KR101221305B1 - 대형 볼트 유압 자동 체결 장치 - Google Patents

대형 볼트 유압 자동 체결 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치는, 유압을 발생시켜 작동유를 토출하는 유압펌프(110), 유압펌프(110)를 구동시키는 전동 모터(120), 유압펌프(110)에서 토출되는 작동유를 전자 제어에 의해 작동유의 토출과 드레인을 제어하도록 컨트롤 밸브 유닛(130), 컨트롤 밸브 유닛(130)에서 토출되는 작동유의 유압을 계측하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 압력 게이지 유닛(160), 컨트롤 밸브 유닛(130)에서 토출되는 작동유를 제공받아 대형 볼트(36)에 인장력을 작용하는 액추에이터(40), 액추에이터(40)에 설치되어 대형 볼트(36)의 길이 변화를 검출하고 검출 값을 무선으로 송출하는 변위 계측 유닛(300) 및 디지털 압력 게이지 유닛(160)에서 출력되는 디지털 신호와 변위 계측 유닛(300)에서 출력되는 검출 값을 입력받아 전동 모터(120)의 구동 강약을 제어하도록 하는 제어 유닛(220)을 포함한다.

Description

대형 볼트 유압 자동 체결 장치{The Large bolts hydraulic fastening device}
본 발명은 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 디젤엔진, 발전소의 발전설비, 공작기계, 건설현장 등에서 대형 볼트에 의해 구성부품을 체결 고정할 때에 대형 볼트에 인장력이 작용하여 구성부품의 체결력을 향상시키도록 하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 디젤엔진, 발전소의 발전설비, 공작기계, 건설현장 등에서 대형 볼트에 의해 구성부품을 체결 고정할 수 있고, 이러한 대형 볼트는 인력으로 체결할 수 없으므로 기계 동력을 이용하게 된다.
상술한 기계 동력은 일례로서 유압장치가 이용될 수 있고, 상술한 유압장치는 상술한 대형 볼트를 잡아 당겨 당겨진 상태에서 너트를 체결하고 대형 볼트에 작용하는 인장력을 제거하면 대형 볼트가 수축되면서 너트와 구성부품간의 압착력이 향상되어 너트의 풀림이 방지되고 구성부품이 안정되게 체결고정 되는 것이다.
상술한 대형 볼트와 체결 대상의 구성부품의 예로서 선박엔진을 설명하지만 이에 한정하는 것은 아니며 상술한 바와 같이 볼트를 체결하여 구성부품을 조립하는 산업분야에서 적용될 수 있다.
상술한 대형 볼트가 체결되는 사례를 첨부도면 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1은 대형 볼트의 체결된 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 대형 볼트에 인장력을 작용하는 유압 체결장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 3는 유압 체결장치를 이용하여 대형 볼트를 체결하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 종래의 대형 볼트 유압 체결 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 종래의 대형 볼트 유압 체결 장치에서 액추에이터에 유압을 작용하는 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 선박 엔진(10)은 각각의 구성부품의 크기가 대형으로써 인력에 의한 수동공구로는 각 해당 체결부분에 체결력을 가할 수 없으므로 기계동력을 이용하여 조립하게 된다.
일례로써 커넥팅 로드(20)를 크랭크샤프트(30)에 체결할 때에 고정부품(32)과 체결 부품(34)에는 대형 볼트(36)가 관통하고, 상술한 대형 볼트(36)의 수나사에는 너트(38)가 체결된다.
이때, 고정부품(32)과 체결부품(34)의 결속력을 향상시키기 위하여 상술한 대형 볼트(36)에 인장력을 가한 상태에서 너트(38)를 체결하고 대형 볼트(36)에 작용하던 인장력을 해제하면 대형 볼트(36)가 수축되고 이로 인해 너트(38)는 체결 부품(34)에 압축력을 가하여 고정부품(32)과 체결 부품(34)의 결속력을 향상시키게 된다.
상술한 인장력은 유압작용에 의한 액추에이터(40)가 이용될 수 있다.
상술한 액추에이터(40)는 첨부도면 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(40)는 실린더 하우징(42)의 상측에 피스톤(44)이 배치되고, 상술한 실린더 하우징(42)의 내측에는 챔버(46)가 형성된다.
또한, 상술한 피스톤(44)에는 상술한 챔버(46)에 유압을 작용시키도록 하는 압력 포트(48)가 형성된다.
또한, 상술한 피스톤(44)의 내경에는 암나사(45)가 형성되어 상술한 대형 볼트(36)의 단부에 체결될 수 있다.
또한, 상술한 실린더 하우징(42)의 하측에는 서포터 링(43)이 배치되고, 상술한 서포터 링(43)은 너트(38)의 외주에 배치되며 체결 부품(34)의 표면에 닿도록 배치된다.
상술한 액추에이터(40)의 작용은 첨부도면 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 대형 볼트(36)의 단부에 액추에이터(40)가 설치되어 대기하고, 이후에 상술한 압력 포트(48)를 통하여 유압이 작용하여 챔버(46)에 유압압력이 차게 된다.
