KR20090051040A - 화강암 또는 다른 경질의 재료를 절단하기 위한 블록 절단용 석재 절단기 및, 대응의 절단 방법 - Google Patents

화강암 또는 다른 경질의 재료를 절단하기 위한 블록 절단용 석재 절단기 및, 대응의 절단 방법

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KR20090051040A KR1020097002432A KR20097002432A KR20090051040A KR 20090051040 A KR20090051040 A KR 20090051040A KR 1020097002432 A KR1020097002432 A KR 1020097002432A KR 20097002432 A KR20097002432 A KR 20097002432A KR 20090051040 A KR20090051040 A KR 20090051040A
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Abstract

화강암 또는 다른 경질 재료들을 절단하기 위한 수직 프레임을 가진 블록 절단용 석재 절단기는, 진동 운동을 부여하는 독립적인 진동 프레임(40)상에서의 진동 운동의 가능성과 함께 지지되는 블레이드 유지용 프레임(19)을 구비함으로써, 블레이드 유지용 프레임(19)의 각각의 블레이드(20)는 항상 작업물(18)과 접촉하고, 접촉 영역은 볼록하고 만곡된 궤적을 따라서 움직인다.

Description

화강암 또는 다른 경질의 재료를 절단하기 위한 블록 절단용 석재 절단기 및, 대응의 절단 방법 {Block-cutting gangsaw for cutting granite or other hard materials, and corresoponding cutting method}
본 발명은 화강암 또는 다른 경질 재료들을 절단하기 위한 블록 절단용 석재 절단기(gangsaw)에 관한 것으로서, 상기 석재 절단기는 프레임의 왕복 운동과 프레임 안내부들의 진동 운동을 조합하여 절단함으로써 블레이드와 블록 사이의 접촉 영역이 대략 원형의 형상을 가진 원호를 따라서 움직이게 된다. 본 발명은 또한 대응하는 절단 방법에 관한 것이다.
프레임의 대략 선형인 수직 왕복 운동이 블록의 수평 전진 운동과 조합되는 대리석 절단용 기계가 존재한다. 프레임과 대리석 블록 사이의 운동들의 조합은 비록 상당히 낮은 특정의 압력이긴 하지만 그런대로 균일한 압력을 발생시키며, 이러한 하중 조건은 블레이드에 블록에 대한 일정한 정도의 볼록함(convexity)을 부여하는데, 이것은 블레이드에 편심되게 설치된 타이 바아(tie-bars)들로써 블레이드에 미리 하중을 가함으로써 부분적으로 보상된다.
화강암을 절단할 때, 블레이드와의 특정한 접촉 압력은 대리석이나 또는 다른 재료들에 대하여 충분한 압력보다 훨씬 높아야 한다. 블레이드와 화강암 사이의 접촉 영역은 결국 제한되어야 하지만, 이것은 블레이드 유지용 프레임의 선형 운동이 유지되는 것을 방해한다.
만약 화강암이 절단될 때 선형의 수직 운동이 유지되고, 충분히 빠른 블록의 전진 속도가 유지되었다면, 하중이 블록의 상단부 및 하단부에 집중될 것이기 때문에 블레이드의 점진적인 곡률이 야기될 것이며, 이것은 곧 블레이드의 파괴로 이어지게 된다.
유럽 특허 EP-0334831 은 수직의 톱 프레임(saw frame)을 가진 톱 기계를 개시하는데, 여기에서 블레이드 유지용 프레임은 왕복 운동을 수행하고, 석재 절단기의 이동을 제한하는 대응 활강부(slide)들과 맞물린 블록들에 대하여 4 개의 모서리들에서 관절화되어 있다. 활강부들은 석재 절단기의 프레임에 대하여 미끄러질 수 있게 장착되는데, 각각의 활강부는 활강부의 안내 방향에 직각인 궤적을 형성하도록 횡단 안내부들의 대응하는 쌍을 따라서 있게 된다. 하부 활강부 및 상부 활강부는 반대 방향으로 움직여서,블레이드 유지용 프레임이 수평의 중간 축 둘레에서 진동하게 한다.
