KR100939823B1 - 굴착기 브레이커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴착기 브레이커에 관한 것이다.

본 발명의 굴착기 브레이커는, 실린더조립체와; 실린더조립체 내부에 결합된 피스톤과; 실린더조립체 내부 피스톤과 동일축선상에 결합된 후 외부로 연장되는 로드와; 실린더조립체의 내주면에 외주면이 접촉하며, 피스톤과 로드의 각 외주면에 내주면 양 측이 접촉하는 관체형 흡음부재와; 로드의 외주면과 실린더조립체의 하단부 내주면에 내·외주면이 각각 접촉하는 프론트커버를 포함하여 구성된다.

본 발명의 굴착기 브레이커는, 관체형 흡음부재의 외주면이 실린더조립체의 내주면에 밀착되는 동시에 그 내주면 양 측이 피스톤과 로드의 외주면에 밀착됨으로써 타격 순간의 진동과 소음이 효과적으로 흡수된다.

굴착기, 브레이커, 로드, 치즐, 피스톤

Description

굴착기 브레이커{Breaker for a excavator}

본 발명은 굴착기 브레이커에 관한 것으로, 더 자세하게는 노후화된 건축물을 철거하거나 단단한 바닥을 파내는 등의 토목공사 시 파쇄대상물에 타격을 가하기 위하여 사용되는 굴착기 브레이커에 있어서, 파쇄대상물에 접촉하는 로드(또는 "치즐")에 대한 피스톤의 타격이 이루어지는 실린더 내경부에, 실린더 내주면과 접촉하는 외주면을 갖는 동시에 로드 및 피스톤의 각 외주면에 내주면 양 측이 각각 접촉하는 관체형 흡음부재를 개재시킴으로써, 피스톤이 로드를 타격 시 발생하는 소음과 진동이 감소되도록 한, 굴착기 브레이커에 관한 것이다.

재건축을 위하여 노후된 건축물을 철거하거나 지중매설공사를 하기 위하여 도로를 파내는 등의 각종 철거공사나 건설 및 토목공사 등에는 일반적으로 굴착기가 널리 사용되고 있는 바, 굴착기에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

굴착기는 셔블계 굴착기, 불도저, 스크레이퍼 등 그 종류가 대단히 많은데, 일반적으로 널리 사용되고 있는 것은 셔블계 굴착기로서, 셔블계 굴착기는 운전실과 엔진이 구비되며 회전 가능한 몸체에, 길이 방향 중앙부가 다소 밴딩된 상태의 바형 붐이 회동 가능하게 결합되고, 붐의 외측단부에 암이 회동 가능하게 결합되 며, 암의 외측단부에 버킷이 결합되는 구조로서, 버킷을 이용하여 바닥을 파거나, 파여진 흙이나 돌 등을 퍼내게 된다.

그러나 흙보다 단단한 시멘트 또는 아스팔트 도로 등은 버킷으로 파낼 수 없기 때문에 버킷을 분리한 후 버킷이 결합되었던 암의 외측단부에 브레이커를 결합하여 사용하게 되는데, 브레이커에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

이때 브레이커가 바닥에 세워진 것으로 가정 하에 브레이커의 각 구성요소에 대하여 그 위치와 방향 등을 기술하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 브레이커(1)는, 실린더조립체(11)와, 실린더조립체(11) 내 상부에 결합되는 피스톤(12)과, 실린더조립체(11) 내 피스톤(12) 아래에 삽입 결합된 후 실린더조립체(11) 하단부를 통하여 외부로 돌출되는 로드(13) 등을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 실린더조립체(11)는, 백헤드(11A, back head), 실린더(11B), 프론트헤드(11C, front head)의 상·중·하 3부분으로 구분되고, 피스톤(12)은 실린더(11B)에 내장된 상태에서 상·하단부가 백헤드(11A) 및 프론트헤드(11C) 측으로 각각 돌출하되 프론트헤드(11C)측으로 돌출되는 피스톤(12) 길이가 더욱 긴 구조이다.

