KR20030079123A - Power-free pipe gripping apparatus with self-controlled - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무동력 파이프 자율 파지장치에 관한 것으로, 볼과 스프링을 이용하여 외부 동력의 사용 없이 하부에 위치한 파이프를 상부에서 인출하고자 할 때, 또는 무거운 파이프를 들어올릴 때 사용할 수 있는 무동력 파이프 자율 파지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-powered pipe autonomous gripping apparatus, a non-powered pipe autonomous gripping apparatus that can be used to take out the pipe located at the bottom without using the external power using the ball and the spring, or to lift a heavy pipe. It is about.
일반적으로 물건을 잡는 장치를 파지장치라 부르는데 이들 중 외부 동력에 의하지 않고 장치자체의 기구학적 메커니즘에 의해 파지 할 수 있는 장치를 자율 파지장치하고 한다. 그러나 종래의 파지장치들 중 사람 손의 힘을 이용한 동력 전달방식은 힘의 전달 메커니즘의 한계 때문에 파지 하고자 하는 물체와 근거리에서 만 사용할 수 있으며, 원거리 즉 2∼10m정도에서는 사용이 불가능하였다. 특히, 원자력 발전소에 있는 가압기(pressurizer)는 높이가 10m 정도의 큰 구조물로 그 내부 8m 아래에는 파이프 형태의 전열관(rod-heater)들이 박혀 있으며, 이 전열관을 교체하려 할 때에는 먼저 기존의 전열관을 뽑아 내야 한다. 그러나, 상기 가압기 내부는 방사능 오염 지역이므로 작업자의 접근이 쉽지 않을 뿐만 아니라 내부에 들어갈 수 있는 맨홀은 상부에 있어 작업자가 로프를 타고 내려가 작업을 수행해야하므로, 작업자의 안전에 심각한 위협을 주고, 작업 시간이 지연되며, 작업능률이 저하되는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.Generally, a device for holding an object is called a gripping device. Among them, an autonomous gripping device is a device that can be gripped by the kinematic mechanism of the device itself and not by external power. However, among the conventional holding devices, the power transmission method using the power of the human hand can be used only at the object to be gripped and the short distance due to the limitation of the force transmission mechanism, and it is not possible to use it at a long distance, that is, about 2 to 10 m. In particular, the pressurizer in a nuclear power plant is a large structure of about 10m in height, and there are pipe-shaped rod-heaters embedded below 8m inside of it. You have to pay. However, since the inside of the pressurizer is a radioactive contamination area, not only the worker's access is easy, but also the manhole that can enter the inside is at the top, so that the worker has to go down the rope to perform the work, which poses a serious threat to the safety of the worker. There are various problems such as time delay and work efficiency deterioration.
물론 전가, 공압, 유압 등과 같은 외부 동력을 사용한 파지장치들은 원거리에서의 사용이 가능하지만 동력전달을 휘한 전기선, 공압 또는 유압의 전달장치 등이 필요하고, 이로 인하여 장치가 복잡해지며 경제적 부담이 가중되는 등 문제점이 있었다.Of course, gripping devices using external power, such as imputation, pneumatics, and hydraulics, can be used at a long distance, but electric power lines, pneumatics, or hydraulic transmission devices that transmit power are required. Etc. There was a problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 외부동력 없이 비교적 원거리에 위치한 파이프를 이송하고, 작업자의 접근이 어려운 지점에서의 작업이 용이하여 작업능률을 향상시킬 수 있는 무동력 파이프 자율 파지장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in consideration of the above problems, the purpose of which is to transfer the pipe located at a relatively long distance without external power, the non-powered pipe autonomous which can improve the work efficiency by easy work at the point that the worker is difficult to access It is to provide a holding device.
