KR20120072741A - 피로 균열 발생을 억제하는 암 센터 보스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 암 센터 보스에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 암의 측판에 용접을 통해 결합되는 암 센터 보스의 형상에 관한 것으로, 회동축의 일단이 삽입되는 홀과 홀을 중심으로 형성된 소정 형상의 평판형 보스 몸체를 포함하는 구조에 있어서, 보스 몸체의 소정 형상은 암의 하판을 향한 방향에 정점을 갖는 대략 역삼각형 형상이며, 정점을 중심으로 인접하는 보스 몸체의 두 변은 각각 대응하는 암의 하판에 대해 소정의 각도(α, β)로 형성됨으로써 해당 부위에서 받는 하중(F), 특히 용접부에 대해 수직 방향의 힘 성분(Fv)을 최소화함으로써 해당 부위의 피로 균열의 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 형상의 암 센터 보스를 제공할 수 있다.

Description

피로 균열 발생을 억제하는 암 센터 보스{Arm center boss controlling generation of fatigue crack}

본 발명은 굴삭기의 암 센터 보스에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 암의 측판에 용접을 통해 결합되는 암 센터 보스의 형상에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기는 굴삭, 지면 고르기, 지면 다지기, 무거운 물체의 승강 등의 다양한 작업을 수행한다. 굴삭기는 작업기가 붐, 암 및 버켓으로 이루어지며, 굴삭기의 작업은 붐, 암 및 버켓 등과 같은 작업기를 유압 실린더와 같은 구동 수단을 통해 제어함으로써 이루어진다.

통상적으로 붐과 암은 각각 상판과 하판, 그리고 측판이 결합되어 구성되는 빔 구조물로 구성되며, 붐의 말단이 암의 회동 중심에 체결된 후 암 실린더의 구동을 통해 암이 회동할 수 있는 구조를 갖는다.

붐과 암의 체결은 붐의 말단과 암의 회동 중심을 관통하는 회동축(예컨대, 핀 조인트 결합)에 의해 이루어지며, 회동축의 양 단부는 암의 회동 중심에서 암의 측판과 하판에 용접 결합되는 암 센터 보스에 의해 체결된다.

도 1을 참고하면, 통상의 굴삭기(10)는 하부 주행체(30) 상에 선회 가능하게 결합되는 상부 주행체(20), 및 붐(40)과 암(50) 및 버켓(60)으로 구성되는 작업기를 포함한다. 붐(40), 암(50) 및 버켓(60)은 각각 대응하는 유압 실린더인 붐 실린더(42), 암 실린더(52) 및 버켓 실린더(62)에 의해 구동된다. 도 1에서 점선으로 표시된 A 부분이 본 발명에서 설명하고자 하는 암 센터 보스가 형성된 부분이다.

도 2a를 참조하면, 종래의 암 센터 보스(140)는 상판(130)과 하판(120) 및 측판(110)으로 구성되는 암(100)의 회동 중심에서 측판(110)과 하판(120)에 용접을 통해 결합되며, 도 2a에 도시된 바와 같은 형상의 용접부(146)를 갖는다. 암 센터 보스(140)에는 홀(142)과 홀(142)이 형성된 보스 몸체(144)가 형성되며, 이 홀(142)을 통해 회동축이 결합될 수 있다. 이때, 암 센터 보스(140)의 용접부(146), 특히 암의 하판(120)과 용접부(146)가 만나는 부분에서 피로 균열(fatigue crack)이 크게 발생하고 있으며, 이는 용접부에 작용하는 하중(F)에 의한 것이며, 특히 용접부(146)의 경계에 대한 수직 방향의 힘 성분(Fv)이 지배적으로 작용한다. 도 2a에서 수평 방향의 힘 성분(Fh)보다 수직 방향의 힘 성분(Fv)이 훨씬 크게 작용함을 알 수 있다.

도 2b는 도 2a의 암 센터 보스에 대한 구조해석의 결과를 도시하고 있으며, 구조해석의 결과 피로 균열이 발생하는 부분에서 약 170 MPa의 압력이 작용하고 있음을 알 수 있었다.