또한 백헤드(11A) 내에는 피스톤(12)을 작동시키기 위한 유압실(R)이 구비되며, 로드(13)는 프론트헤드(11C) 내 피스톤(12) 직하에 삽입결합된 상태에서 프론트헤드(11C)의 하단부를 통하여 외부로 하향 돌출되는 구조로서, 유압실(R)의 유압에 의해 피스톤(12)이 상·하방향으로 움직이면서 로드(13)의 상단부를 타격하게 된다.

상기 브레이커(1)는 도 2에 도시된 바와 같은 형상의 연결하우징(2) 내에 결합되고, 연결하우징(2) 상부 일측에 구비된 결합핀(P)에 굴착기 암의 외측단부가 분리 가능토록 결합됨으로써 굴착기에 의해 사용될 수 있는 상태가 된다.

상기와 같은 구조의 브레이커를 사용하여 파쇄대상물에 타격을 가하는 경우, 가장 큰 문제 중의 하나는 소음인데, 금속재질인 피스톤이 금속재질의 로드를 타격하기 때문에 필연적으로 초래될 수밖에 없는 것으로, 소음의 크기가 90데시벨 이상에 달하는 바, 브레이커를 사용하는 공사장이 주택가나 상가 등과 같이 많은 사람들이 있는 곳에 가까운 경우 사람들에게 불쾌감은 물론, 일상생활이나 업무에 상당한 지장을 초래하게 되는 문제가 있다.

따라서 브레이커의 구조를 개선하여 브레이커의 사용 시 발생하는 소음을 감소시키기 위한 다양한 방법이 시도되었으며, 국내등록실용신안 제388978호에는 "유압 타격기기의 방진용 커버"가 게시되어 있는데, 이 등록실용신안 사각관체형상을 하는 폴리우레탄 재질의 방진용 커버가 연결하우징 내면과 실린더조립체 외면 사이에 결합되는 구조로서, 방진용 커버가 실린더조립체의 하부만을 감싸기 때문에 실린더 전체를 통하여 확산되는 소음차단 효과가 작다.

그리고 국내등록실용신안 제434268호에는 "저소음형 유압브레이커"가 게시되어 있는데, 피스톤의 중심부에 축방향을 따라 중공이 형성되고, 이 중공 내부에 흡음재가 삽입된 구조로서, 피스톤과 로드의 타격소음과 진동이 피스톤 중공의 흠음재에 의하여 다소 흡수될 수도 있으나, 피스톤에 비하여 상대적으로 작은 직경의 중공에만 흡음재가 채워지기 때문에 그 효과가 작을 수밖에 없다.

그 외에, 실린더조립체 내주면과 로드 외주면 사이 및 실린더조립체 내주면과 피스톤 외주면 사이에 링 형상의 흡음부재를 개재시킴으로써 타격소음을 감소시키고자 하는 구조도 있으나, 이러한 구조는 로드와 피스톤의 타격이 이루어지는 부위, 즉 상·하 두 흡음부재 사이에 위치한 실린더조립체의 벽을 통하여 전달되는 타격소음을 감소시키지 못하는 단점이 있다.

본 발명은, 타격소음을 감소시키기 위하여 굴착기 브레이커에 적용된 종래의 소음감소 구조가 가지고 있는 저효율성의 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 로드에 대한 피스톤 타격 순간의 소음과 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있는 구조의 굴착기 브레이커를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 양 측의 내경이 다름으로써 내주면에 단턱이 형성되는 관체형 흡음부재에 의하여 달성된다.

그리고 실린더조립체의 하단부 내주면에 삽입 결합되며, 외측단부에서 내측을 향하여 내경이 점차적으로 감소하는 링형 보조흡음부재로서의 프론트커버에 의하여 달성된다.

