KR101056444B1 - 바이브레이션 해머 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 바이브레이션 해머는 메인본체와; 상기 메인본체에 설치된 유압컨트롤 밸브유니트에 의해 승강가능하게 설치되는 피스톤 하우징과, 상기 피스톤 하우징과 동축상으로 상기 메인본체에 슬라이딩 가능하게 설치되는 해머가이드와, 상기 피스톤 하우징과 해머가이드에 양단부가 고정되며 상기 피스톤 하우징의 승강방향에 대해 소정의 각도로 탄성변형 가능한 피스톤을 구비한 타격유니트와; 상기 메인본체에 설치되어 상기 피스톤과 같이 승강되는 해머 가이드를 정역회전시키는 회전유니트를 구비한다. 이 바이브레이션 해머는 피스톤과 연결된 로드의 측압 발생시 피스톤이 탄성변형되어 피스톤이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
해머, 바이브레이션, 측압, 피스톤 하우징, 피스톤, 로드

Description

바이브레이션 해머{vibration hammer}
본 발명은 천공기에 관한 것으로, 더 상세하게는 비트가 설치된 로드를 진동 및 회전시켜 천공할 수 있는 바이브레이션 해머에 관한 것이다.
일반적으로 지중을 천공하는 천공기는 비트가 설치된 로드를 단지 회전시키는 방법(오실레이터 공법라고도 함)과, 비트 또는 볼커터를 회전시킴과 아울러 가압력을 주는 방법(R.C.D 공법) 등이 있다.
상기 오실레니터(OSCILLATOR) 공법은 작업장의 토지 조건이 흙으로만 이루어진 영역을 천공하는데는 이상이 없으나 지중의 암반을 전공하는 항타기와 같은 별도의 장비에 의해 큰 해머를 낙하시켜 파괴하는 공정이 필요하다.
한편, 상기 R.C.D 공법은 오실레이터 공법에 비하여 진보된 천공효과를 가지는 것으로, 토사층을 오실레이터 또는 로테이터(rotator)로 굴착한 후 연암과 경암층을 굴착코져 할 때 로드 끝부분에 부착된 특수한 비트를 회전시켜 암반을 굴착하는 방식이다. 상기 R.O.C 공법은 로드의 단부에 설치된 비트를 단순히 회전시켜 굴착하게 되므로 상대적으로 천공효율이 좋지 않다.
이러한 점을 감안하여 종래의 천공기는 심공의 천공 시 로드의 단부에 설치 된 비트에 충격력과 회전력을 동시에 제공하는 구조를 가진다. 이러한 천공기들은 로드의 상단부 측에서 회전력을 제공하고, 비트가 설치되는 로드의 하단부 측에 로드를 통하여 공급되는 공압 또는 유압에 의해 작동되어 타격력을 제공하는 해머가 장착된 구조를 가진다.
상기와 같은 천공기는 비드가 설치된 로드의 단부측에 설치된 해머에 공압 또는 유압을 공급하여야 하므로 천공깊이가 깊어짐에 따라 상대적으로 구조가 복잡하다.
그리고 천공기의 다른 예로서, 천공기는 바이브레이터와 이 바이브레이터에 설치된 로드의 단부에 비트가 설치된 구조를 가지는 것으로, 상기 바이브레이터에 의해 회전 및 충격력을 로드에 전달하여 천공작업을 수행하게 된다. 상기 로드에 충격을 가하기 위한 장치 즉, 바이브레이터는 유압공급회로부터 공급된 하나 이상의 유압 유체의 흐름에 의해 구동되는 장치를 포함 하고, 상기 바이브레이터로부터 발생되는 충격은 생크를 통해 천공로드에 전달된다. 그리고 생크는 유압 모터에 의한 회전력을 로드에 전달한다.
