KR20160124412A - Ｔｂｍ 디스크 커터 분석시스템 및 분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치, 시험방법 및 그 기록매체에 대한 것이다. 보다 상세하게는, TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치에 있어서, 지지기둥와, 서로 특정간격 이격되어 상기 지지기둥 상에 구비되는 상부플레이트와 하부플레이트를 갖는 메인 프레임; 상기 하부 플레이트의 일면 일측에 암석시편을 고정시키는 암석시편 고정부; 상기 암석시편 일측에 접촉되도록 원판형 디스크를 고정시키는 디스크 고정부; 상기 암석시편에 접촉된 상기 원판형 디스크를 중심축을 기준으로 회전시키는 디스크 회전부재; 및 상기 암석시편과 상기 원판형 디스크의 접촉력을 조절하는 하중 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치에 관한 것이다.

Description

ＴＢＭ 디스크 커터 분석시스템 및 분석방법{Apparatus and method for evaluating wear and abrasion of TBM disc cutter}

본 발명은 TBM 디스크 커터 마모도 측정하여 디스크 커터를 분석하기 위한 시스템 및 분석방법에 대한 것이다.

최근 터널 및 지하공간의 굴착은 작업자의 안정성 증대, 소음 및 진동으로 인한 민원 감소, 공기 및 공비의 감소 등을 목적으로 기존의 발파공법을 대체하여 지하철, 전력구, 통신구 터널 등을 중심으로 TBM에 의한 기계화 시공이 크게 증가하고 있는 추세이다. 도 1a는 TBM(tunnel boring machine)(1)을 이용한 터널 시공 개념도를 도시한 것이다. 또한, 도 1b는 TBM 장비의 면판(2)을 나타낸 사시도를 도시한 것이다.

TBM의 굴착원리는 TBM장비의 면판에 장착된 디스크 커터(또는 커터 비트)가 면판의 회전에 따라 회전함으로써 암석이나 흙을 잘게 부수면서 전진함에 따라 굴착되게 된다. 따라서, 암석이나 흙의 특성, TBM의 동력(추진력, 회전력 등), TBM 면판에 설치된 디스크 커터의 크기, 배치, 간격 등에 따라 TBM의 굴착속도가 좌우되게 된다. 도 1c는 TBM 디스크 커터(3)의 실물 사진을 도시한 것이다. 도 1d는 마모상태를 측정하는 디스크 커터(3)의 사진을 도시한 것이다.

이러한 TBM 면판(2)에 장착된 다수의 디스크 커터가 회전함에 따라 암석이나 흙을 잘게 부수면서 전진하게 되는 TBM 굴착원리의 특징은 암반이나 흙의 특성에 따라 디스크 커터의 마모 정도가 결정되게 되며, 디스크 커너의 크기와 품질에 따라 개당 단가가 수백만원 ~ 천만원대로 고가이며, TBM(1) 직경에 따라 30 ~ 60개까지 설치되므로, 디스크 커터의 마모정도를 사전에 정확하게 예측하는 것이 매우 중요하다.

또한, TBM 시공중 디스크 커터가 심하게 마모될 경우 굴진 속도가 심각하게 저하되며, 디스크 커터 교체를 위해서는 굴착을 정지한 상태에서 최소 4 ~ 5일 이상이 소요되므로 굴착 중 지반상태에 따라 커터의 마모를 정확하게 예측, 측정하는 것이 매우 중요하다.

도 2는 종래 커터 마모 시험장치의 구성을 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중량 10kg의 추의 하부에 고정된 시험비트를 암분이 공급되는 원판과 평행하게 접촉시켜 회전시킨 후, 암분(rock powder)에 의한 시험비트의 마모중량을 측정하여 커터마모지수(Abrasion Value Steel, AVS)를 구하는 방법에 대한 것임을 알 수 있다.

그러나, 이러한 도 2에 도시된 종래 기술은 시험을 위해서는 암분(rock poder)을 인위적으로 생성시켜야 하며, 시험방법이 매우 복잡하여 시간소요가 증대된다는 문제점이 존재한다. 또한, 이를 적용하고 있는 시험수행기관이 극소수이며 시험비용이 고가에 해당하며 다량의 시편이 소모되어 실용적이지 못한 문제점이 존재한다.