본 발명의 굴착기 브레이커는, 로드의 상단부 외주면과 피스톤의 하단부 외주면에 관체형 흡음부재의 내주면이 완벽히 접촉함으로써 타격 순간에 발생하는 진동과 소음이 흠음부재에 효과적으로 흡수된다.

그리고 피스톤의 타격이 이루어지는 실린더조립체의 내면에 상기 흡음부재의 외주면이 밀착되기 때문에 실린더조립체의 관벽을 통하여 외부로 전달되는 타격진동과 타격소음의 크기가 최소화되고, 피스톤 타격 시 피스톤과 로드 사이에서 압축되는 공기에 의해 타격음이 저음화함으로써 소음에 따른 불쾌감을 떨어뜨릴 수 있 는 장점이 있다.

그리고 실린더조립체의 하단부 내주면에 축방향 경사면을 가진 링형 보조흡음부재로서의 프론트커버가 결합되어 보조흡음부재의 내주면과 로드 외주면의 접촉면적이 확대됨으로써, 흡음부재에 1차 흡수된 후 로드를 자체를 통하여 외부로 전달되는 타격소음과 타격진동을 효과적으로 추가 흡수할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 굴착기 브레이커는, 브레이커 사용 시 발생하는 소음이 감소되도록 함으로써 작업 시 주변에 끼칠 수 있는 소음피해를 줄이기 위한 것으로, 실린더조립체 내의 타격부에 결합되는 흡음부재의 내경부 구조에 기술적 특징이 있다.

상기 "타격부"라 함은 피스톤의 왕복운동에 의해 로드에 대한 피스톤의 타격이 이루어지는 실린더조립체 내의 특정부위를 뜻한다.

이하의 설명에서 사용되는 브레이커의 각 구성요소에 대한 상·하 방향 설명은 브레이커가 바닥에 세워진 상태를 기준으로 한다.

본 발명의 굴착기 브레이커는, 실린더조립체와; 실린더조립체 내부에 삽입 결합되는 피스톤과; 실린더조립체 내 피스톤 아래에 삽입 결합된 후 실린더조립체 하단부를 통하여 외부로 돌출되는 로드와; 실린더조립체의 내주면에 외주면이 접촉하고, 로드 상부 및 피스톤 하부의 각 외주면에 내주면 양 측(또는 상·하부)이 각각 접촉(또는 근접)하는 관체형 흡음부재; 등을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 굴착기 브레이커는, 실린더조립체 내의 타격부에 결합되는 관체형 흡음부재의 내경부 구조에 본 발명의 기술적 특징이 있는 바, 이를 살펴보면 다음과 같다.

관체형 흡음부재는, 축방향을 따라 관통하는 중공이 형성된 관체의 형상을 하며, 우레탄, 고무 등과 같이 소음, 진동을 잘 흡수하면서 탄성력을 가진 재료로 만들어진다.

상기 관체형 흡음부재의 외주면은 실린더조립체의 내주면에 접촉하고, 그 상부 내주면은 피스톤의 하부 외주면에 접촉 또는 근접하며, 그 하부 내주면은 로드의 상부 외주면에 밀착 접촉하게 되는데, 로드의 상부 외주면에 접착하는 흡음부재의 하부 내경이, 피스톤의 하부 외주면에 접촉하는 흡음부재의 상부 내경보다 작은 구조로서, 흡음부재의 내주면에는 원주를 따라 링형 단턱부가 형성된다.

또한 피스톤의 외주면에 접촉하거나 근접하는 내주면을 가진 흡음부재의 상부 내경은 피스톤 직경과 같거나 크되 피스톤 직경의 110% 이하이며, 로드의 외주면에 접촉하는 흡음부재의 하부 내경은 로드의 직경과 같거나 작되 로드 직경의 90% 이상이다.

