서 억지끼움, 열박음 또는 접착 중 선택된 어느 한 가지 방법으로 결합된 금속 보스를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 라이너는 폴리머, 고무, 금속 또는 세라믹 중 선택된 어느 하나로 된 것이 바람직하다.The lightweight boom assembly according to the present invention is a boom assembly including a boom, a boom pipe, an actuator, and a connecting pin, wherein the boom pipe is joined to a hollow tube made of a composite material and an inner surface of the tube. And a metal cover bonded to the liner and the outer surface of the tube. It is preferable to further include a metal boss coupled to the outer diameter surface of the metal cover at the longitudinal end of the tube by any one method selected from interference fit, shrink fit or adhesion. In addition, the metal cover is shorter than the tube body, and covers the end of the tube projecting to both ends of the metal cover and a portion of the end of the metal cover is coupled by any one method selected from interference fit, shrink fit or adhesion. It is preferable to further include a metal boss. And the liner is preferably made of any one selected from polymer, rubber, metal or ceramic.

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이하 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 붐 어셈블리의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the boom assembly according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 경량 붐 어셈블리의 일실시예의 붐의 단면을 도시한 것이다. 외면은 금속커버로 되어 있으며, 금속커버는 도 1과 같이 4개의 금속판 (102)을 용접하거나 도 2와 같이 얇은 금속판 (202)을 절곡하여 제조된다. 금속커버의 내측면에는 섬유강화 복합재료로 된 중공의 빔(101, 201)이 접합되어 있어 대부분의 하중을 지지하며, 금속커버는 내부 빔(101, 201)의 보호층으로 사용된다. 또한 도 3에 도시한 바와 같이 빔(301)의 중공에는 폼을 충진하여 폼코어(303)를 형성하는 것이 바람직하다.1 and 2 show a cross section of a boom of one embodiment of a lightweight boom assembly according to the present invention. The outer surface is made of a metal cover, and the metal cover is manufactured by welding four metal plates 102 as shown in FIG. 1 or bending a thin metal plate 202 as shown in FIG. Hollow beams 101 and 201 made of fiber-reinforced composite materials are bonded to the inner surface of the metal cover to support most loads, and the metal cover is used as a protective layer of the inner beams 101 and 201. In addition, as shown in FIG. 3, it is preferable to form a foam core 303 by filling a hollow in the hollow of the beam 301.

이와 같은 구조의 붐은 필라멘트 와인딩 또는 펄트루젼(Pultrusion)으로 제조된 중공의 빔(101, 201) 외면에 얇은 금속 박판(202)을 붙이거나 감아서 제조하거나, 얇은 철판(102)을 접착제 접합 또는 리벳이나 볼트로 고정하여 제조할 수 있다. 또한 상기 붐의 중공에는, 도 3에 나타난 바와 같이 폼코어(303)를 형성한 뒤 그 위에 프리프레그(Prepreg)를 감아 중공이 폼코어로 채워진 빔(301)을 형성하고, 빔의 외곽에 절곡한 얇은 금속판(302)을 감싸거나, 여러 개로 나누어진 얇은 금속 판들을 배치한 후 동시경화하여 제조할 수 있다. 또한, 도 4에 나타난 바와 같이 금속커버(402)를 용접, 절곡 또는 리벳팅하여 관 형상으로 만든 후, 관 형상의 내부에 강화섬유 직물(401)을 배열하고 내면에 폴리머 재질의 튜브형 진공백(403)을 삽입한 다음, 길이방향 양 끝단의 금속커버와 진공백을 밀봉재(Sealant, 404)로 접합하여 밀봉하고, 길이방향 일단에서 수지를 주입하고 타단에서 공기를 빨아내는 RTM(Resin Transfer Molding)을 이용하여 붐을 제조할 수도 있다. 이때, 외부 금속커버(402)를 RTM을 위한 외부금형으로 사용할 수도 있으나, 금속커버(402)가 너무 얇아 변형될 경우 금속커버(402) 외부에 별도의 외부금형을 추가하여 제조할 수도 있다. 이상에서 붐의 단면형상이 사각형인 것에 한정하여 설명하였으나, 사각형 이외에, 원형, 타원형 등 단면을 가진 붐에도 적용 가능함은 당연하다.The boom of such a structure is manufactured by attaching or winding a thin metal sheet 202 on the outer surface of the hollow beams 101 and 201 made of filament winding or pultrusion, or bonding the thin iron plate 102 to an adhesive bond. Or it can be manufactured by fixing with rivets or bolts. In addition, in the hollow of the boom, as shown in FIG. 3, a foam core 303 is formed and a prepreg is wound thereon to form a beam 301 filled with the hollow foam core, and bent to the outside of the beam. The thin metal plate 302 may be wrapped, or may be manufactured by co-curing the thin metal plates divided into several pieces. In addition, as shown in FIG. 4, after the metal cover 402 is welded, bent or riveted to make a tubular shape, the reinforcing fiber fabric 401 is arranged inside the tubular shape and a tubular vacuum bag made of polymer material ( Resin Transfer Molding (RTM) which inserts and seals the metal cover and the vacuum bag at both ends in the longitudinal direction with a sealant (404), and injects resin at one end in the longitudinal direction and sucks air at the other end. It is also possible to manufacture a boom using. In this case, the outer metal cover 402 may be used as an outer mold for the RTM, but when the metal cover 402 is deformed too thin, a separate outer mold may be added to the outside of the metal cover 402. Although the cross-sectional shape of the boom has been described above as being rectangular, it is obvious that the boom can be applied to a boom having a cross section, such as a circle or an ellipse, in addition to the rectangle.