또한, 도 3은 종래 세르샤(cerchar) 마모 시험장치의 단면도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 종래기술은 70N의 수직하중을 받는 핀을 암석 표면에 수직으로 접촉시켜 100mm를 긁어서 핀의 마모된 면의 직경을 측정하여 세르샤 마모지수(CAI)를 구하게 된다.

*그러나, 이러한 도 3에 도시된 종래기술은 시험수행자에 따라 시험결과 값의 변동이 크고, 시험결과의 정확도가 떨어지게 되는 문제점이 존재한다. 또한, 디스크 커터의 형상과 다른 소형 스틸핀(steel pin)을 이용하여 마모량 측정에 한계가 존재하며 소형 스틸핀 형상과 실제 TBM디스크 커터(3)의 형상이 다른 문제점이 존재한다.

도 4는 일반 산업장치(베어링, 기타 재료 등)의 마모정도를 측정하기 위한 장치의 단면도를 도시한 것으로 1 ~ 2in 직경의 디스크를 분당 10,000RPM의 고속으로 회전시켜 시험대상 재료의 마도 정도를 측정하게 된다. 또한, 도 5에 도시된 시험장치 역시 일반 산업장치(베어링, 기타 재료 등)의 마모정도를 측정하기 위한 장치의 단면도로서, 시험대상 재료를 스프링이 장착된 받침대에 두고, 원주형 회전체를 회전시켜 마찰에 의한 마모를 측정하게 된다.

그러나, 도 4 및 도 5에 도시된 시험장치는 모두 TBM 디스크 커터의 마모를 측정하기 위한 것이 아닌, 일반 산업장비(베어링, 기타 재료 등)의 마모정도를 측정하기 위한 장치로서 이러한 구성, 기능을 TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위해 적용될 수 없는 문제점이 존재한다.

따라서, 신속하고 정밀하게 지반특성에 따라 TBM 디스크 커터의 마모정도를 예측 및 평가할 수 있는 시험장치 및 시험방법이 요구되었다.

