KR200454798Y1

KR200454798Y1 - 지반 굴착용 공압해머

Info

Publication number: KR200454798Y1
Application number: KR2020100006408U
Authority: KR
Inventors: 임병덕
Original assignee: 임병덕
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-07-28

Abstract

본 고안은 지반 굴착용 공압해머에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통형 케이싱과, 외부공압을 유입하는 백헤드와, 상기 공압을 피스톤의 상하로 분배하는 가이드 및 실린더와, 상기 공압에 의해서 상하운동하는 피스톤과, 상기 케이싱의 하단에 결합된 척과, 상기 피스톤의 타격력에 의해서 지반을 굴착하는 버튼비트를 포함하여 이루어지되, 특히 피스톤의 측면에 피스톤의 상하운동을 억제하는 피압챔버가 형성되지 않아서 피스톤의 상하운동이 원활하고, 나아가 피스톤 내부에는 피압챔버의 공압을 배출시키는 공압통로가 형성되어 있지 않아서 피스톤의 구조가 매우 견고한 지반 굴착용 공압해머에 관한 것이다.

Description

지반 굴착용 공압해머{Compressed air hammer for ground excavation}

일반적으로 지하 탐사용 시추공을 굴착하거나 토목 공사용으로 지반을 굴착하는데 사용되는 공압해머는 전체적인 외관을 구성하는 원통형 케이싱(Casing)의 내부에 백헤드와 체크밸브, 가이드, 실린더, 피스톤 및 버튼비트 등과 같은 구성부품들이 차례로 장착된 구조로 이루어진다.

상기 백헤드(Back head)는 케이싱의 상단에 결합되어 콤프레서(Compressor)로부터 공급되는 외부공압을 케이싱 내부로 유도하는 기능을 하고, 체크밸브(Check valve)는 상기 공압의 유입을 통제하는 기능을 한다. 그리고, 가이드(Giude)는 피스톤의 중심을 잡아주고, 실린더(Cylinder)는 공압을 피스톤의 상하로 분배하는 기능을 한다. 또한, 상기 피스톤(Piston)은 케이싱 내부에서 상하운동을 하면서 버튼비트의 상단을 타격하고, 버튼비트(Button bit)는 피스톤의 타격력에 의해서 지반을 굴착하는 기능을 한다.

즉, 상기 백헤드를 통해 유입된 외부공압이 가이드와 실린더를 통과한 후, 피스톤의 상단 또는 하단 부위로 교대로 공급되면서 피스톤을 고속으로 상하운동시키는 것이다. 이때, 상기 피스톤의 상하단 및 측면에는 피스톤의 움직임에 따라 다수개의 에어챔버(Air chamber)들이 형성된다. 이러한 에어챔버들은 피스톤의 상하운동에 미치는 영향에 따라 가압챔버(Compressing air chamber)와 피압챔버(Oppressed air chamber) 및 아이들챔버(Idle air chamber)로 구분할 수 있다.

상기 가압챔버는 외부공압이 공급되면서 그 용적이 확대되는 힘으로 피스톤의 상하운동을 가속시킨다. 그러나, 상기 피압챔버는 피스톤의 움직임에 따라 그 용적이 축소되기 때문에 피압챔버 내에 갇힌 공기를 신속하게 배출시켜 주지 못하면, 그 내압이 피스톤의 상하운동을 저지하여 피스톤의 타격력을 약화시키는 원인이 된다.

결국 지반 굴착용 공압해머의 굴착성능을 향상시키기 위해서는 가능한 한 가압챔버로 통하는 공압통로를 간결하게 구성하고, 동시에 피압챔버에 갖힌 공기는 신속하게 공압해머 밖으로 배출시켜야 한다. 한편, 아이들 챔버는 용적의 변화가 없어서 피스톤의 상하운동에 아무런 영향을 미치지 않는다.

본 고안자는 그동안 국내 특허등록 제642073호(등록일자; 2006.10.27.), 제652918호(등록일자; 2006.11.24.) 및 제675851호(등록일자; 2007.01.23.) 등에서 여러가지 구조의 지반 굴착용 공압해머들을 소개한 바 있다.