그 결과는 절단 블레이드가 점진적인 곡률 반경으로써 난형(ovoid)의 절단 궤적을 정하도록 하는 것이다.
전체 블레이드가 단일의 방향으로 작동되는, 이전의 해법들과는 달리, 상기 특허의 주 목적은 블레이드 인서트(blade insert)들의 절반이 상방향 운동중에 작동되게 하고, 다른 절반이 하방향 운동중에 작동되게 하는 것이다.
국제 출원 공개 WO 99/42267 는 수평의 프레임을 가진 절단 기계를 개시하고 상이한 절단 방법을 도시하는데, 이것은 각도 윤곽 또는 원호 윤곽을 가지는 것이다. 원호화된 윤곽을 가지고 절단할 때, 블레이드들은 전체 사이클을 통하여 거의 중간에 작동 사이클의 일부 동안 블록으로부터 들리워진다.
구조적으로, 블레이드 유지용 프레임을 지지하는 안내 프레임의 진동 운동을 위한 캠 또는 크랭크 시스템과, 블레이드 유지용 프레임의 왕복 선형 운동을 위한 커넥팅 로드 및 크랭크 메카니즘과 함께, 플라이휘일이 기계에 설치된다. 캠들은 플라이휘일에 대하여 다양하게 위상이 정해지며, 그들의 (역) 회전 속도들은 절단되어야 하는 블록과의 소망되는 접촉 궤적에 따라서 플라이휘일의 속도에 대하여 변화될 수 있다.
각각의 캠은 항상 같은 방향으로 회전하며, 안내 프레임에 대하여 진동 운동 뿐만 아니라 길이 방향 운동도 전달한다.
본 발명의 목적은, 블레이드에 수용 가능한 하중 및 변형을 야기하는 값들로써 전체적인 강도가 유지되면서, 블레이드와 재료 사이의 접촉 영역의 길이를 제한함으로써, 블레이드와 화강암 사이, 또는 재료가 화강암이 아닌 경우에 블레이드와 일반적인 작업물 사이의 접촉 압력을 증가시키는 신규의 석재 절단기 운동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 블록의 전체 높이를 따라서 블레이드와 작업물 사이의 접촉 영역을 연속적이고 정기적으로 움직이는 석재 절단기 운동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 블레이드상의 마모가 그 길이를 따라서 분포되는 석재 절단기를 제공하는 것이다.
다음의 설명으로부터 명백해지는 상기의 목적들 및 다른 목적들은 본 발명에 따른 석재 절단기 및 절단 방법으로 달성되는데, 이들은 독립 청구항 제 1 항 및 제 12 항에 각각 기재된 바와 같은 특징을 나타낸다.
본 발명의 유리한 구현예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
실질적으로, 본 발명에 따른 석재 절단기는 다음의 특징들을 가진다.
- 석재 절단기에는 플라이휘일과 함께 커넥팅 로드 및 크랭크 시스템을 이용하는 왕복 운동이 갖추어진다.
- 프레임은 진동 운동에 의해 구동되는데, 진동 운동은 블레이드가 왕복 운동에서 대략 원호 형상의 곡선에 접하고 있는 직선의 접선을 나타내게 한다.
- 프레임의 진동 운동은 블레이드의 왕복 운동과 동기화되지 않으며, 블레이드와 작업물 사이의 접촉 영역은 수직의 왕복 운동과 동기화되지 않는 방식으로 작업물의 높이와 블레이드를 따라서 움직인다: 왕복 운동의 역 모멘트(inversion moment)는 결국 블레이드를 따른 상이한 수평 위치들 및 블록에 있는 상이한 수직 위치들로 연속적으로 움직인다.
