KR20130001262U - 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머 - Google Patents
피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머 Download PDFInfo
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Abstract
본 고안은 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머에 관한 것으로, 본 고안에 따른 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머는, 뒷 커넥터, 체크밸브, 에어 분배 로드, 피스톤, 실린더 본체, 가이드 슬리브, 스톱 링, 드릴 비트 바디 및 앞 커넥터로 구성되고, 단방향 밸브인 상기 체크밸브는 밸브 시트와 스프링을 구비하고, 상기 피스톤은 통로가 개설된 슬렌더형 피스톤이고, 상기 에어 분배 로드와 체크밸브 후단의 공기 진입부재는 일체형 구조이고, 실린더 본체 내부에서 에어 분배 로드, 피스톤의 외부에는 내부 실린더가 구비되고, 피스톤 운동 과정에서 피스톤과 에어 분배 로드의 매칭 단부는 줄곧 내부 실린더 내부에 위치한다. 본 고안의 에어 분배 로드와 체크밸브 시트가 일체로 되어 구조가 간단하고 위치 고정, 진동 감소, 공기 진입 기능을 구현하여 작업 시 안정되고 신뢰성이 있고, 또한 피스톤에 반지름 방향의 홀 타입 구조가 없어서 압축공기가 최단 거리를 통해 앞, 뒷 공기 챔버에 각각 도달함으로서 해머의 효율을 높인다.
Description
본 고안은 공압 다운-홀 설비에 관한 것으로, 특히 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머에 관한 것이다.
무밸브 다운-홀 해머는 전형적인 공압 다운-홀 설비로서, 다운-홀 드릴의 드릴링 공구이며 드릴이 홀을 드릴링할 때의 작업 기구다. 이러한 설비는 주로 지름 65~305mm이고 홀 깊이가 60m인 드릴링 발파 홀을 드릴링하는 용도로 사용된다. 다운-홀 드릴의 드릴링 효율은 해머 성능에 많은 영향을 받는다.
현재 시중에 사용되는 무밸브 다운-홀 해머는 스웨덴 샌드빅미신사(特?克米申公司)를 대표로 하는 Mission계열 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 싱글 실린더 구조의 다운-홀 해머다. 도 1에 나타낸 바와 같이, Mission계열 무밸브 해머는 16개의 부품으로 구성되고 API나사산을 구비한 뒷 커넥터(1)는 해머와 드릴 로드를 연결 시키는 부속품이다. 체크밸브(2)는 마그마 수(magmatic water)가 해머 및 드릴 로드에 유입되는 것을 저지하는 단방향 밸브다. 가로 핀(5)은 에어 분배 로드(8)와 체크밸브 시트(3), 뒷 커넥터(1)의 연결부재다. 체크밸브 시트(3)는 또한 압축공기를 에어 분배 로드(8) 내에 인가하여 실린더 본체(7), 에어 분배 로드(8), 피스톤(9)과 함께 피스톤 운동의 에어 분배 동작을 구현한다. 중심 통로 및 사이드 홀(Side hole)이 개설된 슬렌더형 피스톤은 압축공기의 에너지를 기계 운동의 운동 에너지로 직접 전환 시키는 부품으로서, 이러한 운동 에너지를 충돌하는 방식으로 드릴 비트(16)에 전달하기에 피스톤은 매우 핵심적인 부품이다. 실린더 본체(7)는 내, 외 실린더가 합친 일체형 구조의 실린더 본체다. 스냅 링(10)은 드릴 비트(16)를 교체할 때 피스톤이 실린더 본체로부터 슬라이딩 이탈하는 것을 방지한다. 스톱 링(13)은 드릴 비트(16)의 탈락을 방지하는 스프릿형 스톱 링이다. 가이드 슬리브(11)는 에어 분배 작용을 하는 가이드 슬리브다. 앞 커넥터(15)는 드릴 비트(16)의 회전을 구동하고 그 위에서 슬라이딩하도록 하는 앞 커넥터다. 드릴 비트 바디(16)는 암석 드릴 비트로서 암반과 직접 접촉하며 암반을 파쇄하는 도구다. 뒷 커넥터(1)와 실린더 본체(7)의 매칭 면에는 제4 오링(O Ring)(6)이 설치된다. 가이드 슬리브(11)와 실린더 본체(7)의 매칭 면에는 제2 오링(12)이 설치된다. 스톱 링과 실린더 본체의 매칭 면에는 제3 오링(14)이 설치된다.
