KR19990028882U - 쉐어 볼트 절손 및 크랙 감지 장치 - Google Patents

Abstract

셰어 볼트에 부착된 볼트 커넥터와 해드 및 너트측 링 커버 등으로 구성되어진 "몸체부", 해드 및 너트측 링에 탠션을 가지고 밀착되어 전원 공급하는 디택터를 비롯해 전원공급 및 감지하는 "디텍터부", 디텍터부에서 감지된 값을 저항값으로 계산, 처리하는 "회로부"와 회로부에서 계산된 값을 이용, 셰어볼트 이상여부(절손, 크랙 등)를 운전자에게 알려주는 "디스플레이부"로 구성되어 쉐어 볼트의 크랙 및 절손에 따른 전류값 변화를 저항값 변화로 변환시킨 뒤 운전실의 운전자에게 모니터를 통해 알려줌으로서 플랜지 커플링 커버를 분해하지 않고서 쉐어 BOLT의 이상여부를 감시함으로서 돌발고장에 의한 생산휴지에 따른 생산량 감소등의 문제점을 미연에 예방함을 특징으로 하는 "쉐어 볼트 크랙 및 절손 감지법과 장치"를 요지로 한다.

Description

쉐어 볼트 절손 및 크랙 감지 장치

본 고안은 열연공장의 사상압연기의 워크롤(WORK ROLL)을 회전시키기 위한 감속기와 모터 사이의 커플링(COUPLING)에 채용되어 과부하발생시 모터를 보호하고자 하는 목적의 쉬어 볼트가 과부하로 인해 크랙(CRACK) 발생이나 절손되는 과정을 감지하는 쉐어 볼트 절손 및 크랙 감지 장치에 관한 것이다.

도 1은 쉬어 볼트 형상을 나타내고, 도 2는 커플링과 쉬어 볼트 결합관계를 나타낸다. 또한 도 3은 커플링 단면도를 나타내며 도 4는 커플링 커버 조립도를 나타낸 것으로서, 상기 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 종래 기술 및 문제점을 상술하고자 한다.

열연공장의 사상압연기 내에 백 업 롤(BACK UP ROLL)과 워크 롤(WORK ROLL)이 한쌍씩 있는데, 이 워크 롤(WORK ROLL)은 위치에 따라 상,하부 워크 롤(TOP WORK ROLL, BOTTOM WORK ROLL)이라 부른다. 이 워크 롤(WORK ROLL)(이하 "WORK ROLL"이라 표기함)은 스핀들(SPINDLE)과 감속기, 샤프트(쉬프트) 플랜지 커플링(플랜지 COUPLING), 모터의 순으로 동력을 전달받아 회전한다.

플랜지 커플링은 감속기와 모터 사이에 샤프트(쉬프트)로 연결, 설치되어 있으며, 이 플랜지 양면에는 각각 8개의 구멍이 원주방향으로 뚫려 있는데, 여기에 볼트를 체결하여 두 플랜지를 밀착시켜 줌으로서 동력이 전달되게 하는 동력전달장치이다. 그리고 이렇게 동력을 전달하는 플랜지 커플링에 설치하는 볼트는 도 1에 도시된 바와 같이 셰어 볼트로 되어 있다.

셰어볼트의 형상은 일반적인 볼트와 같으나 단지 중간부분의 직경이 작아지는 형상을 갖추고 있다. 직경 "A"부와 직경 "C"부는 같고 직경 "B" 부분은 작게 되어 있다. 이것은 워크 롤(WORK ROLL)측으로부터 압연중에 전달되는 충격이나 과부하가 모터(모터)에 직접 전달되지 않도록 하기 위함인데, 만약 허용된 범위를 넘어선 과부하가 모터측으로 전달되어 오는 과정에서 플랜지(플랜지)를 거칠 때 직경이 작은 "B" 부분이 끊어짐으로서 양쪽 플랜지간의 마찰력이 없어짐으로서 모터측으로 과부하가 전달되어 않게 된다. 또한 "B" 부분이 먼저 끊어지게 되는 것은 인장강도나 전단강도는 단면적에 비례하므로 단면적이 작은 "B" 부분이 먼저 절손되게 된다. 위와 같이 압연중에 과부하가 발생될 경우, 모터(모터)를 보호하기 위하여 "B" 부분이 양측 플랜지의 접촉부에 위치하도록 설계되어 있다.

