KR20080011127A - 굴착기용 커터 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 커터 모터를 갖는 굴착기용 커터 헤드에 관한 것이며, 각각의 커터 모터는, 고정 판(20); 단부(29)와 장착 조립체(30)를 포함하는 장착 구조물(26); 상기 장착 조립체 내에 장착되며, 양단부를 갖는 출구 축(40)을 구비하는 단일의 유압 모터(32); 고정 판(20)의 두께 내에 형성된 복수의 도관들(50); 및 상기 장착 구조물의 단부(29) 내에 형성되어 상기 유압 모터를 상기 도관에 연결하는 복수의 덕트들(52)을 포함하고, 상기 유압 모터와 상기 장착 구조물의 단부는 상기 고정 판(20)에 대하여 직각 방향으로 편향되어 있다.

굴착기, 커터 헤드, 커터 모터, 고정 판, 장착 구조물, 유압 모터

Description

굴착기용 커터 헤드{A CUTTER HEAD FOR AN EXCAVATOR MACHINE}

본 발명은 통상 커터로 언급되는 굴착기용 커터 헤드에 관한 것이다.

커터형 굴착기는 지면에서 100 미터(m)까지의 상당한 깊이로 굴을 파는 데에 통상적으로 사용되는데, 굴의 폭은 대체로 500 밀리미터(mm) 내지 1500 mm의 범위에 있으며 그 깊이에 비하여 상대적으로 작다. 이러한 굴착기의 장점은 상기한 깊이의 굴이 정확하게 수직으로 되는 조건을 따르면서 만들어질 수 있게 하는 것이다. 굴은 인접한 지층을 연속적으로 파냄으로써 얻어진다.

일반적으로, 커터는 굴이 만들어짐에 따라 굴착기에 기계적인 안내를 제공하도록 기능하는 상당한 높이의 박스형 구조물에 의해 구성된다. 박스형 구조물의 하단부에는 커터 헤드가 있다. 이러한 굴착기는 공지되어 있으며, 따라서 커터 도구가 장착되는 한 쌍의 드럼들을 각각 통상적으로 갖는 2개의 커터 모터들에 의해 커터 헤드가 통상적으로 구성된다는 것을 언급하는 것만으로도 충분하다. 각 쌍의 드럼들은 공통의 축선을 중심으로 회전하며, 커터 모터의 2개의 축선들은 사용시 평행 및 수평으로 된다. 커터 드럼들은 유압 모터에 의해 구동되어 회전한다.

다양한 형태의 장착이 가능하다. 제조업자인 바우어(Bauer)에 의해 특별히 적용된 구성에서, 유압 모터는 커터 헤드 위의 박스형 구조물의 내부에 설치된다. 유압 모터는 커터 모터의 베어링을 형성하는 판의 내부를 통과하는 실질적으로 수직인 소직경의 축을 통해 동력을 전달한다. 수직 축은 수평 축에 운동을 전달하는 한 쌍의 베벨 기어와 맞물린다. 유성 기어 시스템은 커터 드럼들에 효율적인 구동을 제공하기 위해 회전 속도를 감소시키고 토오크를 증가시킨다.

제조업자인 카사그란데(Casagrande)에 의해 특별히 적용된 다른 하나의 구성에서, 유압 모터들은 커터 헤드 위의 굴착기의 박스형 구조물의 하부에 위치되며, 동력은 전동 체인에 의해 커터 드럼에 전달된다.

쏠레땅쉬(Soletanche) 명의의 유럽 특허 EP 0 262 050호는 커터 드럼들을 구동시키는 방법을 개시하고 있는데, 여기에서, 단일의 유압 모터가 커터 드럼들의 내부에 장착되어 감속 기어장치 또는 직접 전동장치의 단계에 의해 커터 드럼들에 연결된다. 유럽 특허 EP 0 262 050호에는 유압 동력이 모터에 가해지는 방식은 기재되어 있지 않다.

위에서 언급한 처음 2개의 형태의 굴착기는 커터 헤드 위에 유압 모터들을 구비하므로 더 복잡하고 비용이 더 많이 드는 방식으로 이 유압 모터들을 장착하는 두드러진 결점을 가진다. 특히, 커터 헤드들을 신속하게 교환하는 것이 불가능하다.

또한, 처음 2개의 형태의 커터용 전동 시스템의 구성요소들(기어장치, 감속기, 체인)은, 쏠레땅쉬 명의의 유럽 특허에 개시된 구성에서 발생하지 않는 15%대의 비교적 높은 손실에 이르게 한다.

덧붙여 말하면, 토목공사의 종류 및 굴착되는 지층에 따라 커터 드럼들의 회전 속도 및 토오크에 관련된 매개 변수들을 변경시킬 수 있는 것이 유리할 수 있다.

