KR101721498B1 - 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시험체가 고정되는 진동프레임; 상기 진동프레임의 상하방향 일면, 전후방향 일면, 좌우방향 일면 중 적어도 한 곳 이상에 탈착가능하게 결합되는 공압 바이브레이터; 상기 진동프레임의 하측에 결합되는 회동프레임; 상기 회동프레임의 하면에 각각 결합되는 힌지브라켓 및 듀얼링크; 상기 힌지브라켓의 하면에 힌지 결합되는 지주, 상기 지주의 하면에 결합되는 지지대를 포함하는 지지프레임; 및 상기 지지프레임이 회동하도록 상기 듀얼링크를 회동시키는 회동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치에 관한 것이다.

Description

듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치{Sloshing and Vibrating test equipment of using a dual-link and pneumatic vibrator unit}

본 발명은 슬로싱 및 바이브레이션 시험 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동체(선박, 자동차, 항공기)에 설치된 연료탱크가 동체의 운행에 따른 흔들림과 진동에 의해 발생하는 슬로싱 환경에서 받는 영향을 시험하기 위한 슬로싱 및 바이브레이션 시험 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유체 탱크라 함은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)나 오일 등과 같은 대량의 유체를 저장하는 것을 말하며, 액화천연가스를 운송하는 수송선에 설치되는 적재용 탱크, 자동차나 항공기 등에 탑재되는 연료용 탱크 등이 이에 포함된다.

이러한 유체 탱크에는 저장되는 유체의 특성으로 인하여, 적재된 유체가 외부 가진력에 의해 출렁이는 현상인 슬로싱(Sloshing) 현상이 발생하며, 이에 따라 유체의 자중과 더불어 슬로싱에 의한 하중이 발생하게 되어, 유체 탱크에 진동력이나 모멘트 성분이 작용하게 된다.

대양을 항해하는 액화천연가스 수송선박이나 급격한 기동 조건하의 자동차나 항공기 등에 있어, 심각한 사고를 유발할 수 있는 중요한 요인 중 하나가 슬로싱이며, 특히 액화천연가스나 오일 등을 운송하는 수송선이 대형화되면서 슬로싱 하중이 더욱 증가하여 슬로싱에 의한 크고 작은 사고가 빈번히 발생하고 있다.

이에 따라, 슬로싱 현상으로 인한 유체 탱크의 구조적인 강도의 보강을 위해 슬로싱 현상에 대한 실험적 연구가 필요한 실정이다.

현재 이러한 슬로싱 현상에 의한 구조물의 반응 및 유체 진동 순간 구조물에 전달되는 유체압을 조사하기 위하여 Wet drop test 및 Dry drop test가 수행되고 있다.

Wet drop test는 수조에 고여진 유체에 구조물을 떨어뜨려 유체와의 충돌에 의한 구조물의 반응을 살펴보는 방법이고, Dry drop test는 유체가 아닌 단단한 물체를 구조물에 낙하시켜 진동에 의한 구조물의 반응을 살펴보는 방법이다.

이와 관련된 기술로서, 본 출원인은 한국등록특허 제1373724호의 상부가 개구되어 시험체가 적재되는 적재공간이 형성되는 테스터프레임; 상기 테스터프레임이 적재되며, 하면 둘레와 상기 테스터프레임의 하면 둘레가 서로 일정간격 이격되어 유동공간이 형성되는 앵글가이드프레임; 상기 앵글가이드프레임의 하면에 결합되는 제1힌지브라켓; 및 상기 제1힌지브라켓에 힌지 결합되는 칼럼, 상기 칼럼의 하면에 결합되는 베이스를 포함하는 베이스프레임;을 포함하며, 상기 앵글가이드프레임은 상기 제1힌지브라켓을 회동축으로 회동이 가능하며, 상기 테스터프레임은 상기 앵글가이드프레임의 회동에 의해 유동되어 시험체에 슬로싱 현상을 발생시키는 것을 특징으로 하는 슬로싱 및 바이브레이션 시험 장치를 제시한 적이 있었다.

