KR20120051698A - 굴착기용 유압식 립퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 돌, 콘크리트, 아스팔트 등과 같은 땅으로부터의 단단한 물체를 파괴하거나 제거하는데에 이용되는 굴삭기를 위한 유압식 립퍼에 관한 것으로서, 그 유압식 립퍼는 복수의 부착 부재(attachment item; 6)들에 의해 굴삭기의 헤드(5)에 연결된 생크(1)를 포함하고, 유압식 립퍼는 적어도 생크(shank; 1) 및 동력 축적기에 고정되는 구동 수단들(2, 3)을 구비하며, 생크(1), 구동 수단들(2, 3), 및 동력 축적기(4)로 이루어진 조립체는 상기 생크(1)에 확보되고 생크(1)의 종축(7)에 위치되며, 상기 축(7)은 생크(1)의 후퇴 위치(A)와 전개 위치(B) 사이에서 땅이 파여지는 축이다.

Description

굴착기용 유압식 립퍼{Hydraulic ripper for excavators}

본 발명은 돌, 콘크리트, 아스팔트 등을 파괴하거나 들어올리는 굴삭기를 위한 부속물로서 이용되는 유압식 해머 립퍼에 관한 것으로서, 그것은 기본적으로 굴삭기로부터 오일 유동(oil flow)과 압력을 공급받는 유압 모터를 구비하며, 또한 이빨부를 작동시키는 일련의 장치들을 구동하여 땅을 파는데 필요한 움직임을 제공한다.

현재, 굴삭기용 립퍼는, 기본적으로 함께 단단히 결합된 이빨부들의 어레이(array)를 포함하고, 코마츠(KOMATSU)에 의한 미국 특허문헌 US2005189125호에 기재된 바와 같이 유압 수단에 의하여 굴삭기로부터 직접적으로 구동되는바, 여기에서는 다양한 작동들과 상기 작동의 최적 운용이 땅을 파는 작동을 향상시키기 위한 다양한 실린더들의 힘의 조합과 실제 이빨부의 설계에 의존한다.

그럼에도 불구하고, 상기 시스템은, 실제 이빨부를 통한 땅에 대한 해머 작용(hammer action)을 제공하는 독립적인 메카니즘에 의한 각 이빨부의 타격을 통하여 그 이빨부들 각각에서 직접적으로 땅을 최적으로 파는 수단이 결여되어 있다.

문헌 WO2009/022762 에는 이빨부를 위한 진동 시스템이 기술되어 있는데, 여기에서는 상기 이빨부에 진동 주파수의 전달이 이루어지지만, 이빨부의 관성이 땅을 팜에 있어서 사용되지는 않는다. 이것은, 진동의 적용이 이빨부가 땅을 치지 않는다는 것을 의미한다면, 상기 진동 시스템이 높은 성능을 보장하지 않고 발생되는 에너지를 낭비한다는 것을 의미한다. 또한 이빨부-진동기 조립체와 주축대 사이의 연결은 사일런트-블록(silent-block) 유형의 피동 댐퍼(passive damper)의 역할을 하는바, 이것은 굴삭기에 대한 충격을 흡수하지만, 그 진동으로부터의 에너지를 땅을 파기 위하여 재활용하는 것을 가능하게 하지 못한다.

본 발명은 종래 기술보다 향상된 굴착기용 유압식 립퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 립퍼로 땅을 가장 잘 파기 위한 기술적 과제를 달성하기 위하여 굴삭기를 위한 유압식 해머 립퍼가 제공되는바, 여기에서는 상기 립퍼가 땅에 있는 돌, 콘크리드, 아스팔트 등과 같은 단단한 물체들을 파괴하거나 들어올리는데에 사용되는 유형의 것이다. 그것은 부착 부재들의 어레이에 의하여 굴삭기 상의 주축대에 부착된 이빨부를 포함하며, 그것은 기본적으로 이빨부를 포함하되 동력 축적기에 견고하게 부착된 구동 장치들을 구비하는데, 여기에서 이빨부, 구동 장치들, 및 동력 축적기에 의하여 형성되는 조립체는 상기 이빨부에 견고하게 부착되고, 또한 이빨부의 후퇴 위치와 전개 위치에 의해서 땅과 부딪치는 이빨부의 종축(longitudinal axis) 상에 장착된다.