커터 헤드의 두께는 만들어지는 굴의 폭에 의해 결정되는데, 500 mm 내지 1500 mm의 범위에 있을 수 있다. 본 발명은 작은 폭, 대체로 500 mm 내지 800 mm의 범위의 폭을 갖는 굴착기에 관한 것이다.

이렇게 얇은 두께로 인해, 드럼을 구동시키는 수단을 제공함에 있어 특별한 문제들이 발생하는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은 일반적으로 약 1.4 m 인 커터 드럼들의 직경과 바람직하게는 500 mm 내지 800 mm의 범위에 있는 커터 헤드의 두께에 의해 결정되는 유효 체적에서 종래 기술의 굴착기들보다 토오크 및/또는 속도에 관하여 더 나은 성능을 제공하는 커터형 굴착기용의 커터 헤드를 제공하기 위한 것이다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 커터 모터를 포함하는 굴착기용 커터 헤드에 있어서, 각각의 커터 모터는, 고정 판; 단부와 장착 조립체를 포함하는 장착 구조물; 상기 장착 조립체 내에 장착되며, 양단부를 갖는 출구 축을 구비하는 단일의 유압 모터; 고정 판의 두께 내에 형성된 복수의 도관들; 상기 장착 구조물의 단부 내에 형성되어 상기 유압 모터를 상기 도관 에 연결하는 복수의 덕트들; 커터 드럼을 장착하기 위해 상기 축의 일단부에 전동적으로 각각 연결된 2개의 림들; 및 상기 장착 조립체의 외측면과 상기 장착 구조물의 단부의 외측면에 각각 장착된 2세트의 베어링들을 포함하고, 상기 유압 모터와 상기 장착 구조물의 단부는 상기 고정 판에 대하여 직각 방향으로 편향되고, 상기 장착 조립체에 장착된 상기 베어링은 상기 유압 모터와 적어도 부분적으로 일치하도록 배치되어 있다.

유압 유체를 유압 모터로 공급하는 덕트를 포함하는 장착 구조물의 단부와 유압 모터 사이의 편향에 의해, 먼저 유압 모터가 커터 모터의 일단부로부터 접근가능하게 만들어진 다음, 유압 모터에 적합한 방식으로 유압 유체가 측방으로 공급됨을 알 수 있을 것이다.

또한, 베어링들의 위치는 커터 모터의 크기가 유압 모터의 축의 축선 방향을 따라 최소화되게 한다.

바람직하게는, 커터 모터는 커터 드럼을 장착하기 위해 상기 축의 일단부에 전동적으로 각각 연결된 2개의 림들과, 장착 조립체의 외측면과 장착 구조물의 단부의 외측면에 각각 장착된 2개의 베어링 조립체들을 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 커터 모터는 상기 도관들 중 하나와 상기 덕트들 중 하나에 의해 공급되는 유체를 제어함으로써 유압 모터의 실린더 용량의 변화를 제어하는 시스템을 더 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 명료하게 기재되어 있으며, 이 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시적인 것임을 알 수 있을 것이다. 실시예에 대한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 기술되어 있다.

도 1a 및 도 1b는 커터형 굴착기의 전체 형상을 도시하는 개략도이다. 이 굴착기는 실질적으로 직사각형이며 수평으로 움직이는 부분인 비교적 긴 박스형 구조물(12)로 구성되어 있다. 박스형 구조물의 상단부(12a)는 도르래 장치가 통과하는 풀리들(14)에 끼워져서 커터형 굴착기를 지지한다. 박스형 구조물(12)의 하단부(12b)에는 2개의 동일한 커터 모터들(16, 18)이 설치되어 커터 헤드를 형성한다. 각각의 커터 모터(16 또는 18)는 고정 판(20)과 이 고정 판(20) 상에 장착되되 그 중심 평면에 대하여 대칭적으로 장착된 2개의 커터 드럼들(22, 24)로 구성되어 있다. 본 발명은 커터 모터들(16, 18)의 커터 드럼들(22, 24)에 회전 구동력을 가하는 것에 관한 것이다.

또한, 도 1a 및 도 1b에는 깎인 지반토를 흡입하기 위한 노즐(17)과 흡입력을 가하기 위한 펌프(19)도 도시되어 있다.

도 2를 참조하면서, 커터 모터를 구성하는 한 쌍의 커터 드럼(22, 24)이 회전 구동되는 일반적인 구조에 대하여 설명하기로 한다.