본 발명은 금속 원주 중앙부에 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성된 몸체부와, 상기 몸체부에 형성된 삽입홀과 일정거리를 유지하고, 몸체부 상부면과 일정각도의 기울기를 구비하며, 일측단이 몸체부 상부면과 연결됨과 동시에, 걸림턱이 형성된 타측단이 삽입홀 중간부와 연결되는 다수개의 경사홀과, 상기 다수개의 경사홀 내로 각각 삽입되는 볼과 스프링과, 상기 몸체부 상부면과 연결되는 다수개의 경사홀 일촉단에 삽입되어 볼 및 스프링의 상부 이탈을 방지하는 볼트를 포함하여 구성되어 볼, 스프링, 파이프와 볼 사이의 마찰력에 의해 외부 동력없이 파이프의 무게를 이용하여 파이프를 자율 파지하는 무동력 자율 파지장치를 제공함에 있다.The present invention maintains a predetermined distance from the insertion hole formed in the body portion and the insertion hole formed in the center of the metal circumference, the body portion has a predetermined angle of inclination with the upper surface of the body portion, one end of the body A plurality of inclined holes connected to the upper part of the upper surface, and the other end of the engaging jaw is connected to the middle portion of the insertion hole, balls and springs respectively inserted into the plurality of inclined holes, and connected to the upper surface of the body part It is composed of bolts inserted into a plurality of inclined holes at one end to prevent the ball and the spring from falling off, and autonomously grips the pipe using the weight of the pipe without external power by the friction force between the ball, the spring and the pipe. The present invention provides a non-powered autonomous gripping device.
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도1 is an exemplary view showing a configuration according to the present invention
도 2 는 파이프의 상부 방향 작동상태도Figure 2 is an operating state of the upper direction of the pipe
도 3 은 파이프의 하부 방향 작동상태도Figure 3 is a downward working state of the pipe
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
(1) : 몸체부 (2) : 경사홀(1): body portion (2): inclined hole
(3) : 볼 (4) : 스프링(3): ball (4): spring
(5) : 볼트 (6) : 파이프(5): bolts 6: pipes
(11) : 삽입홀 (12) : 몸체부 상부면(11): Insertion hole (12): Body upper surface
(21) : 걸림턱21: hanging jaw
P : 볼과 파이프의 접촉 반력P: Reaction of contact between ball and pipe
R : 볼과 몸체의 접촉 반력R: Reaction of contact between ball and body
F : 스프링의 압축 복원력F: compressive restoring force of spring
f1 : 볼과 몸체 사이의 마찰 계수f1: coefficient of friction between the ball and the body
f2 : 볼과 파이프 사이의 마찰 계수f2: coefficient of friction between the ball and the pipe
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 파이프가 삽입되는 몸체부(1)와 상기 몸체부(1)에 일정 기울기를 구비하고 형성된 경사홀(2)과 상기 경사홀(2)내로 삽입되는 볼(3) 및 스프링(4)과 상기 볼(3)과 스프링(4)의 이탈을 방지하는 볼트(5)로 구성되어 볼(3), 스프링(4), 파이프(6)와 볼(3) 사이의 마찰력에 의해 외부 동력없이 파이프(6)의 무게를 이용하여 자율 파지하도록 되어 있다.Figure 1 shows an exemplary view showing a configuration according to the present invention, the present invention is a body portion 1 and the inclined hole (2) formed and provided with a predetermined slope in the body portion 1 is inserted into the pipe Ball 3 and spring 4 inserted into the inclined hole 2 and bolts 5 to prevent the ball 3 and spring 4 from being separated. By the frictional force between the pipe 6 and the ball 3, autonomous gripping is performed using the weight of the pipe 6 without external power.
상기 몸체부(1)는 금속 원주 중앙부에 파이프(6)가 삽입되는 삽입홀(11)이 형성되고, 상기 삽입홀(11)을 중심으로 일정거리 및 일정 각도를 유지하며 3개의 경사홀(2)이 형성되어 있다. 즉, 상기 경사홀(2)은 일측이 몸체부 상부면(12)과 연결되고, 타측이 삽입홀(11)의 중간부와 연결되도록 몸체부 상부면과 일정 기울기를 구비하며 몸체부(1)내에 형성되어 있다.The body portion 1 has an insertion hole 11 into which a pipe 6 is inserted in the center of the metal circumference, and maintains a predetermined distance and an angle with respect to the insertion hole 11 and three inclined holes 2. ) Is formed. That is, the inclined hole (2) has a body portion upper surface and a predetermined slope so that one side is connected to the body portion upper surface 12, the other side is connected to the middle portion of the insertion hole 11 and the body portion (1) It is formed inside.
