KR20110073273A - 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치 - Google Patents

모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치 Download PDF

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KR20110073273A
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Abstract

모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치는 모바일 하버에서 크레인부를 승하강시키는 리프팅 장치의 상단부에 결합된 발판부와, 상기 발판부의 상부에 배열 설치된 복수개의 유니버셜 조인트부와, 상기 유니버셜 조인트부에 각각 피스톤 로드의 끝단부가 결합되고, 작동유가 충진된 실린더몸체를 갖는 댐핑 실린더를 포함한다.

Description

모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치{DAMPING JOINT APPARATUS FOR MOBILE HARBOR LIFTING SYSTEM}
본 발명은 충격 감쇄 및 자세 안정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 모바일 하버의 사용 안정성 개선과 리프팅 장치의 충격 완화을 도모할 수 있는 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 국가간 물류의 규모가 커지면서 해로를 통한 수출입 물량이 비약적으로 증가하고 있다.
이에 따라 10,000 TEU급 이상의 초대형 선박이 등장하고, 컨테이너 터미널의 규모도 초대형 선박이 접안할 수 있을 정도로 커지고 있다.
따라서, 세계의 선진항만에는 컨테이너를 선적하거나 하역하기 위한 대형 크레인이 다수 설치되어 있다.
일반적으로 컨테이너를 이송하기 위한 크레인은 선박과 부두 사이로 컨테이너를 선적하고 하역하는 하역장비로, 컨테이너 크레인의 선박 및 하역속도는 선박의 취급속도와 부두 전체 화물의 처리능력 한계를 결정하는 핵심적인 요소이다.
그런데, 컨테이너선 등의 처리 용량과 선체 사이즈가 날로 증가됨에 따라, 대형 컨테이너선이 크레인이 있는 부두로 접근하기 어렵거나, 협소한 운하를 통과하지 못하고 우회하여 운항하는 실정이다.
이를 위한 대책으로 이른바, '움직이는 항구'를 뜻하는 모바일 하버가 출현하게 되었다.
모바일 하버는 수심이 깊은 해상에 정박 중인 대형 컨테이너선과 수심이 낮은 항구를 연결하는 개념의 선박으로, 새로운 해상 컨테이너 운송수단으로 관심을 모으고 있다.
모바일 하버는 새로운 항만의 건설이나 증설 없이 컨테이너 수송 수요에 대처할 수 있고, 해상에서의 화물의 환적(trans-shipment), 항로수심 및 부두수심 확보 문제, 컨테이너선의 컨테이너 터미널 접안 회수 축소, 컨테이너 터미널의 선석 확보, 환적 화물의 신속 처리를 위한 대안으로 제시되고 있으며 화물의 효율적인 처리, 육상 운송의 해상운송 대체 등 다양한 형태의 물류혁신을 가져다 줄 것으로 기대된다.
그런데, 모바일 하버에 장착된 크레인은 선체의 상갑판으로부터 수십미터 높이를 갖도록 설치되어 있음에 따라, 모바일 하버의 운항이나, 풍파에 많은 영향을 받기 때문에, 크레인 자체의 6자유도에 많은 영향을 미치고, 특히, 크레인에 설치된 스프레더(spreader)의 스큐(skew), 트림(trim), 리스트(list), 시프트(shift) 자세 제어에도 많은 어려움이 존재하고 있어, 크레인 관련 충격 감쇄 또는 자세 제어의 안정성 확보가 매우 어려운 상태이다.
예컨대, 종래 기술에 따른 독립형 컨테이너 선박은 도 1에 도시된 바와 같이, 대한민국 특허공개 제2002-0025090호에 개시된 바와 같이, 컨테이너를 비적재한 상태의 선체(1)와, 컨테이너를 수용하기 위해 선체(1)에 형성된 유지체(2)와, 컨테이너 취급 수단(3), 조타실(4), 레이더 안테나(6)를 지지하는 마스트(5)를 구비하고 있다.
여기서, 컨테이너 취급 수단(3)은 컨테이너 유지체(2)의 전체 길이를 커버하여 작동되는 이동식 갠트리형 크레인(7), 이동식 갠트리형 크레인(7) 상에 장착되고 스프레더(8)로 컨테이너를 양하역 할 수 있는 크레인(9)으로 구성되어 있다.
