KR20170098065A - 공압식 굴착 머신 및 이를 이용한 굴착공 굴착 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압식 굴착 머신에 관한 것으로, 굴착 머신을 지지하기 위한 로드의 회전없이 지중의 굴착작업을 수행하는 굴착 머신만을 회전시켜 적은 동력을 이용하여도 효과적인 굴착이 가능한 것으로, 로드와 연결되는 커넥터와; 상기 커플러의 앞에 배치되며 에어를 유입받아 공급하는 에어공급블록과; 상기 에어공급블록으로부터 에어를 공급받아 회전하는 로터와; 상기 로터의 회전력을 감속하는 하나 이상의 감속기와; 상기 감속기에 의해 감속된 회전수에 의해 회전하는 회전블록과; 상기 회전블록에 의해 회전하는 헤드와; 상기 헤드에 분리 가능하게 연결되며 지반을 굴착하는 굴착수단과; 상기 에어공급블록과 로터와 감속기와 회전블록 및 헤드를 감싸 보호하는 케이싱을 포함하며, 지상에서 공급되는 에어를 통해 상기 로터가 회전하고 이 회전력에 의해 상기 굴착수단이 회전하여 지반을 굴착하는 한편 에어가 상기 굴착수단을 통해 지중 굴착공에 배출되도록 구성된다.

Description

공압식 굴착 머신 및 이를 이용한 굴착공 굴착 공법{AIR PRESSURE EXCAVATOR AND EXCAVATING WORK USING THIS SAME}

본 발명은 굴착 머신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착 머신을 지지하기 위한 로드의 회전없이 지중의 굴착작업을 수행하는 굴착 머신만을 회전시켜 적은 동력을 이용하여도 효과적인 굴착이 가능한 공압식 굴착 머신 및 이를 이용한 굴착공 굴착 공법에 관한 것이다.

일반적으로 지중 관로(상하수도관, 가스관, 전력구 등) 시공, 지반 보강 등을 위한 작업으로 지반 굴착 작업(수평, 수직 등)이 수반된다.

지반 굴착은 말뚝기초 시공, 착정, 시추, 지하구조물 시공을 위한 토류벽 가설 또는 연약지반 개량을 위한 압밀촉진 등의 목적으로 지반에 수직으로 굴착공을 형성하는 것이다.

종래 기술에 의한 굴착 기술은, 도 13에서 보이는 바와 같이, 지상에 중장비(1)를 통해 지지대(2)가 세워지고, 지지대(2)에 회전기(모터 등)(3)가 설치되며, 이 회전기(3)에 굴착기(4)가 로드(5)를 통해 연결되는 구성이며, 이와 같은 구성에 의하면, 회전기(3)는 지상에 배치되며, 굴착기(4)는 지중에서 굴착작업을 하게 되는데, 회전기(3)의 회전력이 로드(5)를 통해 굴착기(4)에 전달되기 때문에 로드(5)와 굴착기(4)의 회전을 위하여 매우 큰 동력을 필요로 하는 단점이 있고, 특히 심도가 깊어질수록 로드(5)의 길이가 길어짐에 따라 고심도에서 원활한 굴착이 이루어지지 못하고 과도한 동력의 사용에 따른 경제적 부담이 크고 장비의 손상이 발생된다.

특허문헌(공개특허 제10-2011-0028147호)은 내부중심부에는 길이방향으로 압축공기 이동로가 형성되는 스크류축이 구비되고, 상기 스크류축의 외주면에는 길이방향으로 스크류날개가 형성되는 오거부; 상기 오거부의 선단에 결합되는 에어햄머 몸체부가 구비되고, 상기 압축공기 이동로와 연통되게 상기 에어햄머 몸체부의 내부중심부에 소정공간으로 압축공기 가압부가 형성되며, 회전운동과 함께, 상기 압축공기 가압부로 유입되는 압축공기의 순간 가압을 통해 충격전진 하는 에어 햄머부; 및 지반을 굴착하는 비트 몸체부가 상기 에어 햄머부의 선단에 결합되고, 상기 비트 몸체부의 중심 선단에는 소정 길이로 돌출되게 파일럿 비트가 형성되는 굴착 비트부;로 구성되는 지하굴착용 정밀보링 오거비트로서, 스크류축을 지상에서부터 회전시키는 구조로서 전술한 문제점을 그대로 갖고 있다.