종래 기술에 대비되는 본 발명의 주된 장점을 설명하자면, 현재 사용되는 립퍼에서는 립퍼의 힘이, 립퍼가 장착된 굴삭기가 단순히 매립(embed)하고 당김에 있어서 당김을 통하여 굴삭기에 의해 제공되는 힘인 반면에, 본 발명에서는 립퍼의 힘이 동력 축적기와 관련된 실제 립퍼에서의 타격력들의 합계에 의해 제공되는바, 그 힘의 합계는 땅를 파서 땅속에 스스로를 매립시키는 이빨부의 종축에서의 힘에 땅을 이끌어 내는 기계의 당기는 힘을 더한 것이다.

본 발명에 의하여, 종래 기술보다 향상된 굴착기용 유압식 립퍼가 제공된다.

아래에는 본 발명의 보다 용이한 이해를 위하여 일련의 도면들에 관한 간단한 설명이 제공되는바, 그들은 본 발명의 비제한적인 예로서 제공되는 본 발명의 실시예들에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 굴삭기용 유압식 해머 립퍼의 개략도인데, 여기에는 내부의 작동하는 구성물이 상세히 도시되어 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 굴삭기용 해머 립퍼의 개략도인데, 여기에는 이빨부의 작동축(operating axis)이 상세히 도시되어 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 굴삭기용 유압식 해머 립퍼의 구동 장치에서의 힘들을 도시하는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 굴삭기용 유압식 해머 립퍼의 개략도로서, 여기에는 구동 장치들 간의 각도 변화가 도시되어 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 굴삭기용 유압식 해머 립퍼의 개략도로서, 여기에는 구동 장치들의 무게 중심의 변화가 도시되어 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 립퍼 굴삭기용 유압식 해머의 개략도로서, 여기에는 두 개의 동일한 로드(rod)들을 이용하거나(도 6a), 또는 두 개의 상이한 로드들을 이용하는(도 6b), 연결용 로드(connecting rod)들과 관련된 안내 시스템이 도시되어 있다.
도 7 에는 본 발명에 따른 굴삭기용 유압식 해머 립퍼의 실용적인 실시예의 사시도가 도시되어 있다.
도 8 은 도 7 에 제공된 모습의 분해도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 굴삭기용 유압식 해머 립퍼의 다양한 구성요소들을 도시하는, 도 8 에 제공된 분해도의 저부 사시도이다.

첨부된 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 돌, 콘크리트, 아스팔트 등과 같은 땅 속의 단단한 물체를 파괴하거나 들어올리기 위하여 이용되는 유형의 굴삭기용 유압식 해머 립퍼는, 적어도, 바람직하게는 에어-쿠션(air-cushion) 또는 공압식 실린더인 동력 축적기(4)에 견고하게 부착된 두 개의 캠(cam)들로 이루어진 일련의 구동 장치(2, 3)들을 구비한 이빨부(1)를 포함하고, 일반적으로 에너지의 축적을 가능하게 하는 장치가 무엇이든 간에, 이빨부(1)가 상승되는 때에는 상기 축적기(4)가 충전(공압식 실린더 또는 에어 쿠션인 경우에는 압축)되는 한편, 이빨부가 낙하하는 때에는 상기 축적기(4)가 방출(공압식 실린더 또는 에어 쿠션의 경우에는 압축해제(decompress))되는바, 여기에서 이빨부(1) 및 구동 장치들(2, 3)에 의해 형성되는 조립체와 동력 축적기(4)는, 바람직하게는 앵커링 로드(anchoring rod)인 일련의 연결부(6)들에 의해서 굴삭기 상의 주축대(5)에 부착된다.