특히, 종래 기술에 따른 독립형 컨테이너 선박에서, 이동식 게이트형 크레인(7)의 하부 프레임 또는 실빔(Sill beam)과 상갑판상의 레일 사이에 결합된 갠트리 주행장치(10)에는 이동식 갠트리형 크레인(7)의 높이를 확장시키거나 하부 프레임을 기준으로 상부 프레임을 승강 또는 하강시키는 리프팅 장치가 부재되어 있다.
따라서, 종래 기술의 독립형 컨테이너 선박은 해상조건의 변화에 따라 이동식 갠트리형 크레인(7)의 상부 프레임의 높이를 상갑판 쪽으로 낮출 수 없으므로, 풍파 등의 해상조건에 따라 흔들림이 과도하게 발생되는 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술의 독립형 컨테이너 선박의 갠트리 주행장치(10)와 이동식 갠트리형 크레인(7)의 상부 프레임 사이의 연결부위에는 어떠한 충격 감쇄 장치도 구비되어 있지 않아, 충격을 완화시킬 수 없는 실정이다.
또한, 종래 기술의 독립형 컨테이너 선박이 계류장치 또는 자동 위치제어 시스템(Dynamic Position System)을 가지고 있더라도, 풍하중과 파도에 의한 운동에 의한 영향은 불가피한 실정이다.
본 발명의 실시예는 선체에 설치된 모바일 하버용 리프팅 실린더와 크레인부 사이의 연결부위에 충격을 완화시킬 수 있는 댐퍼조립체를 설치하여 리프팅 실린더와 크레인부간 충격을 완화시키고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모바일 하버에서 크레인부를 승하강시키는 리프팅 장치의 상단부에 결합된 발판부와, 상기 발판부의 상부에 배열 설치된 복수개의 유니버셜 조인트부와, 상기 유니버셜 조인트부에 각각 피스톤 로드의 끝단부가 결합되고, 작동유가 충진된 실린더몸체를 갖는 댐핑 실린더를 포함하는 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치가 제공될 수 있다.
또한, 발판부는 평활한 상면에서 각각 상협하광의 형상을 형성하도록 경사지게 연장되고, 상기 유니버셜 조인트부가 경사지게 설치되어 있는 복수개의 경사면과, 상기 경사면에서 각각 연직 하향으로 연장된 측면과, 상기 측면의 하부에 형성된 저면과, 상기 리프팅 장치의 상단부에 형성된 피봇 볼(pivot ball)과 체결되기 위해, 상기 저면 중심 위치에 형성된 볼 조인트 홈을 포함할 수 있다.
또한, 댐핑 실린더는 상기 발판부와 상기 크레인부 사이에서 사방으로 동일한 이격 거리를 유지하면서 배치되어 있을 수 있다.
또한, 댐핑 실린더는 상기 피스톤 로드의 피스톤 전방측에 작동유를 공급 또는 회수하기 위해 형성된 제 1 포트와, 상기 피스톤 로드의 피스톤 후방측에 작동유를 공급 또는 회수하기 위해 형성된 제 2 포트와, 상기 댐핑 실린더 중 상호 대향 위치에 배치된 제 1 댐핑 실린더의 제 1 포트와 제 2 댐핑 실린더의 제 2 포트 사이에 작동유가 유동하도록 상호 연결된 제 1 크로스 라인과, 상기 제 1 댐핑 실린더의 제 2 포트와 상기 제 2 댐핑 실린더의 제 1 포트 사이에 작동유가 유동하도록 상호 연결된 제 2 크로스 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 해상조건의 변화에 의한 댐핑 조인트 장치 하부의 흔들림이 댐핑 조인트 장치 상부로 전달되는 것을 막아주거나 감쇄시켜 줄 수 있고, 극심한 흔들림 발생시 순간적인 과부하에 따른 충격을 줄여줌으로써 모바일 하버의 안정성과 리프팅 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 모바일 하버의 안전성과 리프팅 장치의 안전성을 보장하여 해상에서의 모바일 하버의 작업 효율성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 독립형 컨테이너 선박의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 원 A의 확대 단면도이다.
