KR101196149B1 - 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기에 관한 것으로, 수로 상단 구조물 상에 설치되고 동력발생장치 및 래크기어 박스를 포함하는 권양기 본체와, 상기 래크기어 박스로부터 연장되는 래크바에 연결되는 수문을 포함하는 수문 권양기에 있어서, 상기 권양기 본체는 회전프레임 상에 장착되고, 상기 회전프레임은 수로 상단 구조물에 장착되는 고정프레임에 회동 가능하게 힌지 결합되며, 상기 고정프레임에 대한 회전프레임의 회동이 설정된 값을 초과하면 상기 동력발생장치의 구동을 정지시키는 제어부를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 종래에 권양기 본체가 수문 상단 구조물에 고정되어 있어야 한다는 고정관념에서 벋어나 권양기 본체가 힌지 결합된 부분을 중심으로 회동 가능하게 구성함으로써, 수문의 개폐시 발생될 수 있는 과부하에 의한 구성요소의 파손을 방지함과 아울러, 과부하 발생 시점을 간단한 구성으로 파악하게 함으로써 추가적인 부하 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기{A Floodgate Winch Having The Function For Preventing Overloading By Rotation}

본 발명은 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기에 관한 것으로, 종래에 권양기 본체가 수문 상단 구조물에 고정되어 있어야 한다는 고정관념에서 벋어나 권양기 본체가 힌지 결합된 부분을 중심으로 회동 가능하게 구성함으로써, 수문의 개폐시 발생될 수 있는 과부하에 의한 구성요소의 파손을 방지함과 아울러, 과부하 발생 시점을 간단한 구성으로 파악하게 함으로써 추가적인 부하 발생을 방지할 수 있는 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기에 관한 것이다.

일반적으로 수문은 저수지 또는 수로 등에 설치되어 저수된 수자원을 각종 용수로 사용하거나 홍수와 같은 자연 재해에 대비하기 위해 사용된다. 수문을 개방 또는 폐쇄하기 위해 일반적으로 수문 권양기를 사용하는데, 수문 권양기는 구동모터의 회전력을 이용하여 수문을 상승 또는 하강시킴으로써 수문을 개폐한다.

이러한 수문 권양기는 그 작동방법과 구조에 따라 크게 스핀들 방식과 핀잭 방식으로 구분된다.

통상 스핀들 방식의 수문 권양기는 수문에 고정설치되어 있는 승강 회전축에 연결된 원형 핸들을 회전시켜 수문을 개폐하는 방식이고, 핀잭 방식의 수문 권양기는 핸드 브레이크, 푸드 브레이크와 원심 브레이크들을 사용하여 적은 인원으로도 수문을 작동할 수 있으며, 수문 개폐시 작동 시간도 스핀들 방식에 비해 대략 절반 정도로 단축되고, 유지관리가 편리한 방식이다.

위에서 설명한 종래의 핀잭 방식의 수문 권양기(1)의 구성을 더욱 구체적으로 살펴보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전자브레이크(2)와, 상기 전자브레이크(2)의 일측에 연결 설치되어 구동력을 전달하는 AC모터(3)와, 상기 AC모터(3)의 회전을 감속시키는 웜감속기(4)와, 상기 웜감속기(4)의 회전 감속과 더불어 웜감속기(4)의 회전을 원심브레이크(9) 및 핸드브레이크(8), 푸트브레이크(7)가 설치된 축에 전달하는 스프로킷부(6)와, 상기 웜감속기(4)와 스프로킷부(6) 사이에 설치되는 클러치(5)와, 상기 원심브레이크(9) 및 핸드브레이크(8), 푸트브레이크(7)가 설치된 축의 끝단에 연결 설치되는 수동조작레버(16)와, 상기 스프로킷부(6)의 회전을 다시 감속시키는 1, 2, 3기어부(10, 11, 12)와, 상기 1, 2, 3기어부(10, 11, 12)의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 래크기어(13) 및 래크바(14)와, 상기 래크바(14)의 하단과 연결되어 래크바(14)의 승강 작동에 의해 개폐가 이루어지는 수문(15)을 포함하여 구성된다.

그리고 AC모터(3)의 회전은 웜감속기(4)에 의해 크게 감속되며 웜감속기(4)의 회전방향에 따라 래크바(14)가 상, 하로 승강되어 수문(15)의 개폐가 이루어지도록 되어 있다.

