KR101738629B1

KR101738629B1 - 에어해머를 이용한 천공장치

Info

Publication number: KR101738629B1
Application number: KR1020170035350A
Authority: KR
Inventors: 송해식; 이재옥; 황은아
Original assignee: (주)미래지반연구소; 송해식; 이재옥; 황은아; 왕설련
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2017-05-22

Abstract

본 발명은 에어해머를 이용한 천공장치에 관한 것으로서, 지반을 뚫어 지중에 천공홀을 형성하기 위한 에어해머를 다수개로 분할하면서 고루게 분포된 형태가 되도록 하고, 에어해머의 타격력을 결정하는 에어의 속도를 증가시켜 천공효율을 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치는, 기계본체에 수직 설치되는 리더, 상기 리더에 승강 가능하게 설치되는 회전구동부, 상기 회전구동부에 의해 승강 및 회전되는 해머케이스, 상기 해머케이스의 하부에 설치되고 상기 해머케이스와 함께 하강 및 회전되면서 지반을 천공하며, 수직방향으로 관통되는 승강안내홀이 형성된 메인 비트, 상기 해머케이스의 내부공간에 수용되고 에어의 공급에 의해 작동하여 상기 메인 비트를 타격하는 에어해머, 상기 메인 비트의 승강안내홀에 수용되고, 상기 에어해머가 하강시 승강안내홀의 외부로 돌출되어 지반을 천공하는 서브 비트를 포함한다.

Description

에어해머를 이용한 천공장치{BORING USING APPARATUS AIR-HAMMER}

본 발명은 지반을 뚫어 지중에 천공홀을 형성할 수 있는 에어해머를 이용한 천공장치에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반의 개량을 위해 사용되는 연직배수공법은 인위적으로 압밀을 촉진하기 위해 배수로를 형성하여주는 것으로서, 연직배수재를 지중에 압입하여 지중에 함유되어있는 간극수 등의 물을 배수 또는 배출시켜서 지반의 침하를 조기에 완료시키고 지지력을 증대시키기 위한 연약지반처리공법 중의 하나이다.

여기서, 연직배수재는 플라스틱 코어재를 다공성 필터재로 감싸서 만든 드레인 보드로서, 봉형 구조체이다.

이렇게 연직배수재를 이용하는 연직배수공법은 PBD(Plastic Board Drain) 공법 또는 PVD(Prefabricated Vertical Drain) 공법으로 불리워지고 있으며, 가장 보편적으로 사용되고 있다.

이와 같이, 연약지반처리공법을 통해 연약지반을 개량함으로써 도로, 철도, 공항, 항만, 산업단지 등과 같은 각종 구조물의 구축을 위한 기초로 활용할 수 있다.

또한, 연약지반을 개량하는 공법으로는 연직배수재를 이용하는 연직배수공법 이외에 샌드 드레인(sand drain) 공법, 샌드 콤팩션 파일(sand compaction pile) 공법, 그라벨 드레인(gravel drain) 공법, 그라벨 콤펙션(gravel compaction) 공법, 팩 드레인(pack drain) 공법 등을 예로 들 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 연직배수재를 이용하는 PBD(Plastic Board Drain) 공법에 관한 종래 선행기술문헌을 살펴보면, 국내등록특허 제10-1597784호와 국내공개특허 제10-2016-0054801호 등지에서 PBD 공법 및 이에 필요한 장비들을 제안 및 개시하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1597784호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0054801호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지반을 뚫어 지중에 천공홀을 형성하기 위한 에어해머를 다수개로 분할하면서 고루게 분포된 형태가 되도록 하고, 에어해머의 타격력을 결정하는 에어의 속도를 증가시켜 천공효율을 향상시킬 수 있는 에어해머를 이용한 천공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치는, 기계본체에 수직 설치되는 리더, 상기 리더에 승강 가능하게 설치되는 회전구동부, 상기 회전구동부에 의해 승강 및 회전되는 해머케이스, 상기 해머케이스의 하부에 설치되고 상기 해머케이스와 함께 하강 및 회전되면서 지반을 천공하며, 수직방향으로 관통되는 승강안내홀이 형성된 메인 비트, 상기 해머케이스의 내부공간에 수용되고 에어의 공급에 의해 작동하여 상기 메인 비트를 타격하는 에어해머, 상기 메인 비트의 승강안내홀에 수용되고, 상기 에어해머가 하강시 승강안내홀의 외부로 돌출되어 지반을 천공하는 서브 비트를 포함한다.

그리고, 상기 메인 비트 및 서브 비트는 그 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성된다.