상술한 바와 같은 종래의 고안은 다음과 같은 문제점이 발생된다.

첫째 4개의 쉬어 볼트가 모두 절손되어야만 동력전달이 중단된다.

상기와 같이 모터를 보호할 목적으로 설치된 쉬어 볼트가 과부하나 충격에 의해 절손될 수 있다는 점에 문제점이 있다. 즉 플랜지에 설치된 4개의 쉬어 볼트는 서로간에 90도의 각도를 이루고 있으며, 이 네 개의 볼트가 모두 절손되었을 때, 동력전달이 중단되게 된다. 만약 어떤 충격으로 인해 단 하나의 쉬어 볼트만 절손되었다면 나머지 세 개의 볼트의 결합력으로 인해 플랜지 커플링을 통한 동력전달이 이루어지게 된다.

즉, 동력전달을 중단하여야 할 시점에서 정확하게 중단되지 못하고 또 다른 과부하나 충격이 발생하여 나머지 세 개의 볼트를 절손될 때까지 계속 동력은 전달되게 되므로 모터나 압연설비에 과부하나 충격이 전달되어 대형설비 사고를 유발하게 된다.

둘째 1개의 쉬어 볼트가 절손되어도 절손여부 확인이 불가능하다.

쉬어 볼트가 설치되어 있는 플랜지 커프링은 그 직경이 1m가 넘는 대형 설비로서 회전하는 회전체로 안전사고의 위험이 높아 커버에 의해 덮여져 있다. 도시된 도 4와 같이 상부에 볼트링되며, 하부는 베이스에 볼트링되어 분해하여 점검한다는 것은 모터의 회전중체는 불가능하고, 또한 모터 정지후에도 그 크기가 커서 분해하기 매우 난이하다. 상기한 이유로 쉬어 볼트 점검은 난이하며 특히 볼트가 절손되었다 할지라도 플랜지에서 빠져나오는 경우도 있지만, 나오지 않는 경우도 있어 점검시 절손여부를 찾기 힘들다. 더욱이 절손이 진행되는 과정에서 쉬어 볼트의 절손여부를 하는 것은 설비를 정지시키고서 볼트를 해체하여 확인하지 않고는 절대 불가능하다. 그런 이유로 쉬어 볼트 4개가 모두 끊어져야만 정비를 하게 된다. 위와 같이 압연설비나 모터가 과부하나 충격에 의한 위험(DAMAGE)를 입은 후에야 쉬어 볼트를 교환하고 과부하의 원인을 체크(CHECK)하여 왔다.

셋쩨 1개의 쉬어 볼트가 절손되면 비교적 적은 과부하나 충격으로 나머지 세 개의 쉬어 볼트가 순차적으로 절손되어 동력전달이 중단된다.

상기 플랜지 커플링에 체결된 4개의 쉬어 볼트는 동력전달에 필요한 강도를 가지고 있어 이 4개의 쉬어 볼트중 하나만 절손되게 되어도 나머지 3개의 볼트가 기존에 4개가 받던 부하를 나누어 받게 된다. 그렇게 되면 나머지 세 개의 쉬어 볼트는 절손될 만큼의 과부하가 아닌 그보다도 더 작은 부하에서도 절손되어 실질적인 과부하 원인 채크를 어렵게 하는 요인으로 작용하였다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 쉬어 볼트가 절손이 진행되는 것을 감지하여 설비에 무리가 가는 것을 막고 또한 쉬어 볼트 절손으로 인한 정지시간을 없애므로서 생산량을 증가하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 쉬어 볼트에 부착된 볼트 커넥터와 헤드 및 너트측 링 커버 등으로 구성되어진 몸체부와, 헤드 및 너트측 링에 탠션을 가지고 밀착되어 전원 공급하는 디택터를 비롯해 전원공급 및 감지하는 디텍터부와, 상기 디텍터부에서 감지된 값을 저항값으로 계산 처리하는 회로부와, 상기 회로부에서 계산된 값을 이용, 셰어볼트 이상여부를 운전자에게 알려주는 디스플레이부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 쉬어 볼트 크랙 및 절손 감지 장치에 의하여 달성된다.

도 1은 쉐어 볼트 형상.

도 2는 커플링과 쉐어 볼트 결합관계.

도 3은 커플링 단면도.

도 4는 커플링 커버 조립도.

도 5는 본 고안의 장치 조립도.

도 6은 본 고안의 커플링 사시도.

도 7은 본 고안의 완성도.