유럽 특허 EP 058,650호 및 EP 856,637호는, 충격 장치의 주 공급 회로로부터 유압이 공급되는 접합 피스톤 장치가 개시되어 있다. 그러나, 피스톤 장치는 작동자가 공급 회로를 차단하고, 예를 들어 회전 모터 만을 작동하였을 때, 접합 피스톤의 표면은 더 이상 유압이 공급되지 않게 되는 문제점이 있다. 하우징에 대해 왕복운동 하는 피스톤의 단부 즉, 피스톤의 단부측에 설치되는 섕크부에 천공을 위한 로드가 연결된 구성을 가지고 있으므로 천공작업 시 로드가 측압을 받는 경우 피스톤과 로드의 연결부위가 손상되는 문제점이 있다. 또한 천공작업이 이루어지는 과정에서 상기 피스톤 또는 이와 연결된 생크는 왕복운동을 하면서 회전이 이루어지게 되므로 축수부와의 마찰열로 인하여 고착되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피스톤과 연결된 로드에 작용하는 측압에 의해 피스톤이 손상되는 것을 방지할 수 있는 바이브레이션 해머를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 충격력을 제공하는 해머가이드와 이를 회전시키기 위한 구동부 사이에 마찰열이 발생되어 고착되는 것을 근본적으로 방지 할 수 있는 바이브레이션 해머를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 바이브레이션 해머는 메인본체와; 상기 메인본체에 설치된 유압컨트롤 밸브유니트에 의해 승강 가능하게 설치되는 피스톤 하우징과, 상기 피스톤 하우징과 동축상으로 상기 메인본체에 슬라이딩 가능하게 설치되는 해머가이드와, 상기 피스톤 하우징과 해머가이드에 양단부가 고정되며 상기 피스톤 하우징의 승강방향에 대해 소정의 각도로 탄성변형 가능한 피스톤을 구비한 타격유니트와;
상기 메인본체에 설치되어 상기 피스톤과 같이 승강되는 해머 가이드를 정역회전시키는 회전유니트;를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 회전유니트는 상기 해머가이드와 스플라인 결합되며 유압모터에 의해 정, 역회전되는 메인기어와, 상기 해머 가이드와 메인기어의 스플라인 결합부에 설치되어 해머가이드와 메인기어가 마찰열에 의한 고착을 방지하는 마찰력 감소수단을 구비한다. 그리고 상기 마찰력 감소수단은 상기 해머 가이드와 메인기어의 적어도 일측의 스플라인이 길이 방향으로 분할되어 이루어진 단위 스플라인들과, 상기 단위 스플라인 사이에 형성된 볼가이더와, 단위 스플라인과 결합되는 양측의 스플라인에 의해 형성된 볼가이드부에 설치되는 구름볼들을 구비한다.
본 발명의 바이브레이션 해머는 피스톤에 가하여지는 측압에 의해 피스톤이 탄성변형되어 피손되는 것을 방지할 수 있고, 내구성 및 구동에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 진동하는 피스톤의 회전 시 메인기어와 해머부재 사이가 마찰열에 의해 고착되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 바이브레이션 해머는 기계본체에 의해 수직하게 세워진 리더에 의해 가이드되며 천공을 위한 비트가 설치된 로드와 연결되어 로드에 충격력과 회전력을 제공하는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 3에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 바이브레이션 해머(10)는 메인본체(11)에 설치되어 천공을 위한 로드(100)와 연결된 피스톤(25)을 이용하여 로드에 충격력을 제공하기 위한 타격 유니트(20)와, 상기 메인본체(11)에 설치되며 후술하는 해머가이드(26)에 의해 지지되는 피스톤(28)을 정, 역회전시키는 회전유니트(50)를 구비한다.
상기 타격 유니트(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 메인본체(11)의 내부에 설치되어 실린더부(22) 및 피스톤 하우징 가이드부(23)를 형성하는 홀더(24)들과, 상기 홀더(24)들의 가이드부(23)에 지지되어 승강되는 피스톤 하우징(25)를 구비한다. 상기 피스톤 하우징(25)은 상기 가이드부(23)에 의해 지지되는 피스톤 하우징지지부(25a)와, 상기 피스톤 하우징 지지부(25a)의 직경보다 상대적으로 큰직경을 가지며 상기 실린더부(22)를 따라 슬라이딩되는 피스톤부(25b)를 구비한다. 그리고 상기 피스톤 하우징(25)은 그 길이 방향으로 중공부(25c)가 형성된다. 여기에서 상기 홀더(24)들은 서로 다른 직경을 가지는 부재들이 상호 결합되어 이루어질 수 있다. 상기 실린더부(22)를 형성하는 홀더(24)에는 상기 피스톤부(25b)에 의해 구획된 상하측 실린더부(22a)(22b)에 작동유체를 선택적으로 공급하기 위한 제 1,2포트(201)(202)들이 형성된다.