도 5는 본 발명에 따른 붐 어셈블리의 일 실시예의 붐 파이프의 단면도이다. 붐 파이프는 섬유강화 복합재료로 된 관체(501)의 외주면에 금속커버(502)가 접합되어 있다. 그리고 관체(501)의 내면에는 이송물에 의한 복합재료의 손상을 막기 위해 폴리머나 고무 또는 세라믹 또는 금속 재질의 라이너(503)가 접합되어 있다. 붐 파이프의 양단은 파이프 간의 결합을 위해 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이 보스(604, 704)가 마련되어 있으며, 보스는 억지끼움하거나 접착제로 접합하거나 열박음의 방법을 통해 붐 파이프에 결합된다. 외부 금속커버(602, 702)는 접착제를 이용하거나 동시경화법으로 관체(501)에 접합되지만, 도 7에 도시한 바와 같이 금속커버(702)를 관체(701)에 직접 접합하는 것이 아니라 관체 양단에 결합된 보스(704)에 의해 구속되는 구조로도 제조될 수 있다.5 is a cross-sectional view of the boom pipe of one embodiment of a boom assembly according to the present invention. The metal cover 502 is joined to the outer circumferential surface of the tubular body 501 made of a fiber reinforced composite material. The inner surface of the tubular body 501 is bonded with a liner 503 made of polymer, rubber, ceramic, or metal to prevent damage to the composite material caused by the conveyed material. Both ends of the boom pipe are provided with bosses 604 and 704 as shown in FIGS. 6 and 7 for coupling between the pipes, and the bosses are joined to the boom pipe through a method of pressing, adhesive bonding or shrink fit. The outer metal covers 602 and 702 are bonded to the tubular body 501 using an adhesive or co-curing method, but as shown in FIG. 7, the metal cover 702 is not directly joined to the tubular body 701, as shown in FIG. 7. It may also be manufactured in a structure that is constrained by the boss 704 coupled to it.

라이너(503, 603, 703)는 폴리머나 세라믹 또는 금속 재질이며, 붐 파이프를 제조할 때 동시경화 하거나 관체를 먼저 성형한 다음 접착제를 이용하여 접합하여 제조한다. 외부의 금속커버(502, 602, 702)는 관체를 성형한 후, 얇은 금속박판을 관체에 감아서 접합하거나 얇은 금속튜브의 내부에 관체를 접합하여 제조할 수 있으며, 금속박판 또는 튜브를 관체에 직접 접합하지 않고 금속커버의 양단이 보스에 삽입되어 보스에 의해 구속되는 구조로도 제조될 수 있다.The liners 503, 603, and 703 are made of polymer, ceramic, or metal, and are manufactured by co-curing or forming a tubular body first and then bonding using an adhesive when manufacturing a boom pipe. The outer metal covers 502, 602 and 702 may be manufactured by forming a tube body and then bonding the thin metal plate to the tube body or bonding the tube body to the inside of the thin metal tube, and attaching the metal plate or tube to the tube body. Both ends of the metal cover may be inserted into the boss without being directly bonded to each other and may be manufactured to have a structure constrained by the boss.