이처럼 종래의 굴착용 공압해머들은 주요 구성부품들의 종류는 유사하지만, 대체로 실린더와 피스톤의 구조에 따라 기능적으로 서로 다른 장단점을 보이게 된다. 이중에서 특히 피스톤의 구조를 살펴보면, 피스톤 내부에는 중심축을 관통하는 중앙홀이 형성되어 있고, 이 중앙홀 주변에는 상하로 관통된 다수개의 공압통로들이 형성되어 있다는 것을 알수 있다. 이러한 공압통로들은 피스톤의 상하단으로 외부공압을 공급하여 가압챔버를 형성하거나, 또는 피스톤의 측면에 형성된 피압챔버에 갖힌 공기를 신속하게 외부로 배출하는 기능을 한다.

이처럼 종래의 굴착용 고압해머들은 구동과정에서 대부분 피스톤 측면에 피압챔버가 형성되고, 이러한 피압챔버들은 피스톤의 원할한 상하운동을 저해한다. 그리고, 상기 피압챔버에 갖힌 공기를 배출하기 위하여 피스톤 내부에 다수개의 공압통로가 형성되어 있어서 결과적으로 피스톤의 강도가 약해져서 반복적인 타격력에 의해 피스톤이 쉽게 파손되는 원인이 되기도 한다.

이에 본 고안이 해결하고자 하는 과제는 구동과정에서 피스톤의 측면에 피압챔버가 형성되지 않아서 피스톤의 상하운동이 월활하고, 나아가 피스톤 내부에 피압챔버의 공압을 배출시키는 공압통로가 형성되어 있지 않아서 피스톤의 구조가 매우 견고한 지반 굴착용 공압해머를 제공하는 것이다.

본 고안은 원통형 케이싱의 내부에 백헤드와 체크밸브, 가이드, 실린더, 피스톤, 척 및 버튼비트가 차례로 장착된 구조로 이루어진 지반 굴착용 공압해머에 있어서;

상기 케이싱의 내경부에는 둘레방향으로 상단통기내홈과 하단통기내홈이 상하로 형성되어 있고;

상기 실린더는 상기 상단통기내홈을 덮어 공압통로(P1)을 형성하는 원통형 구조로서, 상기 가이드의 하단 외경부에 결합되는 가이드결합부와, 상기 피스톤의 상단부가 삽입되는 피스톤삽입부로 이루어지고, 상기 가이드결합부에는 상기 공압통로(P1)로 외부공압을 유입시키는 상단통기공이, 그리고 상기 피스톤삽입부에는 상기 공압을 피스톤의 상하부로 공급하는 하단통기공이 각각 관통되어 있으며, 상기 피스톤삽입부의 상단 내경부에는 둘레방향으로 중간통기내홈이 형성되어 있고;

상기 피스톤은 중심축선을 따라 중앙홀(H2)이 형성된 원주형상으로서, 그 외경부에 둘레방향으로 상단환홈과 통기외홈 및 하단환턱이 각각 형성되어 있고, 상기 상단환홈과 통기외홈 사이에는 세로연결홈이, 그리고 상기 통기외홈의 하단에는 하단환턱을 향하여 축방향으로 확장된 세로통기홈이 각각 형성되어 있어서;

피스톤 상승단계에서는 상기 실린더의 하단통기공을 통과한 외부공압이 상기 케이싱의 하단통기내홈을 거쳐서 피스톤 하단에 공압챔버(C1)을 형성하고, 피스톤 하강단계에서는 상기 공압이 상기 실린더의 중간통기내홈을 거쳐서 피스톤 상단에 공압챔버(C2)를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 지반 굴착용 해머는 구동과정에서 피스톤의 측면에 피압챔버가 형성되지 않아서 피스톤의 상하운동이 월활하고, 나아가 공압효율이 우수한 효과가 있다. 또한, 피스톤 내부에 중앙홀 이외에는 다른 공압홀이 하나도 관통되어 있지 않아서 피스톤의 강도 및 내구성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 고안에 따른 공압해머의 구조를 나타낸 단면도,
도 2은 도 1에서 케이싱(100)의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 도 1에서 실린더(140)의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 도 1에서 피스톤(150)의 구조를 나타낸 도면,
도 5은 본 고안에 따른 공압해머의 작동원리를 설명하는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 이용하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 본 고안을 실시하는데 꼭 필요한 구성이라 하더라도 통상적인 기술에 속하거나, 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 종래에 소개된 공압해머와 동일한 구성요소라 하더라도 일부 구성요소에 대해서도 종래 기술과 상관없이 독자적인 명칭과 도면부호를 부여한다.