종래에는 이러한 피로 균열에 대해 암 센터 보스 내부의 패치 등을 수행함으로써 피로 균열을 억제하고자 하였으나, 그 경우에도 패치 용접부의 말단에서 피로 균열이 발생하는 등 근본적인 해결책이 되지 못하고 있으며, 또한 내부 패치에 따른 제조 공정상 공수가 많이 투입되어야 한다는 단점을 나타내었다.

본 발명의 목적은 암 센터 보스에 발생하는 피로 균열에 따라 암 센터 보스의 피로 수명이 줄어드는 것을 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 암 센터 보스의 피로 균열을 억제하기 위한 새로운 형상의 암 센터 보스 구조물을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 암의 측판에 용접을 통해 결합되고, 붐의 말단에 체결되는 암의 회동축을 지지하는 암 센터 보스 구조로서, 회동축의 일단이 삽입되는 홀과 홀을 중심으로 형성된 소정 형상의 평판형 보스 몸체;를 포함하고, 이때 소정 형상은 암의 하판을 향한 방향에 정점을 갖는 대략 역삼각형 형상이며, 정점을 중심으로 인접하는 보스 몸체의 두 변은 각각 대응하는 암의 하판에 대해 소정의 각도로 형성됨으로써 해당 부위에서 피로 균열의 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 암 센터 보스 구조를 제공한다.

본 발명에 있어서, 암의 하판과 보스 몸체의 두 변 사이의 소정의 각도는 약 30°이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 정점은 정점에 인접한 홀과 암의 하판에 대응하여 곡선 처리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 용접부에 작용하는 하중에 대해, 특히 용접부의 경계면에 대해 수직으로 작용하는 수직 방향의 힘 성분을 줄일 수 있는 형상의 암 센터 보스 구조를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 용접부에서 발생하는 피로 균열을 바람직하게 억제할 수 있는 형상의 암 센터 보스 구조를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 피로 균열을 억제함으로써 피로 수명을 늘릴 수 있는 형상의 암 센터 보스 구조를 제공할 수 있다.

도 1은 통상의 굴삭기를 도시한 개략도;
도 2a는 종래의 암 센터 보스를 구비한 암의 일부를 도시한 측면도;
도 2b는 도 2a의 암 센터 보스에 대한 구조해석 결과를 도시한 도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 암 센터 보스를 구비한 암의 일부를 도시한 측면도; 및
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 암 센터 보스의 형상을 예시적으로 표시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 암 센터 보스를 구비한 암의 일부를 도시한 측면도이다. 도 3에 따르면, 본 발명에 따른 암 센터 보스(240)는 상판(230)과 하판(220) 및 측판(210)으로 구성되는 암(200)의 회동 중심에서 측판(210)과 하판(220)에 용접을 통해 결합된다. 암 센터 보스(240)에는 홀(242)과 홀(242)이 형성된 평판의 보스 몸체(244)가 형성되며, 이 홀(242)을 통해 붐의 말단(도시되지 않음)과 체결되는 회동축이 결합될 수 있다. 보스 몸체(244)는 보스 몸체(244)의 둘레를 따라 형성되며, 하판(220)을 향한 방향으로 정점(246c)을 갖는 용접부(246)를 갖는다. 즉, 본 발명에서 암 센터 보스(240)는 암(200)의 하판(220)을 향한 방향에 정점(246c)을 갖는 대략 역삼각형 형상으로 구성되며, 정점(246c)을 중심으로 인접하는 보스 몸체(244)의 두 변(246a, 246b)은 각각 대응하는 암의 하판(220)에 대해 소정의 각도로 형성됨으로써 해당 부위에서 피로 균열의 발생을 억제하는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 본 실시예에서 암(200)의 하판(220)에 대응하는 보스 몸체(244)의 두 변(246a, 246b)에서 주로 피로 균열이 발생하고 있지만, 이 부분에 작용하는 하중(F), 즉 용접부에 대해 수직 방향의 힘 성분(Fv)이 종래 형상의 암 센터 보스와 비교하여 크게 작아짐을 확인할 수 있다.