상기 무밸브 싱글 실린더형 다운-홀 해머는 아래와 같은 문제점이 있다. 1. 에어 분배 로드, 밸브 시트 및 뒷 커넥터가 가로 핀 방식으로 강성적인 연결을 하는데 가로 핀이 빠르게 변형되거나 심지어 파열될 수 있다. 2. 가로 핀에 상응하는 홀의 가공 정밀도에 대한 요구가 높아서 정밀도를 보장하기 어렵고 조립/분리가 불편하다. 3. 에어 분배 로드가 비교적 길고 면적이 큰 공기 배출홀을 개설하고 플로팅식 작업을 하기 때문에 이른 시기에 파열 절단 현상이 나타나기 쉬워서 해머 작업시의 신뢰도를 낮춘다. 4. 공기 진입/배출 통로가 많아서 기압 손실이 크다. 5. 피스톤에 에어 분배 통로가 많이 개설되어 있고 공기 통로가 굴절이 되고 길이가 길고 공기 압력 손실이 커져서 열처리에 대한 반응이 예민해지고 응력이 집중되며, 작업 시 공법과 구조적인 원인으로 인해 이른 시기에 파괴된다.
본 고안에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 에어 분배 로드와 체크밸브 시트가 일체로 되어 구조가 간단하고 위치 고정, 진동 감소, 공기 진입 기능을 구현하여 작업 시 안정되고 신뢰성이 있고, 또한 피스톤에 반지름 방향의 홀 타입 구조가 없어서 압축공기가 최단 거리를 통해 앞, 뒷 공기 캐비티에 각각 도달함으로써 해머의 효율을 높이는 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머를 제공하는 것이다.
본 고안의 목적은 아래와 같이 구현된다.
본 고안에 따른 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머는, 뒷 커넥터, 체크밸브, 에어 분배 로드, 피스톤, 실린더 본체, 가이드 슬리브, 스톱 링, 드릴 비트 바디 및 앞 커넥터로 구성되고, 단방향 밸브인 상기 체크밸브는 밸브 시트와 스프링을 구비하고, 상기 피스톤은 통로가 개설된 슬렌더형 피스톤이고, 상기 에어 분배 로드와 체크밸브 후단의 공기 진입부재는 일체형 구조이고, 실린더 본체 내부에서 에어 분배 로드와 피스톤의 외부에는 내부 실린더가 구비되고, 피스톤 운동 과정에서 피스톤과 에어 분배 로드의 매칭 단부는 줄곧 내부 실린더 내부에 위치한다.
상기 공기 진입부재 바깥쪽에는 내부 실린더와 서로 매치하는 매칭 지지 디스크가 설치되고, 매칭 지지 디스크와 내부 실린더의 매칭 면에는 제1 오링이 설치된다.
가이드 슬리브와 실린더 본체의 매칭 면에는 제2 오링이 설치되고, 스톱 링과 실린더 본체 사이에는 제3 오링이 설치되고, 뒷 커넥터와 실린더 본체의 매칭 면에는 제4 오링이 설치된다.
본 고안은 아래와 같은 효과를 구현할 수 있다.
1. 에어 분배 로드, 내부 실린더의 조립 설계가 합리적이다. 에어 분배 로드의 큰 단부는 내부 실린더 일단의 층계형 구멍 내에 조립되고 뒷 커넥터는 내부 실린더 및 에어 분배 로드의 큰 단부 면을 직접 눌러서 강성 연결을 이루어 에어 분배 로드 작업 시 튀는 것을 방지할 수 있고, 고 정밀도의 매칭을 오래 유지할 수 있으며 작업 효율을 보장한다.
