KR20060018211A

KR20060018211A - 암반 드릴링 기계용 섕크 어댑터

Info

Publication number: KR20060018211A
Application number: KR1020057015026A
Authority: KR
Inventors: 단 베드베리
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2006-02-28
Also published as: ZA200506791B; US20070003366A1; RU2005130648A; CA2512547A1; EP1599653A1; WO2004079152A1; SE525430C2; SE0300568D0; RU2320839C2; SE0300568L

Abstract

본 발명은 암반 드릴링 기계용 섕크 어댑터에 관한 것이다. 섕크 어댑터 (10) 는 두 단부 (17, 19) 를 갖는 기다란 적절한 원통형 몸체 (11) 를 포함하며, 제 1 단부 (17) 는 섕크 어댑터를 드릴 스트링에 연결하기 위한 나사 (18) 를 가지며, 2 단부 (19) 는 비틀림을 섕크 어댑터 및 드릴 스트링에 전달하기 위한 수단 (21) 을 가진다. 상기 원통형 몸체의 내부 중앙에는 축선 방향으로 뻗어 있는 플러싱 채널 (12) 이 내측으로 제공되어 있고, 이 채널은 몸체의 제 1 단부 (17) 의 출구 오리피스 (16) 로 끝나 있고 반경 방향으로 향한 하나 이상의 측면 플러싱 홀 (14) 을 통하여 플러시 매체가 상기 플러싱 채널에 유입될 수 있다. 측면 플러싱 홀 (14) 의 반경방향 외부 테두리 가장자리는 실질적으로 볼록한 경로를 따른다.

Description

암반 드릴링 기계용 섕크 어댑터{SHANK ADAPTER FOR ROCK DRILLING MACHINES}

본 발명은 암반 드릴링 기계용 섕크 어댑터에 관한 것으로, 두 단부 및 중간 부분을 갖는 기다란 원통형 몸체를 포함하며, 제 1 단부는 섕크 어댑터를 드릴 스트링의 연장 슬리브에 연결하기 위한 나사를 가지며, 제 2 단부는 토크를 섕크 어댑터와 드릴 스트링에 전달하기 위한 수단을 가지며, 상기 윈통형 몸체의 내부 중앙에는 축선 방향으로 뻗어 있는 플러싱 채널이 제공되어 있고, 플러싱 헤드에 의해 에워쌀 수 있는 반경 방향으로 향한 하나 이상의 측면 플러싱 홀을 통하여 플러시 매체가 상기 플러싱 채널에 유입될 수 있다.

일반적으로 상기 설명된 형태의 충격 암반 드릴링용 일반 섕크 어댑터 (예컨대, 스웨덴 특허 432 460) 는 일반적으로 연장 슬리브를 통하여 섕크 어댑터를 드릴 스트링에 탈 부착가능하게 연결하기 위해 제 1 단부면 영역 또는 출구 단부면 영역에서 총형 나사 (formed thread) 를 포함한다. 드릴링 기계에 포함된 충격 피스톤이 맞닿아 작용하는 중실의 단부가 몸체의 반대편 제 2 단부면에 형성되어 있다. 섕크 어댑터 및 드릴 스트링의 비틀림 또는 회전을 위한 한 셋트의 스플라인이 상기 중실의 단부와 연결되어 제공되어 있다. 종래의 공지된 어댑터에 서 축선 방향 플러싱 채널은 중실의 원통형 금속 몸체의 일단부면으로 부터 홀을 드릴링 가공하여 형성된다. 홀 바닥과 피스톤이 맞닿아 작용하는 단부면 사이에 몸체의 중실부를 형성하기 위해서 원통형 금속 몸체의 제 1 단부로 부터 몸체의 반대편 제 2 단부로부터 적정 거리에 있는 지점까지 드릴을 내측으로 이송시킨다.

축선 방향 플러싱 채널은 측면 플러싱 홀로 스플라인과 제 1 단부면 사이의 영역에서 반경 외측 방향으로 개방되어 있다. 측면 플러싱 홀은 물과 공기와 같은 플러시 매체를 위한 입구가 된다. 측면 플러싱 홀은 기다란 단면을 가지며, 축선 방향 플러싱 채널과 수직하게 뻗어있다.