도 2a의 경우와 비교하여, 본 발명의 암 센터 보스(240)는 용접부(246)의 형상, 즉 보스 몸체(244)의 형상을 도 3에 도시된 바와 같이 변경함으로써 동일한 하중(F)에 대해서 더욱 작은 수직 방향의 힘 성분(Fv)을 받게 되며, 이에 용접부(246)의 해당 부위에서 수직 방향의 힘 성분(Fv)으로 인해 주로 야기되는 피로 균열의 발생이 크게 억제될 수 있다. 즉, 도 3에서 수평 방향의 힘 성분(Fh)보다 수직 방향의 힘 성분(Fv)이 훨씬 작게 작용하게 됨을 알 수 있다.

다음으로, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 암 센터 보스의 형상을 예시적으로 표현한 도면이다. 도 4에 따르면, 본 발명의 암 센터 보스(240)는 직경을 D로 하는 홀(242)이 형성된 평판의 보스 몸체(244)로 구성되며, 이 보스 몸체(244)는 암의 하판(220)을 향한 방향으로 정점(246c)을 갖는 역삼각형 형상으로 구성되어 암의 측판(210)에 용접을 통해 결합된다.

본 실시예에서, 보스 몸체(244)는 다음과 같은 조건을 만족하면서 암의 측판(210)에 배치되어야 한다.

먼저, 암의 하판(220)에 대해 대응하는 두 변(246a, 246b)은 각각 하판(220)에 대해 소정의 각도로 형성되어야 한다. 예컨대, 각 변(246a, 246b)과 암의 하판(220)이 이루는 각도(α,β)는 대략 30° 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 대략 28°가 되도록 구성될 수 있다.

또한, 역삼각형 형상의 대응하는 두 변(246a, 246b)의 길이(L1, L2)는 너무 짧지 않도록 충분한 길이로 형성되며, 또한 각 변의 길이는 서로 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다(L1=L2). 또한, 보스 몸체(242)의 역삼각형 형상 중 암의 하판(220)을 향한 정점(246c)은 대응하는 홀(242)과 하판(220)의 형상을 따라 곡선 처리되며, 나머지 두 정점 역시 소정의 곡률 반경을 갖고 곡선 처리되는 것이 바람직하다.

이처럼, 본 발명에 따른 암 센터 보스(240)는 그 형상을 변형함에 있어, 암의 하판(220)과 그에 대응하는 부분(예컨대, 역삼각형 형상의 대응하는 두 변 246a, 246b)을 서로에 대해 소정의 각도로 형성하는 것을 주된 특징으로 하고, 이에 해당 부분에서 하중(F)의 수직 방향의 힘 성분(Fv)을 최소화할 수 있다.

따라서 본 발명의 암 센터 보스(240)는 하중(F)으로 인해 피로 균열이 발생하는 부위를 중심으로 그 형상을 변형시킴으로써, 해당 부위[예컨대, 하판(220)에 대응하는 두 변(246a, 246b)]에서 피로 균열의 발생을 억제할 수 있으며, 이를 통해 결과적으로 암 센터 보스의 피로 수명을 크게 연장할 수 있다.

200: 암 210: 측판
220: 하판 230: 상판
240: 암 센터 보스 242: 홀
244: 보스 몸체 246: 용접부
246a, 246b: 변 246c: 정점

Claims (3)

1. 암(200)의 측판(210)에 용접을 통해 결합되고, 붐의 말단에 체결되는 암의 회동축을 지지하는 암 센터 보스(240)로서,
   상기 회동축의 일단이 삽입되는 홀(242)과 상기 홀(242)을 중심으로 형성된 소정 형상의 평판형 보스 몸체(244);를 포함하고,
   상기 소정 형상은 상기 암의 하판(220)을 향한 방향에 정점(246c)을 갖는 대략 역삼각형 형상이며, 상기 정점(246c)을 중심으로 인접하는 보스 몸체의 두 변(246a, 246b)은 각각 대응하는 암의 하판(220)에 대해 소정의 각도(α, β)로 형성됨으로써 해당 부위의 피로 균열의 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 암 센터 보스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 각도(α, β)는 약 30°이하인 것을 특징으로 하는 암 센터 보스.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 정점(246c)은 상기 정점에 인접한 상기 홀(242)과 상기 암의 하판(220)에 대응하여 곡선 처리되는 것을 특징으로 하는 암 센터 보스.

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