2. 에어 분배 로드의 구조가 합리적이다. 에어 분배 로드와 밸브 시트는 일체형 구조로서 에어 분배 로드의 축-지름 비를 줄여서 가공이 쉽고 작업 시 변형 및 파열되기 어려우며, 에어 분배의 통로가 간결하고 막힘이 없어 에너지 손실을 줄인다.
3. 피스톤 구조가 합리적이다. 우선, 피스톤에서 드릴홀의 개수가 적고 축의 지름 변화가 적어서 해머 작업 시의 응력을 비교적 평온하게 전달할 수 있으며 작업 수명을 높인다. 피스톤에 통로가 적고 리턴 통로가 없고 슬렌더형 홀이 없으며 가공이 편리하고 가공효율이 높으며 딥(deep) 홀 연마가 필요 없다.
4. 시스템의 공기 회로(air circuit) 설계가 합리적이다. 시스템 공기 회로가 막힘이 없고 리턴형 공기 회로가 없어서 기압 구동 효율을 대폭 높이고 기압 손실을 줄인다.
5. 해머의 작업 효율이 높다. 해머는 피스톤의 품질과 작업 행정을 합리적으로 조정하여 해머의 충격 빈도와 단일 횟수 충격 에너지를 높임으로서 각종 암반 층에서 ‘고 빈도, 고 에너지’작업을 구현할 수 있고 작업 효율을 제고한다(효율이 상대적으로 20％~30％ 제고됨).
6. 해머의 작업 압력 범위가 넓다. 5~25Kg/cm2 범위 내에서 작업할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 구조 설명도다.
도 2는 본 고안의 설명도다.
도 2는 본 고안의 설명도다.
이하 첨부한 도면과 실시예를 참조하여 본 고안을 자세히 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 따른 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머는 뒷 커넥터(1), 체크밸브(2), 에어 분배 로드(8), 피스톤(9), 실린더 본체(7), 가이드 슬리브(11), 스톱 링(13), 드릴 비트 바디(16) 및 앞 커넥터(15)를 포함하고, 단방향 밸브인 상기 체크밸브(2)는 밸브 시트(3)와 스프링(4)을 구비하고, 상술한 피스톤(9)은 통로가 개설된 슬렌더형 피스톤이고, 상술한 에어 분배 로드(8)와 체크밸브(2) 후단의 공기 진입부재(28)는 일체형 구조이고, 실린더 본체(7) 내부에서 에어 분배 로드(8)와 피스톤(9)의 외부에는 내부 실린더(29)가 구비되고, 피스톤 운동 과정에서 피스톤(9)과 에어 분배 로드(8)의 매칭 단부는 줄곧 내부 실린더(29) 내부에 위치한다.
바람직하게는, 상술한 공기 진입부재(28) 바깥쪽에는 내부 실린더(29)와 서로 매치하는 매칭 지지 디스크(26)가 설치되고, 매칭 지지 디스크(26)와 내부 실린더(29)의 매칭 면에는 제1 오링(27)이 설치된다. 가이드 슬리브(11)와 실린더 본체(7)의 매칭 면에는 제2 오링(12)이 설치되고, 스톱 링(13)과 실린더 본체(7) 사이에는 제3 오링(14)이 설치되고, 뒷 커넥터(1)와 실린더 본체(7)의 매칭 면에는 제4 오링(6)이 설치된다.