상기 볼(3)과 스프링(4)은 몸체부 삽입홀(11)을 중심으로 일정거리 및 일정각도를 유지하며 몸체부(1)내에 형성된 경사홀(2)내로 삽입·설치되는 것으로, 몸체부 상부면(12)과 연결된 경사홀(2)의 일측단에 설치되는 볼트(5)와 몸체부 삽입홀(11) 중간부와 연결되는 경사홀(2) 타측단에 형성된 걸림턱(21)에 의해 경사홀(2) 외부로의 이탈이 방지된다.The ball (3) and the spring (4) is to be inserted and installed into the inclined hole (2) formed in the body portion 1 while maintaining a predetermined distance and a predetermined angle around the body portion insertion hole 11, the body portion On the locking jaw 21 formed at the other end of the bolt (5) is installed on one side end of the inclined hole (2) connected to the upper surface 12 and the inclined hole (2) connected to the middle portion of the body insertion hole (11) This prevents the departure to the outside of the inclined hole (2).
즉, 금속 원주 몸체부(1)의 중앙보에 파이프(6)가 삽입되는 삽입홀(11)이 형성되고, 그 주위에 3개의 경사홀(2)이 일정 거리 및 일정 기울기를 구비하며 몸체부 상부면(12)에서 삽입홀(11) 중간부로 연결·형성되어 있으며, 상기 경사홀(2)내로 몸체부 상부면(11)과 연결된 경사홀(2) 일측단을 통해 볼(3)과 스프링(4)을 순차적으로 삽입한 다음, 몸체부 상부면(12)과 연결된 경사홀(2) 일측단을 볼트(5)로 막도록 되어 있다.That is, an insertion hole 11 into which the pipe 6 is inserted is formed in the central beam of the metal circumferential body portion 1, and three inclined holes 2 have a predetermined distance and a predetermined slope around the body portion. The ball 3 and the spring are connected and formed from the upper surface 12 to the middle portion of the insertion hole 11, and through one end of the inclined hole 2 connected to the upper surface 11 of the body part into the inclined hole 2. After inserting (4) sequentially, one side end of the inclined hole (2) connected to the upper surface of the body portion 12 is to block with a bolt (5).
도 2 는 파이프의 상부 방향 작동상태도를, 도 3 은 파이프의 하부 방향 작동상태도를 도시한 것으로, 본 발명은 볼(3)과 스프링(4) 그리고 파이프(6)와 볼(3) 사이의 마찰력에 의해 볼(3)과 스프링(4)이 삽입되어 있는 경사홀(2) 방향 즉, 몸체부(1) 하부 방향으로의 파이프(6) 이탈을 방지하고, 상부 방향으로는 적은 힘으로도 이탈이 가능하도록 되어 있다.FIG. 2 is a diagram showing an upward working state of the pipe, and FIG. 3 is a diagram showing a downward working state of the pipe. The present invention provides a friction force between the ball 3 and the spring 4 and the pipe 6 and the ball 3. This prevents the pipe 6 from escaping in the direction of the inclined hole 2 in which the ball 3 and the spring 4 are inserted, that is, the lower portion of the body portion 1, and also with a small force in the upper direction. This is made possible.
즉, 파이프(6)가 몸체부(1)의 상부방향으로 움직일 경우(파이프를 상부로 분리하고자 할 경우) 도 2 에서 볼(3) 에 대한 수평 및 수직 방향 힘의 평형방정식은That is, when the pipe 6 moves in the upper direction of the body portion 1 (to separate the pipe upwards), the equilibrium equation of the horizontal and vertical forces for the ball 3 in FIG.
수평방향 : F cos(q) + R sin(q) - f1 R cos(q) - P = 0Horizontal direction: F cos (q) + R sin (q)-f1 R cos (q)-P = 0
수직방향 : -F sin(q) + R cos(q) + f1 R cos(q) + f2 P = 0Vertical direction: -F sin (q) + R cos (q) + f1 R cos (q) + f2 P = 0
이 되며, 위 식들을 R, P에 대하여 풀고 정리하면, P는Solving the above equations for R and P
P = F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) + ( f1 + f2 ) sin(q) ]P = F / [(1-f1 f2) cos (q) + (f1 + f2) sin (q)]
가 된다. 따라서 파이프(6)가 장치의 상부방향으로 움직일 경우 즉, 상부 방향으로 분리하고자 할 경우 볼이 3개 있으므로, 필요한 최소한의 힘 H1 은 식1과 같다.Becomes Therefore, if the pipe 6 moves in the upper direction of the apparatus, that is, if there are three balls to be separated in the upper direction, the minimum force H1 required is equal to Eq.