특허 GB 2212747 에 공지된 섕크 어댑터에서는, 측면 플러싱 홀이 축선 플러싱 채널과 수직하게 뻗어있지 않다.

이러한 공지된 섕크 어댑터는 그 측면 플러싱 홀의 형상으로 인해 조기에 파손된다는 단점을 가진다.

본 발명의 목적은 종래 섕크 어댑터의 상기 설명된 단점을 제거하며 개선된 어댑터를 제공하는 것이다. 본 발명의 주 목적은 측면 플러싱 홀의 형상으로 초래될 수 있는 파손의 수를 최소화하는 것이다. 본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 제 1 항의 특징부에 설명된 바와 같은 특징에 의해 이루어진다.

본 발명의 유리한 실시형태가 또한 종속항에 설명되어 있다.

도 1a 는 본 발명에 따른 섕크 어댑터를 도시하는 측면도.

도 1b 는 도 1a 에 따른 섕크 어댑터의 일부를 도시하는 도.

도 1c 는 플러싱 홀의 개략도.

도 2a 는 본 발명에 따른 섕크 어댑터의 다른 실시형태를 도시하는 측면도.

도 2b 는 도 2a 에 따른 섕크 어댑터의 일부를 도시하는 도.

도 2c 는 도 2b 의 선 C-C 를 따라 취한 축 방향 단면도.

도 3 은 도 1 b 에 대응하는 방식으로 플러싱 홀의 다른 실시형태를 도시하는 도.

도 1a 에 도시된 섕크 어댑터 (10) 는 주로 원통형 기본 형상으로 이루어진 기다란 몸체 (11) 를 포함하며, 이 몸체의 재질은 강과 같은 일종 이상의 금속으로 이루어진다. 섕크 어댑터 (10) 는 중심선 (CL) 을 갖는다. 축선 방향으로 뻗은 플러싱 채널 (12) 이 상기 몸체 내부에 형성되어 있다. 이 플러싱 채널은 적절하게도 상기 몸체 (11) 의 중앙에 형성되어 있다. 실제로는 소위 플러싱 헤드 (도시 안됨) 에 의해 감싸이게 되고 반경 방향으로 형성된 측면 플러싱 홀 (14) 을 통하여 예컨대, 물 또는 공기와 같은 플러시 매체가 플러싱 채널 내로 유입될 수 있으며, 플러시 매체는 공급장치 (도시안됨) 를 통하여 공급될 수 있다. 축선 방향 플러싱 채널 (12) 은 몸체의 제 1 단부 (17) 에 있는 출구 오리피스 (16) 로 끝나있는 블라인드 홀로 되어 있다. 연장 슬리브를 지닌 섕크 어댑터를 드릴 스트링에 연결하기 위한 나사 (18) 가 상기 제 1 단부와 관련하여 형성되어 있다. 나사 (18) 는 일반적으로 충격 암반 드릴링용 사다리꼴 나사 또는 로 프 (rope) 나사이다. 어댑터의 제 2 단부면 (19) 에는 편평한 단부면 (20) 이 제공되어 있는데, 이 단부면이 드릴링 기계의 피스톤 (도시 안됨) 의 충격을 전달받게 된다. 편평한 충격면 (20) 에서 부터 일련의 스플라인 (21) 이 형성되어 있는데, 이 스플라인의 도움으로 섕크 어댑터가 이 섕크 어댑터 및 드릴 스트링의 회전을 위한 드릴링 기계의 기구에 연결될 수 있다.