도 1은 본 고안에 따른 공압해머의 전체적인 조립구조를 나타낸 단면도로서, 원통형 케이싱(100)의 내부에 백헤드(110)와 체크밸브(120), 가이드(130), 실린더(140), 피스톤(150), 척(160), 버튼비트(170)가 차례로 장착된 구조로 이루어진다. 이중에서 백헤드(110), 체크밸브(120), 가이드(130), 척(160) 및 버튼비트(170)의 구조와 기능은 각각 종래의 공압해머와 동일하거나 유사하다.

먼저 상기 케이싱(100)은 원통형으로서 공압해머의 외형을 구성하며, 도 2과 같이 내경부 중간부위에는 둘레 방향으로 상단통기내홈(101)이 형성되어 있고, 그 하단에는 상기 실린더(140)의 하단이 결합되는 단턱부(102)가 형성되어 있으며, 상기 상단통기내홈(101)에서 하측으로 이격되게 하단통기내홈(103)이 형성되어 있다. 그리고 상기 케이싱(100)의 내경부 상단과 하단에는 각각 백헤드(110)와 척(160)이 결합되는 상하단 나사부(104,105)가 형성되어 있다.

상기 백헤드(110)는 케이싱(100)의 상단 나사부(104)에 나사결합되며, 중앙홀(H1)을 통해서 콤프레서(도시하지 않음)에서 공급되는 외부공압을 케이싱(100) 내부로 유도하는 기능을 한다.

상기 체크밸브(120)는 도 1과 같이 스프링(121)을 매개로 하여 가이드(130)의 상부 중앙에 탄성을 갖도록 설치되며, 상기 백헤드(110)의 중앙홀(H1) 하단을 막고 있다. 그래서 공압해머가 작동할 때는 외부공압이 상기 스프링(121)의 탄발력 보다 강해서 체크밸브(120)가 열리고, 공압해머가 작동을 멈추고 외부공압의 힘이 약해지면 체크밸브(120)가 닫힌다.

상기 가이드(130)는 백헤드(110)의 하단에 결합되며, 상단 중앙에는 체크밸브(120)가 설치되고, 그 주변에는 세로방향으로 다수개의 공압홀(131)이 상하로 형성되어 있다. 그리고, 상기 공압홀(131)의 하단은 가이드(130)의 외경부에 형성된 통기홈(132)으로 연결되어 있고, 가이드(130)의 하단 중앙에는 하축봉(133)이 돌출 형성되어 있다. 상기 하축봉(133)은 피스톤(150)이 상승하면 피스톤(150)의 중앙홀(H2) 속으로 출입하면서 중앙홀(H2)을 열고 닫는 동시에 피스톤(150)의 중심을 잡아주는 기능을 한다. 상기 백헤드(110)와 가이드(130) 사이에는 판스프링(134)이 삽입되어 있다.

본 고안의 특징인 상기 실린더(140)는 원통형 구조로서, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 가이드(130)의 하단 외경부에 결합되는 가이드결합부(141)와 피스톤(150) 상단부가 삽입되는 피스톤삽입부(142)로 이루어진다. 상기 가이드결합부(141)은 피스톤삽입부(142) 보다 두께가 더 두껍고, 그래서 상기 가이드결합부(141)와 피스톤삽입부(142) 사이의 내경부에는 내부단턱(143)이 형성되어 있다.

그리고 상기 가이드결합부(141)에는 방사형으로 다수개의 상단통기공(144)이 관통되어 있고, 피스톤삽입부(142)의 하단에는 역시 방사형으로 다수개의 하단통기공(145)이 관통되어 있으며, 피스톤삽입부(142)의 상단 내경부에는 상기 내부단턱(143)에 인접하여 둘레방향으로 중간통기내홈(146)이 형성되어 있다.

상기 실린더(140)는 도 1과 같이 케이싱(100)의 상단통기내홈(101)을 덮도록 케이싱(100)의 내벽에 설치되며, 상기 상단통기공(144)은 가이드(130)의 통기홈(132)과 연결되어 있다. 그래서 실린더(140) 외벽과 상단통기내홈(101) 사이의 공간은 외부공압이 통과하는 공압통로(P1)가 형성되고, 상기 공압통로(P1)는 상단통기공(144)에서 하단통기공(145)으로 연결된다.