(식1)(Eq. 1)
H1 = 3 f2 P = 3 f2 F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) + ( f1 + f2 ) sin(q) ]H1 = 3 f2 P = 3 f2 F / [(1-f1 f2) cos (q) + (f1 + f2) sin (q)]
또한, 파이프(6)가 몸체부(11)의 하부 방향으로 움직일 경우 즉, 파이프(6)가 몸체부 (1)의 아래 방향으로 이탈하려 할 경우, 도 3 에서 볼(3)에 대한 수평 및 수직 방향 힘의 평형방정식은In addition, when the pipe 6 moves in the downward direction of the body portion 11, that is, when the pipe 6 tries to break down in the downward direction of the body portion 1, the horizontal and The equilibrium equation of vertical force
수평방향 : F cos(q) + R sin(q) + f1 R cos(q) - P = 0Horizontal direction: F cos (q) + R sin (q) + f1 R cos (q)-P = 0
수직방향 : -F sin(q) + R cos(q) - f1 R cos(q) - f2 P = 0Vertical direction: -F sin (q) + R cos (q)-f1 R cos (q)-f2 P = 0
이 되며, 위 식들을 R, P에 대하여 풀고 정리하면, P 는If you solve the above equations for R and P and sum them up, P is
P = F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) - ( f1 + f2 ) sin(q) ]P = F / [(1-f1 f2) cos (q)-(f1 + f2) sin (q)]
가 된다. 따라서 파이프(6)가 몸체부(1)의 상부 방향으로 움직일 경우 즉, 하부 방향으로 이탈하려 할 경우, 볼이 3개 있으므로 필요한 최소한의 힘 H2는 식2와 같다.Becomes Therefore, when the pipe 6 is moved in the upper direction of the body portion 1, that is, when trying to escape in the lower direction, there are three balls, so the minimum required force H2 is as shown in Eq.
(식2)(Eq. 2)
H2 = 3 f2 P = 3 f2 F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) - ( f1 + f2 ) sin(q) ]H2 = 3 f2 P = 3 f2 F / [(1-f1 f2) cos (q)-(f1 + f2) sin (q)]
상기 식 1과 식 2를 비교해 보면 경사각(q)가 0°에서 90°사이에 있을 경우, sin(q)는 양수가 되어 H2 의 분모가 H1 의 분모보다 작게 된다. 즉, H2 의 값을 H1 의 값보다 크게 만드는 효과를 가져온다. 다시 말하면 파이프(6)를 몸체부(1)의 상부 방향으로 빼는 경우보다 하부 방향으로 빼는 경우에 더 큰 힘을 필요로 하게 된다. 따라서 경사홀(2)의 경사각도(q)와, 스프링(4)에 의한 힘(F)를 조절하여 몸체부(1)의 아래 방향으로 파이프(6)를 빼려 할 경우에 필요한 최소한의 힘 H2를 파이프(6)의 무게보다 크게 하면, 파이프(6)가 아래 방향으로 빠지지 않게 된다.Comparing Equation 1 and Equation 2, when the inclination angle q is between 0 ° and 90 °, sin (q) becomes positive and the denominator of H2 is smaller than the denominator of H1. That is, the effect of making the value of H2 larger than the value of H1. In other words, when pulling the pipe 6 in the lower direction than in the upper direction of the body portion 1 requires a greater force. Therefore, the minimum force H2 required to pull out the pipe 6 in the downward direction of the body part 1 by adjusting the inclination angle q of the inclination hole 2 and the force F by the spring 4 is made. If it is larger than the weight of the pipe 6, the pipe 6 does not fall downward.
이하 본 발명을 실시 예에 의거하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described based on Examples.
(실시 예)(Example)
두 물체 사이의 마찰 계수는 재질, 표면 거칠기, 두 물체간의 작용 압력 등에 따라 달라지는데 원과 평면이 접할 때 그 접하는 면적이 매우 작아 작용 압력이 높아지게 된다. 이 경우, 철 사이의 마찰계수는 대략 0.3에서 0.4사이의 값을 갖는다.The friction coefficient between two objects depends on the material, surface roughness, and working pressure between two objects. When the circle and plane contact each other, the contact area is very small, which increases the working pressure. In this case, the coefficient of friction between irons has a value between approximately 0.3 and 0.4.