구동 장치들(2, 3)은 실제 굴삭기로부터 오일 유동(oil flow) 및 압력을 받는 유압 모터에 연결되는데, 그것은 상기 구동 장치를 이루는 제1 캠(2) 및 제2 캠(3)이 서로 반대 방향으로 회전하게 한다.

벡터축(7)은 구동 장치들(2, 3)이 회전하는 때에 그 구동 장치들(2, 3)에 의해 생성되는 힘 벡터에 부여된 명칭이다. 상기 벡터축(7)에 대한 이 구동 장치들의 위치에 관하여는 다양한 옵션들이 존재한다. 제1 옵션은, 제1 캠(2) 및 제2 캠(3)의 위치가 이빨부(1)의 말단(tip)의 정점으로부터 시작하여 상기 이빨부(1) 상의 회전 지점을 통하여 지나는 선에 의해 정의되는 이빨부(1)의 벡터축(7)에 대해 대칭인 것이다. 이와 같은 대칭은, 각 캠(2, 3) 상의 샤프트가 다른 캠 상의 샤프트와 맞물리기 때문에 생성된다. 이 맞물림이 의미하는 바는, 제1 캠(2)과 제2 캠(3)이 반대의 방향으로 회전하고 또한 그들 각각의 각도 위치들을 잃지 않게 보장된다는 것이다. 다시 말하면, 벡터축(7)은 구동 장치들(2, 3) 상의 회전 샤프트들에 의해 점유되는 평면에 대해 직각이다. 따라서, 이빨부(1)의 단부는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 실제축에 따른 타격선(line of strike)을 그리게 된다.

그러므로, 캠들(2, 3)의 각도 위치들을 참조하면, 캠들(2, 3)이 각도 위치 0°(도 3 에 도시된 바와 같이, 좌표의 y축으로서는 이빨부(1)의 축(7), 그리고 x 축으로서는 캠들(2, 3)에 의해 형성되는 기준 구성 내에서 정의됨)에 있는 때에는, 두 개의 캠들(2, 3)이 동일한 질량 및 무게 중심(이빨부(1)의 축(7)에 위치함)을 갖는다면, 제1 캠(2)에 의해 발생되는 원심력이 제2 캠의 원심력에 의해 상쇄된다. 캠들(2, 3) 간의 각도가 180°이니 때에도 동일한 효과가 얻어진다.

그럼에도 불구하고, 각도 위치 -90°에서는 원심력이 하향 방향(A)으로 조합되고, 이빨부(1)에 부착되어 있다면, 그들이 당겨서, 땅에 충돌하는 이빨부(1)의 축(7)에서의 더 큰 하향 힘 벡터를 발생시킨다. 캠들(2, 3) 간의 90° 각도 위치에서는 반대의 효과가 발생하는바, 힘들이 상향 방향(B)으로 조합되어서, 동력 축적기(4)에 견고히 부착된 이빨부(1)를 당겨서, 동력 축적기를 압축시키고 그 내부 압력을 증가시킨다. 이것은 이빨부(1)가 땅으로부터 후퇴되는 때에 해당된다.

축적기(4) 내에 저장된 에너지는 캠들(2, 3)이 +90°의 각도 위치로부터 -90°의 각도 위치까지 움직이는 때에 방출되는바, 즉 이빨부(1)가 땅을 향해 아래로 움직이는 때에 방출되어서, 이빨부(1)에 의하여 가해지는 충격을 증대시킨다.

그럼에도 불구하고, 벡터축(7)은 앞선 경우에서 언급된 바와 같이 직선의 타격선을 그리지 않을 수도 있는데, 다른 일 실시예에서는 이빨부(1)의 단부가 앞서 언급된 직선 대신에 타원(8)을 그리며, 그 타원의 장축은 정확히 안내축(7')에 해당된다. 이것은 땅을 파는 것을 용이하게 하는 피봇 움직임(pivoting movement)을 발생시킨다. 이것은 벡터축(7)과 안내축(guide axis; 7') 사이에 형성되는 특정 각도(α, β) 덕분에 가능하게 된다. 이 각도들은 하기의 옵션들을 감안하여 얻어질 수 있다:

(a) 도 4 에 도시된 바와 같은, 구동 장치들(2, 3) 서로 간의 각도 변화; 또는

(b) 도 5 에 도시된 바와 같은, 구동 장치들(2, 3) 중의 적어도 하나의 무게 중심의 변화.