미국 공개특허 US 제2672046호 미국 공개특허 US 제7272969호 대한민국 등록특허 제10-0701979호 대한민국 공개특허 제10-2009-0036503호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, TBM 디스크 커터의 마모정도를 시공 전 또는 시공 중 정확하게 예측함으로써, TBM 프로젝트의 커터 소요 수량을 정확하게 산정하고, TBM 시공 중 디스크 커터의 교체시기(Cutter intervention)를 최적화함으로써 공사기간을 단축하는데 그 목적이 존재한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 TBM 디스크 커터의 형상과 다른 소형 스틸핀을 사용하는 도 3에 도시된 종래기술과 달리, 실제 TBM디스크 커터의 형상과 유사한 원판형 스틸 디스크를 사용함에 따라 TBM 디스크 커터 마모도 측정의 정확성과 신뢰성을 증대할 수 있는 TBM 디스크 커터의 마모정도를 시공 전 또는 시공 중 정확하게 예측할 수 있는 시험장치 및 시험방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위해 일정한 조건의 암분(rock powder)을 생성시켜야 하는 도 2에 도시된 종래기술과 달리, 암석시료를 그대로 사용함에 따라 TBM 디스크 커터 마모도 측정시간을 단축할 수 있으며, 암석시료를 그대로 사용함에 따라 TBM 디스크 커터 마모도 측정시 사용되는 시편 수량을 감소시킬 수 있는 TBM 디스크 커터의 마모정도를 시공 전 또는 시공 중 정확하게 예측할 수 있는 시험장치 및 시험방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치에 있어서, 지지기둥와, 서로 특정간격 이격되어 상기 지지기둥 상에 구비되는 상부플레이트와 하부플레이트를 갖는 메인 프레임; 상기 하부 플레이트의 일면 일측에 암석시편을 고정시키는 암석시편 고정부; 상기 암석시편 일측에 접촉되도록 원판형 디스크를 고정시키는 디스크 고정부; 상기 암석시편에 접촉된 상기 원판형 디스크를 중심축 기준으로 회전시키는 디스크 회전부재; 및 상기 암석시편과 상기 원판형 디스크의 접촉력을 조절하는 하중 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 하부플레이트는 상기 지지기둥 상에서 상하로 이동가능한 자유단으로 구성되고, 상기 하중 인가부는 상기 하부플레이트와 상기 상부플레이트 사이에 구비되는 추로 구성되어, 상기 추의 하중에 의해 상기 암석시편과 상기 원판형 디스크 사이에 접촉력이 인가되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 하중인가부는, 상기 하부플레이트의 상면에 고정되는 고정단과, 상기 상부플레이트 상에서 관통되어 상하로 이동가능한 이동단과, 상기 이동단을 상하로 이동시키는 이동수단을 포함하고, 상기 고정단과 상기 이동단 사이에 상기 추가 고정되어, 상기 이동단의 위치 변경에 의해 상기 암석시편과 상기 원판형 디스크 사이의 접촉력이 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 원판형 디스크의 직경은 25 ~ 50mm이고, 두께는 1.5 ~ 3mm인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 원판형 디스크는 HRC 54-56, HRC 41-43, HRC 17 또는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 디스크 회전부재의 항복강도는 300MPa ~ 500MPa인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 디스크 회전부재를 중심축 기준으로 회전시키면서 상기 중심축과 평행한 방향으로 이동시키는 회전수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험 방법에 있어서, 원판형 디스크를 디스크 고정부에 의해 디스크 회전부재에 장착하고, 암석시편을 암석시편 고정부에 의해 하부 플레이트 하면 일측에 고정시키는 단계; 상기 하부플레이트 상면에 고정된 고정단과 상기 상부플레이트에 관통되어 상하 이동되는 이동단 사이에 추를 고정시켜 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이에 접촉력을 인가하는 단계; 회전수단에 의해 상기 디스크 고정부에 연결된 디스크 회전부재를 구동시켜 상기 원판형디스크를 회전시키는 단계; 및 상기 암석시편이 절삭되고 상기 원판형디스크가 회전하면서 마모되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 접촉력을 인가하는 단계는, 이동수단이 상기 이동단을 이동시켜 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이의 접촉력을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, TBM 디스크 커터 마모도 측정하여 디스크 커터를 분석하기 위한 시스템에 있어서, 지지기둥와, 상기 지지기둥 상에서 상하로 이동가능한 자유단으로 구성되는 하부플레이트와 상기 하부플레이트에 특정간격 이격되어 상기 지지기둥 상에 구비되는 상부플레이트를 갖는 메인 프레임; 상기 하부 플레이트의 하면 일측에 암석시편을 고정시키는 암석시편 고정부; 상기 암석시편 일측에 접촉되도록 원판형 디스크를 고정시키는 디스크 고정부; 상기 암석시편에 접촉된 상기 원판형 디스크를 중심축 기준으로 회전시키는 디스크 회전부재; 및 상기 하부플레이트의 상면에 고정되는 고정단과, 상기 상부플레이트 상에서 관통되어 상하로 이동가능한 이동단과, 상기 고정단과 상기 이동단 사이에 구비되는 추 및 상기 이동단을 상하로 이동시키는 이동수단을 갖는 하중인가부; 상기 디스크 회전부재를 회전 구동시키는 회전수단; 및 상기 원판형 디스크의 마모량, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 실제 TBM 디스크 커터의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 분석시스템으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 원판형 디스크에 인가되는 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 이동수단을 제어하여 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이의 접촉력을 조절하고, 상기 회전수단을 제어하여 상기 원판형 디스크의 회전속도를 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 분석수단은, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 상기 원판형디스크의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은, TBM 디스크 커터 마모도 측정하여 디스크 커터를 분석하기 위한 방법에 있어서, 분석하고자 하는 원판형디스크와 암석시편의 재질을 결정하는 단계; 결정된 원판형 디스크를 디스크 고정부에 의해 디스크 회전부재에 장착하고, 암석시편을 암석시편 고정부에 의해 하부 플레이트 하면 일측에 고정시키는 단계; 상기 하부플레이트 상면에 고정된 고정단과 상기 상부플레이트에 관통되어 상하 이동되는 이동단 사이에 추를 고정시키고, 제어부에 의해 이동수단을 구동시켜 이동단의 이동에 의해 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이에 접촉력을 인가하는 단계; 회전수단에 의해 상기 디스크 고정부에 연결된 디스크 회전부재를 구동시켜 상기 원판형디스크를 회전시키는 단계; 상기 암석시편이 절삭되고 상기 원판형디스크가 회전하면서 마모되는 단계; 및 분석수단이 상기 원판형 디스크의 회전에 의해 마모된 원판형 디스크의 마모도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 분석방법으로 달성될 수 있다.