도 4와 도 5는 도 2에 도시된 장치의 작동 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치는 모바일 하버의 부유체(20)에서 크레인부(40)를 승하강시키는 리프팅 시스템 또는 리프팅 장치(60)를 위해 사용되는 본체(100)일 수 있다.
리프팅 장치(60)는 모바일 하버의 부유체(20)의 운항, 피항, 자세제어, 풍파로부터 영향을 덜 받기 위해 미리 정한 안정성 확보 동작 등의 상황에서 크레인부(40)와 본체(100)를 하강시켜 안정성을 높일 수 있고, 화물의 하역 작업시에는 크레인부(40)와 본체(100)를 상승시켜 모선과의 하역작업이 가능하도록 승하강 액추에이터 구조로 구성될 수 있다.
예컨대, 리프팅 시스템은 제어장치와 승하강 액추에이터 구조의 리프팅 장치(60)와 유압공급회로를 포함하여 구성될 수 있다.
리프팅 장치(60)는 모바일 하버의 선체 또는 부유체(20)를 기반으로 승하강력을 발생시키는 액추에이터 실린더블록(61)과 작동암(62)을 포함할 수 있다.
리프팅 장치(60)의 작동암(62)의 끝단부는 리프팅 장치(60)의 상단부에 해당될 수 있다.
이런 리프팅 장치(60)는 복수개로 구성될 수 있고, 각각의 리프팅 장치(60)의 상단부에는 본 실시예의 본체(100)가 각각 설치되어 있을 수 있다.
본체(100)는 발판부(110)와, 복수개의 유니버셜 조인트부(120)와, 동일한 용량의 복수개의 댐핑 실린더(130)를 포함할 수 있다.
발판부(110)는 모바일 하버의 부유체(20)에서 크레인부(40)를 승하강시키는 리프팅 장치(60)의 상단부에 결합될 수 있다.
유니버셜 조인트부(120)는 발판부(110)의 상부에 복수개로 배열 설치될 수 있다.
댐핑 실린더(130)는 각각의 유니버셜 조인트부(120)에 피스톤 로드(131)의 끝단부를 결합시키고 있고, 작동유를 충진한 실린더몸체(132)의 끝단부를 크레인부(40)의 저면에 연결시키고 있을 수 있다.
본 실시예에서 작동유는 작동 유체를 의미하는 것으로서, 유압유와 질소가스를 혼합한 유체일 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 원 A의 확대 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발판부(110)는 평활한 상면(111)에서 각각 상협하광의 형상을 형성하도록 경사지게 연장되고, 유니버셜 조인트부(120)가 경사지게 설치되어 있는 복수개의 경사면(112)을 가지고 있을 수 있다.
또한, 발판부(110)는 경사면(112)에서 각각 연직 하향으로 연장된 측면(113)과, 그 측면의 하부에 형성된 저면(114)을 형성하고 있을 수 있다.
여기서, 저면(114) 중심 위치에는 리프팅 장치(60)의 상단부, 즉 작동암(62)의 끝단에 형성된 피봇 볼(pivot ball)(63)과 체결되기 위해 볼 조인트 홈(115)이 형성되어 있을 수 있다.
본 실시예에서 댐핑 실린더(130, 130a, 130b)는 전,후,좌,우 총 4개로 구성되거나, 복수개로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 댐핑 실린더(130, 130a, 130b) 또는 유니버셜 조인트부(120)는 발판부(110)와 크레인부(40) 사이에서 사방으로 동일한 이격 거리(d)를 유지하면서 배열 설치되어 있을 수 있다.
이때, 상호 대향적인 위치, 즉 건너편 위치의 댐핑 실린더(130, 130a) 또는 유니버셜 조인트부(120) 끼리는 가상의 일직선상에 일치되게 설치될 수 있다. 여기서, 가상의 일직선이란 십자 기준선을 의미할 수 있고, 십자 기준선은 모바일 하버의 피칭(pitching) 또는 롤링(rolling) 모션(motion) 방향을 따라 형성되거나, 또는 모바일 하버의 선수미 방향과 선폭 방향이 교차하는 방향을 따라 정해질 수 있다.
또한, 유니버셜 조인트부(120)는 발판부(110)의 경사면(112)에 설치되어 있음에 따라, 평면에 설치된 구조에 비해 충격 분산이 상대적으로 유리할 수 있고, 발판부(110) 자체의 밸런싱 유지가 유리할 수 있다.
