KR102088253B1 - 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린에 관한 것으로, 그 목적은 선별대상물에 따라 진폭을 변화시켜 선별대상물의 종류에 따라 최적의 선별조건을 구현할 수 있도록 한 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 선별대상물을 통과분과 잔류분으로 선별하는 스크린 본체; 상기 스크린 본체를 지지하는 지지유니트; 상기 스크린 본체에 회전 가능한 구조로 설치되며, 편심된 기준 무게추를 포함하여 진동을 발생시키는 회전체; 상기 회전체를 회전시키는 모터; 상기 회전체의 회전 중심을 사이에 두고 기준 무게추와 마주하는 방향에서 회전체의 회전 중심에 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동이 가능한 구조를 갖도록 회전체에 설치된 가변추; 상기 가변추를 이동시키는 이동수단; 상기 모터와 이동수단을 제어하는 제어기; 및 스크린 본체의 진폭을 측정하는 변위계;를 포함하며, 상기 제어기는, 사전시험을 통해 결정된 선별대상물의 종류나 함수비에 따른 최적 진폭 데이터를 입력받아 저장하고, 관리자에 의해 입력되는 선별대상물의 종류 또는 수분 센서에서 검출되는 선별대상물의 함수비에 대응하여 해당 선별대상물에 적합한 진폭 데이터를 호출하여 최적 진폭으로 산정하고, 산정된 최적 진폭에 따라 가변추의 위치를 조절하되, 산정된 최적 진폭과 변위계에서 측정되는 실제 진폭을 비교하여 최적 진폭과 실제 진폭의 오차에 따라 가변추의 위치를 추가적으로 조절하여 스크린 본체의 실제 진폭이 최적 진폭을 추종하도록 하는 피드백 제어기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린을 제공한다.

Description

가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린{Vibrating screen having a vibration control function using movable weight}
본 발명은 진동 스크린에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선별대상물의 물성에 따라 가변추의 위치를 조절하여 진폭이 실시간으로 조절될 수 있도록 이루어진 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린에 관한 것이다.
일반적으로 진동 스크린은 진동을 이용하여 선별대상물을 잔류분과 통과분으로 구분하는 것으로, 모터의 축에 무게추가 설치된 것으로 이루어진 바이브레이터가 스크린 본체에 설치되어 진동을 발생시키도록 구성되거나, 무게추가 설치된 회전체가 스크린 본체에 설치되고 상기 회전체가 모터와 연결되어 모터에 의해 회전체가 회전하면서 진동을 발생시키도록 구성되어 있다.
이러한 진동 스크린은 건설현장에서 발생되는 폐기물을 이용하여 순환골재와 토사를 생산하는 과정에서 골재와 토사를 분리하는데 사용되거나, 곡물 알갱이와 미분을 분리하는 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다.
한편, 입자의 크기가 작은 토사는 골재와 달리 점착력을 갖고 있으며, 이처럼 점착력을 갖는 토사를 일정한 진동패턴을 갖는 진동 스크린으로 선별할 경우, 토사가 스크린에 점착되는 현상 그리고 스크린의 망막힘 현상이 발생됨으로 인해 선별 효율성이 저하되고, 이러한 현상이 심할 경우에는 선별 자체가 불가능하게 되는 문제점이 있으며, 함수비가 높은 토사는 점착 현상과 망막힘 현상이 더욱 심화되는 문제점이 있다.
특히, 혼합폐기물을 파쇄하고 선별하여 순환골재 및 토사를 생산함에 있어서, 순환골재의 생산량을 증가시키고 폐토사 발생량을 저감시키기 위해서는 스크린의 체 눈을 작게 하는 것이 바람직하지만, 체 눈 크기가 작을수록 토사의 점착과 망막힘이 크게 일어나는 문제점이 있다.