본원에서 이용된 "블록-절단용 석재 절단기(block-cutting gangsaw)"라는 용어는 왕복 운동과 함께 블레이드 유지용 프레임을 이용하는 블록 절단용 기계를 간결하게 설명하도록 의도된 것이다.
"석재 절단기" 또는 "블레이드 유지용 프레임"이라는 용어는 블레이드들 및 블레이드들을 지지하고 미리 하중을 가하는 구조체에 의해 구성되는 조립체를 정의한다.
"프레임의 왕복 운동"이라는 용어는 프레임에 부여되는 운동을 의미하며, 이것은 프레임이 안내부를 따라서 이동하게 한다.
"프레임의 진동 운동"이라는 용어는 조합된 횡단 및 회전 운동을 의미하며, 이러한 운동은 작업물에 대한 프레임의 위치 및 배향을 수정함으로써 접촉 영역이 대략 원형인, 볼록한 형상의 원호를 따라서 움직인다.
"블록"이라는 용어는 작업물을 의미하도록 이용되는데, 이것은 전체적으로 평행 6 면체 형상을 가지며 화강암 또는 다른 재료로 만들어진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실제 구현예의 바람직한 형태로서 아래에 설명될 것이며, 이것은 예시적인 것이지만 제한적인 것은 아니다.
도 1 은 고정된 안내부상의 왕복 운동에 의해 구동되는 프레임을 개략적으로 도시한다.
도 2 는 프레임의 진동 운동을 발생시키는 메카니즘의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 프레임의 진동 운동을 발생시키는 메카니즘을 위로부터 개략적으로 도시한 것으로서, 일부 부분들은 도시의 편의를 위해서 도 2 의 위치와 상이한 위치에서 도시되어 있다.
도 4 는 프레임의 진동 운동이 어떻게 발생되는지를 나타낸다.
도 5 는 도 2에서 화살표 A 의 방향으로 도시된, 블록의 지지 및 전진 시스템을 도시하는 것이다.
도 1 은 블레이드(20)와 일체로 되어 있는 프레임(19)의 왕복 운동을 도시하는데, 블레이드들은 최상부 위치에서 도시되어 있다; 수직의 진동중에 상기 블레이드들은 도면 번호 11 로서 표시된 최하부 위치와 최상부 위치 사이에서 움직인다. 이러한 왕복 운동은 항상 커넥팅 로드 및 크랭크 메카니즘으로 획득된다. 블레이드(20)들과 일체화된 블레이드 유지용 프레임은 4 개의 선형 안내부들에 의해 규제되는 선형 운동을 나타내는데, 4 개의 선형 안내부들중 2 개가 도시되어 있고, 즉, 이들 2 개의 안내부들은 아래에 설명되는 진동 프레임(40)과 일체화되거나 또는 기계 구조의 고정 부분과 일체화되고 도면 번호 23 및 24 로 표시되어 일측에 위치된 안내부들이다. 2 개의 카운터 안내부(counter guides, 22,21)들은 상기 안내부들의 일측에서 주행하며, 다른 측에 2 개의 카운터 안내부가 더 있다. 도면에는 프레임의 일 측부만이 도시되어 있다. 그러나, 반대편 측부에는 2 개의 다른 안내부들이 2 개의 대응하는 카운터 안내부와 함께 존재한다는 점이 기억되어야 한다. 블레이드들의 왕복 운동 동안에, 블록(18)은 화살표로 표시된 방향으로 전진한다.
다이아몬드 부분(16)들이 부착되는, 프레임(19) 및 프레임과 일체화된 블레이드들은, 4 개의 안내부들이 수직이고 구조물에 고정되므로, 실질적으로 선형의 운동으로 움직인다.