도 8은 디택터의 분해사시도.

도 9는 디택터의 조립도.

도 10은 본 고안의 전체 결합도.

도 11은 본 고안의 회로도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

1. 바측 연결부 2. 바

3. 홀더 4. 고정용 볼트

5. 캐이블 연결용 볼트 6. 브라켓트

7. 절연 링 8. 디택터 암

9. 디택터 10. 프래임측 연결부

11. 핀 12. 베이스

13. 프래임 14. SP링

15. 스토퍼 16. 쉬어 볼트

17. 너트 18. 2-3, 1-4간 너트 커넥터

19. 헤드측 링 20. 1-2간 볼트 커넥터

21. 헤드측 커버 22. 헤드측 홀용 커버

23. 헤드측 분리 커버 24. 감속기측 쉬프트

25. 플랜지 26. 너트측 쉬프트

27. 너트측 링 28. 너트측 커버

29. 3-4간 볼트 커넥터 30. 헤드측 홀용 커버

도 5는 본 고안의 장치 조립도이고, 도 6은 본 고안의 커플링 사시도로서,

이하본 고안은 셰어 볼트(쉬어 볼트)에 부착된 "몸체부", 전원공급 및 감지하는 "디텍터부", 감지된 신호를 처리하는 "회로부", 셰어볼트 이상 여부를 운전자에게 알려주는 "디스플레이부" 네부분으로 대별될 수 있다.

먼저 몸체부는 원주방향으로 90。 간격의 4개 구멍을 가진 플랜지(24)와 모터측 플랜지와 키(KEY)에 의해 결합된 모터측 샤프트(쉬프트)(26), 감속기측 플랜지와 키(KEY)에 의해 결합된 감속기측 샤프트(쉬프트)(24), 감속기측 플랜지(25)의 외측면을 둘러싸는 형상으로 결합되며, 플랜지의 4개의 홀에 끼워 맞춰지고 내부에는 셰어볼트(16)가 끼워지는 형상의 헤드 측 홀용 커버를 4개 가지고 있으며, 절연물질인 경질고무(RUBBER)로 제작된 헤드측 커버(21), 헤드측 커버를 조립하고 너트측 링(27)을 헤드측 커버의 홈에 끼워 조립한 후, 덮어 절연하는 헤드측 분리 커버(23), 도체인 구리로 제작되었으며, 1-2간 볼트 커넥터와 일체형으로 제작된 헤드측 링(19), 모터측 플랜지(25) 외측면을 둘러싸는 형상으로 결합되며, 플랜지의 4개 홀에 끼워 맞춰지고 내부에는 셰어볼트(16)가 끼워지는 형상의 너트측 홀용 커버(30)를 4개 가지고 있으며, 절연물질인 경질고무(RUBBER)로 제작된 너트측 커버(21), 헤드측 커버를 조립하고 너트측 링(27)을 너트측 커버의 홈에 끼워 조립한 후, 덮어 절연하는 너트측 분리 커버(31), 도체인 구리로 제작되었으며, 3-4간 볼트 커넥터와 일체형으로 제작된 너트측 링(27), 2-3간 너트 커넥터 1-4간 너트 커넥터(18), 1-2간 볼트 커넥터와 3-4간 볼트 커넥터를 관통하여 헤드측 홀용 커버(22), 플랜지(25), 너트측 홀용 커버(30)을 차례로 관통시킨 뒤, 2-3간 너트 커넥터와 1-4간 너트 커넥터(18)를 관통한 뒤, 너트(17)에 결합되는 셰어볼트(쉬어 볼트)(16)으로 구성되어 있다. 플랜지의 외경은 플랜지 외경= 헤드측, 너트측 커버 내경 < 헤드측, 너트측 커버 외경 < 헤드측, 너트측 링 내경과 같은 식으로 구한다.