첫 번째 옵션에 있어서, 각도의 변화는 일정하거나, 즉 그것이 일단 조정된 다음에는 이빨부(1)의 단부에 의해 그려지는 타원(8)이 항상 동일하거나, 가변적인 것일 수 있는바, 각도의 변화가 가변적이라 함은 각도의 변화가 작업 중에 있는 굴삭기에 있어서의 운전자의 결정에 따라 결정되거나 또는 회전수, 타격 각도, 땅의 저항도, 또는 그려지는 타원의 증가에 의한 추가적 장점을 내포하는 임의의 다른 변수에 따라서 자동적으로 변화된다는 것을 의미한다. 이와 같은 각도의 변화는, 이빨부(1)의 단부의 타원형 움직임을 가능하게 하는, 벡터축(7)과 안내축(7') 사이의 특정 각도(α)가 있음을 의미한다.

두 번째 옵션에 있어서, 이빨부(1)의 단부에 의하여 그려지는 타원(8)은 구동 장치들(2, 3) 사이의 무게 중심을 변화시킴에 의해 이루어질 수 있는바, 즉 상기 구동 장치들(2, 3)은 대칭적이지 않아서, 벡터축(7)과 안내축(7') 간에 특정 각도(β)를 이루는 안내축(7')이 형성된다. 이 변화는 구동 장치들(2, 3) 중의 하나의 직경 또는 질량을 증가시킴에 의해 이루어질 수 있다.

전술된 바와 같이, 굴삭기와 이빨부(1) 간의 연결은 주축대(5)를 거쳐서 이루어지는바, 굴삭기에 이 옵션이 채택되어 있다면, 그 주축대는 자동 결합(automatic coupling) 또는 볼트에 의해서 굴삭기에 부착된다. 그 연결은, 동력 축적기(4)를 충전하거나 또는 땅을 타격하기 위하여 피봇되는 이빨부(1)의 축 자체(7)에서를 제외하고는 가능한 견고하게 이루어진다. 굴삭기는 손톱 유형의 당김 힘(nail-type pull forces)을 발생시킬 것이기 때문에 그 견고성은 중요하다. 이빨부(1)와 주축대(5) 간의 부착은 앵커링 로드(6)들을 이용하여 이루어지는데, 앵커링 로드들은 주축대(5)와 이빨부(1) 간의 피봇을 허용한다. 앵커링 로드(6)들은 길이, 각도, 및/또는 초기 위치의 관점에서 다양한 구성으로 장착될 수 있는바, 이로써 이빨부(1)의 단부에 의하여 그려지는 궤적(9)이 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이 벡터축(7)의 궤적과 상이하게 되고, 도 6b 에 도시된 바와 같이, 로드들 중의 하나(6')의 앵커링 지점(anchoring point)과 길이를 변화시킴에 의하여 앵커링 로드(6)들의 차이로 인해 피봇 움직임이 더 커지게 되어서 이빨부(1)의 궤적(9)이 도 6a 에 도시된 옵션(앵커링 로드들이 동일한 경우의 옵션)(이 경우의 궤적은 땅을 타격하는데에 도움이 된다)에서와 같이 벡터축(7)과 동일한 방향을 따르지 않게 됨을 알 수 있다. 이빨부(1)가 도 6b 에 도시된 바와 같이 낙하하는 때에는, 이빨부(1)가 항상 굴삭기 자체를 향하여 비스듬히 이동하는바, 이로써 도 6a 의 경우와는 달리 지면을 파괴하는데에 도움이 되고, 이 경우에는 이동의 대략 상측 절반에서는 이빨부(1)가 굴삭기로부터 멀리 움직인다.

