KR200480437Y1 - 연속식 하역기용 링크 체인 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연속식 하역기용 링크체인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석탄이나 철광석 등의 원료운반 시 지속적인 마모 및 하중으로부터 링크부재가 파손되는 것을 방지할 수 있게 하는 연속식 하역기용 링크체인에 관한 것으로, 일단 및 타단측에 핀공 및 부시공이 제공되고, 핀공과 부시공 사이에는 드릴공이 위치하며, 하부에는 볼트 체결공이 형성된 버켓 설치면이 제공되는 링크부재를 가지는 연속식 하역기용 링크체인에 있어서, 상기 링크부재는, 상기 부시공이 형성된 외측면 상에 보강부가 형성된 것을 특징으로 하는 연속식 하역기용 링크체인을 제공한다.

Description

연속식 하역기용 링크 체인{LINK CHAIN USING FOR CONTINUOUS UNLOADER}

본 고안은 연속식 하역기용 링크체인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 링크체인의 구성품인 링크부재가 석탄이나 철광석 등의 원료운반 및 하역 시 지속적인 부하와 충격으로 인하여 마모 및 피로 파괴가 발생하여 파손되는 것을 방지할 수 있게 하는 것이다.

석탄발전소, 제철소 또는 부두에 정박된 선박으로부터 원료를 하역하는 연속식 하역기(CUS: Continuos Ship Unloader)는 부두 지면에 정착되는 본체 구조물에 붐(Boom)과 카운터 웨이트 붐(Counter Weight boom)이 설치되고, 붐(Boom)단부에 버켓 엘리베이터가 배치되며, 본체 구조물의 길이 방향에 따라 받침 컨베어(Gantry Conveyor)을 설치한 형태로 이루어진다.

이와 같은 연속식 하역기는, 버켓 엘리베이터의 버켓의 순환에 의하여 선박내의 석탄 등의 원료 화물을 일정한 양으로 굴삭하여 부두 컨베이어 위에 위치시킨 다음 이송시킨다.

한편, 버켓 엘리베이터의 버켓들은 링크체인을 따라 일정 간격으로 장착되어지며 링크체인 구동에 의해 순환동작이 이루어진다.

이러한 종래의 링크체인으로는 미국공개특허 제 2006-0181151호(선행기술 1, 2006.08.17일 공개), 한국공개특허 제 2011-0001878호(선행기술 2, 2011.01.06일 공개), 미국공개특허 제 2003-0000747호(선행기술 3, 2003.01.02일 공개), 한국공개특허 제 2003-0095962호(선행기술 4, 2003.12.24일 공개)가 있으며, 상기 미국공개특허 제 2006-0181151호는 플라즈마 트랜스퍼드 아크(PTA)용접 방법을 사용하여 링크부재의 표면에 내마모성 코팅층을 형성하는 방법에 관한 것이 개시되어있고, 한국공개특허 제 2011-0001878호는 트랙 체인 부싱에 60중량%의 철, 코발트, 니켈 합금들로 이루어진 경질 금속 합금을 포함하는 내마모성 도금층을 형성하기 위한 방법에 대하여 개시되어 있다. 미국공개특허 제 2003-0000747호는 링크부재 및 핀과 부시에 질화물 및 붕화물 또는 탄화물에 중 하나의 화합물로 표면경화층을 형성해주는 방법에 관하여 개시되어 있으며, 한국공개특허 제 2003-0095962호에는 링크부재를 저온 템퍼링을 통한 열처리를 하여 링크 부재의 표면에 균일한 경도를 형성하기 위한 방법에 관하여 기재되어 있다.