도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상술한 유압압력에 의해 피스톤(44)은 실린더 하우징(42)으로부터 밀려나게 되고, 이러한 과정에서 상술한 대형 볼트(36)의 단부를 당겨 인장력을 작용하게 된다.
대형 볼트(36)에 적정한 인장력이 작용되어 대형 볼트(36)의 길이가 늘어나고 이로써 너트(38)의 하측면은 체결부품(34)의 표면으로부터 이격되거나 너트(38)와 체결부품(34)간의 밀착력은 감쇄된다.
이후, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 치공구(39)를 이용하여 상술한 너트(38)를 조이고 이로써 너트(38)와 체결부품(34)은 밀착된다.
이후, 도 3의 (d)에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(40)에 작용되던 유압을 제거하면 피스톤(44)는 실린더 하우징(42)의 내부로 이동되고 이로써 대형볼트(36)에 작용된 인장력은 너트(38)에 작용하여 너트(38)를 체결 부품(34)에 강한 압축력으로 밀착되게 한다.
즉, 대형볼트(36)이 초기의 길이로 복원되려는 수축 응력에 의해 너트(38)가 체결 부품(34)에 강한 압력으로 밀착되어 너트(38)의 풀림이 방지되는 것이다.
상술한 대형 볼트(36)는 커넥팅 로드(20)를 조립하는 예로 설명하였지만, 상술한 대형 볼트(36)는 실린더 커버, 피스톤 로드, 배드 플레이트와 실린더 프레임 및 각종 베어링 캡 조립 등 여러 개로 구성되는 것으로 각각의 대형 볼트(36)마다 상술한 액추에이터(40)를 최소 2개 이상 설치하고 각각의 액추에이터(40)에 동시 다발적으로 유압을 작용하여 여러 개의 대형 볼트(36)를 체결할 수도 있으며, 이는 첨부도면 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 대형 볼트(36)에는 각각 액추에이터(40)가 설치될 수 있고, 각각의 액추에이터(40)는 분배 유닛(180)에 연결되어 유압을 제공받게 된다.
상술한 액추에이터(40)에 작용하는 유압은 유압회로의 구성에 의해 이루어질 수 있고, 유압 회로는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
오일이 담긴 오일 탱크(100), 상술한 오일 탱크(100)로부터 오일을 펌핑하여 유압을 발생시키는 유압펌프(110), 상술한 유압펌프(110)로부터 발생되는 유압의 토출 및 드레인 여부를 제어하는 수동 컨트롤 밸브 유닛(132), 상술한 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)의 한쪽에 설치되어 작동유를 분배하여 토출하도록 하는 분배 블록(150), 상술한 분배 블록(150)에서 토출되는 유압의 압력을 계측하여 바늘 눈금으로 표시하는 아날로그 압력 게이지 유닛(162), 상술한 분배 블록(150)에서 토출되는 유압을 소망하는 압력으로 설정하기 위한 수동 조작 압력 스위치(170), 상술한 분배 블록(150)에서 토출되는 작동유를 복수 개의 액추에이터(40)로 분배하도록 하는 분배 유닛(180), 및 상술한 유압 펌프(110)에 전력을 제공하도록 하는 파워 유닛(210)을 포함하여 구성된다.
또한, 상술한 유압 펌프(110)는 전동 모터(120)에 고압 유압과 저압 유압을 각각 발생시키도록 하는 고압출력 유닛(122a)과 저압출력 유닛(122b)이 배치되고, 고압 출력 유닛(122a)의 한쪽에는 설정된 고압 압력보다 높을 때에 작동유의 일부를 오일 탱크(100)로 드레인하도록 하는 고압 제어 유닛(124a)이 배치된다.
또한, 상술한 저압 출력 유닛(122b)의 한쪽에는 설정된 저압 압력보다 높을 때에 작동유의 일부를 오일 탱크(100)로 드레인하도록 하는 저압 제어 유닛(124b)이 배치된다.
또한, 상술한 고압 출력 유닛(122a)과 저압 출력 유닛(122b)에서 토출되는 작동유는 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)에 제공되고, 수통 컨트롤 밸브 유닛(132)의 입구 쪽에는 작동유의 역류를 방지하도록 하는 체크 밸브(134)가 구비된다.
상술한 유압펌프(110)의 동작에 대하여 좀 더 상세하게 부연 설명한다.
1) 1단계(압유: 70 ~ 100bar & 11L/Min.)
전동 모터(120)와 고압 출력 유닛(122a: 피스톤 펌프)과 저압 출력 유닛(122b; 기어펌프)의 축은 서로 연결되어 있어 전동 모터(120)가 구동되면 상술한 고압 출력 유닛(122a)과 상술한 저압 출력 유닛(122b)이 동시에 구동된다.
이후, 전동 모터(120)가 구동되면 저압 출력 유닛(122b)는 오일 탱크(100)로부터 작동유를 흡입하여 고압 출력 유닛(122a)과 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)쪽으로 70~100bar의 압유를 토출하게 되고, 고압 출력 유닛(122a)은 대략 3,000bar의 압유로 토출하여 최종적으로 70~100bar의 압유가 대략 11L/Min으로 액추에이터(40)로 제공된다.
