KR101013100B1

KR101013100B1 - 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기

Info

Publication number: KR101013100B1
Application number: KR1020080011281A
Authority: KR
Inventors: 마용규; 이종현
Original assignee: (주)대성마린텍; 마용규
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2011-02-14
Also published as: KR20090085411A

Abstract

본 발명은 굴삭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴삭기 암의 경량화를 추구함과 동시에 고강성을 가지고, 굴삭기 암의 제작 및 조작이 용이해지는 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기는, 유압실린더와, 상기 유압실린더에 의해 회동하는 굴삭기 암 및 버킷과, 상기 유압실린더, 굴삭기 암 및 버킷 상호 간을 각각 회동 가능하게 결합시키도록 연결구멍을 구비한 연결부재를 포함하여 이루어진 굴삭기에 있어서, 상기 굴삭기 암은, 골조구조로 된 내부프레임과, 상기 내부프레임을 감싸도록 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)를 복수 층으로 적층하여 형성시킨 외부프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

굴삭기, 굴삭기 암, 섬유강화 복합소재(Fiber Reinforced Plastics, FRP)

Description

섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기{EXCAVATOR FOR HAVING ARM MADE OF FIBER REINFORCED PLASTICS}

일반적으로 굴삭기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부선회체(2)와 하부주행체(3)로 이루어지고, 하부주행체(3)에 의해 이동하며, 상부선회체(2)에 의해 굴삭 작업을 수행하는 대표적인 건설기계이다.

상기 상부선회체(2)는 운전자가 착석하여 운전 및 작업을 수행하는 운전실(4)과 기계실(5)을 구비함과 동시에 굴삭 작업을 수행하기 위하여 유압실린더(10)와, 상기 유압실린더(10)에 의해 회동하는 굴삭기 암(20) 및 버킷(30)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 유압실린더(10), 굴삭기 암(20) 및 버킷(30)은 연결구멍(45)이 형성된 연결부재(40)가 각각 결합되어 연결핀을 매개로 상호 간 각각 회동 가능하게 결합된다.

도 2는 도 1의 실시예의 A-A선에서 바라본 단면도로서, 일반적인 굴삭기 암(20) 및 연결부재(40)는 스틸 재질로 제작되고, 각각이 용접 작업을 통해서 결합된다. 더욱이, 굴삭기 암(20) 역시 장방형의 4개의 판상체로 이루어지고, 상기 판상체 각각의 측단을 용접하여 기둥 형상으로 제작하게 된다. 상기와 같은 굴삭기 암(20) 및 연결부재(40)의 단면적 또는 두께나 치수는 굴삭기(1)의 작업 하중 또는 중량 등을 고려하여 결정된다.

그러나, 상기와 같이 제작되는 굴삭기 암(20) 및 연결부재(40)는 높은 하중의 작업 중량을 고려하여 스틸재질로 이루어져 높은 제작단가와 함께 굴삭기 암(20)의 전체 중량이 상승하고, 이를 구동하기 위한 연비가 상승하는 문제가 있다. 또한, 굴삭기 암(20) 및 연결부재(40)의 제작을 위해 복잡하고 정교한 용접작업을 수행하여야 하고, 그에 따른 용접불량을 초래하기가 쉽다. 특히, 굴삭기 암(20)의 페인트 칠이 벗겨져 스틸재질이 외부로 노출되고, 쉽게 산화하여 녹이 스는 문제가 있다.

상기와 같은 종래의 굴삭기는, 굴삭기 암 및 연결부재가 높은 하중의 작업 중량을 고려하여 스틸재질로 이루어져 높은 제작단가와 함께 굴삭기 암의 전체 중량이 상승하고, 이를 구동하기 위한 연비가 상승하는 문제가 있다.

또한, 굴삭기 암 및 연결부재의 제작을 위해 복잡하고 정교한 용접작업을 수행하여야 하고, 용접불량을 초래하기가 쉽다.

또한, 굴삭기 암의 페인트 칠이 벗겨져 스틸재질이 외부로 노출되고, 쉽게 산화하여 녹이 스는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 굴삭기 암의 경량화를 추구함과 동시에 고강성을 가지고, 굴삭기 암의 제작 및 조작이 용이해지는 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기는, 유압실린더와, 상기 유압실린더에 의해 회동하는 굴삭기 암 및 버킷과, 상기 유압실린더, 굴삭기 암 및 버킷 상호 간을 각각 회동 가능하게 결합시키도록 연결구멍이 형성된 연결부재를 포함하여 이루어진 굴삭기에 있어서, 상기 굴삭기 암은, 골조구조로 된 내부프레임과, 상기 내부프레임을 감싸도록 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)를 복수 층으로 적층하여 형성시킨 외부프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결부재는, 상기 내부프레임의 골조구조 사이에 삽입되어 형합 고정되고, 상기 연결구멍이 외부와 연통되도록 상기 내부프레임과 함께 상기 외부프레임에 감싸진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결부재는, 초경 합금인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부프레임은, 섬유강화 복합소재인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부프레임의 외부표면에 겔코우트용 수지가 코팅된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기는, 섬유강화 복합소재로 이루어진 내부프레임과 외부프레임에 의해 경량화를 추구함과 동시에 고강성의 굴삭기 암을 제공할 수 있다.