이 앵커링 로드(6)들은 다를 연결 장치들에 의해 대체될 수 있는바, 예를 들면 설명된 것과 유사하게 이빨부(1)와 주축대(5)를 부착시키는 선형 안내부들에 의해 대체될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 다른 특정 실시예에 있어서는, 다양한 유형의 땅에 의해 제공되는 저항도(resistance)에 따라서, 동력 축적기(4)에 작용을 가하여 이빨부(1)의 충격 에너지를, 즉 그것의 견고성 및/또는 위치를 달리할 수 있도록 하는 것이 편리하다는 점에 유의하여야 한다.

(A) 견고성을 달리함: 예를 들어 공압 실린더의 내부 체적을 감소시키거나 또는 운전자의 결정에 따라 에어 쿠션의 내부 체적을 감소시키는 시스템에 의하여 수동적으로 또는 자동적으로 동력 축적기(4)의 내부 체적을 달리하고 그리고/또는 동력 축적기(4)의 내부 챔버 내의 가스 압력을 증가 또는 감소시키는 것이 가능하다. 축적기가 견고할수록 움직임 자유도가 더 적되 더 빨라진다는 점을 유념해야 할 것이다.

(B) 위치를 달리함: 동력 축적기(4)의 위치가 변화될 수 있는바, 이로써 이빨부(1)와 동력 축적기(4) 간의 동력 전달이 선형적이고 정렬되며 직접적이지 않게 되고, 충격 에너지가 다르게 된다. 유사하게, 이빨부와 축적기(4) 간의 각도가 변화되거나 또는 그들이 레버(lever) 시스템에 의해 상호작용하도록 될 수 있다.

본 발명의 이용의 실용적인 예

도 7 에는 유압식 해머와 조립되어 굴삭기에 부착될 준비가 되어 있는 립퍼의 사시도가 도시되어 있다. 이 도면에는 이빨부(1) 및 앵커링 로드(6)들 둘 다와 굴삭기에의 주축대(5)의 연결이 도시되어 있다.

도 7 의 분해도인 도 8 에는 전방 및 후방의 앵커링 로드(6)들에 의하여 어떻게 굴삭기에 대한 주축대(5)의 연결이 이루어지는지가 도시되어 있는바, 주축대 자체에서는 주축대와의 연결을 위한 지지력을 제공하는 캐노피(canopy; 51)와 주축대(5)가 구분되어 있다. 이빨부(1)와 통합되는 주축대(5)에서는, 구동 장치들(2, 3)이 서로 맞물리고 모터(21)에 의하여 구동되며 도 9 에 보다 명확히 도시되어 있으며 이빨부(1)의 축 상에 장착된 두 개의 캠들을 기본적으로 포함한다는 것을 알 수 있다. 동력 축적기(4)는 주축대(5)에 연결되는바, 이 실용적인 예에서는 이빨부(1)를 위한 장착부(41)와 주축대(5) 둘 다에 견고하게 부착된 에어 쿠션이 제공된다.

1: 이빨부 2: 제1 캠
3: 제2 캠 4: 동력 축적기
5: 주축대 6: 앵커링 로드
7: 벡터축 7': 안내축
α, β: 특정 각도

Claims (14)