한편, 특허문헌1에는 두 종류의 진동 발생장치를 포함하여 상하좌우방향의 합성진동을 통해 토사를 보다 효율적으로 선별할 수 있도록 한 진동 스크린이 개시되어 있으나, 이 진동 스크린의 경우 2개 이상의 진동 발생장치를 설치해야만 하므로 구조가 복잡하고, 관련비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1782330호(2017.09.27.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 선별대상물에 따라 진폭을 변화시켜 선별대상물의 종류에 따라 최적의 선별조건을 구현할 수 있도록 한 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 선별대상물을 통과분과 잔류분으로 선별하기 위한 다수의 선별공이 형성된 선별망이 구비된 스크린 본체; 상기 스크린 본체를 지지하되, 스크린 본체를 진동 가능한 구조로 지지하기 위한 스프링을 포함하는 것으로 이루어진 지지유니트; 상기 스크린 본체에 회전 가능한 구조로 설치되며, 회전 중심으로부터 벗어난 편심된 위치에 기준 무게추가 위치하여 회전 시 진동을 발생시키도록 이루어진 회전체; 상기 회전체와 연결되어 회전체를 회전시키는 모터; 상기 회전체의 회전 중심을 사이에 두고 기준 무게추와 마주하는 방향에서 회전체의 회전 중심에 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동이 가능한 구조를 갖도록 회전체에 설치된 가변추; 상기 가변추를 이동시키는 이동수단; 상기 모터와 이동수단을 제어하는 제어기; 및 진동하는 상기 스크린 본체의 진폭을 측정하는 변위계;를 포함하며, 상기 제어기는, 사전시험을 통해 결정된 선별대상물의 종류나 함수비에 따른 최적 진폭 데이터를 입력받아 저장하고, 관리자에 의해 입력되는 선별대상물의 종류 또는 수분 센서에서 검출되는 선별대상물의 함수비에 대응하여 해당 선별대상물에 적합한 진폭 데이터를 호출하여 최적 진폭으로 산정하고, 산정된 최적 진폭에 따라 가변추의 위치를 조절하되, 산정된 최적 진폭과 변위계에서 측정되는 실제 진폭을 비교하여 최적 진폭과 실제 진폭의 오차에 따라 가변추의 위치를 추가적으로 조절하여 스크린 본체의 실제 진폭이 최적 진폭을 추종하도록 하는 피드백 제어기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린을 제공한다.
한편 상기 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린에 있어서, 상기 이동수단은, 스테핑 모터와, 상기 가변추와 결합되며 스테핑 모터에 의해 회전하면서 가변추를 이동시키는 이송스크류로 구성될 수 있다.
한편 상기 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린에 있어서, 상기 이동수단과 제어기 간의 무선통신을 실시하여 제어기의 제어신호를 이동수단으로 전달하는 근거리무선통신수단을 구성하는 통신모듈이 회전체와 제어기에 더 설치될 수 있다.
삭제
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 선별대상물의 특성에 따라 진폭을 실시간으로 조절할 수 있으므로, 선별공의 막힘을 방지하면서 선별의 효율성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 하나의 진동 스크린으로 다양한 선별대상물을 용이하게 선별할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동 스크린의 구조도,
도 2 는 본 발명에 따른 회전체에 기준 무게추와 가변추가 설치된 상태를 보인 예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 제어기에 의해 진폭이 조절되는 과정을 보인 예시도,
도 4 는 진폭과 함수비의 관계를 나타낸 그래프,
도 5 는 가진력과 가변추 위치의 관계를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동 스크린의 구조도를, 도 2는 본 발명에 따른 회전체에 기준 무게추와 가변추가 설치된 상태를 보인 예시도를, 도 3은 본 발명에 따른 제어기에 의해 진폭이 조절되는 과정을 보인 예시도를, 도 4는 진폭과 함수비의 관계를 나타낸 그래프를, 도 5는 가진력과 가변추 위치의 관계를 나타낸 그래프를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 진동 스크린은 스크린 본체(110), 지지유니트(120), 회전체(130), 모터(140), 가변추(150), 이동수단(160), 제어기(170)로 구성된다.
상기 스크린 본체(110)는 투입되는 선별대상물을 통과분과 잔류분으로 구분하는 것으로, 다수의 선별공이 형성된 선별망(111)과, 상기 선별망(111)을 지지하는 프레임(112)으로 구성된다.
이러한 스크린 본체(110)는 10도 내지 15도의 각도로 기울어진 자세를 갖도록 설치된다.
상기 지지유니트(120)는 스크린 본체(110)를 진동 가능한 구조로 지지하는 것으로, 스크린 본체(110)의 전후단 좌우 양측에 각각 설치되며, 수직한 자세를 갖는 하나 이상의 스프링을 포함하는 것으로 구성된다.
상기 회전체(130)는 스크린 본체(110)에 회전 가능한 구조로 설치되며, 회전 중심(CP)으로부터 벗어난 편심된 위치에 기준 무게추(131)가 설치된 것으로 구성된다.
이처럼 편심된 위치에 기준 무게추(131)가 설치된 회전체(130)는 회전 시 진동을 일으키며, 회전체(130)의 진동으로 인해 스크린 본체(110)가 진동하게 된다.
이와 같은 회전체(130)는 수평한 자세로써 스크린 본체(110)의 좌우측면을 관통하도록 연장되게 설치되거나, 스크린 본체(110)의 양측에서 각각 설치될 수 있다.
상기 모터(140)는 스크린 본체(110)의 하부에 별도로 구성되는 기초 구조물에 설치되며, 벨트 또는 체인을 통해 회전체(130)와 연결되어 회전체(130)를 회전시키도록 구성된다.