그리고 상기 메인본체(11)에는 제1,2포트(201)(202)에 선택적으로 작동유체를 공급하여 피스톤 하우징(25)을 승강시키기 위한 유압컨트롤 밸브유니트(210)를 구비한다. 이 유압컨트롤 밸브 유니트(210)는 유압펌프(미도시)로부터 펌핑된 유압유를 상기 홀더(24)에 형성된 제 1,2포트(201)(202)를 통하여 상하측 실린더부(22a)(22b)에 교호적으로 공급 및 배출하기 위한 2포트 2위치의 메인 컨트롤 밸브(211)와 상기 컨트롤 밸브의 스풀(211a)을 좌우로 왕복 이송시켜 유로를 변환시키는 액튜에이터(212)을 구비한다. 여기에서 상기 제1,2포트(201)(202)를 통한 유압유의 공급 및 배출은 메인 본체(11)의 외주면에 환형의 그루브가 형성되고 이 그루부와 대응되는 홀더(24)에 복수개의 관통공이 형성되어 이루어질 수 있다. 상기 액튜에이터(212)는 상기 2포트 2위치의 건트롤 밸브(211)을 조작하기 위하여 파일롯 압력을 이용하여 스플(211a)을 이송시키거나 유압모터(2121b)에 의해 별도의 2포트 2위치 보조 컨트롤 밸브(212a)의 스풀을 회전시켜 상기 메인 컨트롤 밸브(211)의 스플(211a)을 왕복 이송시키기 파일롯 작동유를 공급할 수 있다. 상하측 실린더부에 작동유체의 공급은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 제 1,2포트(201)(202)에 의해 피스톤부(25b)를 승강시킬 수 있는 작동유를 공급 및 배출할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.
상기 메인본체(11)의 하부측에는 피스톤 하우징(25)과 같이 중공부(26a)가 형성된 해머 가이드(26)가 피스톤 하우징(25)와 같이 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 메인 본체(11)에 설치된다. 여기에서 상기 피스톤 하우징(25)과 해머가이드(26)는 소정간격 이격된 상태되며 동축상으로 설치된다.
한편, 상기 피스톤 하우징(25)과 해머 가이드(26)의 중공부(25c)(26a)에는 단부에 로드 결합부(27)가 형성된 피스톤(28)이 결합된다. 상기 피스톤(28)의 상단부측은 피스톤 하우징(25)과 나사결합되고, 상기 피스톤(28)의 하단부 측은 해머가이드(26)와 나사결합된다. 그리고 피스톤의 나사결합되지 않은 부위는 피스톤(28) 피스톤 하우징(25) 및 해머가이드(26)와 간섭이 발생되지 않도록 상기 피스톤 하우징(25)의 중공부(25c) 직경 및 해머가이드(26)의 중공부(26a) 직경보다 작게 성된 탄성변형부(28a)가 마련된다. 상기 해머가이드(26)과 인접되는 피스톤 하우징(25)의 하단부는 가이드링(29)에 의해 피스톤(28)의 탄성변형부(28a)을 지지한다. 이 가이드 링(29)은 탄성변형부(28a)가 진동하는 것을 방지한다.
한편, 상기 피스톤에는 길이 방향으로 관통하는 유체공급을 위한 중공(28b)이 형성된다. 그리고 상기 피스톤(28)의 단부에 형성된 상기 로드 결합부(27)는 테 이퍼진 구조를 가지며 외주면에 나사가 형성된다.
상기 회전유니트(50)는 도 1 및 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 해머가이드(26)의 승강에 영향을 미치지 않은 상태에서 해머 가이드(26)을 정, 역회전시킬 수 있는 것으로, 상기 메인본체(11)의 하부에 케이싱(51)이 설치되고, 이 케이싱(51)의 하부로 돌출되는 해머가이드(26)의 외주면에 적어도 하나의 제 1스플라인(52)과 제1스플라인홈(53)이 형성된다.