상기와 같이 흡음부재의 내경을 한정한 이유는, 흡음부재의 내경이 피스톤 직경의 110% 보다 클 경우 흡음부재의 내주면과 피스톤의 외주면 사이의 틈새가 지나치게 벌어져 타격소음 및 피스톤의 타격진동에 대한 흡수능이 급격히 떨어지게 되고, 흡음부재의 내경이 피스톤 직경보다 작을 경우에는 흡음부재의 상·하 왕복운동에 의해 흡음부재가 쉽게 손상될 수 있기 때문이다.

그리고 흡음부재의 내경이 로드의 직경보다 크면 흡음부재의 내주면이 로드의 외주면에 밀착되지 못하여 타격소음은 물론 피스톤의 타격에 의한 로드의 진동을 거의 흡수하지 못하게 되고, 흡음부재의 내경이 로드 직경의 90% 보다 작을 경우에는 흡음부재의 내경부로 로드의 삽입결합이 어렵기 때문이다.

물론 흡음부재의 내경이 로드 직경의 90% 미만이면서 로드의 삽입결합 시 손상되지 않으면서 로드를 단단히 지지할 수만 있으면 90% 미만의 내경도 가능할 수 있다.

상기와 같이 흡음부재의 내경에 대한 피스톤과 로드의 각 직경 비율을 달리한 것은, 피스톤이 로드를 타격 시 피스톤은 로드에 타격을 가하기 위하여 상·하 방향으로 왕복운동하는 반면에, 로드는 피스톤에 의해 가해지는 충격량을 파쇄대상물에 전달하는 역할만을 하면서 실린더조립체 내에서의 상·하 위치가 거의 고정되는 상태이기 때문이다.

즉 흡음부재의 상부 내경이 피스톤 직경보다 작은 경우 피스톤과 흡음부재 사이의 마찰력이 필요 이상 상승하면서 피스톤의 반복되는 상·하 왕복운동에 의해 흠음부재가 쉽게 변형 및 손상될 수 있기 때문이다.

그러나 로드는 상·하 위치가 거의 고정된 상태이기 때문에, 흡음부재의 하부 내경이 로드의 직경보다 작은 경우에도 변형 또는 손상 위험이 별로 없다.

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 일실시예 브레이커의 부분 개방 단면 구조도를, 도 4에 본 발명 일실시예 브레이커를 구성하는 흡음부재의 사시도와 단면 구조도를 도시하였 다.

도시된 바와 같이 본 발명의 굴착기 브레이커는,

내부에 축방향 일측으로 개방되는 중공(H)을 가진 실린더조립체(21)와;

상기 실린더조립체(21) 내에 상·하 왕복이동 가능토록 결합되는 피스톤(22)과;

상기 실린더조립체(21) 내 피스톤(22) 아래 피스톤과 동일축선상에 결합되며, 실린더조립체(21)의 하단부를 통하여 하향 연장되어 하단부가 외부로 돌출되는 로드(23)와;

상기 실린더조립체(21)의 내주면에 외주면이 접촉하며, 피스톤(22) 하부와 로드(23) 상부의 각 외주면에 축방향 양 측 내주면, 즉 상·하부 내주면이 각각 접촉하는 관체형 흡음부재(24)와;

상기 실린더조립체(21)의 하단부 내주면과 로드(23)의 외주면에, 외주면과 내주면이 각각 접촉하는 보조 흡음부재로서의 링형 또는 관체형 프론트커버(25); 등을 포함하여 구성된다.

미설명 부호, "21A", "21B", "21C", "25", "A" 및 "V"는 각각 "백헤드", "실린더", "프론트헤드", 어큐뮬레이터(accumulator)" 및 "밸브"이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 브레이커에서, 상기 흡음부재(24)는, 하나의 몸체로 만들어질 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 축방향을 따라 내경이 동일한 상부(24A)와 내주면에 단턱부가 형성된 하부(24B)로 분리 제작될 수도 있고, 단턱부를 기준으로 내경이 큰 상부와 내경이 작은 하부로 분리 제작될 수도 있 으며, 필요에 따라서는, 축방향을 따라 3개 이상으로 분리 제작될 수도 있다.