상기 가변추(150)는 회전체(130)에 의해 발생되는 진동의 진폭을 변화시키는 것으로, 회전체(130)의 회전 중심(CP)을 사이에 두고 기준 무게추(131)와 마주하는 방향에서 회전체(130)의 회전 중심(CP)에 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동하면서 회전체(130)에 의해 발생되는 진동의 진폭을 변화시키도록 구성된다.
이러한 가변추(150)가 정해진 경로를 따라 이동하여 회전체(130)의 회전 중심(CP)에 근접하거나 회전 중심(CP)으로부터 멀어질 수 있도록 가변추(150)를 지지하는 미도시된 가이드가 회전체(130)에 더 설치될 수 있다.
상기 이동수단(160)은 가변추(150)를 이동시키는 것으로, 회전체(130)에 설치된 스테핑 모터(161)와, 상기 가변추(150)를 관통하는 구조로 가변추(150)와 결합되며 스테핑 모터(161)에 의해 회전하면서 가변추(150)를 이동시키는 이송스크류(162)로 구성된다.
이처럼 회전체(130)에 설치되어 회전체(130)와 함께 회전하는 스테핑 모터(161)는 공지의 슬립링(180)을 통해 전원과 신호를 공급받아 작동하도록 구성될 수 있다.
상기 제어기(170)는 회전체(130)를 회전시키는 모터(140)와 이동수단(160)을 제어하는 프로그램이 내장된 회로를 포함하는 것으로 구성된다.
이와 같이 구성된 진동 스크린에 있어서, 회전체(130)에 설치된 이동수단(160)과 회전체(130)의 외부에 설치된 제어기(170) 간의 무선통신을 실시하여 제어기(170)의 제어신호를 이동수단(160)으로 전달하는 Zig bee 등의 근거리무선통신수단을 구성하는 통신모듈(190)이 회전체(130)와 제어기(170)에 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 제어기(170)는 피드백 제어기능을 포함하여 스크린 본체(110)의 실제 진폭을 측정하고, 측정된 진폭이 산정된 진폭을 추종하도록 가변추(150)의 위치를 추가적으로 조절하는 과정을 반복하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 스크린 본체(110)의 주변에는 진동하는 스크린 본체(110)의 진폭을 측정하기 위한 변위계(200)가 설치되고, 상기 변위계(200)에서 측정되는 실제 진폭은 제어기(170)로 전달된다.
한편, 상기 제어기(170)는 선별대상물의 특성에 따라 산정된 최적 진폭과 변위계(200)에서 측정되는 진폭을 비교하여 최적 진폭과 실제 진폭의 오차에 따라 가변추(150)의 위치를 추가적으로 조절하며, 이러한 과정을 반복하여 실제 진폭이 최적 진폭과 같아지도록 유도하게 된다.
한편, 제어기(170)에서 산정되는 최적 진폭은 다양한 선별대상물에 대한 사전시험을 통해 결정된 값으로, 제어기(170)는 선별대상물의 종류나 상태(함수비 등)에 따른 최적의 진폭 데이터를 입력받아 저장하며, 관리자가 선별대상물에 대한 정보를 입력하면, 해당 선별대상물에 적합한 진폭 데이터를 호출하여 최적 진폭으로 결정하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 진동 스크린을 이용하여 골재와 토사를 선별하는 과정을 설명하도록 한다.
건설폐기물의 처리과정에서 발생되는 골재와 토사의 함수비는 일정하지 않다.
따라서, 건설폐기물의 처리과정에서 발생되는 골재와 토사의 함수비를 측정하고 측정된 값을 제어기(170)에 입력하게 되며, 제어기(170)는 미리 입력된 진폭 데이터에서 해당 함수비에 적절한 최적 진폭을 산정하여 호출하게 된다.
물론, 골재와 토사의 이동 경로 상에 수분 센서(210)를 설치하여 골재와 토사의 함수비를 자동으로 측정하고 측정된 값이 자동으로 제어기(170)로 입력되도록 구성할 수도 있다.
선별대상물의 함수비에 따른 최적 진폭이 결정되면, 최적 진폭에 해당하는 가진력을 얻기 위해 제어기(170)는 스테핑 모터(161)를 구동하여 가변추(150)의 위치를 조절하게 된다.
한편, 회전체(130)의 회전 시 발생되는 가진력은 다음의 [수학식 1]을 통해 결정되므로, 얻고자 하는 가진력이 결정되면 그에 따른 가변추(150)의 위치를 결정할 수 있다.