이러한 선행기술들은, 원료화물 하역 시 링크부재의 내구성을 향상시키기 위하여 열처리나 코팅방법을 이용하여 표면처리 한 것으로, 원료 화물 하역 시 핀이 삽입되는 구멍에 응력이 집중되는 것을 확인할 수 있었지만, 핀이 삽입되는 구멍은 핀이나 베어링 손상으로 인해 급격하게 큰 응력이 발생한 것으로, 실질적으로는 부시가 삽입되는 구멍의 외측면 상에서 파손 및 마모가 발생하는 하고 있으므로, 본 고안의 연구자들은 이에 대해 지속적으로 연구한 결과 부시가 삽입되는 구멍의 외측면을 파손 및 마모를 방지 할 수 있는 링크부재의 형상를 고안하게 되었다.

본 고안은 링크부재의 외측면에 보강부를 형성함으로써, 지속적으로 발생하는 마모 및 부하에 의해 링크부재가 피로파괴 및 마모되어 파손되는 것을 방지 할 수 있게 하는 연속식 하역기용 링크체인을 제공하기 위한 것이다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 고안은 일단 및 타단측에 핀공 및 부시공이 제공되고 핀공과 부시공 사이에는 드릴공이 제공되는 링크부재를 가지는 연속식 하역기용 링크체인에 있어서, 링크부재는 보강부를 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 보강부는 부시공을 상하로 양분하는 가상의 수평한 중심선을 기준으로 상부에 형성됨과 동시에 부시공에 인접한 드릴공 직경 1/4의 상부 외측 부분에 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

더 구체적으로, 보강부는 링크부재의 외측면 외측으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

더 구체적으로, 보강부는 링크부재의 타단두께에 대하여 타단두께 보다 0.15~0.20 보다 더 두꺼운 두께로 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

구체적으로, 링크부재는 표면경화층이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

더 구체적으로, 표면경화층은 상기 링크부재의 레일부에 형성될 수 있다.

더 구체적으로, 표면경화층은 고주파 열처리를 이용하여 형성될 수 있다.

더 구체적으로, 링크부재의 레일부, 중심부, 및 하단부의 충격 흡수에너지는 55J 이상인 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 형성된 본 고안에 따른 링크체인은 링크부재에 원료 화물 하역 시 마모 및 파손이 발생하는 부시공의 외측면 상에 부강부를 형성함으로써, 링크부재의 마모 및 응력이 집중되는 부분이 파괴되는 것을 방지 할 수 있어, 링크부재의 사용 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지보수에 따른 시간 및 노동력을 절감할 수 있게 하는 이점이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 연속식 하역기용 링크체인의 일부를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에 도시된 링크부재를 나타낸 정면도이며,
도 3은 도 2의 아래 방향에서 올려 본 구조를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 고안에 따른 연속식 하역기용 링크체인의 링크부재의 레일부 표면경화층의 조직사진이고.
도 5는 본 고안에 따른 연속식 하역기용 링크체인의 핀 표면경화층의 조직사진이며, 그리고
도 6은 본 고안에 따른 연속식 하역기용 링크체인의 부시 표면경화층의 조직사진이다.

이하, 첨부된 도면을 바탕으로 하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 고안의 요지를 불필요하게 할 수 있는 공지의 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 고안에 따른 연속식 하역기용 링크체인(100)의 일부를 나타낸 도면으로, 본 고안에 따른 연속식 하역기용 링크체인(100)은 링크부재(110)들이 연속적으로 조립되어 구성된다. 이와 같은 링크체인을 구체적으로 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 마주하는 한 쌍의 링크부재(110)와 이웃한 또 다른 한 쌍의 링크부재(110)들은 부시(B) 및 부시(B)에 의해 감싸지는 핀(P)에 의해 반복적으로 조립되어 구성되며, 이렇게 반복적으로 조립되는 링크부재(110)에는 원료 화물을 하역할 수 있도록 버켓(도시되지않음)이 볼트 체결공(118)에 부착되어 조립된다. 링크부재(110)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 핀(P)이 삽입되는 핀공(114), 부시(B)가 삽입되는 부시공(116), 핀공(114)과 부시공(116) 사이에 위치한 2개의 드릴공(120), 버켓이 조립되는 버켓 설치면(도시되지않음), 버켓 조립용 볼트(도시되지않음)가 체결되는 볼트 체결공(118)을 포함한다. 상기 핀공(114)은 링크부재(110)의 일단측에 형성되며, 부시공(116)은 핀공(114)에 대향하는 링크부재(110)의 타단측에 형성된다. 그리고 버켓 설치면은 링크부재(110)의 하부에 형성되는데, 이렇게 형성된 버켓 설치면에는 볼트 체결공(118)이 형성된다.

