KR101559496B1 - 유압 브레이커의 진동 감소 장치 - Google Patents

유압 브레이커의 진동 감소 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴삭 공구의 주변에 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치된 실린더; 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동 가능한 댐퍼 피스톤; 상기 댐퍼 피스톤과 상기 굴삭 공구 사이에 핀 조인트로 연결되어, 상기 굴삭 공구가 상하방향으로 이동할 때 상기 댐퍼 피스톤을 상기 실린더의 내부에서 상하방향으로 이동시키는 보; 및 상기 실린더의 내부에 충진된 작동 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 브레이커의 진동 감소 장치에 관한 것으로서, 기존 브레이커의 형태를 크게 변화시키지 않고 유압 댐퍼를 이용하여 굴삭 공구의 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Description

유압 브레이커의 진동 감소 장치{Apparatus for reducing vibration of hydraulic breaker}
본 발명은 유압 브레이커의 진동 감소 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업시 진동을 감소시켜 실린더나 파이프 등의 주변 장치의 파손을 방지함으로써 작업 환경을 개선할 수 있는 유압 브레이커의 진동 감소 장치에 관한 것이다.
일반적으로 브레이커, 즉 파쇄기는 강력한 해머 드릴로써 건설 현장 및 도로공사 현장에서 도로 또는 건물을 철거하기 위한 수단으로 사용되고 있다. 이러한 브레이커는 사람이 직접 들고 작동시키는 핸드 브레이커(hand-held breaker)가 있지만, 보통 굴삭기에 장착되어 사용되고, 굴삭기와는 유압 라인 파이프로 연결되어 유압 시스템의 원리로 작동된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0005182호(명칭: 유압 그레브 굴착기) 및 제10-2007-0052592호(명칭: 굴삭기 브레이커의 유압제어장치)에는 유압을 이용한 굴착기 브레이커가 개시되어 있다.
이러한 브레이커들은 보통 하우징(housing), 굴삭 공구(tool), 피스톤(piston) 및 유압 시스템(hydraulic system)으로 구성되고, 하우징 안에는 유압 시스템 및 이를 보조하는 장치들이 구비된다. 브레이커의 작동 원리는 1주기당 4행정으로 나뉠 수 있는데, 제1 행정은 피스톤이 하우징의 상부로 상승하는 과정이고, 제2 행정은 오일 분사 제어 밸브가 상부로 상승하는 과정이고, 제3 행정은 오일 분사 제어 밸브가 굴삭 공구를 치는 것을 용이하게 하기 위해 오일을 표면에 흘려보내는 과정이며, 제4 행정은 피스톤이 굴삭 공구를 치는 과정이다.
그런데, 마지막 제4 행정에서, 피스톤이 굴삭 공구를 칠 때 보통 200kN 이상의 순간적인 힘이 가해지기 때문에 이에 따른 진동 및 소음이 발생하고, 이러한 제4 행정은 보통 1초에 10번 이상 작동되기 때문에 주변 실린더나 파이프에 지속적인 큰 힘이 가해져서 파손되기 쉬어, 작업자나 작업 환경에 악영향을 주게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 작업시 진동을 감소시켜 실린더나 파이프 등의 주변 장치의 파손을 방지함으로써 작업 환경을 개선할 수 있는 유압 브레이커의 진동 감소 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 굴삭 공구의 주변에 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치된 실린더; 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동 가능한 댐퍼 피스톤; 상기 댐퍼 피스톤과 상기 굴삭 공구 사이에 핀 조인트로 연결되어, 상기 굴삭 공구가 상하방향으로 이동할 때 상기 댐퍼 피스톤을 상기 실린더의 내부에서 상하방향으로 이동시키는 보; 및 상기 실린더의 내부에 충진된 작동 유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 작동 유체는 자기 유동 유체이고, 상기 댐퍼 피스톤에는 상기 자기 유동 유체의 유동학적 성질을 변화시키기 위해 자기장을 생성하는 자기 유도 코일이 설치된 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 가스 챔버는 가스를 유입 및 배출하기 위한 호스를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존 브레이커의 형태를 크게 변화시키지 않고 MR 유체를 이용한 유압 댐퍼를 이용하여 굴삭 공구의 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 실린더나 파이프 등의 주변 장치의 파손을 방지함으로써 작업 환경을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유압 브레이커의 진동 감소 장치의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도로서, 굴삭 공구가 내려갈 때를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유압 브레이커의 진동 감소 장치의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도로서, 굴삭 공구가 올라갈 때를 도시한 도면,
도 3은 도 1 및 2의 평면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유압 브레이커의 진동 감소 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유압 브레이커의 진동 감소 장치는 건설 현장이나 도로공사 현장에서 도로 또는 건물을 충격하여 파쇄하는 굴삭기와 같은 유압 브레이커에 구비되어 굴삭 공구(100)의 진동을 감소하는 장치로서, 하우징(210), 실린더(220), 댐퍼 피스톤(230), 보(240; beam) 및 작동 유체(250)를 포함한다.
