KR20120070252A - 건설기계의 관절 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 건설기계의 관절 조립체는 내부에 축(16)이 삽입되어 상기 축(16)을 중심으로 한 회전 운동과 축방향 슬라이딩 운동을 하며, 축방향 끝단에 플랜지부(12a)가 형성된 운동유닛(10); 상기 운동유닛(10)의 슬라이딩 운동을 제한할 수 있도록 상기 운동유닛(10)의 플랜지부(12a)와 마주하게 마련된 고정부재(13); 및 상기 운동유닛(10)의 플랜지부(12a)와 상기 고정부재(13)의 사이에 개재되도록 상기 플랜지부(12a)에 접합되는 내마모성 부재(14)를 포함한다.

Description

건설기계의 관절 조립체{ARTICULATION ASSEMBLY FOR CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 굴삭기나 휠로더와 같은 건설기계에 관한 것으로서, 특히 붐이나 버킷 등과 같은 작업기의 관절 조립체의 내구성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 관절 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 건설기계의 붐이나 버킷 또는 아암과 같은 작업기는 관절 운동을 할 수 있도록 관절부를 구비한다. 이러한 관절부의 일 예가 도 1 및 도 2에 도시된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 관절부는 미 도시된 브래킷과 같은 고정체에 고정되는 축(1)과, 상기 축(1)을 중심으로 회전 운동하는 작업기의 브래킷과 같은 운동체(2)와, 상기 운동체(2)와 상기 축(1) 사이에 개재되도록 상기 운동체(2)의 내주면에 압입 등의 방법으로 고정되는 부시(3)를 포함한다. 이와 같은 구조로 상기 운동체(2)와 상기 부시(3)는 상기 축(1)을 중심으로 회전 운동을 하게 된다.

한편, 상기 운동체(2)는 상기 축(1)의 길이 방향, 즉 축 방향으로도 슬라이딩 운동을 하게 된다. 따라서, 상기 운동체(2)의 상기 축(1) 방향 운동을 제한하기 위한 고정부재(4)가 필요하다. 이러한 고정부재(4)는 상기 운동체(2)로부터 축 방향의 하중을 받으면서 상기 운동체(2)와 회전 마찰 운동을 하게 된다. 이러한 이유로, 상기 고정부재(4)와 상기 운동체(2)의 사이에는 내마모성 디스크(5)가 개재된다.

상기 내마모성 디스크(5)는 볼트에 의해 상기 운동체(2)에 고정될 수 있도록 볼트 구멍(5a)을 포함하고 있다. 그러나 상기 볼트 구멍(5a)을 통해 토사와 같은 이물질이 침투하게 되면, 이러한 이물질은 연마제와 같은 역할을 하여 내마모성 디스크(5)와 마찰 운동을 하는 상기 고정부재(4)의 마모를 가속시킨다. 고정부재(4)의 마모가 가속되어 마모량이 커지게 되면, 운동체(2)와 고정부재(4) 사이의 유격이 커져 운동체(2)의 작동 성능이 떨어지게 된다.

이를 해결하기 위해 운동체(2)와 고정부재(4) 각각에 내마모 디스크를 설치하는 방법이 있을 수 있으나, 고가의 내마모 디스크를 두 부재(2)(4) 각각에 설치하는 것은 제품 단가를 상승시키게 된다.

또한, 상기 볼트 등을 이용하여 내마모성 디스크(5)를 상기 운동체(2)에 조립하기 때문에 조립 구조가 복잡한 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 토사와 같은 이물질이 침투할 수 없도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있고 구조를 간소화시킬 수 있는 건설기계의 관절 조립체를 제공하는데 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 관절 조립체는 내부에 축(16)이 삽입되어 상기 축(16)을 중심으로 한 회전 운동과 축방향 슬라이딩 운동을 하며, 축방향 끝단에 플랜지부(12a)가 형성된 운동유닛(10); 상기 운동유닛(10)의 슬라이딩 운동을 제한할 수 있도록 상기 운동유닛(10)의 플랜지부(12a)와 마주하게 마련된 고정부재(13); 및 상기 운동유닛(10)의 플랜지부(12a)와 상기 고정부재(13)의 사이에 개재되도록 상기 플랜지부(12a)에 접합되는 내마모성 부재(14)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 운동유닛(10)은 운동체(10); 및 상기 운동체(10)와 상기 축(16)의 사이에 개재되어 상기 축(16)과 마찰 운동하도록 상기 운동체(10)의 내부에 압입되는 부시(12)를 포함하며, 상기 플랜지부(12a)는 상기 부시(12)에 형성된다.