그러나 종래기술은 시험체의 슬로싱 시험 과정에서 테스터프레임이 앵글가이드프레임의 내부에서 유동함으로써, 테스터프레임에 적재된 시험체가 외부로 이탈되어 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술은 앵글가이드프레임의 회동이 공압 바이브레이터보다 많은 시험비용 및 시험장비 설치비용이 필요한 유압 바이브레이터에 의해 이루어짐으로써, 시험장비의 운용을 위한 공간 및 인력이 많이 필요한 문제점이 있었다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 개발이 필요한 실정이다.

한국등록특허 제1373724호 (2014.03.06)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 시험체의 슬로싱 시험 과정에서 시험체가 외부로 이탈되어 파손되는 것을 방지할 수 있는 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 설치비용 및 제작비용을 최소화할 수 있는 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치는 시험체가 고정되는 진동프레임; 상기 진동프레임의 상하방향 일면, 전후방향 일면, 좌우방향 일면 중 적어도 한 곳 이상에 탈착가능하게 결합되는 공압 바이브레이터; 상기 진동프레임의 하측에 결합되는 회동프레임; 상기 회동프레임의 하면에 각각 결합되는 힌지브라켓 및 듀얼링크; 상기 힌지브라켓의 하면에 힌지 결합되는 지주, 상기 지주의 하면에 결합되는 지지대를 포함하는 지지프레임; 및 상기 지지프레임이 회동하도록 상기 듀얼링크를 회동시키는 회동수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회동수단은 상기 지지프레임에 고정되는 구동모터와, 상기 구동모터의 구동축과 연결되는 웜기어 입력축과, 상기 웜기어 입력축과 기어 결합되는 웜 휠기어와, 상기 웜 휠기어의 구동운동을 왕복운동으로 변환하여 상기 듀얼링크에 전달하는 크랭크축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회동수단은 상기 웜기어 입력축이 상기 웜 휠기어와 서로 직교하면서 회전되며 상기 웜기어 입력축과 웜 훨기어의 기어비가 서로 다르게 구성되어 상기 웜기어 입력축의 구동력이 상기 기어비만큼 변동되어 상기 웜 훨기어로 전달되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터는 상기 진동프레임과 회동 프레임 사이에 설치되는 탄성체;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성체는 에어스프링인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치는 시험체가 진동프레임에 고정됨으로써, 시험체의 슬로싱 시험 과정에서 시험체가 외부로 이탈되어 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치는 시험체가 고정된 진동프레임을 유압 바이브레이터보다 설치 비용이 적게 소요되는 공압 바이브레이터가 진동시킴으로써, 설치비용 및 제작비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 평면도
도 3은 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 배면도
도 4는 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 측면도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 방향표시에 있어서, 도면의 상측을 상측, 도면의 하측을 하측으로 정의하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 배면도, 도 4는 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치의 측면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치(1000)는 진동프레임(100), 공압 바이브레이터(200), 탄성체(300), 회동프레임(400), 힌지브라켓(510), 듀얼링크(520), 지지프레임(600), 및 회동수단(700)을 포함하여 구성된다.

상기 진동프레임(100)은 시험체가 고정되는 구성이며, 시험체는 연료 유체가 저장된 유체 연료 탱크일 수 있다.

이 때, 시험체는 상기 진동프레임(100)의 상면에 나사결합될 수 있다.

또한, 상기 진동프레임(100)은 내부에 시험체가 적재 및 고정되는 적재공간이 형성될 수 있다.

또한, 상기 진동프레임(100)은 직육면체 프레임 구조로 형성될 수 있다.

상기 공압 바이브레이터(200)는 상기 진동프레임(100)의 상하방향 일면, 전후방향 일면, 좌우방향 일면 중 적어도 한 곳 이상에 탈착가능하게 결합된다.

상기 공압 바이브레이터(200)는 상기 진동프레임(100)에 진동을 가하여, 상기 진동프레임(100)에 고정된 시험체에 진동으로 인한 슬로싱 현상이 발생하게 한다.