1. 돌, 콘크리트, 아스팔트 등과 같은 땅 속의 단단한 물체를 파괴하거나 들어올리는데에 이용되는 유형의 굴삭기(mechanical digger)를 위한 유압식 해머 립퍼(hydraulic hammer ripper)로서, 그 유압식 해머 립퍼는 부착 부재(attachment item; 6)들의 어레이(array)에 의해 굴삭기 상의 주축대(headstock; 5)에 부착된 이빨부(tooth; 1)를 포함하고,
   유압식 해머 립퍼는 적어도, 이빨부(1), 구동 장치들(drive devices; 2, 3), 및 동력 축적기(power accumulator; 4)를 구비하며, 이빨부(1), 구동 장치들(2, 3), 및 동력 축적기(4)에 의해 형성되는 조립체는 상기 이빨부에 견고하게 부착된 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
2. 제 1 항에 있어서,
   구동 장치들(2, 3)은 이빨부(1)의 벡터축(vector axis; 7)에 대해 대칭적으로 위치된 제1 캠(first cam; 2) 및 제2 캠(second cam; 3)을 포함하고, 제1 캠(2)의 샤프트(shaft)는 제2 캠(3)의 샤프트와 맞물리며, 그것은 이빨부(1)의 후퇴 위치(withdrawn position; A)와 전개 위치(deployed position; B) 사이에서 땅에 대한 타격이 이루어지는 벡터축 (7)을 따르는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
3. 제 2 항에 있어서,
   구동 장치들(2, 3)은 실제 굴삭기로부터의 오일 유동(oil flow) 및 압력을 받는 유압 모터(hydraulic motor)에 연결되고, 그것은 제1 캠(2)과 제2 캠(3)이 서로 반대의 방향으로 회전하는 것을 보장하는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
4. 제 2 항 및 제 3 항에 있어서,
   이빨부(1)의 전개 위치(B)에서, 캠들(2, 3)은 -90°의 각도 위치에 위치되어 이빨부(1)를 하향으로 당기는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
5. 제 2 항 내지 제 4 항에 있어서,
   이빨부(1)의 후퇴 위치(A)에서, 캠들(2, 3)은 90°의 각도 위치에 위치되어 이빨부(1)를 상향으로 당기고 동력 축적기(4)를 압축하는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
6. 제 2 항 내지 제 5 항에 있어서,
   동력 축적기(4) 내에 저장된 에너지는, 이빨부(1)가 땅을 향해 낙하하는 때에 방출되는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
7. 제 1 항에 있어서,
   구동 장치들(2, 3)은, 벡터축(7)과 안내축(7') 사이에서 각도(α, β)를 이루어 이빨부(1)의 단부에서 타원형 움직임(elliptical movement; 8)을 발생시키도록 구성된 제1 캠(2)과 제2 캠(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
8. 제 7 항에 있어서,
   이빨부의 단부에서의 타원형 움직임(8)은 제1 캠(2)과 제2 캠(3) 사이의 각도의 변화에 의해 이루어지고, 상기 움직임은 조절될 수 있어서, 이빨부(1)의 단부에 의해 그려지는 타원(8)은 언제나 동일하거나, 또는 자동적으로 또는 수동적으로 상기 각도가 변화되어 그 타원이 가변적인 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
9. 제 7 항에 있어서,
   이빨부(1)의 단부에 의해 그려지는 타원(8)은, 서로 대칭적으로 배치되지 않은 구동 장치들(2, 3) 간의 무게 중심의 변화에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
10. 제 1 항에 있어서,
    연결 부재(6)들은 서로 대칭적으로 배치되지 않고 또한 조립체 내에서의 위치 및 길이에 있어서 가변적이어서, 이빨부(1)의 단부에서의 궤적(trajectory; 9)이 굴삭기 내측을 향하여 지향되게 생성되도록 설계된 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
11. 제 1 항에 있어서,
    동력 축적기(4)는, 수동적으로 또는 자동적으로, 그 견고성을 달리하여 가스 압력을 상승 및/또는 하강시키고, 그리고/또는 동력 축적기(4)의 내부 체적을 달리하는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
12. 제 1 항에 있어서,
    동력 축적기(4)의 위치가 달라져서, 이빨부(1)와 동력 축적기(4) 간의 동력 전달이 선형이고, 정렬되며, 직접적이지 않게 됨으로써, 충격 에너지의 변화를 낳는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
13. 제 12 항에 있어서,
    축적기(4)와 이빨부(1) 사이의 각도 사이의 위치가 정렬되지 않은 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.
14. 제 12 항에 있어서,
    동력 축적기(4)와 이빨부(1)는 레버(lever)들의 시스템에 의해 상호작용하는 것을 특징으로 하는, 유압식 해머 립퍼.

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