유니버셜 조인트부(120)는 각도 변화에 대응하여 모멘트를 받지 않으면서 회동 가능한 연결구조로 형성될 수 있다.
예컨대, 유니버셜 조인트부(120)는 요크를 니들 롤러 베어링과 십자축 방향으로 연결하는 전형적인 구조로 형성될 수 있다.
또한, 유니버셜 조인트부(120)는 힌지 핀 구조와 구면 베어링(spherical bearing)을 이용하여 구성될 수 있다.
즉, 유니버셜 조인트부(120)의 일측 부위는 댐핑 실린더(130, 130a, 130b) 각각의 피스톤 로드(131, 131a)의 하부 끝단로서 힌지 핀 구조를 갖고, 이런 힌지 핀 구조와 결합되는 유니버셜 조인트부(120)의 타측 부위는 구면 베어링(spherical bearing)을 가질 수 있다.
댐핑 실린더(130, 130a)는 피스톤 로드(131, 131a)의 피스톤(133, 133a) 전방측에 작동유를 공급 또는 회수하기 위해 형성된 제 1 포트(134, 134a)와, 피스톤 로드(131, 131a)의 피스톤(133, 133a) 후방측에 작동유를 공급 또는 회수하기 위해 형성된 제 2 포트(135, 135a)를 각각 포함할 수 있다.
또한, 댐핑 실린더(130, 130a)는 상호 대향 위치에 배치된 제 1 댐핑 실린더(130)의 제 1 포트(134)와 제 2 댐핑 실린더(130a)의 제 2 포트(135a) 사이에 작동유가 유동하도록 상호 연결된 제 1 크로스 라인(136)을 가질 수 있다.
또한, 댐핑 실린더(130, 130a)는 제 1 댐핑 실린더(130)의 제 2 포트(135)와 제 2 댐핑 실린더(130a)의 제 1 포트(134a) 사이에 작동유가 유동하도록 상호 연결된 제 2 크로스 라인(137)을 가질 수 있다.
이런 경우 제 1, 제 2 크로스 라인(136, 137)로 연결된 댐핑 실린더(130, 130a)는 상호간 작동유의 배압을 걸어줄 수 있어 안정된 충격 완화 작용을 수행할 수 있는 카운터 밸런싱 작동을 할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예에 따른 작동 방법에 대해서 설명하도록 하겠다.
도 4와 도 5는 도 2에 도시된 장치의 작동 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예가 작동하기 전 또는 정지 중에는 댐핑 실린더(130, 130a) 각각의 피스톤 로드(131, 131a)가 동일한 위치에서 균형을 이루고 있을 수 있다.
도 5를 참조하면, 모바일 하버의 부유체의 위쪽으로 리프팅 장치를 기반으로 설치된 크레인부(40)는 풍하중, 파도에 의한 피칭 또는 롤링 모션에 따라 흔들림 또는 충격과 같은 외력(f1, f2)에 영향을 받을 수 있고, 이런 외력(f1, f2)은 리프팅 장치와 발판부 및 유니버셜 조인트를 통해 각각의 피스톤 로드(131, 131a)에 전달될 수 있다.
예컨대, 만일 일측의 외력(f1)이 우측에 위치한 제 1 댐핑 실린더(130)의 피스톤 로드(131)에 상향으로 작용하는 경우, 크레인부(40)가 좌측으로 편향되려는 편하중이 발생될 수 있다.
이와 동시에, 제 1 댐핑 실린더(130)의 피스톤(133)은 후방측 작동유를 밀어낸다.
이런 경우, 후방측 작동유는 제 2 크로스 라인(137)을 통해 제 2 댐핑 실린더(130a)의 전방측으로 유입되어, 제 2 댐핑 실린더(130a)의 피스톤(133a)을 상향으로 이동시키면서 복원력 또는 카운터포스를 발생시킬 수 있다.
이렇게 발생된 카운터포스와 상기 편하중은 상호 감쇄 또는 상쇄될 수 있다.
이와 반대로, 일측의 외력(f1)이 반대 방향인 하향으로 제 1 댐핑 실린더(130)의 피스톤 로드(131)에 작용할 경우에도, 제 1 댐핑 실린더(130)의 피스톤(133)이 전방측 작동유를 밀어낸다.