공개특허 제10-2011-0028147호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴착 머신을 지지하기 위한 로드의 회전없이 지중의 굴착작업을 수행하는 굴착 머신만을 회전시켜 적은 동력을 이용하여도 효과적인 굴착이 가능한 공압식 굴착 머신 및 이를 이용한 굴착공 굴착 공법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 공압식 굴착 머신은, 로드와 연결되는 커넥터와; 상기 커플러의 앞에 배치되며 에어를 유입받아 공급하는 에어공급블록과; 상기 에어공급블록으로부터 에어를 공급받아 회전하는 로터와; 상기 로터의 회전력을 감속하는 하나 이상의 감속기와; 상기 감속기에 의해 감속된 회전수에 의해 회전하는 회전블록과; 상기 회전블록에 의해 회전하는 헤드와; 상기 헤드에 분리 가능하게 연결되며 지반을 굴착하는 굴착수단과; 상기 에어공급블록과 로터와 감속기와 회전블록 및 헤드를 감싸 보호하는 케이싱을 포함하며, 지상에서 공급되는 에어를 통해 상기 로터가 회전하고 이 회전력에 의해 상기 굴착수단이 회전하여 지반을 굴착하는 한편 에어가 상기 굴착수단을 통해 지중 굴착공에 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 공압식 굴착 머신 및 이를 이용한 굴착공 굴착 공법에 의하면, 굴착 머신에 에어를 압송하고 이 에어에 의한 압력을 통해 굴착 비트를 회전시킴으로써 지반을 굴착하고, 이 때, 굴착 머신을 지지하는 로드는 정지 상태를 유지하여 굴착 머신을 지지하는 기능만 수행하며 즉 종래 지상에서부터 공저까지 모든 자재가 회전하는 반면 본 발명은 로드의 비회전상태에서 공저의 굴착 머신만이 회전하여 적은 동력을 이용하여도 지반을 효과적으로 굴착할 수 있으므로 비용을 절감하는 효과가 있고 또한 굴착 머신의 회전손실과 비틀림이 발생되지 않아 굴착 머신의 내구성을 향상하는 효과도 있다.

그리고, 에어 해머의 적용이 가능하고, 종래 에어 해머가 타격식인 것인데 반해, 에어 해머가 회전하면서 지반을 타격하여 암반에서도 굴착이 매우 효과적으로 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 공압식 굴착 머신의 조립 상태 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 공압식 굴착 머신의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 공압식 굴착 머신의 조립 상태 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 공압식 굴착 머신에 적용된 로터의 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 공압식 굴착 머신에 의한 굴착을 보인 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 의한 공압식 굴착 머신에 해머가 장착된 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 대구경용 공압식 굴착 머신의 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 의한 대구경용 공압식 굴착 머신에 적용된 구동부의 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 의한 대구경용 공압식 굴착 머신에 적용된 기어의 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 의한 대구경용 공압식 굴착 머신에 적용된 구동부의 평면도.
도 11과 도 12는 본 발명의 실시예 2에 의한 대구경용 공압식 굴착 머신에 에어 해머가 장착된 예시도.
도 13은 본 발명의 실시예 2에 의한 대구경용 공압식 굴착 머신에 2개의 구동부와 트리콘 비트가 적용된 도면.
도 14는 종래 기술에 의한 지반 굴착 기술을 보인 개략도.

<실시예 1>

도 1 내지 도 3에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 소구경용 공압식 굴착 머신은, 커플러(10), 에어공급블록(20), 로터(30), 제1,2감속기(40,50), 회전블록(60), 클러치수단(70), 헤드(80), 굴착 비트(90) 및 케이싱(100)의 조합으로 이루어지며, 지상의 로드와 연결되어 지상에서부터 공급하는 에어를 통해 로터(30)를 회전시키고 이 회전력을 선단의 굴착 비트(90)에 전달하여 굴착공을 굴착하는 것이며, 이때, 계획 심도에 맞춰 커플러(10)에 하나 이상의 로드가 연결되지만 이 로드는 회전하지 않고 에어를 공급만 하는 점에서 적은 동력으로 굴착이 가능하다.

이하 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.

커플러(10)는 로드(200)(도 5에 도시됨)와 연결되는 부분이며 일측이 원형 봉의 형태이면서 이 외주면에 나사선(11)이 형성되어 로드(200)의 선단부에 나사 체결된다. 이때 로드(200)는 내부가 중공으로 이루어져 내부의 유로를 통해 에어를 커플러(10)에 전달하는 것이 바람직하다.