하우징(210)은 유압 시스템(미도시)의 작동에 의해 상하로 이동하는 굴삭 공구(100)의 주변에 설치된다. 여기서, 하우징(210)은 굴삭 공구(100)를 둘러싸는 원통형 부재일 수 있다. 이 하우징(210)은 굴삭 공구(100)에 고정되어 있지 않고 굴삭기의 본체(미도시)에 고정되어 작업 중에 굴삭 공구(100)가 이동할 때 고정된 상태를 유지한다.
실린더(220)는 하우징(210)의 내부에 설치된다. 실린더(220)는 원통 형상체로서, 그 내부에 댐퍼 피스톤(230)이 수직방향으로 이동될 수 있는 소정의 공간을 구비한다. 이 실린더(220)는 4개로 구성될 수 있고, 4개의 실린더들은 하우징(210)의 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
댐퍼 피스톤(230)은 피스톤 로드(231)와 피스톤 헤드(232)로 이루어진다. 피스톤 로드(231)는 실린더(220)의 상부를 수직방향으로 관통하여 보(240)와 연결되고 타단이 피스톤 헤드(232)와 연결된다. 피스톤 헤드(232)는 실린더(220)의 내부에서 피스톤 로드(231)의 타단에 연결되어 실린더(220) 내부에서 피스톤 로드(231)와 일체로 이동된다. 즉, 댐퍼 피스톤(230)은 실린더(220) 내부에서 수직방향으로 이동된다.
보(240)는 일단이 핀 조인트(241)에 의해 굴삭 공구(100)에 연결되고 타단이 핀 조인트(231a)에 의해 피스톤 로드(231)와 연결되어 댐퍼 피스톤(230)과 굴삭 공구(100)를 연결하는 역할을 한다. 보(240)는 작업 중에 굴삭 공구(100)가 상하방향으로 이동할 때 굴삭 공구(100)의 이동에 의해 상하방향으로 이동하여 댐퍼 피스톤(230)이 실린더(220) 내부에서 이동되도록 한다.
그리고, 실린더(220)의 내부에는 작동 유체(250)가 충진되고, 작동 유체(250)는 댐퍼 피스톤(230)이 이동될 때 댐퍼 피스톤(230)과 마찰되어 댐핑력을 발생시킨다.
이러한 구성에 의해, 굴삭 공구(100)가 하방으로 이동하여 건물이나 도로를 충격하면, 도 1에 도시된 것처럼, 보(240)가 상부로 이동하면서 실린더(220) 내부에서 댐퍼 피스톤(230)이 상부로 이동하게 된다.
한편, 굴삭 공구(100)가 건물이나 도로를 충격한 후 상방으로 이동하면, 도 2에 도시된 것처럼, 보(240)가 하부로 이동하면서 실린더(220) 내부에서 댐퍼 피스톤(230)이 하방으로 이동하게 된다.
따라서, 댐퍼 피스톤(230)과 작동 유체(250)의 마찰에 의해 댐핑력이 발생하게 된다.
바람직하게는, 작동 유체(250)는 자기 유동 유체이다. 자기 유동 유체(250)는 실린더(220)의 내부에 충진되어 댐퍼 피스톤(230)의 왕복 운동시에 댐핑력을 발생하는 작동 유체로서 역할을 한다. 이러한 자기 유동 유체(Magneto-rheological Fluid)는 그 유동학적 성질(점성, 가소성, 탄성)이 자기장의 크기에 반응하여 가역적으로 변화할 수 있는 유체를 발하며, 자기장의 세기가 증가되면 항복 응력이 증가되어 외부의 운동에 저항할 수 있는 성질을 갖는다. 구체적으로, 자기 유동 유체, 즉 MR 유체는 자기장이 부하됨에 따라 항복 응력(yield stress)과 가점성(apparent viscosity)이 변하는 유체로서, 자기장 부하시 유체 중에 분사된 입자가 유도 분극을 일으켜 양쪽의 전극을 향하여 자기장과 평행한 섬유상 구조의 고리를 형성함으로써 유체의 이동이나 외부에서 가해지는 전단력에 대해 저항을 하게 되며, 그 반응은 비교적 빠르고 자기장 부하에 대하여 가역적인 반응을 나타낸다.
이러한 자기 유동 유체는 우수한 제어 성능과 함께 각종 기계 시스템 설계의 단순화를 가져다줄 수 있어 조화 감쇄기, 진동 절연 시스템, 클러치, 브레이크, 마찰 장치, 및 로봇 팔 등 여러 기계 장치에 응용되고 있다.
또한, 자기 유동 유체(250)의 유동학적 성질을 변화시키기 위해 댐퍼 피스톤(230)의 헤드(232)에 자기 유도 코일(260)이 설치된다. 자기 유도 코일(260)은 자기 유동 유체(250)의 유동학적 성질을 변화시키기 위해 자기장을 생성한다. 자기 유도 코일(260)은 전류 인가에 따라 자기장을 발생시켜 그 주변의 자기 유동 유체(250)의 유동학적 성질(점성, 가소성, 탄성)을 변화시킨다.