2) 2단계(압유: 100 ~ 3,000bar & 11L/Min.)
상술한 작동유의 유압이 70 ~ 100bar가 되면 저압 제어 유닛(124b)는 작용하여 저압 출력 유닛(122b)에서 토출되는 압유는 드레인 되고, 고압 출력 유닛(122a)에서 토출되는 압유만 액추에이터(40)로 제공된다.
3) 3단계(압유: 3,000bar & 1L/Min.)
유압이 대략 3,000bar에 도달 되면 고압 제어 유닛(124a)이 동작되어 고압출력 유닛(122a)에서 토출되는 압유는 드레인 되고, 체크 벨브(134)에 의하여 토출된 압유는 유압펌프(110)의 유압 시스템 쪽으로 역류하지 못하며 이때 유압회로의 내의 압력은 액추에이터(40)의 압력까지 감압된다.
4) 2,200bar 작업(압유: 2,200bar & 1L/Min.)
유압펌프(110)를 2,200bar로 설정할 경우에는 유압이 대략 2,200bar에 도달 되면 수동조작 압력 스위치(170)에 의하여 전동 모터(120)는 정지되고 체크 밸브(134)는 작동유의 역류를 방지하며, 작동유의 압력이 수동조작 압력 스위치(170)의 저점 설정 값까지 떨어지면 상술한 제1 제2 단계를 2,200bar가 될 때까지 반복하여 재 동작한다.
상술한 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)은 작업자의 수동 조작에 의해 작동유를 액추에이터(40)에 제공하게 되는 것이다.
또한, 상술한 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)의 출구 쪽에는 작동유의 압력을 표시하도록 하는 아날로그 압력 게이지(162)이 배치된다.
또한, 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)의 출구 쪽에는 소망하는 유압 압력으로 설정하고 설정된 유압압력에 벗어난 유압 압력이 검출될 때에 파워 유닛(210)을 제어하도록 하는 수동조작 압력 스위치(170)가 배치된다.
상술한 바와 같이 구성되는 종래의 대형 볼트 유압 체결 장치는 다음과 같이 작용된다.
어느 한 작업자는 수동조작 압력 스위치(170)에는 소망하는 유압 압력을 설정하고, 다른 작업자는 대형 볼트(36)에 액추에이터(40)를 설치하며, 또 다른 작업자는 유압펌프(110)를 운용하게 된다.
이후, 액추에이터(40)에 유압이 작용되면서 대형 볼트(36)를 인장하고 이때 아날로그 압력 게이지(162)를 육안으로 지켜보면서 설정된 압력에 도달하였는지를 검침하고 육성으로 유압펌프(110)의 운용 작업자에게 알린다.
이후 유압펌프(110)의 운용 작업자는 유압펌프(110)의 작동을 멈추고, 액추에이터(40) 쪽의 작업자는 너트(38)를 조인 후에 다시 육성으로 유압 펌프(110)의 운용자에게 알린다.
너트(38)의 조임을 마친 후에 유압 펌프(110)의 운용자는 수동 컨트롤 밸브 유닛(132)을 조작하여 유압펌프(110)에서 작동유가 오일 탱크(100)에 드레인 되는 시간 동안 대기하게 된다.
즉, 상술한 종래의 대형 볼트 유압 체결장치는 여러 명의 작업자가 협업을 하여야 하는 것으로 많은 노동력이 요구된다.
또한, 선박에 탑재되는 디젤엔진은 그 규모가 매우 크고 작업하는 현장에는 여타의 소음으로 인하여 육성이 쉽게 들리지 않아 오작동 시키는 문제가 발생한다.
또한, 적정한 유압 압력에 도달하였음에도 육성이 제대로 전달되지 못하여 고압이 발생할 수 있고, 이상 고압 유압이 발생하였을 때에는 대형 볼트의 체결 불량은 물론 작업자의 안전사고의 위험이 초래될 수 있다.
또한, 유압 펌프(110)의 토출 측의 유압압력과 액추에이터(40)의 실제 압력차이로 헌팅 현상이 발생될 수 있고, 이러한 헌팅 현상은 유압펌프(110)를 포함하여 유압이 작용되는 기계기구의 고장을 유발하는 문제점이 있다.
상술한 헌팅 현상에 대하여 부연 설명하면 다음과 같다.
고점 설정 값과 저점 설정 값으로 펌프의 동작을 사전에 설정하여 유압 펌프(110)를 운용할 때, 고점 설정 값과 저점 설정 값의 차이가 적고, 액추에이터(40)측과 수동조작 압력 스위치(170)측의 유압 차이가 클 경우에는 액추에이터(40)의 압력이 수동조작 압력 스위치(170)의 고점 압력에 미치지 못하여 고점에서 전동 모터(120)가 Off되나 유압차로 인해 수동조작 압력 스위치(170)측의 압력이 저점으로 떨어져 전동 모터(120)가 다시 On을 반복하게 되는 현상이 초당 1회 이상 나타날 경우를 헌팅 현상이라고 한다.