도 2 및 도 3 은 프레임의 진동 운동이 어떻게 얻어지는지를 도시한다. 블레 이드(20)와 일체화된 프레임(19)은 4 개의 안내부들(2 개의 상부 안내부(23) 및 2 개의 하부 안내부(24))에 결합된 4 개의 카운터 안내부들(2 개의 상부 카운터 안내부(22) 및 2 개의 하부 카운터 안내부(21))에 의해 안내된다. 모든 4 개의 안내부들은 진동 프레임(40)과 일체로 되어 있는데, 진동 프레임은 2 개의 대응 상부 핀(27)들 및 2 개의 대응 하부 핀(28)들을 통해서 2 개의 상부 커넥팅 로드(25) 및 2 개의 하부 커넥팅 로드(26)들에 의해 수평 방향으로 구동되는데 반해, 2 개의 디스크(54)들과 맞물려 있는 2 개의 공동(cavity, 53)들의 양쪽 측부들의 존재에 의해 수직으로 횡단되지 않도록 제한되고, 진동 프레임에 있는 4 개의 플랫포옴(58)에 안착된 4 개의 고정 휘일(59)(도 3)들의 존재에 의해 옆방향으로 횡단되지 않도록 제한된다.
따라서 진동 프레임은, 핀(27)들을 통해서 상부에 있는 2 개의 커넥팅 로드(25)들에 의해, 그리고 다른 2 개의 핀(28)들을 통해서 저부에 있는 2 개의 커넥팅 로드(26)들에 의해 길이 방향으로 구동되며, 이들은 동일한 운동을 쌍을 이루어 수행한다. 2 개의 상부 커넥팅 로드들은 핀(41)들과 맞물리는 반면에, 2 개의 하부 커넥팅 로드들은 일체화 핀(42)들과 맞물리고, 각각 2 개의 상부 디스크(43) 및 2 개의 하부 디스크(44)와 함께 회전하는데, 이들 디스크들은 일치하는 상부 축(55)들 및 하부 축(56)들의 둘레를 각각 자유롭게 회전한다. 상부 핀(41)들은 하부 핀(42)들과는 상이한 4 분원(quadrant)으로 움직이고, 그들의 회전은 2 개의 상부 핀(46)들 및 2 개의 하부 핀(47)들을 통해 디스크(43,44)에 연결된 2 개의 동기화 로드(synchronized rod, 39)들의 존재에 의해 제한된다는 점이 주목되어야 한다. 축(45)의 둘레로 자유롭게 회전하는 상부 디스크(43)들은 구동 기어(30)(도 3)들과 맞물린 2 개의 피구동 기어(29)들과 같은 축을 이루며, 구동 기어(30)들은 디스크(36)와 일체화되고, 디스크는 축(57)의 둘레로 자유롭게 회전된다. 디스크(36)들에는 핀(37)이 끼워진다; 연결 로드(31)들은 일 단부에서 핀(37)들에 대하여 제한되고, 다른 단부에서는 디스크(35)들에 연결된 핀(34)들에 제한되며, 디스크(35)들은 축(33) 둘레에서 자유롭게 회전된다. 2 개의 디스크(35)들(우측 및 좌측)은 샤프트(48)에 의해 서로 제한되는데, 샤프트는 기어 모터(32)에 의해 회전된다.
핀(34)이 디스크(35)상에서 편심되어 있는 것은 핀(37)이 디스크(36)상에서 편심되어 있는 것보다 훨씬 덜하므로, 핀(34)들은 완전하고 연속적인 회전을 수행하는 반면에, 핀(37)들은 그 어떤 경우에도 180 도 보다 작은 진폭의 각도 진동을 수행한다. 2 개의 우측 디스크 및 좌측 디스크(36)들의 상기 각도 진동의 진폭은 휘일(30)들에 대한 휘일(29)들의 치(teeth)의 개수들 사이의 비율에 의해 주어진 감소 비율에 의해 감소되어, 디스크(43)들과 일체화된 핀(41)들의 각도 진동을 얻게 되는데, 이것은 소망의 진폭을 가진다. 디스크(44)들과 일체화된 하부 부분의 핀(42)들은, 동기화 로드(39)들의 효과에 기인하여, 반대 방향으로 동일한 각도 진동을 명백하게 수행한다.