도 8은 디택터의 분해사시도이고, 도 9는 디택터의 조립도로서, 디텍터부는 두 개의 디텍터가 한 쌍을 이루고 있으며, 그중 하나에 대해서 설명키로 한다. 커플링 커버에 볼트에 연결, 부착되는 베이스(베이스)(12) 일단에는 프레임(프래임)측 연결부(10)을 가지고 있으며, 다른 일측에는 스프링(14)이 고정되는 환봉형의 스토퍼(스토퍼)(15)를 가진 프레임(프래임)(13) 일측에는 HOLDER(3)와 고정용 볼트(4)로 연결하여 절연 링(링)(7)을 고정시킬 수 있는 바(2)는 다른 일측에 스토퍼(15)로 SP링(14)를 고정시킬 수 있으며 중앙부에는 핀(PIN)(11)으로 프래임측 연결부(10)과 결합시킬 수 있는 바측 연결부(1)가 있다. 또한 헤드 측 링(19)과 너트측 링(27)에 면접촉되는 디텍터(9)와 디텍터(9)를 지지하는 환봉형의 디텍터 아암(8)에는 절연물질인 고무로 만들어진 절연 링(링)(7)이 취부되어 있으며, 디텍터 아암(8)의 다른 일측에는 케이블(캐이블)을 연결하기 위한 브라켓트(6)과 캐이블 연결용 볼트(5)가 있다.

도 7은 본 고안의 완성도로서, 나머지 회로부는 전원공급된 쉬어 볼트에서 나타나는 전압의 변화를 저항값으로 환산해 주는 회로로 구성되어 있으며, 이를 디스플레이부인 운전실의 모니터에 전송할 수 있도록 신호변환하는 변환회로를 포함하고 있다.

이하 고안의 작용에 대해 설명한다

도 10은 본 고안의 전체 결합도이고, 도 11은 본 고안의 회로도로서, 도체인 철(Fe)를 주성분으로 하는 쉬어 볼트와 플랜지(플랜지)를 완전히 절연시키기 위해 헤드측 및 너트측 커버 (21, 28)와 헤드측 홀용 커버(22), 너트측 홀용 커버(30)을 채용하고 있다.

즉 다시말해서 기존에 설치되어 있는 플랜지 커플랭(25)와 쉬프트(24, 26)을 헤드측 링(19)와 너트측 링으로부터 완전히 절연시키기 위해 그들 사이에 절연물질인 고무로 된 헤드측 커버(21)과 너트측 커버(28)을 각각 취부하였으며, 플랜지 커플링(25)에 설치된 쉬어 볼트가 끼워질 홈과 쉬어 볼트간의 절연을 위하여 헤드측 홀용 커버(22)와 너트측 홀용 커버(30)를 쉬어 볼트와 플랜지 홀 사이에 끼운체로 결합시킴으로서 절연시킨다. 디텍터부의 바(2)는 바측 연결부(1)을 중심으로 지렛대 역할을 하게 되는데, SP링(14)이 펼쳐지려함으로서 고정용 볼트(4)와 홀더(3)에 의해 고정된 디택터 암(8)과 절연 링(링)(7)을 함께 그림의 아랫방향으로 누르는 힘을 발생시킨다. 그렇게 함으로서 디택터(9)와 헤드측, 너트측 링(19), (27)은 밀착되어 플랜지(25)가 회전하더라도 계속 접촉되게 된다. 또한 직류전원 220V는 디택터 암(8) 상부의 브라켓트(6)와 캐이블 연결용 볼트로 전원 공급용 캐이블을 고정시켜 전원을 공급한다.

이렇게 해서 공급된 전원은 디택터(9)를 통해 헤드측 링(19)와 1-2간, 3-4간, 1-4간, 2-3간 볼트 커넥터(20), (29), (18)에 고정된 #1, #2, #3, #4 쉬어 볼트에 전원이 공급되며, 회로부에서는 공급된 전원의 전류값을 저항값으로 계산(환산)하여 정상상태의 쉬어 볼트 저항값과 비교하여 커졌을 때 그 정도에 따라 쉬어 볼트 낵크부 크랙 진행 정도를 케이블을 통해 운전실의 모티터상에 나타내게 된다.

즉 모니터에는 처음 취부하였을 때 쉬어 볼트의 정상 상태 저항값에서부터 계속적으로 저항값의 변화를 표시하여 줌으로서 운전자에게는 보이지 않는 쉬어 볼트의 절단이나 크랙 정도를 알아볼 수 있게 함으로서 압연(운전)중에 느닷이 쉬어 볼트가 절손되어 압연이 중지되는 일을 미연에 방지하여 줄 수 있다. 이하 쉬어 볼트의 크랙 발생시 전륙밧이나 저항값의 변화에 대해서는 뒷 PAGE의 본 고안의 원리에 설명키로 한다.