한편, 링크부재(110)에는 부시공(116)의 외측면 상에 형성되는 보강부(122)를 더 포함한다. 상기 외측면은 부시가 삽입되는 부분과 수직인 면으로서 구체적으로는 수직인 면 중 부시와 접촉된 면의 링크부재인 것이다. 보강부(122)는 도 2에 도시된 바와 같이 링크부재(110)의 부시공(116)을 상하로 양분하는 가상의 수평한 중심선을 기준으로 상부에 형성됨과 동시에 부시공(116)에 인접한 드릴공(120) 직경의 1/4 부분 중 상부 부시공측 외측부분에 형성된다. 그리고 보강부(122)는 링크부재(110)의 외측면 외측으로 돌출되게 형성되는데, 이때 보강부(122)는 링크부재(110)를 타단두께(T)에 대하여 0.15~0.20 더 두껍게 형성된 것으로 이 비율만큼 외부로 돌출되는 형상을 가지는 것이다.

여기서 보강부(122)의 두께가 링크부재(110)의 타단 두께(T)에 대하여 0.15 미만으로 돌출되면, 보강부(122) 형성으로 인한 인장강도 또는 흡수에너지 증가가 미미함에 따라 파손을 방지할 수 있는 효과가 거의 나타나지 않으며, 보강부(122)의 두께가 링크부재(110)의 타단 두께(T)에 대하여 0.20 초과하여 돌출하게 되면, 보강부(122)의 형상이 너무 두꺼워져 링크체인의 중량이 과도하여 링크체인 가동 시 에너지 및 재료의 소모가 과도하여 경제적이지 못하게 되는 것이다.

한편, 본 고안에 따른 링크부재(110)는 C; 0.3~0.39wt%, S; 0초과 0.05wt%이하, Si; 0.15~0.30wt%, Mn; 1.20~1.50wt%, P; 0 초과 0.14wt%이하, Cr; 0.2~0.4wt% 및 잔부는 Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재로 제조되며, 마찬가지로 보강부(122)도 링크부재(110)와 동일한 재질로 형성된다. 즉, 보강부(122)는 링크부재(110) 제작 시 일체로 형성될 수 있으며, 이외에도 용접이나 코팅을 이용하여 링크부재 표면에 코팅층을 형성할 수도 있다.

이러한 링크부재는 다음과 같은 공정을 거쳐 제작된다. 위의 성분조성을 가지는 강재인 15B36Cr의 소재를 준비한 후, 이 소재를 열간 단조를 이용하여 완성품에 가까운 형상을 가진 링크부재를 제조하며, 열간 단조는 800~950℃의 온도에서 실시하고, 제조된 링크부재(110)를 수조에 넣어 ?칭(Quenching) 한 후, 링크부재를 160℃의 온도에서 3시간동안 템퍼링(Tempering)을 하며, 이러한 템퍼링을 통해 ?칭으로 인하여 발생된 취성 및 응력을 제거하도록 한다.

링크부재(110)는 열처리(Q/T) 후, 링크부재(110)의 레일부(112) 표면이 마모되는 것을 방지할 수 있도록 고주파 열처리장치를 이용하여 표면경화층을 형성한다. 이러한 표면경화층은 하역체인이 이동할 때, 직접적으로 롤러와 접촉하여 마찰되며 미분원석에 의해 마모가 발생하는 링크부재(110)의 레일부(112)에 형성한다. 이러한 레일부만 표면경화층이 형성되도록 고정 장치에 링크부재를 고정시킨 다음 통상적으로 이용하고 있는 고주파 열처리 장치로 레일부만 가열하고 냉각시켜 표면경화층을 형성하도록 한다.