도 1b 및 도 1c 에는 본 발명에 따른 섕크 어댑터 (10) 의 측면 플러싱 홀 (14) 이 상세히 도시되어 있다. 측면 플러싱 홀 (14) 은 종래 어댑터와 비교해 볼 때 수정된 형상을 가진다. 측면 플러싱 홀 (14) 의 반경 방향 외부 테두리 가장자리는 바람직하게 계란형이며 가장 바람직하게는 실질적으로 타원형인 볼록 형상의 경로를 따르고 있다. 본 명세서에 사용된 "테두리 가장자리" 라는 용어는 몸체 (11) 의 겉면과 측면 플러싱 홀 (14) 사이의 교차선을 의미한다. 측면 플러싱 홀 (14) 은 예컨대, 엔드밀에 의해 가공되며, 이는 즉, 홀의 축방향 단부 (22, 23) 는 최소 곡률 반경을 가져 타원의 장축 상에 위치하며, 장변의 최대점 (24, 25) 은 타원의 단축 (L) 상에 위치하는 것을 의미한다. 타원의 장축 (S) 은 바람직하게 섕크 어댑터의 중심선과 평형하게 제공되어 있다. 테두리 가장자리는 홀 (14) 의 중앙부에서 볼록 경로를 따르며, 이 경로는 장축 (S) 의 양측에서 동일하다.

측면 플러싱 홀은 일반적으로 중앙 플러싱 채널에 대하여 수직하게 제공되어 있는데, 이러한 급격한 변화는 홀 벽에 부식형 손상을 초래한다. 상기 손상은 특히 측면 플러싱 홀의 축선 방향 끝 벽부에서 발생하는 공동 현상 (cavitation) 때문이며, 상기 끝벽에는 내향류로 인한 부식이 일어난다.

공지된 섕크 어댑터의 각진 측면 플러싱 홀은 특히 깊은 침탄 영역이 형성된 예리한 코너부를 가진다. 침탄 처리된 층이 단단하며 깨지기 쉽기 때문에 이 층에서 종종 손상이 발생한다. 다시 이러한 손상은 축선 방향으로 전파하여 결국에는 파손을 일으키게 되는 피로 균열의 시발점으로서 영향을 미치게 된다. 이러한 파손은 드릴링 기계 내부에 발생하기 때문에, 값비싼 기계 손상을 초래할 수 있으며 이 문제가 발생하는 곳에서 이러한 기계 손상을 피하기 위해서 섕크 어댑터가 마모되기 전에 일반적으로 이 섕크 어댑터를 제거한다.

충격 암반 드릴링에서 충격파가 발생되는데, 이 충격파는 암반에 도달하기 전에 어댑터와 다른 관련 구성품을 통하여 전파된다. 효율적인 드릴링 작업을 실행하기 위해서는 드릴 비트와 암반 사이에 양호한 상호작용을 얻는 것이 바람직하며, 이러한 상호작용은 이송력과, 다음 충격파가 전파되기 전에 새로운 위치로 드릴 비트를 회전시킴으로써 얻어진다. 일반적으로 암반의 강성이 변하여 관련 구성품의 변형 상태가 변하기 때문에 충격파, 이송력 및 토크는 현 조건에 연속적으로 부합되어야 한다.

플러싱 홀 주변 영역의 텐션 분석을 FEM (유한 요소법) 을 사용하여 실시했다. 종래 기술에서는 실질적으로 두 방향으로 균열이 발생 및 성장하여 결국에는 파손을 일으켜서 기계의 정지를 초래했다. 유한 요소 분석법의 목적은 플러싱 홀의 다른 설계를 통하여 이 플러싱 홀 주변의 영역에서 텐션의 크기를 낮게 하여 수명을 증가시킬 수 있는 가능성을 조사하는 것이다. 이 분석법의 출발 은 스웨덴 특허 432 460 에 따른 공지된 섕크 어댑터의 플러싱 홀과, 본 발명에 따른 섕크 어댑터의 플러싱 홀에 대해 텐션의 크기를 비교하는 것이었다. 홀 주위에서 최대 텐션의 크기를 52% 까지 낮춰 섕크 어댑터의 수명을 증가시킬 수 있음이 입증되었다.

도 1b 및 도 1c 에 도시된 타원은

x²/a² + y²/b² = 1

로 나타내지며, 여기서 2a 는 장축 (S) 의 길이이며, 2b 는 단축 (L) 의 길이이며, x 와 y 는 타원의 중심에 대한 값이다. 각 단부 (22, 23) 는 도 1b 에 도시된 바와 같이 반경 (R) 으로 만곡될 수 있다.