물론 흡음부재(24)가 분리 제작되는 경우에도 실린더조립체(21) 내에는 축방향을 따라 서로가 밀착되도록 결합된다.

그리고 피스톤의 상·하사점(도면 미도시) 사이에 위치하는 흡음부재(24) 및 실린더조립체(21)의 관벽에는 관벽을 관통하는 하나 이상의 통공(h)을 구비하는 것이 바람직한 바, 이 통공(h)은, 피스톤(22)이 상사점에서 하사점으로 하강 시 피스톤과 로드 및 흡음부재 사이에서 압축되는 공기가 외부로 배출되는 통로의 역할을 하게 된다.

이때 상기 통공(h)을 피스톤(22)의 하사점과 동일한 위치에 형성시키는 경우에는 피스톤의 하강 시 내부의 공기가 완전히 배출될 수 있도록 할 수 있으나, 통공(h)을 피스톤(22)의 하사점보다 높은 곳에 위치시키는 것이 더 바람직할 수가 있다.

이는, 피스톤에 의해 압축되는 공기가 통공(h)을 통하여 1차 배출되도록 한 후 피스톤과 로드 및 흡음부재 사이에 공기가 잔류하도록 하고, 배출되지 못한 잔류공기가 피스톤에 의해 다시 압축되도록 함으로써, 피스톤이 로드를 타격 시 압축공기에 의해 소음이 감소될 수 있도록 하는 동시에, 타격음이 저음화될 수 있도록 할 수 있기 때문이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 굴착기 브레이커에서 흡음부재(24)의 상·하단 내경부에 각각 삽입되는 피스톤(22) 및 로드(23)의 직경을 각각 "D_P"와 "D_R"이 라 하고, "D_P"와 "D_R"에 각각 대응하는 흡음부재(24)의 상·하단 내경을 "D_P'" 및 "D_R'"라 하면 흡음부재(24)의 내경은 다음의 수학식 1, 2를 만족한다.

상기와 같은 구조의 본 발명 굴착기 브레이커는, 피스톤과 로드의 각 외주면이 관체형 흡음부재의 내주면에 각각 접촉한 상태에서 로드에 대한 피스톤의 타격이 이루어지고, 피스톤 하단면의 왕복이동 변위 내에 위치한 실린더조립체의 내주면 전체에도 흡음부재의 외주면이 접촉된 상태이기 때문에 타격 시의 진동과 소음이 발생 즉시 흠음부재로 1차 흡수된다.

그러나 타격 시의 진동과 소음 모두가 흡음부재에 흡수될 수는 없는 바, 도 5에 도시된 바와 같이, 프론트커버(25)의 내주면과 밀착되는 로드(23)의 외주면에 축방향을 따라 하단부에서 상단부측으로 직경이 점차 감소하는 경사부(S)가 형성되도록 하는 것도 바람직하다.

즉, 로드(23)를, 실린더조립체(21) 내에 위치하는 부분의 직경보다 실린더조립체(21) 외부로 돌출되는 부분을 확경하여 프론트커버(25)의 내주면에 대응(또는 접촉)하는 로드의 외주면에 축방향 경사면이 형성되도록 한다.

그리고 로드의 축방향 경사면과 형합되는 경사부(S)를 프론트커버(25)의 내주면에도 형성시킴으로써, 로드(23) 외주면과 프론트커버(25) 내주면 사이의 밀착력을 더욱 높일 수 있는 동시에, 파쇄대상물과의 반발력에 의해 로드가 실린더조립체 내부로 과도하게 삽입되는 것을 더욱 효율적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 로드와 프론트커버 사이의 접촉면을 확대할 수 있는 바, 로드의 상단부에서 하단부로 전달되는 진동과 소음을 더욱 효과적으로 2차 흡수할 수 있게 된다.

이때 프론트커버(25)의 내주면 전체를 경사면으로 형성시킬 수도 있고, 내주면 하단부에서부터 일정 길이만큼 경사부를 형성시킨 상태에서 경사부의 상단에서부터 직경이 일정한 축방향 평탄부를 상향 연장시킬 수도 있다.