다른 한편으로 아날로그 방식으로 유압 압력을 측정하고 각종 스위치를 수동으로 조작함으로써 인력이 낭비되고, 특히 압력을 검침할 때에 오차가 발생하여 정교한 압력 출력의 조정을 위한 반복적인 수작업이 동반되므로 많은 노동력이 요구되는 문제점이 있으며, 체결 품질의 질이 떨어지고 이로 인한 대형사고의 위험이 크다.
또 다른 한편으로, 상술한 액추에이터(40)에 의해 대형 볼트(36)의 길이가 변화될 때에 그 변화 변위를 계측하도록 변위 계측 유닛을 이용하게 되는데, 상술한 변위 계측 유닛에서 계측되는 검출 값을 수동적으로 수집하여 정보로서 가공함에 따라 업무의 비효율적인 문제점이 있으며, 사람에 의한 작업관리의 실수로 체결 누락의 위험이 매우 높다.
또 다른 한편으로, 상술한 액추에이터(40)에는 압력이 제거되어야 하므로 작동유가 드레인 되어 압력이 제거될 때까지 소정의 시간 동안 모든 작업자가 대기하여야 하고, 대기압에 의해 액추에이터(40)내에 남아 있는 오일을 제거하기 위하여 쇠파이프를 이용하여 액추에이터(40)의 피스톤(44)을 수작업으로 회전시켜야 함으로 작업의 비효율성이 문제가 되며, 작업의 안전성에 있어서 위험이 매우 높다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대형 볼트 유압 체결 장치를 운용함에 있어서 한 명의 작업자에 의해 운용될 수 있도록 하고, 대형 볼트를 유압 체결함에 있어서 안정성을 높이고 작업 노동력을 절감할 수 있도록 하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 액추에이터에 작용되는 작동유의 유압을 디지털 신호로 출력하고 그 디지털 신호에 근거하여 유압펌프를 정밀하게 운용하도록 하여 대형 볼트에 작용되는 인장력을 최적으로 작용시킬 수 있도록 하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 인버터를 이용하여 전동유압 펌프의 성능을 제어함으로써 유압펌프의 출구 쪽과 액추에이터에 작용되는 실제 압력의 차이로 인한 헌팅 현상에 능동적으로 대응하여 대형 볼트 유압체결 장치의 내구성을 향상시키도록 하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 액추에이터에서 압력을 제거할 때에 진공펌프에 의해 작동유를 신속하게 드레인 시키도록 함으로써 대형 볼트의 유압체결에 소요되는 시간을 단축하고 작업의 안전성을 높이는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치는, 유압을 발생시켜 작동유를 토출하는 유압펌프; 상기 유압펌프를 구동시키는 전동 모터; 상기 유압펌프에서 토출되는 작동유를 전자 제어에 의해 작동유의 토출과 드레인 진행을 제어하도록 컨트롤 밸브 유닛; 상기 컨트롤 밸브 유닛에서 토출되는 작동유의 유압을 계측하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 압력 게이지 유닛; 상기 컨트롤 밸브 유닛에서 토출되는 작동유를 제공받아 대형 볼트에 인장력을 작용하는 액추에이터; 상기 액추에이터에 설치되어 상기 대형 볼트의 길이 변화를 검출하고 검출 값을 무선으로 송출하는 변위 계측 유닛; 및 상기 디지털 압력 게이지 유닛에서 출력되는 디지털 신호와 상기 변위 계측 유닛에서 출력되는 검출 값을 입력받아 상기 전동 모터의 구동 강약을 제어하도록 하는 제어 유닛;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 밸브 유닛의 한쪽에 설치되고 진공을 발생시켜 상기 액추에이터에서 작동유의 드레인 진행을 조력하도록 하는 진공펌프;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛의 한쪽에 설치되어 상기 전동 모터의 구동 강약을 제어하도록 하는 신호를 발생시키는 인버터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛과 무선 통신하여 상기 제어 유닛을 원격으로 제어하도록 하는 터미널 유닛;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 터미널 유닛은, 상기 유압 펌프의 구동상황과 상기 대형 볼트의 길이 변위 량과 상기 액추에이터에 제공되는 작동유의 압력 값이 표시되어 대형 볼트 유압 체결 과정을 파악할 수 있도록 하는 것일 수 있다.