커터 모터(16)는, 고정 판(20)에 체결되는 장착 구조물(26)을 포함하는데, 보다 상세하게는 고정 판(20)에 형성된 원형의 개구부(28) 내에 축선(XX')을 중심으로 결합되는 장착 구조물(26)을 포함한다. 장착 구조물(26)은 상기한 바와 같이 유압 모터에 유압 유체를 공급하기 위한 덕트를 수용하는 단부(29)와, 유압 모 터(32)를 수용하는 장착 조립체(30)를 포함한다. 유압 모터(32)는 고정자(32a)와 회전자(32b)를 포함한다. 단부(29)와 장착 조립체(30)는 커터 드럼의 회전 축선(XX')을 따른 중심 평면에서 편향되어 있다. 장착 구조물(26)은 고정 판(20)에 체결되는데, 보다 상세하게는 고정 판(20)의 원형의 개구부(28) 내에 결합된다.

도 2에 도시된 실시예에서, 유압 모터(32)는 고정 판(20)의 중심 평면에 대하여 일측에 전부 배치되어 있다. 다른 경우에, 유압 모터(32)는 중심 평면에 대하여 다른 일측으로 일부 연장될 수 있다.

바람직하게는, 장착 조립체(30)는 단부(29)의 일측으로부터 연장되어 유압 모터(32)를 수용하는 원통형 공동(38)을 형성하는 원통형 부싱으로 구성되며, 여기에서 유압 모터는 고정자(32a)에 의해 부싱에 체결된다. 공동은 커터 모터의 일단부에서 열려서 유압 모터(32)가 용이하게 접근할 수 있도록 한다.

유압 모터(32)는 커터 모터의 전체 폭에 대하여 축선(XX')을 따라 연장되는 축(40)을 회전시킨다.

커터 드럼들은 유압 모터의 축(40)의 양단부들(40a, 40b)에 고정된 2개의 림들(42, 44)에 의해 회전된다. 커터 드럼들은 림들(42, 44)의 외측면에 장착되어 있다.

베어링들(46, 48)은 단부(29)와 부싱(36)의 외측면들(29a, 36a) 사이에 먼저 삽입된 다음 림들(42, 44) 사이에 삽입된다. 베어링들(46, 48)은 지면에 작용하는 커터에 기인한 방사상 힘을 먼저 흡수한 다음, 하기한 바와 같이 유압 모터(32)에 유압 유체를 공급하는 통로에 기인한 축선방향 힘을 흡수하는 기능을 한다. 또한, 이러한 베어링들은 깎임이 발생하는 지반의 내부가 균일하지 않은 결과 커터 드럼에 가해질 수 있는 축선방향의 추력으로 인한 축선방향 힘을 흡수할 수 있어야만 한다.

베어링들(46)은 유압 모터(32)와 적어도 부분적으로 일치하도록 장착되어 있다. 그래서, 그 축선방향을 따라 매우 소형인 커터 모터(32)를 얻는 것이 가능하다. 또한, 유압 모터(32)의 고정자는 장착 조립체(30), 즉 원통형 부싱(36)에 직접 고정된다.

유압 모터(32)와 그 부가 장치에는 고정 판(20)의 두께 내에 만들어진 도관들(50)에 의해 유압 유체가 먼저 공급된 다음, 장착 구조물(26)의 단부(29) 내에 형성된 덕트들(52)에 의해 유압 유체가 공급되며, 이 덕트들은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.

각각의 도관(50)의 내측 단부는 덕트(52)의 일단부에 연결되고, 덕트의 타단부는 분배면(54)에 연결되어, 유압 모터(32)의 회전자(32b)와 덕트들 사이에 슬라이딩 및 회전 연결을 제공한다.

분배면들(54)에서, 덕트들(52)의 일부, 특히 유압 모터용 고압 이송 덕트를 통하여 전달된 저압 액체의 작용은 회전자(32)의 단부면(32c)에 대량의 축선방향 추력을 가하며, 이 추력은 베어링들(46, 48)에 의해 흡수될 필요가 있음을 알 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 커터 모터의 하나의 특정한 실시예를 매우 상세하게 도시한 것이다.

도 3에는 고정 판(20)의 두께 내에 형성된 도관들(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)과 이에 연결된 덕트들(52a, 52b, 52c, 52d, 52e)이 도시되어 있다.

도관(50a)은 유압 모터의 고압 이송부에 해당하고, 도관(50e)은 유압 모터로부터의 저압 오일 출구에 해당한다. 도관(50b)과 도관(50c)은 각각 유압 모터(32)로부터의 내부 누설물을 배출하는 것과 커터 모터의 내부 압력의 균형을 맞추는 것에 해당한다.