이와 같은 수문 권양기, 즉 스핀들 방식과 핀잭 방식이나 전동 구동 방식과 유압 구동 방식에서는 수문의 폐쇄시에 수문이 수로를 폐쇄하면 정지하고 수문이 개방시에 수문이 개방된 상태에서 정지하는 것이 가장 기본적인 작동이다. 다시 말해, 수문을 개폐할 때 토크를 효과적으로 제어하여 부하 발생시 권양기를 자동정지(모터정지)시키는 기술 또는 동력을 차단하여 공회전할 수 있는 기술로 토크 제어가 정밀하여야 하고, 개문방향과 폐문방향의 다른 토크값 설정이 가능토록 구성하며, 제품 특성상 장기간 중량물을 매달고 있어야 하므로 토크가 장기간 계속적으로 작용하고 있어 시간 변동에 따라 토크값이 달라지지 않아야 한다.

그러나 종래의 수문 권양기에서는 수문 개폐시 이물질이 끼어 개폐 동작 장애에 따른 과부하(토크) 및 수문의 개폐 측정 실패 또는 오류에 의한 과운행으로 수문시설이 파손되는 문제점이 있었다.

예를 들면, 수문의 폐쇄시에 수문이 수로를 폐쇄한 후 정지하지 않아 수문을 하강시키기 위한 운행의 지속으로 권양기 본체(20)가 수로 상단 구조물(21)로부터 이탈하거나(도 3 참조), 래크기어 등이 내장된 래크기어 박스(22)가 권양기 본체(20)로부터 들려지거나(도 4 참조), 래크바(23)나 스핀들이 휘어지는 문제점이 있었다(도 5 및 도 6의 빨간색 점선 참조).

이러한 문제점을 해소하기 위하여, 종래에는 다음과 같은 기술이 개발된 바 있다.

첫번째로는, 도 7에 도시된 바와 같이, 웜기어(31)와 웜휠(33)을 이용하여 웜기어(31)쪽에 스프링(35)을 조립함으로써 과부하시 웜기어(스크류)에 작용하는 토크가 스프링 압축력을 넘어서며 웜기어(31)가 전진 또는 후진하여 리미트 접점(37)을 치면서 모터를 정지(전원을 차단)하는 방식이 개발되었다.

두번째로는, 토크 리미트 또는 커플링을 이용하여 과부하를 차단하는 기술이 개발된 바 있다. 이 방식은 입력부와 출력부를 분리하고 접촉부에 마찰제를 적용하여 스프링과 록 너트로 접촉 마찰시킨 후 과부하 발생시 입력부를 공회전시키며, RPM 메터를 이용하여 회전수를 측정하여 일정 이하의 회전 발생시 모터를 정지시키는 방식이다.

세번째로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 3상 AC 모터(41)로 유입되는 3상 전원(43)으로부터의 전류에 과부하가 걸리는지를 감지하는 전류센서(45)를 사용하여 과부하를 차단하는 기술이 개발된 바 있다.

네번째로는, 동력 분배축에 토크센서를 설치하여 동력 분배축에 가해지는 토크를 측정하여 과부하를 차단하는 기술이 개발된 바 있다.

그런데 첫번째 종래기술에서는, 정확한 토크값 설정이 어렵고, 개폐방향에 따라 토크값 설정이 되지 않았다. 또한 장기간 수문을 매달고 있어 스프링 압축력 변화로 토크값이 변화되거나(헐거워짐), 동작중 토크값이 불안정하여 수시로 모터가 정지(과부하 발생으로 인식)하는 문제점이 있었다.

그리고 두번째 종래기술에서도, 첫번째 종래기술과 같은 문제점이 있었고, 특히 미끄럼 현상이 두드러지는 문제점이 있었다.

또한 세번째 종래기술에서는, 전류센서가 부정확하고 장기간 사용에 따라 그 정확도가 저하되는데, 수문 권양기의 특성상 전류센서를 주기적으로 조정하여 계측값을 정확히 설정하는 것이 곤란하므로, 안정적인 과부하 방지가 불가능하다는 문제점이 있었다.