또한, 상기 변위 계측 유닛은, 상기 액추에이터의 한쪽에 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 대형 볼트의 길이 변화를 검출하는 프로브 팁; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 프로브 팁의 변위를 검출하는 센싱 유닛; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 센싱 유닛에서 검출되는 검출된 검출 값을 무선 송출하도록 하는 통신 유닛; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 센싱 유닛과 상기 통신 유닛에 전력을 제공하는 배터리 유닛; 및 상기 하우징의 한쪽에 구비되어 상기 배터리 유닛을 외부 전원과 접속되도록 하여 상기 배터리 유닛을 충전하도록 하는 터미널 패널;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 액추에이터의 주변 온도를 검출하도록 하는 온도 센서;를 더 포함하고, 상기 터미널 패널은 접지를 위한 제1 접속 단자; 상기 온도 센서에서 검출된 온도 검출 값을 출력하도록 하는 제2 접속 단자; 상기 변위 계측 유닛의 전원을 켜(on)도록 하는 제3 접속 단자; 및 상기 배터리 유닛에 전원을 공급하도록 하는 제4 접속 단자;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 변위 계측 유닛이 수납되도록 형성된 포켓; 상기 포켓의 내에 상기 제1, 제2, 제3, 제4 접속 단자와 각각 접속되도록 하는 제5, 제6, 제7, 제8 접속 단자;가 형성된 차징 유닛; 및 상기 변위 계측 유닛에 배치되어 상기 변위 계측 유닛이 상기 포켓에 수납된 것을 검출하여 배터리 충전과 데이터를 송출 작동이 개시되도록 하는 커넥팅 센싱 유닛;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변위 계측 유닛이 복수 개로 구비되어 복수 개의 변위 계측 유닛이 수납되도록 다중으로 형성된 복수 개의 포켓; 상기 복수 개의 포켓의 각각에 상기 제1, 제2, 제3, 제4 접속 단자와 각각 접속되도록 하는 제5, 제6, 제7, 제8 접속 단자;가 형성된 멀티 차징 유닛; 상기 변위 계측 유닛에 배치되어 상기 변위 계측 유닛이 상기 포켓에 수납된 것을 검출하여 배터리 충전과 데이터를 송출 작동이 개시되도록 하는 커넥팅 센싱 유닛;을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치는, 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 운용함에 있어서 한 명의 작업자에 의해 운용될 수 있고 특히 액추에이터를 조작하도록 하는 작업자는 계측되는 작동유의 유압에 대응하여 원격으로 유압펌프를 제어함으로서 안정성을 높일 수 있고, 노동력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 대형 볼트 유압체결장치는, 액추에이터에 작용되는 작동유의 유압을 디지털 신호로 출력하고 그 디지털 신호에 근거하여 유압펌프를 운용하도록 하여 대형 볼트에 작용되는 인장력을 최적으로 작용시킬 수 있어 대형 볼트의 유압 체결의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 대형 볼트 유압체결장치는, 인버터를 이용하여 전동유압 펌프의 성능을 제어함으로써 유압펌프의 출구 쪽과 액추에이터에 작용되는 실제 압력의 차이로 인한 헌팅 현상에 자동으로 대응하여 대형 볼트 유압체결 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 대형 볼트 유압체결장치는, 액추에이터에서 압력을 제거할 때에 진공펌프에 의해 작동유를 신속하게 드레인 시키도록 함으로써 대형 볼트의 유압체결에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고 작업의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 대형 볼트의 체결된 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 대형 볼트에 인장력을 작용하는 유압 체결장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 유압 체결장치를 이용하여 대형 볼트를 체결하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 대형 볼트 유압 체결 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 대형 볼트 유압 체결 장치에서 액추에이터에 유압을 작용하는 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 액추에이터에 유압을 작용하는 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 대형볼트의 변위를 계측하기 위한 변위 계측 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 변위 계측 유닛을 충전 및 수납하도록 하는 차징 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 복수 개의 변위 계측 유닛을 충전 및 수납하도록 하는 멀티 차징 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 종래의 구성요소와 동일한 구성에 대하여 동일한 부호를 부여하고 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 액추에이터에 유압을 작용하는 유압회로를 설명하기 위한 도면이며, 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 대형볼트의 변위를 계측하기 위한 변위 계측 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 대형 볼트 유압 체결장치는 유압을 발생시키도록 하는 유압회로 시스템과 상술한 유압회로 시스템으로부터 토출되는 작동유의 압력에 의해 작동하는 액추에이터(40)와 상술한 액추에이터(40)의 작동에 의해 대형 볼트(36)의 길이 변화를 검출하는 변위 검출 유닛(300)을 포함하여 구성된다.
좀 더 상세하게는 다음과 같다.
상술한 유압회로 시스템은, 고압과 저압의 유압을 발생시켜 작동유를 토출하는 유압펌프(110), 상술한 유압펌프(110)를 구동시키는 전동 모터(120), 상술한 유압펌프(110)에서 토출되는 작동유를 전자 제어에 의해 작동유의 토출과 드레인 진행을 제어하도록 컨트롤 밸브 유닛(130), 상술한 컨트롤 밸브 유닛(130)의 한쪽에 설치되고 진공을 발생시켜 상술한 액추에이터(40)에서 작동유의 드레인 진행을 조력하도록 하는 진공펌프(140), 상술한 컨트롤 밸브 유닛(130)에서 토출되는 작동유의 유압을 계측하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 압력 게이지 유닛(160) 및 상술한 디지털 압력 게이지 유닛(160)에서 출력되는 디지털 신호와 상술한 변위 계측 유닛(300)에서 출력되는 검출 값을 입력받아 상술한 전동 모터(120)의 구동 강약을 제어하도록 하는 제어 유닛(220)을 포함하여 구성된다.