압력에 의해 밀봉 가스켓의 균형을 맞추는 시스템들은 공지되어 있다. 따라서, 이에 대해서는 본 명세서에 기술할 필요가 없다. 그 기능은 드릴가공시 발생하는 부산물이 커터 모터 내로 침투하지 않게 하기 위한 것이다.

바람직하게는, 고정 판(20)의 두께 내에 형성된 도관들(50a 내지 50e)의 내부에는 이 도관들 내에서 유동하는 액체 및 그 압력에 적합한 특성을 갖는 라이너들(56)이 부착되어 있다. 이렇게 라이너들이 제공되면, 라이너들은 밀봉성을 개선하는 기능도 한다.

유압 모터의 축선을 따라 소형성을 개선하는 기능을 하는 다른 하나의 특징은 고정 판(20)의 두께가 통상 50 mm 내지 60 mm의 정도로 작을 수도 있다는 점에 있다.

이것은 특히 장착 구조물(26)이 장착되는 원형의 개구부(28)를 고정 판이 포함한다는 점에 의해 얻어진다. 고정 판(20)의 두께 내에는 직선이고 바람직하게는 라이너들(56)이 부착된 도관들(50)만이 있다. 굴곡부는 장착 구조물의 단부(29) 내에 형성된 덕트(52)의 일부를 형성한다. 단부(29) 내에는 덕트들(52)와 유압 모 터의 이송면을 구성하는 데에 필요한 공간이 있다.

또한, 고정 판의 두께를 최소화하는 능력은 다른 하나의 목적을 만족시킨다. 커터는 값비싼 특수한 장치가 만들어지지 않는 한 상기 두께에 해당하는 영역에서 작용할 수 없다.

또한 바람직하게는, 커터 모터에는 유압 모터의 실린더 용량의 변화를 제어하기 위한 수단이 설치되며, 이 시스템은 도면에 도시되어 있지 않다. 실린더 용량 제어 시스템들은 공지되어 있다. 도관(50d)과 덕트(52d)는 실린더 용량 변경 시스템을 제어하기 위해 액체를 공급하는 기능을 한다. 특히, 유압 모터(32)는 2개의 실린더 용량을 가지는 것이 가능하다.

이것은 유압 모터(32)에 의해 공급되어 커터 드럼에 전달된 토오크가, 굴착기가 사용되는 지반의 특성에 적합하도록 한다.

도 1a 및 도 1b는 커터형 굴착기의 전체의 정면도 및 측면도이다.

도 2는 커터 모터의 필수 구성요소들을 도시한 종단면도이다.

도 3은 도 2의 커터 모터의 A-A 선을 따른 단면도이다.

Claims (6)

1. 적어도 하나의 커터 모터를 갖는 굴착기용 커터 헤드에 있어서,

   각각의 커터 모터는,

   고정 판(20);

   단부(29)와 장착 조립체(30)를 포함하는 장착 구조물(26);

   상기 장착 조립체 내에 장착되며, 양단부를 갖는 출구 축(40)을 구비하는 단일의 유압 모터(32);

   고정 판(20)의 두께 내에 형성된 복수의 도관들(50);

   상기 장착 구조물의 단부(29) 내에 형성되어 상기 유압 모터를 상기 도관에 연결하는 복수의 덕트들(52);

   커터 드럼(22, 24)을 장착하기 위해 상기 축의 일단부에 전동적으로 각각 연결된 2개의 림들(42, 44); 및

   상기 장착 조립체(30)의 외측면과 상기 장착 구조물의 단부(29)의 외측면에 각각 장착된 2세트의 베어링들(46, 48)을 포함하고,

   상기 유압 모터와 상기 장착 구조물의 단부는 상기 고정 판(20)에 대하여 직각 방향으로 편향되고,

   상기 장착 조립체에 장착된 상기 베어링은 상기 유압 모터와 적어도 부분적으로 일치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 베어링들(46, 48)의 세트들은 커터 모터 축의 축선 방향으로 힘을 흡수하기에 적합한 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 커터 모터는 상기 도관들(50) 중 하나와 상기 덕트들(52) 중 하나에 의해 공급되는 유체를 제어함으로써 유압 모터(32)의 실린더 용량의 변화를 제어하는 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 커터 모터는 그 밀봉 카스켓의 압력의 균형을 맞추는 시스템을 더 포함하며, 상기 균형을 맞추는 시스템은 상기 도관들(50) 중 하나와 상기 덕트들(52) 중 하나에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 장착 조립체는 상기 유압 모터를 수용하는 원통형의 공동(38)을 형성하는 원통형 부싱(36)을 포함하며, 상기 베어링(46)은 상기 원통형 부싱(36)의 외측면에 장착되는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정 판은 상기 장착 구조물(26)이 결합되어 고정되는 개구부(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.

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