아울러 네번째 종래기술에서는, 토크센서에 전원을 공급하고 감지된 정보를 처리하기 위한 전자장치가 필요한데, 이러한 전자장치는 고가이므로 실제로 적용하기가 곤란할 뿐만 아니라, 토크센서와 전자징차가 장기간 외부에서의 사용에 따라 열화되어 성능이 저하되므로, 안정적인 과부하 방지가 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 간단하면서도 장기간 사용에도 성능 저하되지 않는 구성으로 수문에 대한 과부하를 방지하기 위한 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 현재 설치된 수문 권양기에 대해서도 권양기 본체의 프레임 변경만으로 설치가 가능한 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기를 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기에 관한 것으로, 수로 상단 구조물 상에 설치되고 동력발생장치 및 래크기어 박스를 포함하는 권양기 본체와, 상기 래크기어 박스로부터 연장되는 래크바에 연결되는 수문을 포함하는 수문 권양기에 있어서, 상기 권양기 본체는 회전프레임 상에 장착되고, 상기 회전프레임은 수로 상단 구조물에 장착되는 고정프레임에 회동 가능하게 힌지 결합되며, 상기 고정프레임에 대한 회전프레임의 회동이 설정된 값을 초과하면 상기 동력발생장치의 구동을 정지시키는 제어부를 포함한다.

그리고 상기 고정프레임에 힌지 결합된 회전프레임의 일단에 대향하는 타단에는 상하로 각각 완충기가 장착되고, 상기 회전프레임은 상기 완충기에 의해 상기 고정프레임에 지지되며, 상기 제어부는 수문의 승하강시에 과부하가 발생되면 상기 회전프레임이 회동하는 것을 감지하도록 회전프레임 상하면에 이격 설치된 리미트 스위치를 포함한다.

이때, 상기 완충기는 탄성 변형 가능한 고무 재질로 이루어질 수 있다.

또한 상기 수문과 래크바는 서로에 대한 회동이 가능하도록 힌지 연결된다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같은 본 발명의 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기에 의하면, 종래에 권양기 본체가 수문 상단 구조물에 고정되어 있어야 한다는 고정관념에서 벋어나 권양기 본체가 힌지 결합된 부분을 중심으로 회동 가능하게 구성함으로써, 수문의 개폐시 발생될 수 있는 과부하에 의한 구성요소의 파손을 방지함과 아울러, 과부하 발생 시점을 간단한 구성으로 파악하게 함으로써 추가적인 부하 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 기존의 수문 권양기에 대해서도 프레임 변경만으로 설치가 가능함으로써, 많은 비용이 소요되지 않으면서도 본 발명에 따른 장치를 채용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 전동용 웜감속기형 핀잭 수문 권양기의 설치도,
도 2는 종래의 수문 권양기의 전체구성도,
도 3 내지 도 6은 종래기술의 문제점을 도시한 도면,
도 7 및 도 8은 종래기술에 따른 과부하 방지장치를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 구성도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 상세도,
도 11 및 도 12는 본 발명의 작동 상태도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 구성도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 상세도이며, 도 11 및 도 12는 본 발명의 작동 상태도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 수문 권양기는, 수문(70)을 승강시켜 수로(100)를 개폐하기 위하여 설치되는 것으로, 크게 권양기 본체(50) 및 래크바(60)로 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 권양기 본체(50)는 수로 상단 구조물(110) 상에 설치되고 유압식인 경우 전기모터, 정유압회로, 수동작동용 핸들, 유압모터 연결축, 핸드 브레이크, 유압모터 축 피니언 기어, 동력분배 축 스퍼기어, 동력분배 축, 커플링, 동력분배 축 피이언 기어, 래크기어 축 스퍼기어, 래크기어축, 래크기어로 구성되고, 상기 구성요소 전체를 덮는 커버를 구비할 수 있다. 래크기어 축 스퍼기어, 래크기어축, 래크기어는 상기 커버 내 또는 별도로 장착되는 래크기어 박스(53) 내에 설치될 수 있다.

또한 이러한 권양기 본체(50)에 대한 구성은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있고, 상기 구성 자체가 본 발명의 특성과는 직접적인 관계가 없을 뿐만 아니라, 상기 구성과 다른 구성을 채용하여도 무방하므로, 상기 각 구성에 대한 설명은 생략한다. 그리고 상기 전기모터는 동력을 발생시키기 위한 것이므로, 이하에서는 동력발생장치(미도시)라고 칭하여 설명한다.