그리고 상기 케이싱(51)에는 상기 제 1스플라인(52)과 제 1스플라인홈(53)에 각각 결합되는 제 2스플라인 홈(54)과 제 2스플라인(55)이 형성된 메인기어(56)가 설치된다. 이 메인기어(56)는 케이싱에 베어링(57)(58)에 의해 지지되며, 상기 메인기어(56)는 케이싱(51)에 설치되는 구동기어(61)(62)들과 치합된다. 상기 구동기어(62)는 유압모터(63)에 의해 회전된다. 여기에서 상기 케이싱(51)은 케이싱 본체(51a)와, 이 케이싱 본체(51a)와 결합되는 커버부재(51b)로 이루어질 수 있는데, 이 커버부재(51a)에는 상기 해머가이드(26)와 결합된 피스톤(28)의 로드 결합부(27)가 돌출된다.
한편, 상기 해머 가이드(26)와 메인기어(56)가 결합되는 스플라인 결합부에는 승강되는 해머가이드(26)에 메인기어(56)에 의한 회전력의 전달 시 해머가이드(26)과 메인기어(56)가 마찰열에 의해 고착되는 것을 방지하는 마찰력 감소수단(70)이 설치된다.
이 마찰력 감소수단(70)은 도 3 및 도 4, 5에 도시된 바와 같이 상기 해머가이드(26)에 제 1스플라인(52)이 소정간격 이격 되도록 제1,2단위 스플라인(71)(72)으로 분리되고 이들의 사이에는 볼 가이더(73)가 설치되어 이 제 1스플라인이 결합되는 메인기어(56)의 양측에 위치되는 제 2스플라인(55)들에 의해 폐루프 상의 볼 가이드부(75)가 형성된다. 그리고 상기 볼 가이드부(75)에는 복수개의 구름볼(76)들이 설치된다. 여기에서 상기 마찰력감소수단을 구현함에 있어서, 상기 제 1, 2단위 스플라인과 볼가이더(73)는 메인기어(56)의 제 2스플라인(55)에 형성될 수 도 있으며, 상기 제 1,2스플라인들에 교호적으로 설치될 수도 있다.
상기 마찰력 감소수단은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 스플라인 결합된 해머 가이드(26)와 스플라인 결합된 메인기어(56)의 사이에 마찰력을 감소시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨데, 상호 대응되는 제 1,2스플라인들의 외주면에 길이 방향으로 볼 가이드 부를 형성하고 이 볼 가이드 부에 복수개의 볼을 지지시킴으로써 이루어질 수도 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 바이브레이션 해머의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 천공작업을 수행하기 위해서는 리드에 지지된 바이브레이션 해머(10)의 결합부재(27)에 천공을 위한 로드(100)를 장착한 상태에서 유압컨트롤밸브 유니트(200)를 조작하여 메인본체(11)와 홀더(24)에 의해 형성된 제 1 및 제 2포트(201)(202)에 선택적으로 유압유를 공급함으로써 피스톤하우징(25)을 승강시킴으로써 이와 결합된 피스톤(28)을 승강시킨다. 그리고 상기 케이싱(51)에 설치된 유압모터(63)에 의해 구동기어(61)를 구동시킴으로써 케이싱(51)에 베이링 지지된 메인기어(56)를 회전시킨다.
이와 같은 작동으로 피스톤의 로드 결합부(27)에 결합되며 단부에 천공을 위한 비트(미도시)가 설치된 로드(100)을 회전 및 상하 방향으로 진동시켜 천공작업을 수행하게 된다.
상기와 같이 천공작업을 수행하는 과정에서 로드가 암반 또는 암석에 의해 측압을 받게 되는데, 이 때에 상기 피스톤(28)은 양단부가 피스톤 하우징(25)과 해머가이드(26)에 의해 지지되어 있으므로 피스톤(28)의 탄성변형부(28a)가 탄성변형되어 상기 로드(100)에 작용하는 측압을 흡수하게 된다. 따라서 로드와 피스톤(28)과의 결합부위가 로드(100)에 작용하는 측압에 의해 파손되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다. 즉, 천공작업을 수행하는 로드(100)가 측압에 의해 수직축 선상에서 벗어나는 경우 상기 피스톤(28)의 탄성변형부(28a)가 탄성변형되어 이 이동량을 흡수하게 된다. 그리고 천공작업이 지속적으로 이루어지는 동안 피스톤의 탄성복원력에 의해 상기 로드(100)는 직진상태를 유지하게 된다.