본 고안에서 API나사산을 구비한 뒷 커넥터(1)는 해머와 드릴 로드를 연결하는 부속품이다. 체크밸브(2)는 마그마 수가 해머 및 드릴 로드에 유입되는 것을 저지하는 단방향 밸브이고, 에어 분배 로드(8)와 공기 진입부재(28)는 일체로 합쳐지며 압축공기를 실린더 본체(7)에 인가하는 외에 실린더 본체(7) 및 피스톤(9)과 함께 피스톤 운동의 에어 분배 동작도 구현한다. 통로가 개설된 슬렌더형 피스톤인 에어 분배 로드(9)는 압축공기의 에너지를 기계 운동의 운동 에너지로 직접 전환 시키는 부품으로서, 이러한 운동 에너지를 충돌하는 방식으로 드릴 비트 바디(16)에 전달하며, 피스톤(9)은 줄곧 내부 실린더(29)와 실린더 본체(7) 내에서 운동한다. 가이드 슬리브(11)는 피스톤(9)과 함께 에어 분배 작용을 하는 가이드 슬리브이고, 스톱 링(13)은 드릴 비트 바디(16)의 탈락을 방지하는 스프릿형 스톱 링이다. 앞 커넥터(15)는 드릴 비트 바디(16)가 회전과 슬라이딩을 하도록 구동한다.
본 고안의 작업 원리는 아래와 같다.
해머를 작동시키기 위해서는 해머를 먼저 아래로 내려야 한다. 드릴 비트(16)와 암석이 접촉하고 피스톤(9)이 도 2에 나타낸 위치에 위치하도록 받쳐질 때 작동 준비작업이 완료된다.
뒷 커넥터(1)의 중공 통로(17)로부터 인가된 고압 기체(P)는 체크밸브(2)를 밀쳐서 열고 에어 분배 로드(8) 옆의 통로(18), 외부 부싱 안쪽과 내부 실린더(29) 바깥 쪽을 거쳐서 루프형 캐비티(19)를 형성하고 피스톤(9) 본체 표면의 공기 공급 챔버(20)에 이른다. 고압 기체는 여기에서 기압 실린더의 앞 공기 챔버(21)와 뒷 공기 챔버(22)에 교차 진입한다.
리턴이 시작될 때 피스톤(9)은 도 2에 도시된 위치에 위치하고, 루프형 캐비티(19) 중의 고압 기체는 피스톤(9) 본체 표면의 에어 슬롯(20)을 거치고 피스톤(9) 본체 표면을 지나서 앞 공기 챔버(21)에 진입하여 피스톤(9)이 운동하도록 구동한다. 피스톤 리턴 운동에서 링형 통로(25)가 닫힐 때 앞 공기 챔버(21)의 공기 진입이 중단되고 피스톤(9)은 앞 공기 챔버 중의 고압 기체 팽창에 의해 계속 위로 운동하며, 피스톤(9)의 선단이 가이드 슬리브(11)를 이탈한 후 앞 공기 챔버(21)의 기체는 드릴 비트(16)의 중심 구멍(24)을 지나서 구멍 밑까지 배출된다. 피스톤 리턴 운동을 시작할 때 뒷 공기 챔버(22)의 기체(P)는 피스톤 중심 구멍(23), 드릴 비트 중심 구멍(24)을 거쳐서 구멍 밑에 도달하여 피스톤 운동 시 받는 배압 저항이 매우 작게 된다. 에어 분배 로드(8)의 작은 헤드가 피스톤(9)에 진입하여 매칭을 이루기 시작할 때 피스톤(9)의 리턴 운동에 의해 뒷 공기 챔버(22)의 기체가 압축되고, 피스톤(9)의 큰 단부가 내부 실린더(29) 내벽과 개구부를 형성할 때까지 운동할 때 고압기체는 루프형 캐비티(19), 피스톤 공기 공급 챔버(20)를 거쳐서 뒷 공기 챔버(22)에 진입한다. 피스톤 운동의 관성으로 인해, 뒷 공기 챔버(22)에 진입한 고압 기체에 의한 압력으로 인해 피스톤(9)이 리턴 운동을 종료할 때까지 피스톤(9)은 일정한 거리를 슬라이딩하게 된다.