상기 권양기 본체(50)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 수로 상단 구조물(110) 상에서 일단이 고정된 상태로 타단이 회동 가능하도록 설치된다. 즉, 상기 권양기 본체(50)는 수로 상단 구조물(110)에 회동 가능하도록 힌지 결합되는 결합부(56)를 구비한다.

이는 수문(70)이 하강할 때 과부하가 발생하면 상기 과부하로 인해 권양기 본체(50), 래크기어(52) 또는 래크바(60)의 손상을 방지하기 위하여 결합부(56)를 중심으로 권양기 본체(50)가 회동될 수 있도록 하기 위함이다.

다시 말하면, 래크바(60)가 하강하면서 수로(100)를 폐쇄할 때 수문(70)이 수로 하단 구조물(120)을 소정 압력으로 가압한 상태로 정지하지 않고 계속 운행되면, 래크기어(52)는 계속적으로 래크바(60)를 하강시키는 방향으로 가압하기 때문에 과부하가 발생한다. 이러한 과부하는 래크바(60)에서 래크기어(52)로 전달되는 힘을 생성하게 되고, 본 발명에서는 권양기 본체(50)가 회동 가능하게 장착되어 있으므로, 이 힘에 의해 권양기 본체(50)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 결합부(56)를 중심으로 회동하게 된다. 따라서 과부하에 의해 발생된 힘이 권양기 본체(50)의 회동에 의해 흡수되므로, 권양기 본체(50), 래크기어(52) 및 래크바(60)에 대한 손상은 방지된다.

이러한 과부하에 의한 권양기 본체(50)의 회동은 리미트 스위치(90; 90a, 90b)에 의해 감지되고 감지된 결과에 의해 제어부(미도시)는 동력발생장치의 구동을 정지시킨다.

도 10은 권양기 본체의 회동 가능한 구조에 대해 보다 자세히 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 권양기 본체(50)는 회전프레임(54) 상에 장착되고, 상기 회전프레임(54)은 수로 상단 구조물(110)에 장착되는 고정프레임(55)에 회동 가능하게 힌지 결합된다. 이때 힌지 결합 부분을 상기와 마찬가지로 결합부(56)로 칭하기로 한다.

다시 말해, 상기 회전프레임(54)의 일단은 결합부(56)에 의해 고정프레임(55)에 힌지 결합되고, 타단측으로 래크바(60)가 하단으로 연장되어 수문(70)과 연결된다. 따라서 권양기 본체(50)의 총 무게(W_G)는 회전프레임(54)의 중앙지점에 가해지고, 도면상 우측편(즉, 회전프레임(54)의 타단측)에 래크바(60)에서 래크기어(52)로 전달되는 힘(F_{R _B})이 가해지므로, 상기 회전프레임(54)은 결합부(56)를 중심으로 고정프레임(55)에 대해 회동되게 된다.

이때 회전프레임(54)의 타단에는 고정프레임(55)에 지지된 상태에서 과부하에 의한 래크바(60)로부터의 힘에 의해 상하방향으로 일정 범위내에서 회동할 수 있도록 완충기(80)가 장착된다. 즉, 상기 완충기(80)는 탄성 변형 가능한 재질, 예를 들면 고무로 이루어지는 것으로, 상기 회전프레임(54)의 타단의 상면 및 저면에 장착되어 상기 회전프레임(54)의 상면 및 저면이 고정프레임(55)에 의해 지지될 수 있도록 한다.

이와 같이 회전프레임(54)이 상하방향으로 회동될 수 있게 장착되므로, 회전프레임(54)의 회동을 감지하기 위한 리미트 스위치(90a, 90b)도 상기 회전프레임(54)의 상하면에 이격되게 고정프레임(55)에 설치된다. 이때 리미트 스위치(90a, 90b)가 이격된 간격은 회전프레임(54)의 회동을 감지할 수 있는 정도면 충분하다.

또한 상기 리미트 스위치(90a, 90b) 중에서 회전프레임(54)의 상단에 설치되는 스위치(90a)는 수문(70)의 과도한 하강을 방지하기 위한 것이고, 회전프레임(54)의 하단에 설치되는 스위치(90b)는 수문(70)의 과도한 상승을 방지하기 위한 것이다.