또한, 굴삭기 암의 경량화에 따른 제조단가의 감소와 함께 연비 절감을 이루어낼 수 있고, 제작 및 조작의 용이성을 이루어낼 수 있다.

또한, 내부프레임의 골조구조 사이에 연결부재를 삽입하여 형합 고정시킴으 로써 연결부재의 견고한 고정이 가능하고, 연결부재를 초경 합금으로 제작하여 내마모성이 높은 굴삭기 암을 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 실시예의 굴삭기 암을 도시한 일부절개 사시도이다.

본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기(1)는, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 유압실린더(10), 굴삭기 암(20), 버킷(30) 및 연결부재(40)를 포함하여 이루어지고, 상기 굴삭기 암(20)은 내부프레임(22) 및 외부프레임(24)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 굴삭기(1) 역시 도 3에 도시된 바와 같이, 상부선회체(2)와 하부주행체(3)로 이루어지고, 상기 상부선회체(2)는 운전자가 착석하여 운전 및 작업을 수행하는 운전실(4)과 기계실(5)을 구비함과 동시에 굴삭 작업을 수행하기 위하여 유압실린더(10)와, 상기 유압실린더(10)에 의해 회동하는 굴삭기 암(20) 및 버킷(30)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 유압실린더(10), 굴삭기 암(20) 및 버킷(30)은 연결구멍(45)이 형성된 연결부재(40)에 결합된 연결핀을 매개로 상호 간 각각 회동 가능하게 결합된다.

굴삭기 암(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 내부프레임(22) 및 외부프레임(24)으로 구성되는데, 내부프레임(22)은 일반적인 굴삭기 암의 형상을 가지도록 골조구조로 제작되고, 외부프레임(24)은 상기 내부프레임(22)을 감싸도록 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)를 복수 층으로 적층하여 형성시킨다. 또한, 연결부재(40)는 상기 내부프레임(22)의 골조구조 사이에 삽입되어 형합 고정되고, 상기 연결구멍(45)이 외부와 연통되도록 상기 내부프레임(22)과 함께 상기 외부프레임(24)에 감싸진다.

섬유강화 복합소재는 기지의 고분자 재료에 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 첨가함으로써, 첨가되는 재료에 따라 물성이 좌우되는 것으로 금속재료에 비하여 경량으로 구조물을 만들 수 있는 것은 물론, 용이하게 제작이 가능하고 기계적인 강도는 오히려 향상될 수 있다. 특히, 섬유강화 복합소재는 고분자 재료에 첨가되는 섬유재에 의해서 강도를 조절할 수 있고, 비중이 1.6 정도로 제작할 수 있어서 비중 7.85인 스틸재질에 비하여 매우 경량으로 제작할 수 있는 이점이 있다. 이러한 섬유강화 복합소재는 일체성형법으로 핸드 래이업(Hand Lay-up), 스프레이 래이업(Spray Lay-up) 방식 등이 있고, 몰드를 이용한 몰드 성형법으로 사출, 압축 및 레진 트랜스퍼 성형 방식 등이 있다. 또한, 섬유와인딩 성형법으로 프리프래그 테이프 와인딩, 필라멘트 와인딩, 브레이딩 및 적층 굽힘법 등이 있다. 한편, 섬유강화 복합소재의 섬유재로서 사용되는 물질에는 유리섬유, 탄소섬유, 케블 라섬유, 보론섬유, SiC섬유 및 Al₂O₃섬유 등이 있으며, 각각의 섬유재에 따라 기계적 물성이 달라진다. 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지를 이용하여 섬유재를 적층하는데, 섬유재의 방향에 따라 일정한 방향이 없이 산개되어 있는 Non-Axial Type, 하나의 방향성이 있는 Mono-Axial Type, 이방향성의 Biaxial Type 및 그 이상의 방향성을 가진 Multi-Axial Type 등이 있다. 이러한 섬유강화 복합소재를 이용하여 본 발명에 따른 굴삭기 암을 제작하고자 하는 것이다.

내부프레임(22)은 굴삭기 암(20)을 제작하기 위한 뼈대로서 골조구조를 이루고, 상기 외부프레임(24)을 보다 용이하게 내부프레임(22) 상에 적층시키기 위하여 외부프레임(24)과 동일한 섬유강화 복합소재를 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 내부프레임(22)은 허니콤(honey-comb) 방식의 골조구조 이루어질 수도 있다. 내부프레임(22)을 제작하기 위하여 섬유강화 복합소재를 사용할 때, 골조구조와 같은 형상을 적층 방식의 일체성형법으로 제작할 수 있을 뿐 아니라 몰드 성형법에 의해 제작할 수도 있다. 이 경우, 상기 내부프레임(22)의 골조구조 사이에 삽입되어 형합 고정되는 연결부재(40)를 고려하여 내부프레임(22)을 복수로 분리하여 제작할 수도 있다. 즉, 연결부재(40)를 사이에 두고 복수로 분리된 내부프레임(22)을 좌우로 또는 상하로 결합시켜 내부프레임(22)의 골조구조 사이에 상기 연결부재(40)를 형합 고정시킬 수 있는 것이다. 그 다음으로 내부프레임(22) 및 연결부재(40)를 감싸도록 섬유강화 복합소재로 이루어진 외부프레임(24)을 적층하여 형성시킴으로써 굴삭기 암(20)이 완성되는 것이다.