상기 탄성체(300)는 상기 공압 바이브레이터(200)의 하면에 결합된다.

상기 회동프레임(400)은 상기 탄성체(300)의 하면에 결합되며, 직육면체 프레임 구조로 형성될 수 있다.

한편, 상기 탄성체(300)는 상기 진동프레임(100)에 발생한 진동이 상기 회동프레임(400)으로 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 힌지브라켓(510)은 한 쌍으로 구성되어 상기 회동프레임(400)의 하면 중앙 양단에 각각 결합된다.

상기 듀얼링크(520)는 한 쌍으로 구성되어 상기 회동프레임(400)의 하면 중앙에 서로 일정간격 이격되게 각각 결합된다.

상기 지지프레임(600)은 지주(610), 지지대(620)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 지주(610)는 기둥으로, 상기 힌지브라켓(510)의 하면에 베어링(530)을 통하여 힌지 결합된다.

상기 지지대(620)는 상기 지주(610)의 하면에 결합된다.

상기 회동수단(700)은 상기 지지프레임(600)이 회동하도록 상기 듀얼링크(520)를 회동시킨다.

좀 더 상세하게, 상기 회동수단(700)은 상기 듀얼링크(520)를 회동시키는데, 상기 듀얼링크(520)의 회동에 의해 상기 지주(610)에 힌지 결합된 힌지브라켓(510)과 회동프레임(400)이 동시에 회동된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치(1000)는 시험체가 진동프레임(100)에 고정됨으로써, 시험체의 슬로싱 시험 과정에서 시험체가 진동프레임(100)에서 이탈되어 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치(1000)는 시험체가 고정된 진동프레임(100)을 유압 바이브레이터보다 설치비용이 적게 소요되는 공압 바이브레이터(200)가 진동시킴으로써, 설치비용 및 제작비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

상기 회동수단(700)은 구동모터(710), 웜기어 입력축(720), 회전판(730), 크랭크축(740)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구동모터(710)는 상기 지지프레임(600)에 고정된다.

상기 웜기어 입력축(720)는 상기 구동모터(710)의 구동축과 연결되며, 상기 구동모터(710)의 구동축이 구동하는 방향과 동일한 방향으로 구동된다.

상기 회전판(730)는 상기 웜기어 입력축(720)과 기어 결합된다.

이 때, 상기 웜기어 입력축(720)과 회전판(730)는 기어박스의 내부에 설치될 수 있다.

상기 크랭크축(740)은 일단이 상기 회전판(730)와 편심되게 힌지 결합되고 타단이 상기 듀얼링크(520)와 수직하게 힌지 결합되어 상기 회전판(730)의 구동운동을 왕복운동으로 변환하여 상기 듀얼링크(520)가 상하방향으로 왕복운동하게 한다.

이에 따라, 상기 듀얼링크(520)가 왕복운동되면서 상기 회동프레임(400), 탄성체(300), 진동프레임(100)이 상기 힌지브라켓(510)을 회전축으로 회동된다.

한편, 상기 크랭크축(740)은 한 쌍으로 구성되어 상기 웜 훨기어(730)의 양단에 각각 결합되어 상기 웜 훨기어(730)의 회전력을 2부분으로 분배할 수 있다.

한편, 상기 회동수단(700)은 상기 웜기어 입력축(720)이 상기 회전판(730)과 서로 직교하면서 회전되며 상기 웜기어 입력축(720)과 웜 훨기어(730)의 기어비가 서로 다르게 구성되어 상기 웜기어 입력축(720)의 구동력이 상기 기어비만큼 변동되어 상기 웜 훨기어로 전달될 수 있다.

이 때, 상기 웜기어 입력축(720)이 상기 웜 훨기어(730)보다 적은 개수의 기어의 이를 가져서 상기 웜기어 입력축(720)의 구동력이 상기 회전판(730)로 전달되면서 증가하는 데, 이에 대해 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

1) 상기 구동모터(710)의 구동축이 구동하여 상기 구동모터(710)의 구동축과 연결된 웜기어 입력축(720)도 상기 구동모터(710)의 구동축 구동방향과 동일한 방향으로 구동한다.