앞과 같이 공급된 전원은 도 11 같은 회로를 통해 전원이 공급된다. 즉 다시말해 #1, #2 쉬어 볼트는 직렬로, #3, #4 쉬어 볼트는 병렬로 접속되어 있다. 여기서 4개의 쉬어 볼트는 동일재질과 동일형상(길이, 직경, 나사산)으로서 동일한 저항을 가진다. 그와 같은 동일저항을 "R"이라고 표현하고 저항 R 4개를 병열로 연결한 경우 그 전체 저항은 수식 1과 같다.

상기의 식에서 본 회로는 정상일 경우 저항치는 "R"이 된다. 그러나 회로부에서 측정할 경우, 계속 전원이 공급된 상태에서는 저항 값을 알 수 없다. 단, 전압, 저항, 전류간의 관계는 전압(V) = 전류 (I) x 저항(R)에서 저항(R) = 전압(V)/전류(I)가 됨을 알 수 있다. 윗 식에서 처럼 저항값은 전류값에 반비례하며, 또한 저항값은 전압에 비례하게 된다. 위의 원리를 이용하여 전원이 계속 공급된 상태에서 전압은 일정하게(DC 220V) 공급하게 됨으로서 전류를 측정하여 회로부에서 저항의 변화량을 계산한다. 전압이 일정한 상태에서는 전류값은 저항값과 반비례하게 된다. 즉 다시 말해서 전류값이 커지면 저항은 작아지고, 전류값이 작아지면 저항은 커진다.

여기서, 만약 쉬어 볼트에 크랙이 발생하게 되면 저항은 단면적에 반비례하므로 저항값은 커지게 된다. 그러한 크랙이 점점 진행되어 쉬어 볼트가 완전히 절손되게 되면 저항값은 무한대(∞)가 된다. 이 때의 전류값은 점점 작아지다가 "0"이 된다. 다시 말해서 쉬어 볼트에 크랙이 발생되면 저항값이 커지게 됨에 따라 일정한 전압상태에서 전류값이 작아지고, 절손되면 저항값이 무한대가 됨에 따라 전류값은 "0"가 된다. 이러한 원리로 쉬어 볼트의 크랙이나 절손된 상태를 알 수 있게 된다.

쉬어 볼트 한 개의 저항은 10Ω이라 하면 본 고안의 회로 저항은 10Ω으로 나타난다. 하지만 한 개의 쉬어 볼트에 크랙이 발생되어 저항이 20Ω이 될 경우 전체저항을 계산하면 다음과 같다. 결국, 10Ω의 저항 4개가 병렬로 연결되어 있다가 4개의 저항중 1개의 저항이 20Ω로 변한 것이다. 이것을 계산하면 아래의 수식 2와 같다.

위와 같이 한 개의 쉬어 볼트에 크랙이 발생되었을 경우, 회로의 전체 저항값이 커지게 된다. 즉, 저항값의 증가는 쉬어 볼트의 크랙 발생으로 볼 수 있다. 이렇게 측정된 저항값은 운전실의 모니터에 디스플레이 되어 운전자에게 쉬어 볼트의 이상유무를 가르쳐 주게 된다.

앞에서 설명한 바와 같이 쉬어 볼트가 취부되어 있는 플랜지 커플링은 큰 용량의 동력을 전달하는 커플링으로서 그 크기가 크고 중량물이며 또 커버로 덮여 있어 커버를 취외시킨 후에야 점검이 가능하며, 쉬어 볼트에 크랙 발생시 플랜지 커플링 커버를 열고 직접 쉬어 볼트를 분해하여 절손 여부를 점검할 수 있으며, 이렇게 점검하더라도 육안으로 식별이 어려운 크랙을 저항값의 변화를 이용하여 운전실에서 쉬어 볼트의 절손 및 크랙 진행 상태를 계속적으로 감시함으로서 돌발적인 설비 정지를 미여에 예방하고, 예지함으로서 생산성 향상 및 생산휴지시간을 감소시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 쉬어 볼트에 부착된 볼트 커넥터와 헤드 및 너트측 링 커버 등으로 구성되어진 몸체부와, 헤드 및 너트측 링에 탠션을 가지고 밀착되어 전원 공급하는 디택터를 비롯해 전원공급 및 감지하는 디텍터부와, 상기 디텍터부에서 감지된 값을 저항값으로 계산 처리하는 회로부와, 상기 회로부에서 계산된 값을 이용, 셰어볼트 이상여부를 운전자에게 알려주는 디스플레이부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 쉬어 볼트 크랙 및 절손 감지 장치.