피스톤(9)의 스트로크 운동 시, 피스톤(9)은 고압기체에 의해 밀쳐져서 피스톤(9)의 큰 단부와 내부 실린더(29) 내벽에 의해 형성된 개구부가 닫히는 순간까지 운동하고, 고압기체가 뒷 공기 챔버(22)에 진입하는 통로가 막히게 되며, 피스톤(9)은 기체 팽창에 의해 앞으로 운동하고 피스톤 중심 구멍이 에어 분배 로드(8)의 하단을 이탈한 후 뒷 공기 챔버(22) 기체는 피스톤 중심 구멍(23)과 드릴 비트 중심 구멍(24)을 거쳐서 구멍 밑까지 배출된다. 이 때 피스톤(9)이 드릴 비트(16)의 끝단과 충돌하여 스트로크 운동을 완성하게 된다. 피스톤(9)이 스트로크 운동을 시작할 때 앞 공기 챔버(21)의 기체는 계속 가이드 슬리브(11)와 드릴 비트 중심 구멍(24)을 거쳐서 구멍 밑까지 배출된다. 피스톤(9)의 선단이 가이드 슬리브(11)에 진입할 때 앞 공기 챔버(21)의 기체는 압축되기 시작하고 피스톤(9)은 아크 홈(25)에 연통될 때까지 운동하며, 고압기체가 앞 공기 챔버(21)에 진입하여 에어 분배 과정을 완성한다.
1: 뒷 커넥터 2: 체크밸브
3: 밸브 시트 4: 스프링
6: 제4 오링 7: 실린더 본체
8: 에어 분배 로드 9: 피스톤
11: 가이드 슬리브 12: 제2 오링
13: 스톱 링 14: 제3 오링
15: 앞 커넥터 16: 드릴 비트 바디
26: 매칭 지지 디스크 27: 제1 오링
28: 공기 진입 부재 29: 내부 실린더
3: 밸브 시트 4: 스프링
6: 제4 오링 7: 실린더 본체
8: 에어 분배 로드 9: 피스톤
11: 가이드 슬리브 12: 제2 오링
13: 스톱 링 14: 제3 오링
15: 앞 커넥터 16: 드릴 비트 바디
26: 매칭 지지 디스크 27: 제1 오링
28: 공기 진입 부재 29: 내부 실린더
Claims (3)
- 뒷 커넥터(1), 단방향 밸브로서 밸브 시트(3)와 스프링(4)을 구비하는 체크밸브(2), 에어 분배 로드(8), 통로가 개설된 슬렌더형 피스톤인 피스톤(9), 실린더 본체(7), 가이드 슬리브(11), 스톱 링(13), 드릴 비트 바디(16) 및 앞 커넥터(15)를 포함하는 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머에 있어서,
상기 에어 분배 로드와 상기 체크밸브 후단의 공기 진입부재(28)는 일체형 구조이고, 상기 실린더 본체 내부에서 상기 에어 분배 로드와 상기 피스톤의 외부에는 내부 실린더(29)가 구비되고, 피스톤 운동 과정에서 상기 피스톤과 상기 에어 분배 로드의 매칭 단부는 줄곧 상기 내부 실린더 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머. - 제1항에 있어서,
상기 공기 진입부재 바깥쪽에는 상기 내부 실린더와 서로 매치하는 매칭 지지 디스크(26)가 설치되고, 상기 매칭 지지 디스크와 상기 내부 실린더의 매칭 면에는 제1 오링(27)이 설치되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머. - 제2항에 있어서,
상기 가이드 슬리브와 상기 실린더 본체의 매칭 면에는 제2 오링(12)이 설치되고, 상기 스톱 링과 상기 실린더 본체 사이에는 제3 오링(14)이 설치되고, 상기 뒷 커넥터와 상기 실린더 본체의 매칭 면에는 제4 오링(6)이 설치되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 가이드 슬리브식 무밸브 트윈 실린더형 다운-홀 해머.
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