2) 상기 웜기어 입력축(720)이 한바퀴 구동할 동안 상기 회전판(730)가 더 적은 바퀴를 구동하게 되어 상기 웜기어 입력축(720)의 구동력이 상기 회전판(730)로 전달되면서 증가된다.

종래의 슬로싱 및 바이브레이션 시험 장치는 시험체가 적재된 구성요소가 유압실린더에 구성된 피스톤의 왕복운동에 의해 직접적으로 전달받아서 회동됨으로써, 시험체가 적재된 구성요소가 강한 진동을 받아서 시험체가 종종 외부로 이탈되었다.

그러나 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치(1000)는 시험체가 고정된 진동프레임(100)이 구동모터(710)의 구동력이 상기 웜기어 입력축(720), 회전판(730), 크랭크축(740)을 경유하여 저하된 상태에서 간접적으로 전달받아서 회동됨으로써, 시험체가 고정된 진동프레임(100)에 고정된 공압 바이브레이터에서 발생되는 진동력을 회동프레임(400)에 전달되는 것을 방지할 수 있고, 시험체에 회동프레임(400)의 슬로싱 구동과 진동프레임(100)의 바이브레이션을 동시에 구현하여 시험할 수 있다.

또한, 탄성체(300)의 지지로 인하여 종래의 시험장치에서 시험중 발생할 우려가 있는 시험체의 이탈을 방지할수 있는 구조이다.

또한, 상기 탄성체(300)는 에어스프링으로 구성될 수 있다. 상기 에어스프링은 내부에 압축공기가 주입된 원통형고무로서, 진동을 흡수하여 시험장치에 전달되는 불필요한 진동력을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 본 발명에 따른 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치
100 : 진동프레임
200 : 공압 바이브레이터
300 : 탄성체
400 : 회동프레임
510 : 힌지브라켓
520 : 듀얼링크
530 : 베어링
600 : 지지프레임
610 : 지주
620 : 지지대
700 : 회동수단
710 : 구동모터
720 : 웜기어 입력축
730 : 회전판
740 : 크랭크축

Claims (5)

1. 시험체가 고정되는 진동프레임;
   상기 진동프레임의 상하방향 일면, 전후방향 일면, 좌우방향 일면 중 적어도 한 곳 이상에 탈착가능하게 결합되어 상기 진동프레임을 진동시키는 공압 바이브레이터;
   상기 진동프레임의 하측에 결합되는 회동프레임;
   상기 회동프레임의 하면에 각각 결합되는 힌지브라켓 및 듀얼링크;
   상기 힌지브라켓의 하면에 힌지 결합되는 지주, 상기 지주의 하면에 결합되는 지지대를 포함하는 지지프레임;
   상기 지지대에 고정되는 구동모터와, 상기 구동모터의 구동축과 웜기어 입력축이 연결되는 기어박스와, 상기 기어박스의 웜기어 출력축과 결합되는 회전판과, 상기 회전판의 운동을 변환하여 상기 듀얼링크에 전달하는 크랭크축을 포함하며 , 상기 웜기어 입력축, 회전판, 크랭크축을 경유하여 간접적으로 전달된 상기 구동모터의 구동력에 의해 상기 듀얼링크를 회동시켜 상기 회동프레임이 회동되도록 하는 회동수단; 및
   상기 진동프레임과 회동 프레임 사이에 설치되며, 상기 진동프레임에 가해지는 진동을 흡수하는 에어스프링인 탄성체; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 회동수단은
   상기 웜기어 입력축이 상기 회전판과 서로 직교하면서 회전되며 상기 웜기어 입력축과 회전판의 기어비가 서로 다르게 구성되어 상기 웜기어 입력축의 구동력이 상기 기어비만큼 변동되어 상기 회전판으로 전달되는 것을 특징으로 하는 듀얼링크와 공압 바이브레이터를 이용한 슬로싱 및 바이브레이터 시험 장치.
4. 삭제
5. 삭제

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