커플러(10)는 에어를 에어공급블록(20)에 전달하도록 구성되면 별도의 에어호스를 사용하지 않는 것이 가능하므로 에어를 공급하도록 내부에 유로(12)가 형성된다. 유로(12)는 일측의 유입부가 로드(200)의 내부와 연통하도록 형성되며 타측의 배출부가 에어공급블록(20)의 유입부와 연통하도록 형성된다.

유로(12)는 일측의 중앙에서 유입된 후 타측의 가장자리를 향하는 경로가 바람직하며, 왜냐하면 에어가 로터(30)의 가장자리에서 공급되어야 로터(30)의 회전이 원활하게 이루어지기 때문이다. 즉 유로(12)는 유입부가 커넥터(10)의 중앙에 배치되고 배출부(14)가 가장자리부에 배치된다.

커넥터(10)는 케이싱(100)이 연결되며, 이를 위하여 타측의 외주면에도 나사선(13)이 형성된다.

에어공급블록(20)은 내부에 로터(30)가 삽입되는 공간을 갖는 원통형이며, 에어를 커넥터(10)로부터 공급받기 위한 유입부(21), 로터(30)를 회전시킨 에어를 배출하기 위한 배출부(22)가 갖추어진다.

적은 동력을 이용하여도 로터(30)가 최적의 회전력으로 회전되도록 유입부(21)와 배출부(22)는 서로 반대쪽에 배치되며, 유입부(21)는 도면 기준 우측 상부에, 배출부(22)는 좌측 하부에 배치된다. 유입부(21)와 배출부(22)는 각각 에어공급블록(20)의 내부와 연통함은 물론이고, 이 부분은 길이방향을 따라 전체적으로 하나의 장홀로 형성되거나 2개 이상의 원형홀로 형성될 수 있다.

커넥터(10)와 에어공급블록(20)은 각각 고정체이며 이들을 견고하게 결속하고 이를 통해 고정력도 증대하기 위하여 서로 끼움 고정될 수 있고, 예를 들어 커넥터(10)에는 하나 이상의 홈(15)이 에어공급블록(20)에는 홈(15)에 끼워지는 돌기(23)가 구성된다.

커넥터(10)의 유로(12)의 배출부와 에어공급블록(20)의 유입부(21) 및 배출부(22)는 장공형, 원형 등 다양한 형상이 가능하다.

에어공급블록(20)을 통해 공급된 에어는 전술한 구성요소들을 경유한 후 선단의 굴착 비트(90)를 통해 배출되고 에어의 배출경로에 대해서는 하기에서 설명하기로 한다.

로터(30)는 회전축(31), 회전축(31)의 둘레부에 형성되는 날개(32)로 구성된다.

회전축(31)은 원형이며 길이방향의 양측 단부가 각각 커넥터(10)와 제1감속기(40)에 베어링을 통해 회전 가능하게 지지된다. 회전축(31)은 제1감속기(40)와 연결되도록 일측 단부의 내주면에 기어부(33)가 형성된다.

날개(32)는 바람직하게 다수개(도면에는 4개로 도시됨)가 회전축(31)의 둘레부에 방사형으로 배열되며 에어(공압)에 의한 원활한 회전을 위하여 가장자리부가 곡선형 단면으로 형성될 수 있고, 또는 회전축(31)의 축방향을 따라 나선형으로 형성[에어공급블록(20)의 유입부(21)에서 배출부(22)를 향하는 방향의 나선형]될 수도 있다.

이와 같은 구성의 로터(30)는 회전축(31)의 일측이 에어공급블록(20)의 유입부(21)와 대응하고 회전축(31)의 타측이 배출부(22)와 대응하며, 유입부(21)를 통해 유입되는 에어에 의해 회전하게 된다.

제1감속기(40)는 로터(30)의 회전력을 감속하는 것이며, 원통형으로 이루어진 제1감속블록(41), 제1감속블록(41)의 중앙에 제자리 회전 가능하게 장착되며 로터(30)의 회전축(31)에 연결되는 제1감속축(42), 제1감속축(42)에 결합되어 회전하는 제1태양기어(43), 제1감속블록(41)에 제자리 회전 가능하게 지지되며 제1태양기어(43)에 치합되어 회전하는 하나 이상의 제1유성기어(44)로 구성된다.