다시 말해, 도 11에 도시된 바와 같이, 수문(70)의 과도 하강에 의해 과부하가 발생되어 그 과부하로 인해 유발된 힘(F_{R _B})에 의해 권양기 본체(50)가 들려지면 회전프레임(54)이 상방으로 회동하면서 회전프레임(54) 상단의 리미트 스위치(90a)에 감지되고, 감지된 결과에 의해 제어부는 동력발생장치의 구동을 정지시킴으로서 추가적인 부하 발생을 방지한다. 반대로, 도 12에 도시된 바와 같이, 수문(70)의 과도 상승에 의해 과부하가 발생되어 그 과부하로 인해 유발된 힘(-F_{R _B})에 의해 권양기 본체(50)가 하방으로 끌어 당겨지면 회전프레임(54)이 하방으로 회동하면서 회전프레임(54) 하단의 리미트 스위치(90b)에 감지되고, 감지된 결과에 의해 제어부는 동력발생장치의 구동을 정지시킴으로서 추가적인 부하 발생을 방지한다. 여기서, '-F_{R _ B}'는 'F_{R _ B}'와 역방향의 힘을 나타내는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 과부하에 의해 권양기 본체(50)가 일정 범위 내에서 회동하므로, 회동될 때 래크바(60)와 수문(70)이 일직선 상태에서 다소 벋어날 수 있다. 다시 말해, 래크바(60)가 수문(70)에 대해 일정 각도내에서 굽어질 수 있다. 이러한 경우 래크바(60)와 수문(70)의 연결부위에 수문(70)의 하중에 의한 부하가 집중되어 상기 연결부위가 파손될 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 현상을 방지하기 위하여 래크바(60)와 수문(70)이 서로에 대해 회동 가능하도록 힌지 연결된다.

이상과 같이 본 발명에서는 종래에 권양기 본체(50)가 수문 상단 구조물에 고정되어 있어야 한다는 고정관념에서 벋어나 권양기 본체(50)가 힌지 결합된 부분을 중심으로 회동 가능하게 구성함으로써, 수문(70)의 개폐시 발생될 수 있는 과부하에 의한 구성요소의 파손을 방지함과 아울러, 과부하 발생 시점을 간단한 구성으로 파악하게 함으로써 추가적인 부하 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

50 : 권양기 본체 52 : 래크기어
53 : 래크기어 박스 54 : 회전프레임
55 : 고정프레임 56 : 결합부
60 : 래크바 70 : 수문
80 : 완충기 90(90a, 90b) : 리미트 스위치
100 : 수로 110 : 수로 상단 구조물
120 : 수로 하단 구조물

Claims (4)

1. 수로 상단 구조물 상에 설치되고 동력발생장치 및 래크기어 박스(53)를 포함하는 권양기 본체(50)와, 상기 래크기어 박스(53)로부터 연장되어 수문(70)에 연결되는 래크바(60)를 포함하는 수문 권양기에 있어서,
   상기 권양기 본체(50)는 회전프레임(54) 상에 장착되고, 상기 회전프레임(54)은 수로 상단 구조물에 장착되는 고정프레임(55)에 회동 가능하게 힌지 결합되며, 상기 고정프레임(55)에 대한 회전프레임(54)의 회동이 설정된 값을 초과하면 상기 동력발생장치의 구동을 정지시키는 제어부를 포함하며,
   상기 고정프레임(55)에 힌지 결합된 회전프레임(54)의 일단에 대향하는 타단에는 상하로 각각 완충기(80)가 장착되고, 상기 회전프레임(54)은 상기 완충기(80)에 의해 상기 고정프레임(55)에 지지되며, 상기 제어부는 수문(70)의 승하강시에 과부하가 발생되면 상기 회전프레임(54)이 회동하는 것을 감지하도록 회전프레임(54) 상하면에 이격 설치된 리미트 스위치(90a, 90b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 완충기(80)는 탄성 변형 가능한 고무 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수문(70)과 래크바(60)는 서로에 대한 회동이 가능하도록 힌지 연결되는 것을 특징으로 하는 회동에 의한 과부하 차단 기능을 구비한 수문 권양기.

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