또한, 상기 해머케이스의 내부공간에 공급된 에어의 속도를 증가시키기 위한 속도증가부를 포함하고,

상기 속도증가부는,

상기 해머케이스의 내부공간에 설치되는 몸체의 내부에 에어를 통과시킬 수 있는 에어통로가 형성되어 구성되며,

상기 속도증가부의 에어통로는 통과하는 에어의 속도를 증가시킬 수 있도록 그 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치는, 메인 비트와 서브 비트가 함께 지반을 천공하게 됨으로, 기존 단일 비트를 사용하는 천공장치에 비해 보다 효율적인 천공작업이 이루어지도록 할 수 있으며, 특히, 서브 비트는 메인 비트 상에서 지반을 천공하는 구조이므로, 상기 메인 비트가 보다 수월하게 지반을 뚫고 들어가도록 할 수 있어 기존 천공장치에 비해 지반 천공에 소요되는 시간을 현저히 단축할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 메인 비트와 서브 비트의 상호 작용을 통해 지반을 수월하게 천공할 수 있음에 따라, 해머케이스에 가해지는 충격과 휨 모멘트가 더욱 더 감소되도록 할 수 있어, 해머케이스의 단면을 얇게 제작하더라도 휘어지거나 파손되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 지반을 실질적으로 천공하는 천공부와 서브 비트를 뾰족한 형상으로 구현하여 지반을 신속하고 용이하게 천공할 수 있으며, 이로 인해 지반을 천공하기 위한 총 소요시간을 현저히 단축 할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 천공부 및 서브 비트는 뾰족한 형상으로 구현되어 그 단면적이 작아지기 때문에 천공작업시 지반과의 접촉면적이나 저항면적 등이 줄어 들게 된다. 따라서 지반 천공시 해머케이스에 가해지는 충격과 휨모멘트가 감소되도록 할 수 있어, 해머케이스가 휘어지거나 파손되지 않고 일정한 품질을 유지하도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 에어해머의 타격력을 결정하는 에어의 속도를 증가시켜 에어해머를 보다 빨리 작동시킬 수 있고, 에어해머에 가해지는 공압의 세기를 증대시켜 메인 비트에 대한 에어해머의 타격력이 증대되도록 할 수 있어 보다 효율적인 천공작업이 이루어지도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치에 적용된 해머케이스와 메인 비트와 서브 비트 및 에어해머의 연결관계를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치의 작동을 도시한 단면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치에 적용된 해머케이스와 메인 비트와 서브 비트 및 에어해머의 연결관계를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치의 작동을 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치(1)는, 리더(10), 회전구동부(20), 해머케이스(30), 메인 비트(40), 에어해머(50), 서브 비트(60)를 포함한다.

상기 리더(10)는 기계본체(90)에 구비되는 크랭크아암(미도시)의 선단에 결합되어 정면에 수직배치되는 것으로, 골조프레임의 내부에 트러스바를 연결하여 하중을 잘 견디는 등 내구성을 확보할 수 있도록 트러스 구조로 형성된다.

이때, 상기 리더(10)는 시공 장소, 지반의 상태, 천공하고자 하는 깊이 등 다양한 조건에 따라 길이가 달라질 수 있으며, 기울기센서를 장착하고 상기 기계본체(90)의 탑승실로 감지신호를 보내 수직 배치상태를 조절할 수 있도록 하며 수직 배치에 대한 정확도를 높일 수 있도록 구성될 수 있다.

여기서 기계본체(90)는 천공장치의 이동 주행과 전체적인 작동을 운전 및 조작하는 역할을 수행하는 것으로, 작업자가 탑승하여 천공장치의 이동 주행과 전체적인 작동을 운전 및 조작할 수 있도록 모니터 및 조작기기들이 탑재된 탑승실을 구비하며, 실제 이동이 가능하도록 이동수단이 구비되는데, 상기 이동수단으로는 무한궤도형이나 바퀴형으로 구비될 수 있다.

상기 회전구동부(20)는 모터축이 정방향 또는 역방향으로 회전되는 공지의 모터에 의해 형성될 수 있다.

상기 회전구동부(20)는 상기 리더(10)에 의해 승강되는 구조를 가지며, 지반을 천공하기 위한 회전력을 상기 해머케이스(30) 및 해머케이스(30)에 설치된 메인 비트(40)에 전달한다.

상기 해머케이스(30)는 메인 비트(40)와 에어해머(50)가 설치되는 것으로, 상단에 에어가 공급되는 공급홀이 형성되고, 하단에 메인 비트(40)가 장착되는 장착홀이 형성되며, 내부에는 공급된 에어를 에어해머(50)에 전달하기 위한 에어통로가 형성된다.