도 4 는 블레이드들의 대략 원형인 엔벨로프(envelope) 운동이 프레임의 진동 운동의 효과로서 어떻게 달성되는가를 도시한다.
프레임의 상기 진동 운동은 연결 로드(25,26)들의 2 개의 핀들의 각도 진동에 의해 발생되는데, 이것은 진동 프레임이 진동하게 한다. 상부 디스크(43)에 대 한 2 개의 상부 핀(41)들에 의해 취해지는 평균 위치(b')는 대응 디스크(44)에 대한 2 개의 하부 핀(42)들에 의해 취해지는 평균 위치(b'')에 대향된다. 결국, 디스크들이 한 방향으로, 예를 들면 시계 방향 회전될 때, 상부 핀(41)들은 위치(a')로 움직이고, 그것이 프레임으로 하여금 블록을 향해 전진하게 하는 반면에, 하부 핀(42)들은 위치(a")로 움직여서 프레임으로 하여금 철회되게 한다. 그러나, 진폭들은 원주상에 있으므로 상이하게 되며, 프레임에 전해지는 수평의 운동은 각도의 코사인(cosine)에 비례한다.
Xi= R cos (αo +αd)
Xs = R cos (αo -αd)
여기에서 αo 는 평균 각도 이고 αd 는 회전 횡단값이고, R 은 핀의 편심값이고, Xi 및 Xs 는 각각 상부 운동 및 하부 운동이다.
마찬가지로, 2 개의 디스크들이 시계 반대 방향으로 회전할 때, 상부 핀은 위치(c')로 움직여서 프레임이 수축되게 하는 반면에, 하부 핀은 위치(C")로 움직여서 그것을 전진하게 한다.
이러한 운동들의 결과는 프레임에 부여된 각도 진동이 블레이드의 작용 라인을(action line)을 움직이게 함으로써 상기 작용 라인이 거의 원호 형상의 곡선에 대한 접선이 되게 하는 것이다.
곡률 반경은, 디스크 핀들의 평균 각도(αo), 상기 평균 값 주위의 각도 진동의 진폭 및 연결 로드들의 길이와 같이, 존재하는 기하학적 인자들의 함수이지만, 용이하게 미리 정해질 수 있고, CAD 로써 움직임을 시뮬레이션 함으로써 변경 되는 것이 가능하다.
도 5 는 기계의 정면을 도시하는데, 이것은 블록(18)이 블록 유지용 프레임과 함께 전진하게 하는 시스템을 도시하는 것으로서, 상기 블록 유지용 프레임은 절단용 블레이드(20)들과 번갈아 있는 다수의 블레이드(50)들에 의해 구성된다. 블록 유지용 블레이드(50)들은 그것의 전체적인 길이를 따라서 블록을 단단히 지지하며, 또한 그것에 전진 운동을 부여한다.
재료와 접촉되는 블레이드의 압력이 증가되는 것을 허용하는, 화강암 및 대리석을 절단하기 위한 석재 절단기(gangsaw)를 제공하는 목적은 본 발명의 주제를 형성하는 기술 혁신에 의해 이루어지는데, 이것은 블레이드와 블록 사이의 접촉 영역의 길이를 감소시킨다.
프레임의 왕복 운동과 동기화되지 않은(not synchronous) 방식으로 블레이드를 움직이는, 접촉 영역이 만곡된 궤적을 나타내게 하는 프레임 운동 시스템을 제공하는 목적도 달성된다.
본 발명의 바람직한 구현예가 도시되고 설명되었지만, 다양한 변형들이 본 발명의 특허에 의해서 제공되는 보호 범위내에 유지되면서 실제로 이루어질 수 있다.