상기와 같이 천공작업이 수행되는 과정에서 상기 해머가이드(26)의 승강운동과 이 해머가이드(26)를 회전시키는 메인기어(56)와 해머가이드(26)의 스플라인 결합부위에서 마찰열이 발생되게 되는데, 이 스플라인 결합부에는 마찰력을 감소시키기 위한 수단 이 설치되어 있으므로 마찰열에 의해 해머가이드(26)와 메인기어(53)가 고착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1스플라인이 단위 스플라인(71)(72)으로 분리되고 이들 사이에 구름볼(76)을 가이드 하는 볼가이더(73)가 구비되어 있으므로 구름볼(76)들에 의해 제 1,2스플라인 사이의 마찰열을 최소화 할 수 있다.
특히 상기 마찰감소수단(70)은 볼가이드부(75)가 폐루프상으로 형성되어 있으므로 구름볼(76)이 루프를 순환하게 되고, 구름볼(76)이 지지되는 제 1스플라인의 양측면과 전면이 제 2스플라인의 양측면과 제 2스플라인 홈의 내면에 각각 접촉됨으로써 제1,2스플라인 사이의 마찰력을 최소화 할 수 있다.
이러한 마찰력의 감소는 심공의 천공 시 해머부재와 이를 회전시키기 위한 메인기어(56) 사이의 마찰력이 증가함으로써 발생되는 고착을 근본적으로 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 바이브레이션 해머는 드라이브 로드의 회전력을 제공하고 이의 길이 방향으로의 타격력을 지속적으로 가 할 수 있으며, 나아가서는 해머부재와 메인기어의 마찰력을 줄여 구동에 따른 동력손실과 및 이들의 고착을 방지할 수 있다. 특히 천공과정에서 로드가 측압에 의해 수직측으로부터 다소 벗어난다하여도 피스톤이 탄성변형되어 이를 흡수 할 수 있으므로 로드(100)와 피스톤(28)의 결합부위 또는 피스톤(28)이 손상되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명은 각종 천공장치. 지층의 샘플링 장치등에 널리 적용 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 바이브레이션 해머의 단면도,
도 2는 피스톤 하우징과 피스톤의 결합관계를 나타내 보인 일부절제 측면도,
도 3은 마찰력 감소수단을 발췌하여 도시한 분리 사시도,
도 4는 마찰력 감소수단의 일부 절제 사시도,
도 5는 마찰력 감소수단의 요부를 발췌하여 도시한 사시도.

Claims (4)

  1. 메인본체와;
    상기 메인본체에 설치된 유압컨트롤 밸브유니트에 의해 상기 메인본체에 승강 가능하게 설치되는 피스톤 하우징과, 상기 피스톤 하우징과 동축상으로 상기 메인본체에 슬라이딩 가능하게 설치되는 해머가이드와, 상기 피스톤 하우징과 해머가이드에 양단부가 고정되며 상기 피스톤 하우징의 승강방향에 대해 소정의 각도로 탄성변형 가능한 피스톤을 구비한 타격유니트와;
    상기 메인본체에 설치되어 상기 피스톤과 같이 승강되는 해머 가이드를 정역회전시키는 회전유니트;를 포함하며,
    상기 피스톤 하우징과 해머가이드에 의해 지지된 피스톤의 양단부 사이의 탄성변형부는 상기 피스톤 하우징 및 해머가이드의 중공부 직경 보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 바이브레이션 해머.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전유니트는 상기 해머가이드와 스플라인 결합되며 유압모터에 의해 정, 역회전되는 메인기어와, 상기 해머 가이드와 메인기어의 스플라인 결합부에 설치되어 해머가이드와 메인기어가 마찰열에 의한 고착을 방지하는 마찰력 감소수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 바이브로이션 해머.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 마찰력 감소수단은 상기 해머 가이드와 메인기어의 적어도 일측의 스 플라인이 길이 방향으로 분할되어 이루어진 단위 스플라인들과, 상기 단위 스플라인 사이에 형성된 볼가이더와, 단위 스플라인과 결합되는 양측의 스플라인에 의해 형성된 볼가이드부에 설치되는 구름볼들을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 바이브레이션 해머.
  4. 삭제
KR1020090001125A 2008-01-07 2009-01-07 바이브레이션 해머 KR101056444B1 (ko)

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