상기 내마모성 부재(14)는 WC-Co 또는 WC-Ni계 초경합금으로 제작될 수 있으며, 상기 내마모성 부재(14)는 상기 부시(12)의 노멀라이징 온도와 동일한 900℃ ~ 1100℃의 범위 내에서 소결되어 성형된다.

보다 구체적으로, 상기 내마모성 부재(14)는 WC-Co 또는 WC-Ni계 초경합금을 900℃ ~ 1100℃의 범위 내에서 소결하고, 그 내주면을 고주파 열처리, 질화 열처리, 침탄 열처리, 화염경화 열처리 및 복합 열처리로 구성된 군으로부터 선택되는 표면경화 열처리가 수행된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 관절 조립체는 상기 축(16)과 상기 운동유닛(10)의 사이에 개재되도록 상기 운동유닛(10)의 내부에 압입되는 부시(22)를 더 포함할 수 있다.

전술한 과제 해결 수단에 의하면, 운동유닛에 플랜지부를 형성하고, 플랜지부에 고정부재와 접촉하는 내마모성 부재를 접합함으로써, 종래의 내마모성 부재에 형성된 볼트공을 삭제할 수 있어 연마제 역할을 하는 이물질이 볼트공을 통해 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고정부재의 마모가 가속화되는 것을 방지하여 관절 조립체의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 플랜지부에 내마모성 부재를 접합함으로써, 관절 조립체의 구조를 간소화할 수 있게 된다.

또한, 내마모성 부재를 WC-Co 또는 WC-Ni계 초경합금으로 제작하고, 내마모성 부재의 소결온도를 부시의 노멀라이징 온도와 동일하게 900℃ ~ 1100℃로 설정하여, 접합공정에서 내마모성 부재의 소결과 부시의 노멀라이징을 함께 진행함으로써, 부시 및 내마모성 부재의 성형 공정수를 최소화할 수 있고, 이에 의해 관절 조립체의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 내마모성 부재 소결시 WC-Co 또는 WC-Ni계 초경합금에 고주파 열처리, 질화 열처리, 침탄 열처리, 화염경화 열처리 및 복합 열처리로 구성된 군으로부터 선택되는 표면경화 열처리를 수행하면, 내마모성 부재의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 초경합금에 소결온도를 900℃ ~ 1100℃로 형성하고 부시의 내주면을 침탄 열처리하면, WC-Ni계 초경합금의 내마모성 부재는 침탄 분위기에 놓이게 되고, 이에 의해 탄소 원자가 Ni 격자 사이로 확산해 들어가게 되어 WC 입자의 경도를 높이게 된다. 또한, 상기 초경합금에 포함되는 합금원소인 Cr이 탄화물을 형성하여 내마모성 부재의 내마모성을 더욱 향상시키게 된다.

도 1은 종래의 건설기계의 관절부를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 내마모성 디스크를 개략적으로 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 관절 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 내마모성 부재와 부시의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 5는 도 3의 내마모성 부재와 부시의 열처리 가공 공정을 시간에 대한 온도로 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 관절 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 관절 조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 관절 조립체는 축(16)을 중심으로 회전 운동하는 운동유닛(10)과, 상기 운동유닛(10)의 축방향 슬라이딩 운동을 제한하기 위한 고정부재(13)와, 상기 운동유닛(10)과 상기 고정부재(13)의 사이에 개재되는 내마모성 부재(14)를 포함한다.

상기 운동유닛(10)은 버킷이나 붐의 일부인 운동체(10)와, 상기 운동체(10)와 상기 축(16)의 사이에 개재되는 부시(12)를 포함한다.

상기 운동체(10)는 버킷이나 붐과 같은 작업기의 일단부에 마련된 브래킷 등이 될 수 있다.

상기 부시(12)는 상기 운동체(10)의 내주면에 압입 등의 방법으로 고정되게 설치되며, 그 내부에는 축(16)이 삽입되어 상기 축(16)과 마찰 운동을 하게 된다. 즉, 상기 운동체(10)와 부시(12)는 상기 축(16)을 중심으로 회전 운동을 하게 된다.

상기 부시(12)의 내주면은 상기 축(16)과의 마찰력을 줄이고 내마모성을 향상시키기 위해 고주파 열처리, 담금질처리, 질화열처리, 침탄열처리 또는 복합열처리 등과 같은 표면 경화 열처리될 수 있다.

또한, 상기 부시(12)는 내주면을 포함한 부시(12) 전체가 저탄소강, 합금강, 공구강, 베어링강 등으로 제작되고, 고주파 열처리, 담금질 처리, 질화 열처리, 침탄 열처리 또는 복합열처리와 같은 강화 열처리될 수 있다.