제1감속블록(41)은 원통형으로서 오링 등을 통해 케이싱(100)의 내부에서 고정 상태를 유지한다.

제1감속축(42)은 제1감속블록(41)을 관통하여 베어링을 통해 회전 가능하게 지지되면서 로터(30)의 회전축(31)과 연결되어 회전력을 전달받아 회전하며, 바람직하게 제1감속축(42)의 일측 단부의 외주면에 기어가 형성되고 이 기어는 로터(30) 회전축(31)의 일측 단부의 내주면에 형성된 홈 형태의 기어부에 치합된다.

제1감속축(42)은 타측이 제2감속기(50)의 제2감속블록(51)에 베어링을 통해 회전 가능하게 지지된다.

제1태양기어(43)는 제1감속축(42)에 고정되어 제1감속축(42)과 함께 회전한다.

제1유성기어(44)는 제1태양기어(43)의 회전수를 감속하는 감속기어로서, 길이방향의 일측이 제1감속블록(41)[또는 길이방향의 양측이 제1감속블록(41)과 제2감속블록(51)]에 회전 가능하게 지지되는 축을 통해 설치되며 제1태양기어(43)의 둘레부에 치합되는 다수개 바람직하게 3개이다.

제2감속기(50)는 제2감속블록(51), 제2감속축(52), 제2태양기어(53) 및 제2유성기어(54)로 이루어진다.

제2감속블록(51)은 원통형으로서 제1유성기어(44)의 회전력을 전달받아 회전하며 이를 위하여 내주면에 기어부(55)가 형성되고 아울러 베어링을 통해 케이싱(100)에 회전 가능하게 지지된다. 즉, 제1감속블록(41)이 고정체인 반면에 제2감속블록(51)은 회전체이다.

제2감속축(52)은 제2감속블록(51)에 고정되어 제2감속블록(51)과 함께 회전한다.

제2태양기어(53)는 제2감속축(52)에 고정되어 제2감속축(52)과 함께 회전한다.

제2유성기어(54)는 길이방향의 일측이 제2감속블록(51)[또는 길이방향의 양측이 제2감속블록(51)과 회전블록(60)]에 회전 가능하게 지지되는 축을 통해 설치되며 제2태양기어(53)의 둘레부에 치합되는 다수개 바람직하게 3개이고, 제2태양기어(53)의 회전수를 감속한다.

제1,2감속기(40,50)는 반드시 2개가 일렬로 배열된 것으로 한정되지 아니하고 어느 하나만도 가능하다.

회전블록(60)은 제2감속기(50)를 통해 감속된 회전력을 통해 회전하는 것으로, 원통형이면서 일측의 내주면에 제2유성기어(54)가 치합되는 기어부(62)가 구성되고, 클러치수단(70)을 매개로 하여 헤드(80)를 회전시키며, 베어링을 통해 케이싱(100)에 지지된다.

회전블록(60)은 타측이 클러치수단(80)과 연결되는데 예를 들어 전면에 요철부(61)(요부와 철부가 원주방향을 따라 교대로 반복된 것이며, 철부는 부드러운 동작을 위하여 양측의 경사부를 통해 돌출된다)가 구성된다.

클러치수단(70)은 헤드(80)의 내부에 설치되는 클러치스프링(71), 클러치스프링(71)의 탄성력을 통해 탄성 거동하면서 회전블록(60)의 회전력에 의해 헤드(80)가 회전되도록 하거나 굴착 비트(90)의 과부하시 회전블록(60)의 회전력을 헤드(80)에 전달되지 않도록 차단하는 클러치블록(72)으로 구성된다.

클러치스프링(71)은 코일스프링으로서 헤드(80)의 내부에 삽입되며 클러치블록(72)의 탄성 거동을 위하여 일측이 헤드(80)에 고정되어야 하고 타측은 클러치블록(72)의 전면에 지지되어 헤드(80)를 지지기반으로 하여 클러치블록(72)을 탄력 지지한다.

클러치블록(72)은 회전블록(60)의 회전력을 헤드(80)에 전달하도록 헤드(80)의 내주면에 형성된 스플라인(81)에 치합되는 기어부(73)가 구성되고 아울러 회전블록(60)의 회전력의 전달과 차단을 위하여 타측의 면에는 요철부(74)가 구성된다.