도 2a 와 도 2b 및 도 2c 에서 도시된 본 발명에 따른 섕크 어댑터 (10') 의 다른 실시형태는 측면 플러싱 홀 (14') 이 다르게 되어 있다는 점만 제외하고 상기 설명된 섕크 어댑터와 동일하다. 홀 (14') 의 반경 방향 외부 테두리 가장자리는 예컨대, 엔드밀로 중심선 (CL) 에 수직인 법선 (N) 에 대하여 30°로 밀링 가공된 두개의 투영된 타원 (34', 44') 으로 이루어진다. 투영된 두 타원형을 서로 겹친다. 홀 (14') 의 축방향 단부 (22', 23') 는 2 ~ 5 mm 의 반경으로 형성된다.

도 3 에 도시된 바와 같이 측면 플러싱 홀의 반경 방향 외부 (114) 를 모따기 가공하면 중요한 예리한 천이부를 더욱 피할 수 있다. 상기 플러싱 홀은 예컨대, 이 홀을 가공하는데 사용된 엔드밀로 모따기 가공할 수 있다. 이는 기 계 가공 동안에 엔드밀이 섕크 어댑터의 중심선 (CL) 에 수직인 법선과 각도를 이루면서 축선 방향으로 이동됨을 의미한다.

모든 실시형태에서, 홀 (14, 14') 의 각 단부 (22, 23, 22', 23') 는 테두리 가장자리의 다른 부분 보다 더 만곡되어 있다. 즉, 이들 단부는 홀의 중앙부 보다 더 만곡되어 있다는 것을 의미한다. 상기 단부는 동일할 필요는 없다. 본 발명은 이상에서 설명한 것 및 도면에 도시된 형상에 제한되지 않는다. 그래서, 바람직하게 다른 재질로 된 2 종 이상의 구성요소로 이루어진 섕크 어댑터를 예컨대, 마찰 용접으로 조립하는 것이 가능하다.

Claims

암반 드릴링 기계용 섕크 어댑터로서, 두 단부 (17, 19; 17', 19') 를 갖는 기다란 원통형 몸체 (11; 11') 를 포함하며, 제 1 단부 (17; 17') 는 섕크 어댑터를 드릴 스트링에 연결하기 위한 나사 (18, 18') 를 가지며, 제 2 단부 (19, 19') 는 토크를 섕크 어댑터와 드릴 스트링에 전달하기 위한 수단 (21; 21') 을 가지며, 상기 원통형 몸체의 내부 중앙에는 축선 방향으로 뻗어있는 플러싱 채널 (12; 12') 이 제공되어 있고, 이 채널은 몸체의 상기 제 1 단부 (17, 17') 의 출구 오리피스 (16, 16') 로 끝나 있고, 단부를 가지며 실질적으로 반경 방향으로 향한 하나 이상의 측면 플러싱 홀 (14; 14') 을 통하여 플러시 매체가 상기 플러싱 채널에 유입될 수 있는 상기 섕크 어댑터에 있어서,

측면 플러싱 홀 (14, 14') 의 반경 방향 외부 테두리 가장자리는 실질적으로 볼록한 경로를 따르며, 홀 (14, 14') 의 각 단부 (22, 23; 22', 23') 가 테두리 가장자리의 다른 부분 보다 더 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.
제 1 항에 있어서, 측면 플러싱 홀 (14, 14') 의 반경 방향 외부 테두리 가장자리는 실질적으로 타원형인 통로를 따르는 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

홀 (14; 14') 의 각 단부 (22, 23; 22', 23') 는 반경 (R) 으로 형성되어 있 는 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 측면 플러싱 홀 (14') 의 반경 방향 외부 테두리 가장자리는 서로 겹치는 두 타원 (34', 44') 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 홀 (14') 의 축 방향 단부 (22', 23') 는 2 ~ 5 mm 의 반경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.
제 4 항에 있어서, 타원 (34', 44') 은 중심선 (CL) 에 수직인 법선 (N) 에 대하여 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 홀 (14, 14') 의 중앙부에 있는 테두리 가장자리는 장축 (S) 의 양측에서 동일한 볼록 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 섕크 어댑터.