본 발명에 따른 붐 파이프의 구조는 액츄에이터용 실린더에도 적용될 수 있다. 즉, 액츄에이터용 실린더는 붐 파이프와 마찬가지로 복합재료로 된 관체와, 관체의 외면에 접합된 금속커버와, 관체의 내면에 접합된 라이너로 이루어진다. 이 경우 실린더의 내면은 흠이 없고 치수 정밀도가 높아야 하므로 라이너는 금속 파이프로 된 것이 바람직하다. 외부 금속커버를 접합하기 위해서, 내부 라이너 즉 금속 파이프에 복합재료 프리프레그를 감거나 필라멘트 와인딩을 수행하여 관체를 형성한 후 관체의 외면에 얇은 금속박판을 동시경화하여 접합한다. 금속 튜브를 외부 금속커버로 이용할 경우는 관체를 성형한 후 접착제를 금속 튜브 내부에 도포하고 관체를 금속 튜브 내부에 삽입하여 접착시키는 방법으로 제조할 수도 있다.The structure of the boom pipe according to the invention can also be applied to the cylinder for the actuator. That is, the actuator cylinder includes a tubular body made of a composite material, similar to a boom pipe, a metal cover joined to the outer surface of the tubular body, and a liner joined to the inner surface of the tubular body. In this case, the inner surface of the cylinder should be flawless and have high dimensional accuracy, so the liner is preferably made of a metal pipe. In order to bond the outer metal cover, a composite prepreg is wound around the inner liner, that is, a metal pipe, or a filament winding is formed to form a tube, and then a thin metal sheet is co-cured on the outer surface of the tube. In the case of using the metal tube as an outer metal cover, after forming the tube, an adhesive may be applied to the inside of the metal tube, and the tube may be manufactured by inserting the tube into the metal tube and bonding the tube.

도 8은 본 발명에 따른 붐 어셈블리의 일 실시예의 액츄에이터 로드의 단면도이다. 액츄에이터 로드는 본 발명에 따른 붐 파이프와 구조가 비슷하나 내부에 라이너가 없다는 점이 차이점이다. 액츄에이터용 로드의 경우 로드 외면은 흠이 없고 치수정밀도가 높아야 하므로 금속 파이프(802)를 이용하여 제조한다. 금속 파이프의 내면에 복합재료 프리프레그(801)를 적층하고 동시경화를 이용하여 접합 하여 제조할 수 있다. 또한 열팽창 계수가 큰 원형 폼 코어(Foam core) 나 폴리머 또는 고무 인서트의 외면에 복합재료 프리프레그를 감고 금속 파이프에 삽입한 후 경화함으로써, 내부 코어 또는 인서트의 열팽창에 의해 프리프레그가 압밀되도록 성형하는 방법을 이용할 수도 있다.8 is a cross-sectional view of the actuator rod of one embodiment of a boom assembly according to the present invention. The actuator rod is similar in structure to the boom pipe according to the present invention, except that there is no liner therein. In the case of the rod for the actuator, the outer surface of the rod should be flawless and have high dimensional accuracy, so it is manufactured using the metal pipe 802. The composite material prepreg 801 may be laminated on the inner surface of the metal pipe and bonded by co-curing. In addition, the composite prepreg is wound around the outer surface of a circular foam core or polymer or rubber insert having a large coefficient of thermal expansion, and then inserted into a metal pipe and cured, thereby molding the prepreg by consolidation by thermal expansion of the inner core or insert. You can also use the method.

도 9는 본 발명에 따른 붐 어셈블리의 일 실시예의 커넥팅 핀의 단면도이다. 커넥팅 핀은 표면의 내마모성 및 경도가 우수해야 하므로, 반드시 흠이 없는 금속재질이 외부에 위치해야 한다. 따라서 커넥팅 핀은 외부 금속관체(902)와 내부 복합재료 층(901)으로 구성되어 있다. 내부의 복합재료를 접합하기 위하여, 가공된 금속관체(902)의 내면에 프리프레그를 감아 동시경화 시키거나, 이미 성형된 복합재료 튜브에 접착제를 바르고 금속관체에 삽입하여 경화시키는 방법을 이용할 수 있다.9 is a cross-sectional view of the connecting pin of one embodiment of a boom assembly according to the present invention. Since connecting pins must have excellent wear resistance and hardness, a flawless metal must be located outside. The connecting pin is thus composed of an outer metal tube 902 and an inner composite layer 901. In order to bond the internal composite material, a prepreg may be wound around the inner surface of the processed metal tube 902 and co-cured, or an adhesive may be applied to an already formed composite tube and inserted into the metal tube to cure. .