상술한 변위 계측 유닛(300)은 상술한 액추에이터(40)에 설치되어 대형 볼트(36)의 길이 변화를 검출하고 검출 값을 무선으로 송출하게 된다.
한편, 상술한 제어 유닛(220)의 한쪽에 인버터(230)가 더 설치될 수 있고, 상술한 인버터(230)는 상술한 전동 모터(120)의 구동 강약을 제어하도록 하는 신호를 발생시킨다.
또한, 상술한 제어 유닛(220)과 무선 통신하도록 하여 상술한 제어 유닛(220)을 원격으로 제어하도록 하는 터미널 유닛(400)을 더 구비할 수 있다.
상술한 터미널 유닛(400)은, 상술한 유압 펌프(110)의 구동상황과 상술한 대형 볼트(36)의 길이 변위 량과 상술한 액추에이터(40)에 제공되는 작동유의 압력 값 등이 표시되어 대형 볼트 유압 체결 과정을 파악할 수 있도록 하는 것이다.
상술한 터미널 유닛(400)은 전용 단말기로 제공될 수 있지만, 상용 제품인 노트북 컴퓨터, 스마트 폰 등 통신 기능을 통신기기가 이용될 수도 있다.
한편, 상술한 변위 계측 유닛(300)은, 상기 액추에이터(40)의 한쪽에 설치되는 하우징(310), 상술한 하우징(310)의 내부에 구비되어 상술한 대형 볼트(36)의 길이 변화를 검출하는 프로브 팁(320), 상술한 하우징(310)의 내부에 구비되어 상술한 프로브 팁(320)의 변위를 검출하는 센싱 유닛(330), 상술한 하우징(310)의 내부에 구비되어 상술한 센싱 유닛(330)에서 검출되는 검출된 검출 값을 무선 송출하도록 하는 통신 유닛(370), 상술한 하우징(310)의 내부에 구비되어 상술한 센싱 유닛(330)과 상술한 통신 유닛(370)에 전력을 제공하는 배터리 유닛(340) 및 상술한 하우징(310)의 한쪽에 구비되어 상술한 배터리 유닛(340)을 외부 전원과 접속되도록 하여 상술한 배터리 유닛(340)을 충전하도록 하는 터미널 패널(350)을 포함하여 구성된다.
상술한 프로브 팁(320)의 한쪽에는 도그(322)가 설치될 수 있고, 상술한 액추에이터(40)의 작용에 의해 프로브 팁(320)과 도그(322)는 선형운동을 하게 되며, 상술한 센싱 유닛(330)은 상술한 도그(322)의 위치를 검출하는 것이다.
한편, 상술한 변위 계측 유닛(300)은 하우징(310)의 내부에 구비되어 상술한 액추에이터의 주변 온도를 검출하도록 하는 온도 센서(332)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 터미널 패널(350)은 접지를 위한 제1 접속 단자(351), 상술한 온도 센서(332)에서 검출된 온도 검출 값을 출력하도록 하는 제2 접속 단자(352), 상술한 변위 계측 유닛(300)의 전원을 켜(on)도록 하는 제3 접속 단자(353) 및 상술한 배터리 유닛(340)에 전원을 공급하도록 하는 제4 접속 단자(353)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 변위 계측 유닛(300)은 수납보관을 하게 되고 수납 보관하는 동안에 충전할 수 있으며, 이는 첨부도면 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
첨부도면 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 변위 계측 유닛(300)을 충전 및 수납하도록 하는 차징 유닛(500)을 설명하기 위한 도면이고, 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치에서 복수 개의 변위 계측 유닛을 충전 및 수납하도록 하는 멀티 차징 유닛(600)을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 나타내 바와 같이 차징 유닛(500)은 상술한 변위 계측 유닛(300)이 수납되도록 형성된 포켓(510)이 형성되어 하나의 변위 계측 유닛(300)을 수납 보관할 수 있다.
또한, 상술한 포켓(510)의 내에 상술한 제1, 제2, 제3, 제4 접속 단자와 각각 접속되도록 하는 제5, 제6, 제7, 제8 접속 단자(511)(512)(513)(514)가 형성될 수 있다.
즉, 상술한 변위 계측 유닛(300)에서 수집된 각종 정보는 유선으로 접촉되어 수집될 수 있는 것이다.
또한, 차징 유닛(500)에 변위 계측 유닛(300)이 수납되어 있는 동안에 배터리 유닛(340)은 충전이 자동으로 이루어질 수 있는 것이다.
한편, 상술한 변위 계측 유닛(300)의 한쪽에는 커넥팅 센싱 유닛(355)이 배치될 수 있고, 커넥팅 센싱 유닛(355)은 상술한 변위 계측 유닛(300)이 상술한 포켓(510)에 수납된 것을 검출하여 배터리 충전과 데이터를 송출 작동이 개시되도록 하는 것일 수 있다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상술한 멀티 차징 유닛(600)은 포켓(510)이 다중으로 형성되어 복수 개의 변위 계측 유닛(300)이 수납 및 충전할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 상술한 멀티 차징 유닛(600)은 변위 계측 유닛(300)이 복수 개로 구비되는 경우에 이용될 수 있는 것으로 예를 들어, 대형 볼트(36)의 개수가 여러 개이고, 여러 개의 대형 볼트(36)을 유압 체결장치에 의해 동시 다발적으로 유압 체결할 때에 이용될 수 있는 것이다.