또한, 압력센서가 상기 원판형 디스크에 인가되는 압력을 측정하는 단계; 및 제어부가 상기 이동수단을 제어하여 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이의 접촉력을 조절하고, 상기 회전수단을 제어하여 상기 원판형 디스크의 회전속도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 분석하는 단계는, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 상기 원판형디스크의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, TBM 디스크 커터의 마모정도를 시공 전 또는 시공 중 정확하게 예측함으로써, TBM 프로젝트의 커터 소요 수량을 정확하게 산정하고, TBM 시공 중 디스크 커터의 교체시기(Cutter intervention)를 최적화함으로써 공사기간을 단축할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 TBM 디스크 커터의 형상과 다른 소형 스틸핀을 사용하는 도 3에 도시된 종래기술과 달리, 실제 TBM디스크 커터의 형상과 유사한 원판형 스틸 디스크를 사용함에 따라 TBM 디스크 커터 마모도 측정의 정확성과 신뢰성을 증대할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위해 일정한 조건의 암분(rock powder)을 생성시켜야 하는 도 2에 도시된 종래기술과 달리, 암석시료를 그대로 사용함에 따라 TBM 디스크 커터 마모도 측정시간을 단축할 수 있으며, 암석시료를 그대로 사용함에 따라 TBM 디스크 커터 마모도 측정시 사용되는 시편 수량을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는은 TBM 터널 시공의 개념도,
도 1b는 TBM 장비의 면판의 사시도,
도 1c는 TBM 디스크 커터의 실물 사진,
도 1d는 마모상태를 측정하는 디스크 커터의 사진,
도 2는 종래 커터 마모 시험장치의 구성을 나타낸 사시도,
도 3은 종래 세르샤(cerchar) 마모 시험장치의 단면도,
도 4 및 도 5는 일반 산업장치(베어링, 기타 재료 등)의 마모정도를 측정하기 위한 장치의 구성도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치의 단면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 메인 프레임을 나타낸 도 6의 A-A 단면도,
도 8은 도 6의 B-B 단면도,
도 9는 도 6의 C-C 단면도,
도 10은 도 6의 D-D 단면도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험 방법의 흐름도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 제어흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치(100) 및 분석시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 메인 프레임(10)을 나타낸 도 6의 A-A 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 8은 도 6의 B-B 단면도를 도시한 것이고. 도 9는 도 6의 C-C 단면도 그리고, 도 10은 도 6의 D-D 단면도를 도시한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 프레임(10), 암석시편 고정부(31), 디스크 고정부(42), 디스크 회전부재(43), 하중인가부 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 메인 프레임(10)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지기둥(11)과, 서로 특정간격 이격되어 지지기둥(11) 상에 구비되는 상부플레이트(12)와 하부플레이트(13)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

상부플레이트(12)는 도 6에 도시된 바와 같이, 지지기둥(11)의 상단에 고정되어 지며, 하부플레이트(13)는 한 쌍의 지지기둥(11) 상에서 상하로 이동가능하도록 자유단으로 구성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 암석시편 고정부(31)는 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 암석시편(30)을 하부플레이트(13) 하면 일측에 고정시키도록 구성됨을 알 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치(100)에 적용되는 암석시편(30)은 종래와 달리 암분(rock powder)을 적용하는 것이 아닌 암석시료를 그대로 적용하게 된다. 이러한 암석시편(30)은 탈부착이 가능하며 분석하고자 하는 재질의 암석시편(30)을 분말로 가공하지 않고 적용하게 된다.