상기 피스톤(150)은 도 4와 같이 중심축선을 따라 중앙홀(H2)이 형성된 원주형상으로서, 그 외경부에는 둘레방향으로 위에서부터 상단환홈(151)과 통기외홈(152) 및 하단환턱(153)이 각각 형성되어 있다. 이때, 상기 상단환홈(151)은 피스톤(150)의 상면에서부터 약간 이격되게 설치되고, 상기 하단환턱(153)은 피스톤(150)의 하단 모서리 부위를 따라 저면에 걸쳐서 설치된다. 그리고, 상기 상단환홈(151)과 통기외홈(152)은 축방향으로 형성된 세로연결홈(154)에 의해서 서로 연결되어 있고, 상기 통기외홈(152)의 하단에는 하단환턱(153)을 향하여 축방향으로 확장된 세로통기홈(155)이 나란히 형성되어 있다. 그러나, 상기 세로통기홈(155)과 하단환턱(153)은 서로 단절되어 있다.

마지막으로 상기 척(160)과 버튼비트(170)는 통상적인 공압해머의 구조와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 도 1에서 미설명 부호 161은 버튼비트(170)의 중심을 잡아주는 '부싱(Busing)'이고, 162는 버튼비트(170)의 이탈을 방지하는 '비트지지링'이며, 171은 피스톤(150)의 중앙홀(H2) 하단을 열고 닫는 '풋밸브(Foot valve)' 이다.

이하, 본 고안의 공압해머에 대한 구동방법을 설명한다.

본 고안의 공압해머가 굴착작업을 실시하기 위하여 시추공 속으로 하강하여 버튼비트(170)의 저면이 시추공 바닥에 닿으면, 도 5의 (A)와 같이 상기 버튼비트(170)가 피스톤(150)의 저면을 밀어올리면서 피스톤 상승단계가 진행된다.

피스톤 상승단계에서는 백헤드(110)의 중앙홀(H1)을 통해 유입된 외부공압이 체크밸브(120)를 통과하여 화살표 방향을 따라 가이드(130)의 공압홀(131)과 통기홈(132) 및 실린더(140)의 상단통기공(144)을 거친 다음, 케이싱(100)과 실린더(140) 사이의 공압통로(P1)로 유입된다. 참고로 도 5에서는 상기 체크밸브(120)가 닫혀 있는 상태를 도시하였으나, 공압해머가 구동을 시작하면 외부공압에서 의해서 상기 체크밸브(120)가 열린다.

이어 상기 공압은 실린더(140)의 하단통기공(145)을 통과하여 피스톤(150)의 상단환홈(151)으로 유입되고, 계속해서 세로연결홈(154)과 통기외홈(152) 및 세로통기홈(155)을 거쳐서 케이싱(100) 내벽에 형성된 하단통기내홈(103)을 통과한 다음, 피스톤(150)의 하단환턱(153)과 버튼비트(170) 사이의 공간에 하나의 가압챔버(C1)를 형성하여 피스톤(150)을 강하게 상승시킨다.

상기 가압챔버(C1)에는 피스톤(150)이 상승하여 상기 세로통기홈(155)의 하단이 하단통기내홈(103)을 완전히 지나갈 때까지 계속 외부공압이 공급된다. 그리고 피스톤(150)이 좀더 상승하여 피스톤(150)의 중앙홀(H2) 하단부가 풋밸브(171)를 벗어나면 가압챔버(C1)가 개방되면서 그 기능을 상실하게 되고, 이때 부터 피스톤(150)은 관성력에 의해서 상승된다.

상기 피스톤 상승단계에서 피스톤(150)이 계속 상승하여 도 5 (B)와 같이 피스톤(150) 상단이 실린더(140) 내벽의 중간통기내홈(146)에 이르면, 피스톤 하강단계로 이어진다. 피스톤 하강단계에서는 공압통로(P1)을 따라 유입된 외부공압이 화살표 방향을 따라 실린더(140)의 하단통기공(145)을 통과하고, 피스톤(150)의 통기외홈(152)과 세로연결홈(154) 및 상단환홈(151)을 통과한 다음, 실린더(140) 내벽의 중간통기내홈(146)을 거쳐서 피스톤(150) 상단으로 유입되어 새로운 가압챔버(C2)를 형성한다. 이때, 피스톤(150)의 중앙홀(H2) 상단은 가이드(130)의 하축봉(133)에 의해서 차단되어 있어서 상기 가압챔버(C2)가 피스톤(150)을 강하게 하강시킨다. 그래서 피스톤(150)이 하강하여 상단환홈(151)이 실린더(140)의 중간통기내홈(146)을 완전히 통과할때 까지 상기 가압챔버(C2)에는 계속 외부공압이 공급되고, 피스톤(150)의 중앙홀(H2) 상단이 가이드(130)의 하축봉(133)을 벗어나면 상기 가압챔버(C2)가 개방되면서 그 기능을 상실하게 된다.