이러한 해머케이스(30)는 상단이 상기 회전구동부(20)의 모터축에 결합되며, 상기 회전구동부(20)의 작동에 의해 고속으로 회전되어 메인 비트(40)가 지반을 천공할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 해머케이스(30) 역시 시공 장소, 지반의 상태, 천공하고자 하는 깊이 등 다양한 조건에 따라 길이가 달라질 수 있음을 밝힌다.

부가적으로, 상기 해머케이스(30)의 상측에는 상기 에어통로에 에어를 공급하기 위한 에어공급부(80)가 공급관(81)을 통해 연결된다.

상기 에어공급부(80)는 압축공기를 공급할 수 있는 공지의 에어콤프레셔에 의해 형성될 수 있으며, 상기 공급관(81)을 통해 상기 에어통로에 에어를 공급하여 에어해머(50)의 상단을 타격하도록 한다.

상기 메인 비트(40)는 지반을 일정 깊이로 천공하는 것으로, 상기 해머케이스(30)의 장착홀에 장착되는 장착부(41)와, 상기 장착부(41)의 하측에 일체로 형성되고 상기 해머케이스(30)의 하측으로 돌출되어 지반을 천공하는 천공부(42)로 구성된다.

즉, 상기 메인 비트(40)는 상기 해머케이스(30)의 하단에 장착된 상태에서 상기 해머케이스(30)와 함께 하강 및 제자리 회전되면서 지반을 일정 깊이로 천공하는 것이다.

이때, 상기 천공부(42)를 기존과 같이 평평한 형상이나 요철형상 등으로 구현할 경우 지반을 효율적으로 천공할 수 없는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명은 상기 천공부(42)의 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성하여 천공효율을 향상시킬 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명은 지반을 실질적으로 천공하는 천공부(42)를 뾰족한 형상으로 구현하여 지반을 신속하고 용이하게 뚫고 들어갈 수 있도록 하였으며, 이로 인해 지반을 천공하기 위한 총 소요시간을 현저히 단축하도록 할 수 있는 것이다.

더욱이, 상기 천공부(42)는 뾰족한 형상으로 구현되어 그 단면적이 작아지기 때문에 천공작업시 지반과의 접촉면적이나 저항면적 등이 줄어 들게 된다. 따라서 지반 천공시 해머케이스(30)에 가해지는 충격과 휨모멘트가 감소되도록 할 수 있어, 해머케이스(30)가 휘어지거나 파손되지 않고 일정한 품질을 유지하도록 할 수 있다.

이러한 메인 비트(40)에는 후술되는 서브 비트(60)가 수용되는 복수개의 승강안내홀(40a)이 수직 방향으로 관통 형성된다.

상기 에어해머(50)는 상기 해머케이스(30)의 에어통로에 공급되는 에어에 의해 상기 메인 비트(40)를 반복적으로 타격하여 천공효율이 향상되도록 하는 것으로, 그 형상은 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 도면에서는 일정길이를 갖는 육각형 형상으로 형성된 예를 도시하였다.

이러한 에어해머(50)는 상기 해머케이스(30)의 내부공간에 수용된 상태에서 장착부(41)의 상부에 위치되며, 에어통로에 공급되는 에어에 의해 작동하여 메인 비트(40)를 타격한 다음 반발력에 의해 상승되며, 다시 에어에 의해 하강되어 메인 비트(40)를 타격한다.

즉, 상기 에어해머(50)는 메인 비트(40)를 타격함으로 인해 발생되는 반발력과 공급되는 에어에 의해 반복적으로 하강 및 상승하면서 상기 메인 비트(40)를 반복적으로 타격하여 지반을 보다 용이하게 천공할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 서브 비트(60)는 메인 비트(40)와 함께 지반을 천공하여 천공효율이 향상될 수 있도록 하는 것으로, 상기 메인 비트(40)의 승강안내홀(40a)에 각각 수용되어 상기 메인 비트(40) 상에 고루게 분포된다.

그리고, 상기 서브 비트(60)는 상단이 상기 에어해머(50)의 저면에 용접 등을 통해 결합되어, 에어 공급에 따라 작동되는 상기 에어해머(50)와 함께 하강과 상승 작동을 반복하게 된다.

이때, 상기 서브 비트(60)는 상기 메인 비트(40)와 동일하게 천공효율을 향상시킬 수 있도록 그 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성된다.

그리고, 상기 서브 비트(60)는 상기 에어해머(50)가 상승될 경우 상기 승강안내홀(40a)의 내부로 완전히 수용되고, 하강될 경우에는 하측 일부분이 승강안내홀(40a)의 외부로 돌출되어 상기 메인 비트(40)와 함께 지반을 천공한다.