도 4는 링크부재(110)의 레일부(112)의 사진으로서, 링크부재(110)와 표면 경화층 조직을 FE-SEM을 이용하여 분석해본 결과, 전 부분에 걸쳐 침상의 마르텐사이트 조직이 확인되었다

또한, 통상적으로 하역기에 사용되는 종래 링크체인의 링크부재와 본 고안에 따른 링크체인의 링크부재(110)의 기계적 특성을 측정, 비교하여 보았다

하기의 표 1은 종래 링크부재와 본 고안에 따른 링크부재(110)의 표면경도 및 경화 깊이에 대한 측정값의 수치적인 결과로, 링크부재(110)의 표면경도는 로크웰경도기 C스케일을 사용하여 링크부재(110)의 레일부(112)를 측정하였으며, 경화 깊이는 핀공(114) 및 드릴공(120)과 부시공(116)의 내측부분의 표면에서부터 경화층방향으로 경도를 측정하였을 때, 경화층의 경도가 HRC 45를 유지하는 부분의 깊이를 측정한 것이다.

구분			비교예 (종래링크부재)	실시예 (본고안의링크부재)
		최소	46.4	51.3
표면경도(HRC)		최대	53.9	53.5
		평균	49.6	52.5
		최소	9	11
경화	중심	최대	12	11
깊이(mm)		평균	11	11
*HRC45		최소	14	19
기준	가장자리	최대	24	22
		평균	20	20

각각의 표면경도 측정값과 경화 깊이 측정값을 비교해본 결과, 비교예에 대비하여 실시예의 표면경도가 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 경화 깊이의 경우 비교예와 실시예 모두 평균적으로 중심은 11mm, 가장자리는 20mm 깊이까지 HRC 45의 경도를 유지하는 것으로 나타났으나, 실시예는 비교예의 중심부는 9~12mm 분포를 보이고, 실시예의 중심부는 11mm로 일정한 경화 깊이를 보였으며, 가장자리 역시 비교예에 비해 실시예의 경화 깊이가 일정하게 나타난 것을 알 수 있다.

하기의 표 2는 종래 링크부재의 레일부와 본 고안에 따른 링크체인의 레일부에 인장시험을 실시하여 측정한 인장강도, 항복강도, 연신율의 수치적인 결과로, 인장시험은 만능시험기(5985, Instron)를 이용하여 실시하였다.

구분		비교예 (종래링크체인)	실시예 (본고안의링크체인)
인장강도 (MPa)	링크 레일부	1781	1856
항복강도 (MPa)	링크 레일부	1255	1360
연신율 (%)	링크 레일부	5.95	7.1

각각의 인장강도, 항복강도, 연신율 측정값을 비교해본 결과, 비교예의 경우 인장강도가 1781MPa, 항복강도가 1255MPa가 나온 것에 비하여 실시예의 인장강도는 1856MPa, 항복강도는 1360MPa로 비교예에 비하여 실시예의 인장강도 및 항복강도가 우수한 것으로 나타났으며, 연신율은 실시예는 7.1%인 것에 비해 비교예의 경우 5.95%로 실시예가 비교예 보다 높은 값이 나타난 것을 알 수 있다.

하기의 표 3은 종래 링크부재와 본 고안에 따른 링크부재(110) 각 부분의 충격시험결과에 대한 측정값의 수치적인 결과로 충격시험은 KS B 0810규격에 따라 진행하였다

구분		비교예 (종래링크체인)	실시예 (본고안의링크체인)
	레일부	37.02	66.70
흡수에너지	중심부	33.30	55.30
(J)	하단부	29.63	59.67
	평균	33.32	60.56

이때 측정부위의 각 부분은 레일부(112)를 상단이라 가정할 때, 중심부는 중앙에 위치한 2개의 드릴공(120)사이를 말하며 하단부는 레일부(112)와 대응되는 부분을 말한다. 각 부분의 충격시험을 통한 충격강도를 비교해본 결과, 비교예의 평균 흡수에너지는 33.32J이고, 실시예의 평균 흡수에너지는 60.56J로 비교예에 대비하여 실시예의 흡수에너지가 1.6~2.0배 높은 값이 나타난 것을 알 수 있다.