그리고, 암석시편(30)을 절삭시키기 위한 디스크는 본 발명의 일실시예에서는 원판형 디스크(40)가 적용되게 된다. 따라서, 실제 TBM 디스크 커터(3)의 형상과 유사한 형상을 적용하게 됨으로써 TBM 디스크 커터의 마모도 측정에 정확성과 신뢰성을 얻을 수 있게 된다.

원판형 디스크(40)는 도 6 및 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 측면이 암석시편(30)의 하면에 접촉, 회전하게 되어 암석시편(30)을 절삭하게 됨으로써 마모되게 되고, 디스크 고정부(42)에 의해 디스크 회전부재(43)의 끝단에 고정되게 됨을 알 수 있다.

그리고, 회전수단(44)이 디스크 회전부재(43)를 회전구동하게 됨으로써, 원판형 디스크(40)가 중심축을 기준으로 회전하면서 길이방향 축을 기준으로 이동될 수 있다. 따라서 디스크 회전부재(43)는 항상 새로운 면의 암석시편(30)을 절삭하게 된다. 이러한 원판형 디스크(40)의 재질은 실제 TBM 면판(2)에 적용되는 디스크 커터(3)와 동일한 재질을 적용하여 분석하게 된다.

구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 원판형 디스크(40)는 HRC 54-56, HRC 41-43, HRC 17 또는 알루미늄 등의 재질로 구성될 수 있고, 디스크 고정부(42)에 의해 디스크 회전부재(43)에 탈부착 가능하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원판형 디스크(40)의 직경은 약 25 ~ 50mm이고, 두께는 약 1.5 ~ 3mm정도로 구성됨이 바람직하다. 그리고, 디스크 회전부재(43)의 스틸 항복강도는 300MPa 이상으로 구성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치(100)는, 암석시편(30)과 상기 원판형 디스크(40)의 접촉력을 조절하는 하중 인가부를 포함하고 있다.

이러한 하중 인가부는 도 6 및 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 고정단(21), 이동단(22), 추(20), 이동수단(23) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 하부플레이트(13)는 지지기둥(11) 상에서 상하로 이동가능한 자유단으로 구성되며, 이러한 하부플레이트(13) 상부면 일측에 고정단(21)이 고정 설치되게 된다.

그리고, 이동단(22)은 상부 플레이트(12)에 관통되어 이동가능하도록 구성되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 이동수단(23)에 의해 상하로 구동되도록 구성됨을 알 수 있다. 이러한 이동수단(23)은 이동단(22)을 상하로 이동, 구동시킬 수 있는 것이라면 그 구체적인 형상, 구성을 자유롭게 변형가능하며, 발명의 상세한 설명에 제시된 도면, 실시예에 의해 권리범위를 제한하여 해석하여서는 아니될 것이다.

구체적 실시예에 따른 이동수단(23)은 도 8에 도시된 바와 같이, 이동용 핸들부로 구성되며, 이러한 이동용 핸들부의 끝단 측면과 이동단(22)의 외면에 톱니가 형성되어 기어 구동 방식으로 구성될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 이동용 핸들부의 구동으로 기어가 맞물리면서 이동단(22)이 상하로 이동될 수 있게 된다.

또한, 이동단(22)과 고정단(21) 사이에는 특정 무게를 갖는 추(20)가 고정되게 되며, 이러한 추(20)의 하중에 의해 원판형 디스크(40)와 암석시편(30) 사이에 접촉력이 인가되게 된다. 또한, 이동수단(23)에 의해 이동단(22)을 상하로 이동시키게 됨으로써, 이러한 접촉력을 조절할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치(100)는 원판형 디스크(40)에 인가되는 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서(41)를 포함하여 구성될 수 있다.

하중인가부에 의해 하중을 인가시키고, 회전수단(44)에 의해 디스크 회전부재(43)에 고정된 원판형 디스크(40)를 암석시편(30)에 접촉시켜 회전하게 되면, 암석시편(30)이 절삭되면서 원판형 디스크(40)가 마모되게 된다.