본 발명은 블록을 절단하기 위한 석재 절단기로서 이용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 화강암 또는 다른 경질 재료의 블록(18)을 절단하기 위한 것이며 수직 프레임을 가진 블록 절단용 석재 절단기로서,
    블록(18)상에서 만곡된 절단 궤적을 정하기 위하여 왕복 및 진동 운동이 갖추어진 블레이드(20) 유지용 프레임(19)을 구비하고,
    상기 블레이드 유지용 프레임(19)은 진동 운동을 부여하는 독립적인 진동 프레임(40)에서의 왕복 운동의 가능성과 함께 지지됨으로써, 블레이드 유지용 프레임(19)의 각각의 블레이드(20)는 항상 블록(18)과 접촉되며, 접촉 영역은 볼록하고 만곡된 궤적을 따라서 움직이는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기의 볼록하고, 만곡된 궤적은 대략 원형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  3. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드 유지용 프레임(19)의 상기 진동 운동은 진동 지지 프레임(40)의 길이 방향 횡단 및 회전을 조합함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진동 프레임(40)은, 기계의 고정 구조물에 설치된 상보적인 수단(54)과 맞물리도록 설계된 측방향의 맞물림 수단(53)에 의해 수직으로 횡단되지 않도록 제한되고. 또한 다른 상보적인 활강 측방향 맞물림 수단(58,59)에 의해 옆으로 횡단되지 않도록 제한되는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  5. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 유지용 프레임(19)은, 그것과 일체화된 4 개의 카운터 안내부들, 즉, 2 개의 상부 카운터 안내부(22) 및 2 개의 하부 카운터 안내부(21)들에 의해서 왕복 운동으로 안내되고, 상기 4 개의 카운터 안내부들은 진동 프레임(40)과 일체화된 4 개의 대응하는 안내부들, 즉, 2 개의 상부 안내부(28) 및 2 개의 하부 안내부(24)에 결합된 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드 유지용 프레임(19)을 지지하는 상기 진동 프레임(40)의 진동 운동은 단일의 모터화 구동 시스템(32)에 의해서 구동되는 4 개의 커넥팅 로드 및 크랭크 시스템들인, 2 개의 상부 커넥팅 로드 및 크랭크 시스템(25,27) 및 2 개의 하부 커넥팅 로드 및 크랭크 시스템(26,28)들로써 얻어지는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    2 개의 상부 커넥팅 로드(25)들의 2 개의 구동 핀(41)들은, 2 개의 하부 커넥팅 로드(26)들의 대응 디스크(44)들상의 2 개의 구동 핀(42)들의 평균 각도에 대하여 대향하는 대응 디스크(43)들상의 평균 각도를 가지는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 디스크(43)들 및 상기 하부 디스크(44)들은 상부 핀(46)들 및 하부 핀(47)들에 각각 힌지(hinge)되어 있는 대응 동기화 로드(synchronized rod, 39)들을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드 유지용 프레임(19)을 지지하는 진동 프레임(40)의 진동 운동은 상기 프레임(19)의 왕복 운동과 비동기화되는(not-synchronous) 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  10. 제 4 항 및 하나 이상의 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    4 개의 커넥팅 로드 및 크랭크 시스템들과 모터(32) 사이에 설치된 축(axle)은 커넥팅 로드(25,26)들의 진동의 각도를 감소시키거나 또는 증가시키는 것을 특 징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  11. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    블록(18)의 지지용 시스템은 블레이드(50)들이 설치된 프레임에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 블록 절단용 석재 절단기.
  12. 전기한 항들중 어느 한 항에 따른 블록 절단용 석재 절단기를 가지고 화강암 또는 다른 경질 재료로 만들어진 블록(18)의 절단 방법으로서, 항상 블록(18)과 접촉하고 있는 블레이드(20)상의 압력을 증가시키기 위하여, 그리고 볼록하고 만곡된 궤적을 따라서 연속적으로 접촉 영역을 움직이기 위하여, 지지용 진동 프레임(40)에 대한 블레이드(20) 유지용 프레임(19)의 왕복 운동 및, 진동 프레임의 길이 방향 횡단 및 회전들에 의해 얻어지는 상기 진동 프레임(40)의 진동 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는, 블록(18)의 절단 방법.
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