연결부재(40)는 연결구멍(45)이 외부와 연통되도록 상기 내부프레임(22)과 함께 상기 외부프레임(24)에 감싸진다. 즉, 연결부재(40)를 내부프레임(22)에 삽입하여 형합 고정시킨 후, 외부프레임(24)을 내부프레임(22)과 연결부재(40)에 적층시킬 때 연결부재(40)에 형성된 연결구멍(45)이 외부와 연통되도록 외부프레임(24)을 적층 형성시켜야 한다. 이를 위하여, 연결구멍(45)에는 연결핀과 같은 원기둥 형상의 부재를 삽입한 후 외부프레임(24)을 적층 형성시킨다면, 연결구멍(45)이 막히지 않고, 외부와 연통된 상태를 유지할 수 있다.

연결부재(40)의 재질은 종래의 연결부재(40)와 같은 스틸 재질을 사용할 수도 있으나, 내마모성이 높은 초경합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 초경합금은 텅스텐 탄화물, 크롬 탄화물 등의 탄화물, 질화물 또는 붕화물 등과 같은 경질입자와, 니켈 또는 코발트 등의 단일금속 혹은 니켈합금, 코발트합금의 결합제로 구성된 것으로서, 내마모성이 우수한 재질이다. 만일, 연결부재(40)를 섬유강화 복합소재로 사용한다면, 내부프레임(22) 및 외부프레임(24)과의 결합력이 보다 강화되겠지만, 섬유강화 복합소재는 내마모성이 낮기 때문에 부스러지거나 파손될 염려가 있다. 따라서, 연결부재(40)는 내마모성이 높은 금속 재질을 사용함이 바람직하며, 특히 초경합금을 사용하는 것이 더욱 바람직한 것이다. 이 경우, 연결부재(40)의 설치 및 고정을 위하여 내부프레임(22)을 골조구조로 제작하는 것이고, 상기 연결부재(40)를 내부프레임(22)의 골조구조 사이에 삽입하여 형합 고정시킨 후 외부프레임(24)을 적층 형성함으로써 더욱 견고하게 결합할 수 있다.

한편, 외부프레임(24)을 섬유강화 복합소재를 이용하여 적층 형성시킨 후 상 기 외부프레임(24)의 외부표면에 겔코우트용 수지를 코팅하여 외관의 미려함과 함께 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성이 우수한 굴삭기 암(20)을 제작할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 굴삭기 암(20) 뿐만 아니라 다른 중장비의 건설기계에 사용되는 종래의 스틸재질로 이루어진 암이나 붐에도 그 구조나 작업상태에 맞추어 적용시킬 수 있을 것이다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 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.

도 1은 일반적인 굴삭기의 구조를 도시한 측면도이고,

도 2는 도 1의 실시예의 굴삭기 암을 A-A선에서 바라본 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기를 도시한 사시도이고,

도 4는 도 3의 실시예의 굴삭기 암을 도시한 일부절개 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 굴삭기

10 : 유압실린더

20 : 굴삭기 암

22 : 내부프레임 24 : 외부프레임

30 : 굴삭기 버킷

40 : 연결부재 45 : 연결구멍

Claims

유압실린더와, 상기 유압실린더에 의해 회동하는 굴삭기 암 및 버킷과, 상기 유압실린더, 굴삭기 암 및 버킷 상호 간을 각각 회동 가능하게 결합시키도록 연결구멍이 형성된 연결부재를 포함하여 이루어진 굴삭기에 있어서,

상기 굴삭기 암은,

허니콤(honey-comb) 방식의 골조구조로 된 내부프레임과,

상기 내부프레임을 감싸도록 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)를 복수 층으로 적층하여 형성시킨 외부프레임을 포함하며,

상기 연결부재는 상기 허니콤 형상을 갖는 내부프레임과 밀착되는 사각 기둥 형상을 갖고 상기 연결부재는 초경 합금인 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기.
제1항에 있어서,

상기 연결부재는,

상기 내부프레임의 골조구조 사이에 삽입되어 형합 고정되고, 상기 연결구멍이 외부와 연통되도록 상기 내부프레임과 함께 상기 외부프레임에 감싸진 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 내부프레임은,

섬유강화 복합소재인 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기.
제1항에 있어서,

상기 외부프레임의 외부표면에 겔코우트용 수지가 코팅된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 굴삭기 암을 구비한 굴삭기.