상기와 같은 구조의 본 발명 브레이커와 종래의 브레이커를 각각 사용하여 아스팔트 굴착작업 시 발생하는 소음을 측정한 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

구 분	소음(dB)
본 발명 브레이커	73∼76
종래의 브레이커	92∼96

본 발명의 브레이커는, 종래의 일반적인 브레이커에 비하여 상기 표 1과 같이 소음이 20% 이상 감소하는 것으로 나타났다.

그리고 측정되지는 않았으나 굴착 시 발생하는 소음이 고음에서 저음화 즉, 소음의 진동수가 낮아지면서 소음에 의해 초래되는 불쾌감이 감소되었다.

도 1은 종래 굴착기 브레이커의 단면 구조도.

도 2는 브레이커를 굴착기에 연결하기 위한 연결하우징의 사시도.

도 3은 본 발명 제1실시예 브레이커의 내부 구조도.

도 4는 본 발명 제1실시예 브레이커를 구성하는 흡음부재를 보인 것으로,

(가)는 사시도이고,

(나)는 단면도이다.

도 5는 본 발명 제2실시예 브레이커의 부분 단면 구조도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

10. 굴착기 10A. 암

21. 실린더조립체 22. 피스톤

23. 로드 24. 흡음부재

25. 프론트커버 h. 통공

H. 중공 D_P. 피스톤직경

D_R. 로드직경 S. 경사면

Claims (8)

1. 실린더조립체와; 실린더조립체 내부에 결합되는 피스톤과; 실린더조립체 내부 피스톤 아래에 피스톤과 동일축선상에 결합되며, 실린더조립체 외부로 연장되는 로드를 포함하여 구성된 굴착기 브레이커에 있어서,

   상기 실린더조립체(21), 피스톤(22) 및 로드(23)와;

   상기 실린더조립체(21)의 내주면에 외주면이 접촉하며, 피스톤(22) 하부와 로드(23) 상부의 각 외주면에 내주면 상·하부가 각각 접촉하는 흡음부재(24); 를 포함하여 구성되고,

   상기 흡음부재(24)의 관벽에는, 관벽을 관통하는 공기 배출용 통공(h)이 구비된 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.
2. 제 1항에 있어서, 상기 실린더조립체(21)의 하단부에는,

   외주면이 실린더조립체(21)의 하단부 내주면에 접촉하며, 내주면이 로드(23)의 외주면에 접촉하는 프론트커버(25)가 부가적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.
3. 제 2항에 있어서, 상기 프론트커버(25)의 내주면에는,

   축방향을 따라 내경이 점차 감소하는 경사부(S)가 형성된 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.
4. 제 3항에 있어서, 상기 프론트커버(25)의 내주면과 접촉하는 부위의 로 드(23) 외주면은, 축방향을 따라 하단부에서 상단부 측으로 외경이 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.
5. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤(22)의 하부 외주면에 접촉하게 되는 흡음부재(24)의 상부 내경은 피스톤(22)의 하부 외경보다 작지 않으며,

   상기 로드(23)의 상부 외주면에 접촉하게 되는 흡음부재(24)의 하부 내경은 로드(23)의 상부 외경보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.
6. 제 5항에 있어서, 상기 흡음부재(24)는,

   아래의 수학식 1, 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.

   수학식 1

   

   수학식 2

   

   

   상기 수학식에서, D_P 는 흡음부재에 삽입되는 피스톤의 직경, D_R 은 흡음부재에 삽입되는 로드의 직경, D_P' 는 피스톤이 삽입되는 부위의 흡음부재 내경, D_R' 는 로드가 삽입되는 부위의 흡음부재 내경.
7. 제 1항에 있어서, 상기 흡음부재(24)는,

   상부 내경이 하부 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 굴착기 브레이커.
8. 삭제

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