이때 흡수에너지는 링크부재(110)의 부시공 외측면에 0.15~0.20 두께의 보강부를 더 형성함으로써 링크부재(110)에 하중이 작용하는 것을 흡수하여 흡수에너지가 높게 나타나게 되는 것으로 판단된다.

한편, 본 고안에 따른 링크부재(110)를 연결하는 핀(P)과 부시(B)는 종래 부시(SMn443) 및 핀(SM30C)과 달리 기계적 물성치가 유사 또는 우수하면서도 수급이 용이하고 가격경쟁력이 우수한 SCM420H 및 S43BC 재질로 제작된다. 그리고 부시(B)와 핀(P)은 구동 스프로켓 치형부와 접촉된 영역에서 부시(B)의 외측면에 마모가 발생하고, 부시(B)의 내경과 핀(P)의 외경 상에서 미분원석과 같은 물질들로 인해 마모가 발생하며, 원료 하역을 위한 이동시 높은 하중이 링크체인에 집중되어 하중에 의한 손상 또한 빈번히 발생하게 된다.

핀(P)과 부시(B)의 표면은 마모 및 하중으로 인한 파손을 방지하기 위해 표면경화층이 형성된다. 이때 핀(P)의 표면경화층은 소재를 핀(P)형태로 가공한 다음 열처리(Q/T)과정을 거친 후에 핀(P)의 외주면 전체에 형성되고, 부시(B)의 표면경화층은 외주면과 내주면 전체에 형성되는데, 이때 핀(P)의 표면경화층은 통상적으로 이용하고 있는 고주파열처리 방법에 의해 형성되고, 부시(B)의 표면경화층은 통상적으로 이용하고 있는 침탄열처리 방법을 이용하여 표면처리를 하였다.

도 5 및 도 6은 핀(P)과 부시(B)의 사진으로서, 핀(P)과 부시(B)의 표면경화층 조직을 FE-SEM을 이용하여 분석해본 결과, 열처리(Q/T) 후 고주파열처리 한 핀(P)의 표면경화층에서는 치밀한 마르텐사이트 조직이 확인되었으며, 침탄열처리로 표면경화처리를 한 부시(B)는 마르텐사이트 조직과 치밀한 시멘타이트 조직이 관찰되었다.

또한, 통상적으로 하역기에 사용되는 종래의 링크체인의 핀과 부시와 본 고안에 따른 핀(P)과 부시(B)의 기계적 특성을 측정, 비교하여 보았다.

하기의 표 4는 종래 링크체인 핀과 본 고안에 따른 링크체인 핀(P)의 표면경도 및 경화 깊이에 대한 측정값의 수치적인 결과로, 표면경도는 로크웰경도기 C스케일을 사용하여 측정하였으며, 경화 깊이는 핀(P)의 중앙부를 절단한 후 표면에서부터 경화층방향으로 경도를 측정하였을 때, 경화층 경도가 HRC45의 경도를 유지하는 부분의 경화 깊이를 측정한 것이다.

구분		비교예 (종래링크체인)	실시예 (본고안의링크체인)
	최소	54.9	57.2
표면경도(HRC)	최대	57.2	58.8
	평균	55.9	58
경화 깊이 (mm) *HRC 45 기준		4.5	4.5

각각의 표면경도 측정값과 경화 깊이 측정값을 비교해본 결과, 비교예의 표면경도는 평균 HRC 55.9로 측정되었으며, 실시예의 표면경도는 평균 HRC 58로 비교예 보다 높은 값을 나타내었고, 경화 깊이는 비교예와 실시예 모두 4.5mm깊이까지 HRC 45와 유사한 경도가 측정되는 것을 확인하였다.