이에 따라, 전방측 작동유는 제 1 크로스 라인(136)을 통해 제 2 댐핑 실린더(130a)의 후방측으로 유입되어, 결과적으로 상기 편하중을 감쇄시키는 방향으로 카운터포스를 역시 작용시킬 수 있다.
한편, 타측의 외력(f2)이 좌측에 위치한 제 2 댐핑 실린더(130a)의 피스톤 로드(131a)에 상향으로 작용하는 경우, 크레인부(40)가 우측으로 편향되려는 편항중이 발생될 수 있다.
이와 동시에, 제 2 댐핑 실린더(130a)의 피스톤(133a)은 후방측 작동유를 밀어낸다.
이런 경우, 후방측 작동유는 제 1 크로스 라인(136)을 통해 제 1 댐핑 실린더(130)의 전방측으로 유입되어, 제 1 댐핑 실린더(130)의 피스톤(133)을 상향으로 이동시키면서 복원력 또는 카운터포스를 발생시킬 수 있다.
한편, 타측의 외력(f2)이 하향으로 작용하는 경우에도 앞서 설명한 것과 동일한 작동 원리에 대응하게 편하중을 상쇄시킬 수 있는 카운터포스가 본 실시예에서 생성될 수 있다.
따라서, 본 실시예는 편하중이 발생될 때마다 카운터포스를 생성하여 상호 상쇄시킴으로써, 결과적으로 외력(f1, f2)과 같은 댐핑 조인트 장치 하부의 흔들림(예: 리프팅 장치의 흔들림)이 장치 상부로 전달되는 것을 막아주어, 극심한 흔들림 발생시 순간적인 과부하에 따른 충격을 줄여줄 수 있다.
이에 따라, 본 실시예를 장착한 리프팅 장치에서는 안정적으로 승하강 작동을 수행할 수 있고, 더 나아가 본 실시예와 리프팅 장치를 장착한 모바일 하버에서는 안정적인 운항 또는 조업이 이루어질 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 : 본체 110 : 발판부
120 : 유니버셜 조인트부 130, 130a, 130b : 댐핑 실린더
136 : 제 1 크로스 라인 137 : 제 2 크로스 라인

Claims (4)

  1. 모바일 하버에서 크레인부를 승하강시키는 리프팅 장치의 상단부에 결합된 발판부와,
    상기 발판부의 상부에 배열 설치된 복수개의 유니버셜 조인트부와,
    상기 유니버셜 조인트부에 각각 피스톤 로드의 끝단부가 결합되고, 작동유가 충진된 실린더몸체를 갖는 댐핑 실린더를 포함하는
    모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발판부는,
    평활한 상면에서 각각 상협하광의 형상을 형성하도록 경사지게 연장되고, 상기 유니버셜 조인트부가 경사지게 설치되어 있는 복수개의 경사면과,
    상기 경사면에서 각각 연직 하향으로 연장된 측면과,
    상기 측면의 하부에 형성된 저면과,
    상기 리프팅 장치의 상단부에 형성된 피봇 볼(pivot ball)과 체결되기 위해, 상기 저면 중심 위치에 형성된 볼 조인트 홈을 포함하는
    모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑 실린더는,
    상기 발판부와 상기 크레인부 사이에서 사방으로 동일한 이격 거리를 유지하면서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 댐핑 실린더는,
    상기 피스톤 로드의 피스톤 전방측에 작동유를 공급 또는 회수하기 위해 형성된 제 1 포트와,
    상기 피스톤 로드의 피스톤 후방측에 작동유를 공급 또는 회수하기 위해 형성된 제 2 포트와,
    상기 댐핑 실린더 중 상호 대향 위치에 배치된 제 1 댐핑 실린더의 제 1 포트와 제 2 댐핑 실린더의 제 2 포트 사이에 작동유가 유동하도록 상호 연결된 제 1 크로스 라인과,
    상기 제 1 댐핑 실린더의 제 2 포트와 상기 제 2 댐핑 실린더의 제 1 포트 사이에 작동유가 유동하도록 상호 연결된 제 2 크로스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    모바일 하버 리프팅 시스템을 위한 댐핑 조인트 장치.
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