이때, 복수 개의 포켓(510)은 각각 식별부호가 부여될 수 있고, 각각의 식별부호마다 짝을 이루는 각각의 변위 계측 유닛(300)에서 정보를 수집하고 충전을 실시할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상술한 복수 개의 포켓(510)에서 수집된 다중의 정보는 터미널 유닛(400)으로 송출되어 터미널 유닛(400)에서 각각의 대형 볼트(36)마다의 체결 작업 진행 상황을 파악할 수 있는 것이다.
이하, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 대형 볼트 유압체결장치의 작용을 설명한다.
어느 한명의 작업자는 액추에이터(40)를 대형 볼트(36)의 단부에 설치하고, 유압 스위치(170)에서 소망하는 작동유의 유압을 설정하고 원격으로 유압 펌프(110)을 작동시킨다.
이후 원격 제어에 의해 전자적으로 컨트롤 밸브 유닛(130)을 제어 하여 작동유의 압유를 액추에이터(40)에 제공하여 대형 볼트(36)에 인장력을 가하게 된다.
이때 유압펌프(110) 쪽의 출구 쪽과 액추에이터(40)쪽의 압력차이가 발생할 때에 유압펌프(110)를 전자적으로 정밀하게 제어하게 된다.
즉, 구동 모터(120)의 회전속도를 낮추면 토출 압력은 낮아질 것이고, 구동 모터(120)의 회전속도를 높이면 토출 압력은 높아질 것이며, 이때 구동 모터(120)의 회전속도는 제어 유닛(220)에서 연산 처리되어 인버터(230)를 제어하고, 인버터(230)는 상술한 구동 모터(120)의 회전속도를 정교하게 증속 또는 감속 제어하여 종래에서처럼 구동 모터(120)의 On/Off 제어되는 것에 비교하여 완만한 제어가 가능하고 이로써 헌팅 현상을 방지하여 기계구동부의 내구성을 유지할 수 있게 된다.
종래에 아날로그 방식으로 작동유의 압력을 계측함으로써 발생하는 오차를 개선할 수 있고, 이로써 대형 볼트를 유압 체결할 때에 고품질을 제공할 수 있게 되는 것이다.
또한, 대형 볼트(36)의 유압체결이 종료될 때에는 액추에이터(40)에 제공된 작동유를 드레인 시키게 되는데 이때 진공펌프(140)가 구동되어 작동유의 드레인 진행을 조력하게 대형 볼트 유압 체결의 작업 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
한편, 변위 계측 유닛(300)은 배터리 유닛(340)에 충전 배터리가 적용되고 변위 계측 유닛(300)을 수납/보관할 때에 자동으로 충전되도록 함으로써 유압 체결 장치를 사용할 때에 변위 계측 유닛(300)은 항상 최상의 컨디션을 유지할 수 있게 하는 것이다.
다른 한편으로, 체결 유압 데이터와 각각의 변위 계측 유닛(300)에서 수집되는 데이터를 이중으로 관리하도록 함으로써 작업자의 실수로 체결이 누락되는 사고를 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 대형 볼트 유압 자동 체결 장치는 대형 볼트에 의해 구성부품을 체결 고정할 때에 대형 볼트에 인장력이 작용하여 구성부품의 체결력을 향상시키도록 하는 데에 이용될 수 있다.