하기의 표 5는 종래 링크체인 부시와 본 고안에 따른 링크체인 부시(B)의 표면경도 및 경화 깊이에 대한 측정값의 수치적인 결과로 표면경도는 로크웰경도기 C스케일을 사용하여 측정하였으며, 경화 깊이는 부시(B)의 중앙부를 절단하여 표면에서부터 경화층방향으로 경도를 측정하여 경화층의 경도가 HRC 45 경도를 유지하는 부분까지 경화 깊이를 측정한 것이다.

구분		비교예 (종래링크체인)	실시예 (본고안의링크체인)
	최소	58.2	59.5
표면경도(HRC)	최대	60.2	60.5
	평균	59.5	60
경화 깊이(mm) *HRC 45기준		3.5	2.5

각각의 표면경도 측정값과 경화 깊이 측정값을 비교해 본 결과, 비교예의 표면경도 값은 HRC 59.5, 실시예의 표면경도 값은 HRC 60으로 유사하나, 비교예 부시의 경우 표면에 크랙이 다수 존재하는 것을 확인하였으며, 이로 인한 체인 구동 시 문제를 야기할 가능성이 있다. 그리고 경화 깊이는 비교예의 경우 3.5mm의 깊이 까지 HRC 45의 경도를 유지하는 것으로 나타났으며, 실시예의 경우 2.5mm깊이 까지 HRC 47이상의 경도가 측정되는 것을 확인했다.

이와 같이 형성된 본 고안에 따른 링크체인(100)은 링크부재(110)에 원료 화물 하역 시 마모 및 파손에 의해 발생하는 부시공(116)의 외측면 상에 부강부(122)를 형성함으로써, 링크부재(110)가 마모 및 파손되는 것을 방지 할 수 있어, 링크부재(110)의 사용 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지보수에 따른 시간 및 노동력을 절감할 수 있게 한다.

상기와 같은 연속식 하역기용 링크체인은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100 : 링크체인 110 : 링크부재
112 : 레일부 114 : 핀공
116 : 부시공 118 : 볼트 체결공
120 : 드릴공 122 : 보강부

Claims (8)

1. 일단 및 타단측에 핀공 및 부시공이 제공되고 핀공과 부시공 사이에는 드릴공이 제공되는 링크부재를 가지는 연속식 하역기용 링크체인에 있어서,
   상기 링크부재는,
   상기 부시공의 외측면 상에 보강부가 형성되되,
   상기 링크부재 및 보강부는, C; 0.3~0.39wt%, S; 0초과 0.05wt%이하, Si; 0.15~0.30wt%, Mn; 1.20~1.50wt%, P; 0 초과 0.14wt%이하, Cr; 0.2~0.4wt% 및 잔부는 Fe로 이루어진 강재를 열간 단조하여 제조되고,
   상기 보강부는, 상기 부시공을 상하로 양분하는 가상의 수평한 중심선을 기준으로 상부에 형성됨과 동시에 상기 부시공에 인접한 상기 드릴공 직경의 1/4 상부 외측 부분에 형성되고, 상기 링크부재의 외측면 외측으로 돌출 형성되며, 상기 링크부재의 타단두께에 대하여 0.15~0.20 더 두껍게 형성되어 돌출된 것을 특징으로 하는 연속식 하역기용 링크체인.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 링크부재는 표면경화층이 형성된 것을 특징으로 하는 연속식 하역기용 링크체인.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 표면경화층은 상기 링크부재의 레일부에 형성하는 것을 특징으로 하는 연속식 하역기용 링크체인.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 표면경화층은 고주파 열처리를 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 연속식 하역기용 링크체인.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 링크부재의 레일부, 중심부, 및 하단부의 충격 흡수에너지는 55J 이상인 것에 특징으로 하는 연속식 하역기용 링크체인.

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