원판형 디스크(40)를 설정된 시간동안 회전시켜 암석시편(30)을 절삭시킨 후, 분석수단(60)은 마모된 원판형 디스크(40)에 대해 마모도를 분석하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터의 마모도를 측정하기 위한 시험장치(100)는 제어부(50)를 포함하여 이동수단(23)과 회전수단(44)을 시험 전, 시험 중에 제어할 수 있게 된다. 즉, 제어부(50)는 이동수단(23)을 제어하여 원판형 디스크(40)와 상기 암석시편(30) 사이의 접촉력을 조절하거나 접촉력이 설정된 값을 유지하도록 제어할 수 있고, 또한, 회전수단(44)을 제어하여 원판형 디스크(40)의 회전속도를 조절하거나 회전속도가 설정된 값을 유지하도록 제어할 수 있다.

그리고, 분석수단(60)은, 원판형 디스크의 마모량, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 실제 TBM 디스크 커터의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하는 분석수단를 분석하게 된다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험 방법에 대해 설명하도록 한다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험 방법의 흐름도를 도시한 것이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(50)의 제어흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

먼저, 분석하고자 하는 원판형디스크(40)와 암석시편(30)의 재질을 결정하게 된다(S1). TBM(1)굴착시공을 적용하게 될 지반특성을 그대로 갖는 암석시편(30)을 결정하게 되고, TBM 면판(2)에 설치되게 될 디스크 커터(3)와 동일한 재질의 원판형디스크(40)를 결정하게 된다.

그리고, 결정된 원판형 디스크(40)를 디스크 고정부(42)에 장착하고, 암석시편(30)을 암석시편 고정부(31)에 의해 하부 플레이트(13) 하면 일측에 고정시키게 된다(S2). 즉, 앞서 언급한 바와 같이, 원판형 디스크(40)는 디스크 고정부(42)에 의해 디스크 회전부재(43)의 끝단에 고정 설치되게 되며, 암석시편(30)은 지지기둥(11) 상에서 상하로 이동가능하도록 자유단으로 구성된 하부플레이트(13)의 하면에 암석시편 고정부(31)에 의해 고정설치게 된다.

그리고, 하부플레이트(13) 상면에 고정된 고정단(21)과 상부플레이트(12)에 관통되어 상하 이동되는 이동단(22) 사이에 추(20)를 고정시키게 된다(S3). 그리고, 제어부(50)에 의해 이동수단(23)을 구동시켜 이동단(22)의 이동에 의해 원판형 디스크(40)와 상기 암석시편(30) 사이에 접촉력이 인가되게 된다(S4).

그리고, 회전수단(44)에 의해 디스크 고정부(42)에 연결된 디스크 회전부재(43)를 구동시켜 원판형디스크(40)를 중심축을 기준으로 회전시키게 된다(S5). 원판형디스크(40)가 회전되게 되면서, 암석시편(30)은 절삭되고 원판형디스크(40)는 마모되는 된다(S6).

이러한 원판형디스크(40)의 회전은 설정된 시간 동안 지속되며, 암석시편(30)의 절삭이 완료된 후, 분석수단(60)은 원판형 디스크(40)의 회전에 의해 마모된 원판형 디스크(40)의 마모도를 분석하게 된다(S7).

또한, 이러한 과정에서, 압력센서(41)가 원판형 디스크(40)에 인가되는 압력을 측정할 수 있고, 제어부(50)는 이동수단(23)을 구동시켜, 원판형 디스크(40)와 암석시편(30) 사이의 접촉력이 설정된 접촉력을 유지하도록 이동단(22)의 위치 조절할 수 있다.