또한, 상기 부시(12)의 내주면은 윤활성능을 향상시키기 위한 MoS₂ 코팅, 인산염피막 코팅, 경질크롬 코팅 등의 코팅 처리되거나, Fe계 또는 Cu계 소결체가 접합될 수도 있다.

또한, 상기 부시(12)의 내주면에는 윤활 성능을 향상시켜 마찰력을 줄일 수 있도록 그리스와 같은 윤활유가 저장할 수 있는 그리스 그루브와 같은 미세홈이나 딤플(Dimple)이나 포켓(Pocket)과 같은 패턴을 형성할 수 있다. 상기 미세홈이나 패턴을 형성하는 기술을 '표면 텍스쳐링 (Surface Texturing)' 이라고 한다. 상기 미세홈들은 윤활유를 저장하는 역할과 함께 부시(12)와 축(16) 사이의 미세 마모 입자를 배출하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 고정부재(13)와 인접한 상기 부시(12)의 일단에는 반경 반향으로 연장된 플랜지부(12a)가 형성되며, 이러한 플랜지부(12a)에는 상기 내마모성 부재(14)가 접합된다.

상기 고정부재(13)는 상기 운동체(10)가 상기 축(16)을 따라 슬라이딩 운동하는 것을 제한하기 위한 것이다. 즉, 상기 운동체(10)가 상기 축(16)을 중심으로 한 회전 운동만을 할 수 있도록 슬라이딩 운동을 제한한다. 따라서, 상기 고정부재(13)는 상기 운동체(10) 및 부시(12)에 의해 축방향으로 하중을 받게 되고, 이와 같은 축방향의 하중을 받으면서 고정부재(13)와 회전 마찰 운동, 즉 스러스트(thrust) 마찰 운동하게 된다. 이와 같은 이유로, 상기 내마모성 부재(14)와 상기 고정부재(13)의 사이에는 내마모성 부재(14)가 개재된다.

상기 내마모성 부재(14)는 상기 플랜지부(12a)에 접합되어, 상기 고정부재(13)와 부시(12)의 사이에 개재된다. 이러한 내마모성 부재(14)는 상기 고정부재(13)와 접촉한 상태로 회전 운동(스러스트 마찰 운동)을 하게 된다.

상기 내마모성 부재(14)는 WC-Co계 혹은 WC-Ni계 초경합금으로 구성되며, 상기 초경합금 내에는 당 업계에 알려진 통상적인 합금원소, 예컨대 Cr과 같은 합금원소가 포함되어 있다. 상기 내마모성 부재는 플랜지부(12a) 표면에 0.5 mm 내지 10 mm 두께로 접합되며, 소결온도를 900℃ ~ 1100℃로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 부시(12)의 노멀라이징 공정과 동일한 온도의 범위로 소결할 수 있도록 하여 공정을 단축시키기 위함이다. 필요에 따라, 소결시 당 업계에 알려진 통상적인 합금원소를 첨가할 수도 있다. 이에 대해서는 후술할 제조방법 설명하면서 상세히 설명한다. 또한, 상기 내마모성 부재(14)의 상기 고정부재(13)와 접촉하는 면에도 Surface Texturing 기술을 적용할 수도 있다.

한편, 상기 부시(12)의 일단에는 상기 부시(12)와 상기 축(16) 사이에 그리스와 같은 윤활유가 외부로 누유되는 것을 방지하기 위한 실링부재(15)가 설치된다. 상기 실링부재(15)는 상기 부시(12)의 일단에 마련된 홈에 삽입되는 형태로 설치된다.

이하, 전술한 바와 같은 관절 조립체 특히, 부시(12)와 내마모성 부재(14)의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 4를 참조하면, 우선 내마모성 부재용 분말을 혼합 및 가압하여 내마모성 부재의 형상으로 성형한다(S1, S2). 이후에 내마모성 부재를 예비 소결하고(S3), 보다 정밀하게 내마모성 부재의 형상을 가공하게 된다(S4).