즉, 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치(1)를 통해 천공작업을 수행하게 되면, 상기 메인 비트(40)와 서브 비트(60)가 함께 지반을 천공하게 됨으로 기존 단일 비트를 사용하는 천공장치에 비해 보다 효율적인 천공작업이 이루어지도록 할 수 있으며, 특히 상기 서브 비트(60)는 메인 비트(40) 상에서 지반을 천공하는 구조이므로, 상기 메인 비트(40)가 보다 수월하게 지반을 뚫고 들어가도록 할 수 있어 기존 천공장치에 비해 지반 천공에 소요되는 시간을 현저히 단축할 수 있게 된다.

그리고, 상기 메인 비트(40)와 서브 비트(60)의 상호 작용을 통해 지반을 수월하게 천공할 수 있음에 따라, 해머케이스(30)에 가해지는 충격과 휨 모멘트가 더욱 더 감소되도록 할 수 있어, 해머케이스(30)의 단면을 얇게 제작하더라도 휘어지거나 파손되지 않도록 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 에어해머를 이용한 천공장치(1)는 상기 해머케이스(30)의 에어통로에 공급된 에어의 속도를 증가시키기 위한 속도증가부(70)를 더 포함한다.

상기 해머케이스(30)의 내부공간에 용접이나 볼팅 결합되는 몸체(71)의 내부에 에어를 통과시킬 수 있는 에어통로(72)를 수직방향으로 형성하므로서 구성된다.

이때, 상기 속도증가부(70)는 해머케이스(30)의 상측이나 하측 또는 중간 부분 등 다양한 위치에 설치될 수 있으며, 도면에서는 상기 해머케이스(30)의 상측 부분에 설치된 예를 도시하였다.

또한, 상기 속도증가부(70)의 에어통로(72)는 그 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성됨에 따라, 통과하는 에어의 속도를 증가시켜 메인 비트(40)에 대한 에어해머(50)의 타격력이 증가되도록 할 수 있다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 즉, 공급된 에어는 상기 속도증가부(70)의 에어통로(72)를 통과하는 과정에서 베르누이 원리에 의해 속도가 빨라지게 됨으로, 에어해머(50)에 도달하기까지 소요되는 시간이 현저히 단축되어 에어해머(50)를 보다 빨리 작동시키게 되고, 에어해머(50)에 가해지는 공압의 세기가 증대되어 메인 비트(40)에 대한 에어해머(50)의 타격력이 증대되기 때문에 보다 효율적인 천공작업이 이루어지도록 할 수 있다.

아울러, 상기와 같이 메인 비트(40)에 대한 에어해머(50)의 타격력이 증대되면 그 만큼 반발력도 증대되어, 에어해머(50)가 보다 멀어진 거리에서 메인 비트(40)를 강하게 타격하게 됨으로 천공효율을 보다 향상시킬 수 있게 되며, 반발력이 증대되더라도 공압의 세기 증대로 인해 에어해머(50)가 메인 비트(40)를 반복해서 타격하는 시간이 길어지지 않도록 할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 에어해머를 이용한 천공장치 10 : 리더
20 : 회전구동부 30 : 해머케이스
40 : 메인 비트 40a : 승강안내홀
41 : 장착부 42 : 천공부
50 : 에어해머 60 : 서브 비트
70 : 속도증가부 71 : 몸체
72 : 에어통로 80 : 에어공급부
81 : 공급관 90 : 기계본체

Claims

기계본체에 수직 설치되는 리더,
상기 리더에 승강 가능하게 설치되는 회전구동부,
상기 회전구동부에 의해 승강 및 회전되는 해머케이스,
상기 해머케이스의 하부에 설치되고 상기 해머케이스와 함께 하강 및 회전되면서 지반을 천공하며, 수직방향으로 관통되는 승강안내홀이 형성된 메인 비트,
상기 해머케이스의 내부공간에 수용되고 에어의 공급에 의해 작동하여 상기 메인 비트를 타격하는 에어해머,
상기 메인 비트의 승강안내홀에 수용되고, 상기 에어해머가 하강시 승강안내홀의 외부로 돌출되어 지반을 천공하는 서브 비트를 포함하는 에어해머를 이용한 천공장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 비트 및 서브 비트는 그 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성되는 에어해머를 이용한 천공장치.
제1항에 있어서,
상기 해머케이스의 내부공간에 공급된 에어의 속도를 증가시키기 위한 속도증가부를 포함하고,
상기 속도증가부는,
상기 해머케이스의 내부공간에 설치되는 몸체의 내부에 에어를 통과시킬 수 있는 에어통로가 형성되어 구성되며,
상기 속도증가부의 에어통로는 통과하는 에어의 속도를 증가시킬 수 있도록 그 폭이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 좁아지는 형상으로 형성되는 에어해머를 이용한 천공장치.