볼(3)과 몸체(1) 사이의 마찰계수 f1 및 볼(3)과 파이프(6) 사이의 마찰계수 f2가 동일하다고 보고, 다음 값을 갖는다고 하면If the friction coefficient f1 between the ball 3 and the body 1 and the friction coefficient f2 between the ball 3 and the pipe 6 are the same,
마찰 계수 f : 0.39Coefficient of friction f: 0.39
경 사 각 q : 45°Tilt angle q: 45 °
스프링 힘 F : 15 kgfSpring force F: 15 kgf
일 경우, 이를 식1과 식2에 대입하면, 파이프(6)를 몸체부(1) 상부로 분리하고자 할 때 필요한 최소한의 힘 H1 은 15.2 kgf가 되고, 본 발명이 파지 할 수 있는 하부방향의 최대 힘 H2 는 365kgf가 된다. 결국 파이프(6)가 몸체부(1)의 상부방향으로 이탈할 시에는 작은 힘으로도 쉽게 빠질 수 있으나, 하부방향으로 이탈할 시에는 매우 큰 힘이 가해져도 빠지지 않는다.In this case, by substituting this into Equation 1 and Equation 2, the minimum force H1 required to separate the pipe 6 into the upper part of the body 1 is 15.2 kgf, and the lower direction of the present invention can be gripped. The maximum force H2 is 365 kgf. As a result, when the pipe 6 is separated in the upper direction of the body portion 1 can be easily pulled out with a small force, when it is released in the lower direction, even if a very large force is applied.
즉, 본 발명을 이용하여 파이프(6)를 이송하고자 할 경우, 먼저 몸체부(1)의 중앙에 형성된 삽입홀(11)내로 파이프(6)를 삽입하면, 삽입되는 파이프(6)에 의해 볼(3)들이 경사홀(2)내로 밀려들어가면서 스프링(4)이 압축된다. 이와 같은 상태(파이프가 삽입된 상태)에서 본 발명을 들어올리면 볼(3)과 파이프(6)의 마찰력, 스프링(4)의 복원력 등이 상호 작용하여 파이프(6)가 아래 방향으로 이탈하는 것을 방지하게 된다. 결국 파이프(6)는 본 발명과 같이 상부로 들어 올려지게 된다.That is, when the pipe 6 is to be transferred using the present invention, first, when the pipe 6 is inserted into the insertion hole 11 formed in the center of the body 1, the pipe 6 is inserted into the ball. The springs 4 are compressed as they are pushed into the inclined hole 2. When the present invention is lifted in such a state (the pipe is inserted), the friction force of the ball 3 and the pipe 6, the restoring force of the spring 4, and the like interact with each other to prevent the pipe 6 from moving downward. Will be prevented. Eventually the pipe 6 is lifted upwards as in the present invention.
상기와 같이 파이프(6)를 파지하여 원하는 장소로 이송한 후, 파이프(6)를 몸체부(1)의 상부 방향으로 뽑으면 볼(3)들이 밀려들어가면서 파이프(6)가 상부방향으로 빠져 나오게 된다.After holding the pipe (6) as described above and transported to the desired place, if the pipe (6) is pulled in the upper direction of the body portion 1, the ball (3) is pushed in and the pipe (6) is pulled out in the upper direction. .
이와 같이 본 발명은 외부의 동력 없이 파이프를 파지 할 수 있으며, 강선에 매달아 사용할 경우, 비교적 원거리에 있는 파이프를 파지 할 수 있으며, 원하는 장소로 이송할 수 있다. 특히, 원자력 발전소에 있는 가압기(pressurizer) 내부 하부에 있는 전열관(rod-heater)의 교체시, 상부에 모터 구동 드럼을 설치하고 강선 끝에 본 발명을 부착하여 가압기 내부의 전열관을 용이하게 파지·이송할 수 있으므로, 작업시간을 단축하고, 작업자의 안전을 도모하며, 작업효율을 향상시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.As described above, the present invention can grip a pipe without external power, and when used by hanging on a steel wire, the pipe can be gripped at a relatively long distance and can be transported to a desired place. In particular, when replacing the heat-heater (rod-heater) in the lower part of the pressurizer in the nuclear power plant, the motor drive drum is installed on the upper part and the present invention is attached to the end of the steel wire to easily grip and transfer the heat pipe inside the pressurizer. This can shorten the working time, promote the safety of the worker, and improve the working efficiency.
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