Figure 112019098621482-pat00001
--------- [수학식 1]
여기서, M은 기준 무게추(131)의 질량, R은 회전체(130)의 회전 중심(CP)으로부터 기준 무게추(131)까지의 직선거리, ω는 회전각속도(rad/sec), m는 가변추(150)의 질량, r(x)는 회전체(130)의 회전 중심(CP)으로부터 가변추(150)까지의 직선거리이다.
상기와 같은 과정을 통해 결정된 최적 진폭의 구현을 위해 가변추(150)의 위치를 조절한 상태에서 모터(140)가 작동하여 회전체(130)를 회전시킴으로써, 스크린 본체(110)를 최적 진폭으로 진동시키게 되며, 이러한 과정에서 변위계(200)를 이용하여 스크린 본체(110)의 실제 진폭을 측정하고, 측정된 실제 진폭과 산정된 최적 진폭의 오차를 바탕으로 가변추(150)의 위치를 추가적으로 조절하는 피드백 제어를 통해 스크린 본체(110)를 최적 진폭으로 정확히 진동시키게 된다.
이러한 과정에서 스크린 본체(110)의 진동 주파수는 15㎐(900rpm)으로 일정하게 유지되며, 가변추(150)의 위치 조절을 통해 진폭의 조절만이 이루어지게 된다.
이처럼 본 발명에 따른 진동 스크린은 선별대상물의 특성에 따른 최적 진폭으로 스크린 본체(110)를 진동시킴으로써 선별의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있다.
특히, 선별작업이 이루어지는 과정에서 선별대상물의 함수비가 변화되는 경우, 실시간으로 스크린 본체(110)의 진폭을 변화시킬 수 있게 되므로, 상황에 따른 신속하고 능동적인 대응이 가능하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 스크린 본체 111: 선별망
120: 지지유니트 130: 회전체
131: 기준 무게추 140: 모터
150: 가변추 160; 이동수단
161: 스테핑 모터 162: 이송스크류
170: 제어기 190: 통신모듈
200: 변위계

Claims (4)

  1. 선별대상물을 통과분과 잔류분으로 선별하기 위한 다수의 선별공이 형성된 선별망(111)이 구비된 스크린 본체(110);
    상기 스크린 본체(110)를 지지하되, 스크린 본체(110)를 진동 가능한 구조로 지지하기 위한 스프링을 포함하는 것으로 이루어진 지지유니트(120);
    상기 스크린 본체(110)에 회전 가능한 구조로 설치되며, 회전 중심(CP)으로부터 벗어난 편심된 위치에 기준 무게추(131)가 위치하여 회전 시 진동을 발생시키도록 이루어진 회전체(130);
    상기 회전체(130)와 연결되어 회전체(130)를 회전시키는 모터(140);
    상기 회전체(130)의 회전 중심(CP)을 사이에 두고 기준 무게추(131)와 마주하는 방향에서 회전체(130)의 회전 중심(CP)에 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동이 가능한 구조를 갖도록 회전체(130)에 설치된 가변추(150);
    상기 가변추(150)를 이동시키는 이동수단(160);
    상기 모터(140)와 이동수단(160)을 제어하는 제어기(170); 및
    진동하는 상기 스크린 본체(110)의 진폭을 측정하는 변위계(200);를 포함하며,
    상기 제어기(170)는, 사전시험을 통해 결정된 선별대상물의 종류나 함수비에 따른 최적 진폭 데이터를 입력받아 저장하고, 관리자에 의해 입력되는 선별대상물의 종류 또는 수분 센서(210)에서 검출되는 선별대상물의 함수비에 대응하여 해당 선별대상물에 적합한 진폭 데이터를 호출하여 최적 진폭으로 산정하고, 산정된 최적 진폭에 따라 가변추(150)의 위치를 조절하되, 산정된 최적 진폭과 변위계(200)에서 측정되는 실제 진폭을 비교하여 최적 진폭과 실제 진폭의 오차에 따라 가변추(150)의 위치를 추가적으로 조절하여 스크린 본체(110)의 실제 진폭이 최적 진폭을 추종하도록 하는 피드백 제어기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단(160)은, 스테핑 모터(161)와, 상기 가변추(150)와 결합되며 스테핑 모터(161)에 의해 회전하면서 가변추(150)를 이동시키는 이송스크류(162)로 구성된 것을 특징으로 하는 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단(160)과 제어기(170) 간의 무선통신을 실시하여 제어기(170)의 제어신호를 이동수단(160)으로 전달하는 근거리무선통신수단을 구성하는 통신모듈(190)이 회전체(130)와 제어기(170)에 더 설치된 것을 특징으로 하는 가변추를 이용한 진동제어기능을 갖는 진동 스크린.
  4. 삭제
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