그런 후에, 내마모성 부재를 부시(12)의 플랜지부(12a)에 접합한다(S5). 내마모성 부재(14)를 부시(12)에 접합하는 고정은 내마모성 부재(14)의 소결과 부시(12)의 노멀라이징(normalizing)과 함께 이루어진다. 이는 내마모성 부재(14)의 소결 온도와 부시(12)의 노멀라이징 온도를, 도 5에 도시된 열처리 사이클과 같이, 900℃ ~ 1100℃로 설정하여 가능하게 된다. 이와 같이, 3가지 공정을 동시에 진행함으로써, 부시(12) 및 내마모성 부재(14)의 성형 공정수를 최소화할 수 있고, 이에 의해 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 한편, 부시(12)는 노멀라이징 공정 전에 성형 및 가공으로 일정한 형상을 갖추게 되며, 이와 같은 공정은 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다. 여기서, 상기 노멀라이징 열처리는, 주지된 바와 같이, 부시(12) 내부 조직을 균일하게 하기 위한 열처리 공정이다.

접합공정이 완료되면, 상기 부시(12)의 정밀 가공과 내마모성 부재(14)의 연마 공정을 진행한 후(S6), 부시(12)의 내주면에 표면 경화 열처리를 진행한다(S7).

이때 상기 표면 경화 열처리로는 고주파 열처리, 질화 열처리, 침탄 열처리, 화염경화 열처리, 복합 열처리 등을 수행할 수 있으며, 이러한 표면 경화 열처리를 하면 내마모성 부재의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 부시(12)의 표면 경화 열처리를 침탄 열처리로 하면, WC-Ni계 초경합금의 내마모성 부재(14)는 침탄 분위기에 놓이기 되고, 이에 의해 탄소 원자가 Ni격자 사이로 확산해 들어가게 되어 WC 입자의 경도를 높이게 된다. 한편, 상기 초경합금에 포함되는 합금원소인 Cr은 탄화물을 형성하여 내마모성 부재의 내마모성을 더욱 향상시키게 된다.

부시(12)의 내주면 열처리 공정이 완료되면, 최종적으로 부시(12) 및 내마모성 부재(14)를 정밀한 치수로 최종 가공을 하게 된다(S8).

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 관절 조립체이다. 도 6을 참조하면, 전술한 본 발명의 일 실시예와는 달리, 운동유닛(10)은 운동체(11)만을 포함하고, 상기 운동체(11)에 내마모성 부재(14)가 접합되는 플랜지부(12a)가 형성된다. 따라서, 본 실시예의 운동체(11)는 내주면의 경화 열처리를 제외하고는 전술한 일 실시예의 부시(12)의 제조공정과 동일하게 제조될 수 있다. 그리고, 상기 플랜지부(12a)가 형성된 운동체(11)의 내부에는 별도의 부시(22)가 압입 등의 방법으로 고정된다. 그외에는 본 발명의 일 실시예와 동일하다.

10; 운동유닛 11; 운동체
12, 22; 부시 12a; 플랜지부
13; 고정부재 14; 내마모성 부재
16; 축

Claims (6)

1. 내부에 축(16)이 삽입되어 상기 축(16)을 중심으로 한 회전 운동과 축방향 슬라이딩 운동을 하며, 축방향 끝단에 플랜지부(12a)가 형성된 운동유닛(10);
   상기 운동유닛(10)의 슬라이딩 운동을 제한할 수 있도록 상기 운동유닛(10)의 플랜지부(12a)와 마주하게 마련된 고정부재(13); 및
   상기 운동유닛(10)의 플랜지부(12a)와 상기 고정부재(13)의 사이에 개재되도록 상기 플랜지부(12a)에 접합되는 내마모성 부재(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 관절 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 운동유닛(10)은,
   운동체(10); 및
   상기 운동체(10)와 상기 축(16)의 사이에 개재되어 상기 축(16)과 마찰 운동하도록 상기 운동체(10)의 내부에 압입되는 부시(12)를 포함하며,
   상기 플랜지부(12a)는 상기 부시(12)에 형성되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 관절 조립체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 내마모성 부재(14)는 WC-Co 또는 WC-Ni계 초경합금인 것을 특징으로 하는 건설기계의 관절 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 내마모성 부재(14)는 상기 부시(12)의 노멀라이징 온도와 동일한 900℃ ~ 1100℃의 범위 내에서 소결되어 성형되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 관절 조립체.
5. 제4항에 있어서,
   상기 내마모성 부재(14)는 WC-Co 또는 WC-Ni계 초경합금을 900℃ ~ 1100℃의 범위 내에서 소결하고, 그 내주면을 고주파 열처리, 질화 열처리, 침탄 열처리, 화염경화 열처리 및 복합 열처리로 구성된 군으로부터 선택되는 표면경화 열처리가 수행되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 관절 조립체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 축(16)과 상기 운동유닛(10)의 사이에 개재되도록 상기 운동유닛(10)의 내부에 압입되는 부시(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 관절 조립체.

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