외부의 금속관체는 도 9에 도시한 바와 같이 하나의 몸체로 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 끝단부가 따로 가공되어 결합되는 형태를 취할 수 있다. 이 같은 형태의 장점은 금속커버의 가공이 용이해지며, 내부 복합재료의 끝단을 외부환경과 차단할 수 있는 이점이 있다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같이 내부에 복합재료(1001)가 접합된 금속관체(1002)의 양끝단에 환형 보스(1003)를 결합함에 있어서 열박음이나 접착제를 이용하여 접합할 수 있다. 다른 결합 방법으로서 도 11에 나타난 바와 같이 금속관체(1102)의 양 끝단에 나사산을 가공하고 내부에 복합재료(1101)를 접합한 뒤, 환형보스(1103)를 나사체결하는 방법으로 제조될 수 있다.The outer metal tube may not only be configured as one body as shown in FIG. 9, but may also have a form in which the end portions are separately processed and coupled as shown in FIGS. 10 and 11. This type of advantage is easy to process the metal cover, there is an advantage that can block the end of the inner composite material with the external environment. That is, as shown in Fig. 10, in the coupling of the annular boss 1003 to both ends of the metal tube 1002 to which the composite material 1001 is bonded, it can be bonded using shrinkage or adhesive. As another joining method, as shown in FIG. 11, a thread is processed at both ends of the metal tube 1102 and a composite material 1101 is bonded therein, and then the annular boss 1103 is screwed. .

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

본 발명에 따르면 붐 어셈블리의 각 구성품들이 금속커버를 가지며 금속커버에 의해 내부의 복합재료가 보호되므로 붐 어셈블리의 각 구성품의 경량화 효과를 저하시키지 않으면서 내환경성, 내충격성을 향상시킬 수 있어 붐 구조의 안전성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since each component of the boom assembly has a metal cover and the internal composite material is protected by the metal cover, the environmental resistance and impact resistance can be improved without lowering the lightening effect of each component of the boom assembly. It can improve the safety and durability.

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 붐과, 붐 파이프와, 액츄에이터와, 커넥팅 핀을 포함하는 붐 어셈블리에 있어서,In a boom assembly comprising a boom, a boom pipe, an actuator, and a connecting pin, 상기 붐 파이프는,The boom pipe, 복합재료로 된 중공의 관체와,Hollow tube made of composite material, 상기 관체의 내면에 접합된 라이너와,A liner bonded to an inner surface of the tubular body, 상기 관체의 외면에 접합된 금속커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 붐 어셈블리.And a metal cover bonded to the outer surface of the tubular body. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 관체의 길이방향 끝단에서 상기 금속커버의 외경면에 억지끼움, 열박음 또는 접착 중 선택된 어느 한 가지 방법으로 결합된 금속 보스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 붐 어셈블리.And a metal boss coupled to the outer diameter surface of the metal cover at the longitudinal end of the tube by any one method selected from interference fit, shrink fit or adhesion. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 금속커버는 상기 관체보다 길이가 짧고, 상기 금속커버의 양단으로 돌출된 상기 관체의 끝단과 상기 금속커버의 끝단 일부를 덮으면서 억지끼움, 열박음 또는 접착 중 선택된 어느 한 가지 방법으로 결합된 금속 보스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 붐 어셈블리.The metal cover has a length shorter than that of the tube body, and covers the end of the tube projecting to both ends of the metal cover and a part of the end portion of the metal cover, and is joined by any one method selected from interference fit, shrink fit, or adhesion. A boom assembly further comprising a boss. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 라이너는 폴리머, 고무, 금속 또는 세라믹 중 선택된 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 붐 어셈블리.And the liner is any one selected from polymer, rubber, metal or ceramic. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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