이러한 구성에 의해, 굴삭 공구(100)가 상방 및 하방으로 이동할 때, 자기 유도 코일(260)이 작동하여 자기장을 생성하고, 자기 유동 유체(250)는 자기장에 의해 부하되어 그 항복 응력이 증가된다. 따라서, 굴삭 공구(100)의 충격에 의한 진동을 감소시킬 수 있는 댐핑력이 발생된다.
여기서, 자기 유도 코일(260)은 굴삭 공구(100)가 하방으로 이동하여 도로나 건물 등을 충격할 때 자기장을 생성하도록 작동될 수 있다.
또한, 굴삭 공구(100)의 진동 감소를 위해서 자기 유도 코일(260)을 지속적으로 작동시킬 수도 있다. 이 경우, 댐퍼 피스톤(230)의 원활한 이동을 위해, 실린더(220)의 하부에 부동 피스톤(270)이 설치될 수 있다.
부동 피스톤(270)은 기밀을 위한 고무 디스크(271) 및 오링(272)으로 이루어진다. 실린더(220)의 내부 공간은 부동 피스톤(270)에 의해 MR 챔버(221)와 가스 챔버(222)로 구획된다. 실린더(220) 상부의 MR 챔버(221)는 자기 유동 유체(250)가 충진된 공간이고, 실린더(220) 하부의 가스 챔버(222)는 질소 등의 가스가 충진된 공간이다.
이러한 부동 피스톤(270)은 댐퍼 피스톤(230)의 상하 이동에 의한 체적 변화에 따라 상하 이동함으로써 실린더(220) 내의 체적 증가 및 감소를 보상하는 역할을 한다. 즉, 굴삭 공구(100)의 상방 이동에 의해 댐퍼 피스톤(230)이 하방으로 내려갈 때, 부동 피스톤(270)이 내려가면서 가스 챔버(222)의 가스를 압축시키고, 굴삭 공구(100)의 하방 이동에 의해 댐퍼 피스톤(230)이 상방으로 올라갈 때, 부동 피스톤(270)이 올라가면서 가스 챔버(222)의 가스를 팽창시킨다. 이에 따라, 댐퍼 피스톤(230)의 이동이 원활해진다.
또한, 가스 챔버(222)는 가스를 유입 및 배출하기 위한 호스(280)를 구비할 수 있다. 가스 챔버(222)의 압력이 부동 피스톤(270)이 하강하지 못할 정도로 높아지면, 호스(280)를 통해 가스 챔버(222) 내부의 가스가 배출될 수 있다. 그리고, 댐퍼 피스톤(230)이 상승할 때 호스(280)를 통해 다시 가스 챔버(222) 내부로 가스가 유입될 수 있다.
이러한 가스 챔버(222)의 가스 유입 및 배출에 의해, 댐퍼 피스톤(230)의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 자기 유도 코일(260)의 전류량의 세기를 조절하여 자기 유동 유체(250)의 유동학적 특성을 변화시킴으로써, 넓은 범위의 감쇠 계수를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유압 브레이커의 진동 감소 장치는 기존 브레이커의 형태를 크게 변화시키지 않고 MR 유체를 이용한 유압 댐퍼를 이용하여 굴삭 공구의 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 굴삭 공구 210: 하우징
220: 실린더 221: MR 챔버
222: 가스 챔버 230: 댐퍼 피스톤
231a: 핀 조인트 240: 보
241: 핀 조인트 250: 자기 유동 유체
260: 자기 유도 코일 270: 부동 피스톤
280: 호스

Claims (4)

  1. 굴삭 공구의 주변에 설치되는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치된 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 왕복 운동 가능한 댐퍼 피스톤;
    상기 댐퍼 피스톤과 상기 굴삭 공구 사이에 핀 조인트로 연결되어, 상기 굴삭 공구가 상하방향으로 이동할 때 상기 댐퍼 피스톤을 상기 실린더의 내부에서 상하방향으로 이동시키는 보; 및
    상기 실린더의 내부에 충진된 작동 유체를 포함하고,
    상기 작동 유체는 자기 유동 유체이고,
    상기 댐퍼 피스톤에는 상기 자기 유동 유체의 유동학적 성질을 변화시키기 위해 자기장을 생성하는 자기 유도 코일이 설치된 것을 특징으로 하는 유압 브레이커의 진동 감소 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 하부에는 부동 피스톤이 설치되고, 상기 부동 피스톤에 의해 상기 자기 유동 유체가 충진된 MR 챔버와 가스가 충진된 가스 챔버가 구획되며, 상기 부동 피스톤은 오링 및 고무 디스크로 이루어진 것을 특징으로 하는 유압 브레이커의 진동 감소 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 챔버는 가스를 유입 및 배출하기 위한 호스를 구비한 것을 특징으로 하는 유압 브레이커의 진동 감소 장치.
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