본 고안의 공압해머는 피스톤(150)이 이러한 상승단계와 하강단계를 계속 반복하면서 버튼비트(170)의 상면을 강하게 타격하고, 이러한 타격력에 의해서 상기 버튼비트(170)의 저면이 지반을 굴착한다. 이때, 상기 버튼비트(170)의 저면에서 발생되는 모래나 자갈 등 슬러지는 버튼비트(170)의 중앙홀(H3)을 통해서 분출되는 외부공압에서 의해서 케이싱(100) 밖으로 배출된다.

한편, 굴착작업을 마치고 시추공에서 공압해머를 들어 올리면, 피스톤(150)과 버튼비트(170)가 자중에 의해서 밑으로 하강하면서 버튼비트(170)의 상단턱이 지지링(172)에 걸리면서 무부하 상태가 된다. 이러한 무부하 상태는 별도로 도시하지 않았으나, 상기 공압통로(P1)를 통해 유입된 외부공압이 실린더(140)의 중간통기공(142)을 거쳐서 피스톤(150) 상단으로 유입된 후, 중앙홀(H2,H3)을 통해 버튼비트(170)의 하부로 그대로 배출된다.

100 ; 케이싱(Casing), 110 ; 백헤드(Back head)
120 ; 체크밸브(Check valve) 130 ; 가이드(Guide)
140 ; 실린더(Cylinder) 150 ; 피스톤(Piston)
160 ; 척(Chuck) 170 ; 버튼비트(Button bit)
C1,C2 ; 가압챔버 P1 ; 공압통로
H1,H2,H3 ; 중앙홀

Claims

원통형 케이싱의 내부에 백헤드와 체크밸브, 가이드, 실린더, 피스톤, 척 및 버튼비트가 차례로 장착된 구조로 이루어진 지반 굴착용 공압해머에 있어서;
상기 케이싱(100)의 내경부에는 둘레방향으로 상단통기내홈(101)과 하단통기내홈(103)이 상하로 형성되어 있고;
상기 실린더(140)는 상기 상단통기내홈(101)을 덮어 공압통로(P1)을 형성하는 원통형 구조로서, 상기 가이드의 하단 외경부에 결합되는 가이드결합부(141)와, 상기 피스톤의 상단부가 삽입되는 피스톤삽입부(142)로 이루어지고, 상기 가이드결합부(141)에는 상기 공압통로(P1)로 외부공압을 유입시키는 상단통기공(144)이, 그리고 상기 피스톤삽입부(142)에는 상기 공압을 피스톤의 상하부로 공급하는 하단통기공(145)이 각각 관통되어 있으며, 상기 피스톤삽입부(142)의 상단 내경부에는 둘레방향으로 중간통기내홈(146)이 형성되어 있고;
상기 피스톤(150)은 중심축선을 따라 중앙홀(H2)이 형성된 원주형상으로서, 그 외경부에 둘레방향으로 상단환홈(151)과 통기외홈(152) 및 하단환턱(153)이 각각 형성되어 있고, 상기 상단환홈(151)과 통기외홈(152) 사이에는 세로연결홈(154)이, 그리고 상기 통기외홈(152)의 하단에는 하단환턱(153)을 향하여 축방향으로 확장된 세로통기홈(155)이 각각 형성되어 있어서;
피스톤 상승단계에서는 상기 실린더(140)의 하단통기공(145)을 통과한 외부공압이 상기 케이싱(100)의 하단통기내홈(103)을 거쳐서 피스톤 하단에 공압챔버(C1)를 형성하고, 피스톤 하강단계에서는 상기 공압이 상기 실린더(140)의 중간통기내홈(146)을 거쳐서 피스톤 상단에 공압챔버(C2)를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지반 굴착용 공압해머.
제1항에 있어서, 상기 케이싱(100)의 상단통기내홈(101) 하단에는 상기 실린더(140)의 하단이 결합되는 단턱부(102)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반 굴착용 공압해머.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더(140)에서 가이드결합부(141)는 피스톤삽입부(142) 보다 두께가 더 두껍고, 상기 가이드결합부(141)와 피스톤삽입부(142) 사이의 내경부에는 상기 중간통기내홈(146)의 상단과 인접하여 내부단턱(143)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반 굴착용 공압해머.