10: 선박 엔진 20: 커넥팅 로드
30: 크랭크샤프트 32: 고정부품
34: 체결부품 36: 대형 볼트
38: 너트 40: 액추에이터
42: 실린더 하우징 43: 서포터 링
44: 피스톤 45: 암나사
46: 챔버 48: 압력 포트
100: 오일 탱크 110: 유압 펌프
120: 전동 모터 122a: 고압출력 유닛
122b: 저압출력 유닛 124a: 고압 제어 유닛
124b: 저압 제어 유닛 130: 컨트롤 밸브 유닛
132: 수동 컨트롤 밸브 유닛 134: 체크 밸브
140: 진공 펌프 150: 분배 블록
160: 디지털 압력 게이지 162: 아날로그 압력 게이지
170: 압력 스위치 180: 분배 유닛
210: 파워 유닛 220: 제어 유닛
230: 인버터 300: 변위 계측 유닛
310: 바디 320: 프로브 팁
322: 도그 330: 센싱 유닛
340: 배터리 유닛 350: 터미널 패널
351, 352, 353, 354: 제1, 제2, 제3, 제4 접속 단자
355: 커넥팅 센싱 유닛 360: 마그네틱 유닛
370: 통신 유닛 400: 터미널 유닛
500: 차징 유닛 510: 포켓
511, 512, 513, 514: 제5, 제6, 제7, 제8 접속 단자
600: 멀티 차징 유닛

Claims (9)

  1. 유압을 발생시켜 작동유를 토출하는 유압펌프(110);
    상기 유압펌프(110)를 구동시키는 전동 모터(120);
    상기 유압펌프(110)에서 토출되는 작동유를 전자 제어에 의해 작동유의 토출과 드레인 진행을 제어하도록 컨트롤 밸브 유닛(130);
    상기 컨트롤 밸브 유닛(130)에서 토출되는 작동유의 유압을 계측하여 디지털 신호로 출력하는 디지털 압력 게이지 유닛(160);
    상기 컨트롤 밸브 유닛(130)에서 토출되는 작동유를 제공받아 대형 볼트(36)에 인장력을 작용하는 액추에이터(40);
    상기 액추에이터(40)에 설치되어 상기 대형 볼트(36)의 길이 변화를 검출하고 검출 값을 무선으로 송출하는 변위 계측 유닛(300); 및
    상기 디지털 압력 게이지 유닛(160)에서 출력되는 디지털 신호와 상기 변위 계측 유닛(300)에서 출력되는 검출 값을 입력받아 상기 전동 모터(120)의 구동 강약을 제어하도록 하는 제어 유닛(220);을 포함하고,
    상기 변위 계측 유닛(300)은,
    상기 액추에이터(40)의 한쪽에 설치되는 하우징(310);
    상기 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 대형 볼트(36)의 길이 변화를 검출하는 프로브 팁(320);
    상기 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 프로브 팁(320)의 변위를 검출하는 센싱 유닛(330);
    상기 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 센싱 유닛(330)에서 검출되는 검출된 검출 값을 무선 송출하도록 하는 통신 유닛(370);
    상기 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 센싱 유닛(330)과 상기 통신 유닛(370)에 전력을 제공하는 배터리 유닛(340); 및
    상기 하우징(310)의 한쪽에 구비되어 상기 배터리 유닛(340)을 외부 전원과 접속되도록 하여 상기 배터리 유닛(340)을 충전하도록 하는 터미널 패널(350);
    을 포함하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤 밸브 유닛(130)의 한쪽에 설치되고 진공을 발생시켜 상기 액추에이터(40)에서 작동유의 드레인 진행을 조력하도록 하는 진공펌프(140);
    를 더 포함하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 유닛(220)의 한쪽에 설치되어 상기 전동 모터(120)의 구동 강약을 제어하도록 하는 신호를 발생시키는 인버터(230);
    를 더 포함하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 유닛(220)과 무선 통신하여 상기 제어 유닛(220)을 원격으로 제어하도록 하는 터미널 유닛(400);
    을 더 포함하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 터미널 유닛(400)은,
    상기 유압 펌프(110)의 구동상황과 상기 대형 볼트(36)의 길이 변위 량과 상기 액추에이터(40)에 제공되는 작동유의 압력 값이 표시되어 대형 볼트 유압 체결 과정을 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 액추에이터의 주변 온도를 검출하도록 하는 온도 센서(332);를 더 포함하고,
    상기 터미널 패널(350)은
    접지를 위한 제1 접속 단자(351);
    상기 온도 센서(332)에서 검출된 온도 검출 값을 출력하도록 하는 제2 접속 단자(352);
    상기 변위 계측 유닛(300)의 전원을 켜(on)도록 하는 제3 접속 단자(353); 및
    상기 배터리 유닛(340)에 전원을 공급하도록 하는 제4 접속 단자(353);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 변위 계측 유닛(300)이 수납되도록 형성된 포켓(510);
    상기 포켓(510)의 내에 상기 제1, 제2, 제3, 제4 접속 단자와 각각 접속되도록 하는 제5, 제6, 제7, 제8 접속 단자(511)(512)(513)(514);가 형성된 차징 유닛(500); 및
    상기 변위 계측 유닛(300)에 배치되어 상기 변위 계측 유닛(300)이 상기 포켓(510)에 수납된 것을 검출하여 배터리 충전과 데이터를 송출 작동이 개시되도록 하는 커넥팅 센싱 유닛(355);
    을 더 포함하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 변위 계측 유닛(300)이 복수 개로 구비되어 복수 개의 변위 계측 유닛(300)이 수납되도록 다중으로 형성된 복수 개의 포켓(510);
    상기 복수 개의 포켓(510)의 각각에 상기 제1, 제2, 제3, 제4 접속 단자와 각각 접속되도록 하는 제5, 제6, 제7, 제8 접속 단자(511)(512)(513)(514);가 형성된 멀티 차징 유닛(600);
    상기 변위 계측 유닛(300)에 배치되어 상기 변위 계측 유닛(300)이 상기 포켓(510)에 수납된 것을 검출하여 배터리 충전과 데이터를 송출 작동이 개시되도록 하는 커넥팅 센싱 유닛(355);
    을 더 포함하는 대형 볼트 유압 자동 체결 장치.
KR1020100116887A 2010-11-23 2010-11-23 대형 볼트 유압 자동 체결 장치 KR101221305B1 (ko)

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