또한, 제어부(50)는 회전수단(44)을 제어하여 원판형 디스크(40)의 회전속도를 조절할 수 있다. 그리고, 분석수단(60)은 상기 원판형 디스크의 마모량, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 실제 TBM 디스크 커터의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하게 된다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:TBM
2:면판
3:디스크 커터
10:메인프레임
11:지지기둥
12:상부플레이트
13:하부플레이트
20:추
21:고정단
22:이동단
23:이동수단
30:암석시편
31:암석시편 고정부
40:원판형디스크
41:압력센서
42:디스크고정부
43:디스크 회전부재
44:회전수단
50:제어부
60:분석수단
100:TBM 디스크 커터 마모도 측정을 위한 시험장치

Claims (2)

1. TBM 디스크 커터 마모도 측정하여 디스크 커터를 분석하기 위한 시스템에 있어서,
   지지기둥와, 상기 지지기둥 상에서 상하로 이동가능한 자유단으로 구성되는 하부플레이트와 상기 하부플레이트에 특정간격 이격되어 상기 지지기둥 상에 구비되는 상부플레이트를 갖는 메인 프레임;
   상기 하부 플레이트의 하면 일측에 암석시편을 고정시키는 암석시편 고정부;
   상기 암석시편 일측에 접촉되도록 원판형 디스크를 고정시키는 디스크 고정부;
   상기 암석시편에 접촉된 상기 원판형 디스크를 중심축 기준으로 회전시키는 디스크 회전부재; 및
   상기 하부플레이트의 상면에 고정되는 고정단과, 상기 상부플레이트 상에서 관통되어 상하로 이동가능한 이동단과, 상기 고정단과 상기 이동단 사이에 구비되는 추 및 상기 이동단을 상하로 이동시키는 이동수단을 갖는 하중인가부;
   상기 디스크 회전부재를 중심축 기준으로 회전시키면서 상기 중심축과 평행한 방향으로 이동시키는 회전수단; 및
   상기 원판형 디스크에 인가되는 압력을 측정하는 압력센서;
   상기 이동수단을 제어하여 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이의 접촉력을 조절하고, 상기 회전수단을 제어하여 상기 원판형 디스크의 회전속도를 조절하는 제어부; 및
   상기 원판형 디스크의 마모량, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 실제 TBM 디스크 커터의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하는 분석수단을 포함하고,
   상기 원판형 디스크의 직경은 25 ~ 50mm이고, 두께는 1.5 ~ 3mm이고, HRC 54-56, HRC 41-43, HRC 17 또는 알루미늄 재질이며, 상기 디스크 회전부재의 항복강도는 300MPa ~ 500MPa인 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 분석시스템.
   
2. 제 1항에 따른 TBM 디스크 커터 분석시스템을 이용한 디스크 커터 분석 방법에 있어서,
   분석하고자 하는 원판형디스크와 암석시편의 재질을 결정하는 단계;
   결정된 원판형 디스크를 디스크 고정부에 의해 디스크 회전부재에 장착하고, 암석시편을 암석시편 고정부에 의해 하부 플레이트 하면 일측에 고정시키는 단계;
   상기 하부플레이트 상면에 고정된 고정단과 상부플레이트에 관통되어 상하 이동되는 이동단 사이에 추를 고정시키고, 제어부에 의해 이동수단을 구동시켜 이동단의 이동에 의해 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이에 접촉력을 인가하는 단계;
   회전수단에 의해 상기 디스크 고정부에 연결된 디스크 회전부재를 구동시켜 상기 원판형디스크를 회전시키는 단계;
   상기 암석시편이 절삭되고 상기 원판형디스크가 회전하면서 마모되는 단계; 및
   분석수단이 상기 원판형 디스크의 회전에 의해 마모된 원판형 디스크의 마모도를 분석하는 단계를 포함하고,
   상기 접촉력을 인가하는 단계에서, 이동수단이 상기 이동단을 이동시켜 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이의 접촉력을 조절하고,
   상기 마모되는 단계에서, 압력센서가 상기 원판형 디스크에 인가되는 압력을 측정하고, 제어부가 상기 이동수단을 제어하여 상기 원판형 디스크와 상기 암석시편 사이의 접촉력을 조절하고, 상기 회전수단을 제어하여 상기 원판형 디스크의 회전속도를 조절하며,
   상기 분석하는 단계는, 상기 원판형 디스크의 재질, 상기 암석시편의 재질, 상기 압력센서에서 측정된 압력값 및 상기 원판형디스크의 회전속도를 기반으로 상기 원판형디스크의 마모도, 수명 및 교체시기를 분석하는 것을 특징으로 하는 TBM 디스크 커터 분석방법.
   

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