이와 같이 회전블록(60)과 클러치블록(72)의 요철부(61,74)는 회전력의 전달을 위하여 끼움력을 유지하는 한편 회전블록(60)의 회전력을 차단할 수 있는 크기로 이루어지며 또한 회전블록(60)의 회전력을 차단하더라도 회전블록(60)은 회전 상태이므로 이 과정에서 회전블록(60)의 부드러운 회전을 위하여 양측이 경사지는 것이다. 즉, 굴착 비트(90)의 과부하시 회전블록(60)의 요철부(61)가 클러치블록(72)의 요철부(74)를 타고 넘으면서 굴착 비트(90)의 회전이 제어되는 것이다.

한편, 지질 상태에 따라 클러치수단(70)의 클러치운동이 달라짐으로써 굴착력을 유지하면서도 굴착 머신의 파손을 줄이는 것이 가능하고, 이에 맞춰 텐션조절구(75)가 적용된다.

텐션조절구(75)는 클러치스프링(71)의 텐션을 조절하는 것이며, 헤드(80)의 내부에 클러치스프링(71)을 향해 전진 또는 반대로 후진 가능하게 조립되어야 하고 바람직하게 외주면에 나사선이 형성되어 헤드(80)의 내주면에 형성된 암나사부에 나사 체결된다.

헤드(80)는 클러치수단(70)을 통해 회전력을 전달받아 회전함으로써 굴착 비트(90)를 회전시키며, 일측의 내주면에는 클러치블록(72)이 치합되는 스플라인(81)이 형성되고 타측의 내주면에는 텐션조절구(75)와 굴착 비트(90)가 나사 체결되는 암나사부(82)가 형성된 원통체이다.

헤드(80)의 외주면에는 케이싱(100)이 연결되도록 나사부가 형성된다. 단, 헤드(80)는 회전체인데 반해 케이싱(100)은 고정체이므로 나사부는 헤드(80)의 둘레부에 결합되는 별도의 베어링에 형성된다.

굴착 비트(90)는 헤드(80)에 나사 체결되어 헤드(80)와 함께 회전하면서 지반을 굴착하는 것이며, 외주면에 다수의 팁(81)이 적용된다.

팁(91)은 굴착 비트(90)의 외주면에 원주방향을 따라 형성되는데, 굴착 비트(90)의 회전에 의한 굴착력을 증대하기 위하여 나선형으로 배열되는 것이 바람직하고, 이때, 원주방향을 따라 이웃하는 것과는 팁(91)의 크기만큼의 간격을 두고 배열되는 것이 바람직하다.

굴착 비트(90)는 외주면이 평평한 민자이면서 팁(91)이 돌출 형성되는 것도 가능하지만, 굴착력의 증대를 위하여 굴착날(92)이 돌출되고 이 굴착날(92) 외주면에 팁(91)이 형성되는 것도 가능하다.

굴착날(92)은 굴착 비트(90)의 회전방향을 따라 곡선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 굴착 비트(90)는 전면이 예컨대 V 컷에 의한 홈이 형성되며, 이는 슬라임의 배출에 매우 용이한 작용을 한다.

케이싱(100)은 길이방향의 양측이 개방된 관형이며 일측이 헤드(80)의 나사부에 타측이 커넥터(10)의 나사부에 나사 체결되어 내부의 구성요소(20,30,40,50,60,70)을 보호한다.

전술한 것처럼, 에어공급블록(20)을 통해 공급되는 에어는 굴착 머신의 외부로 배출되어야 하며, 에어의 배출경로는 다양하게 구성 가능하고, 예를 들어 로터(30)에서 배출된 에어가 제1감속기(40)에서부터 굴착 비트(90)까지 에어배출경로가 형성되는데, 이 에어배출경로는 이들의 중심부에 형성되며, 따라서 에어는 굴착 비트(90)의 중심부를 통해 배출된다. 에어는 고압으로 분사됨에 따라 지반의 굴착에도 도움을 주고 슬라임의 배출에도 도움을 줄 수 있다. 즉 굴착 머신 안에 에어배출경로가 있지만 이 에어배출경로를 통해 고압의 에어가 배출되기 때문에 슬라임이 에어배출경로를 통해 유입되지는 않는다. 경우에 따라 굴착 비트(90)의 선단부에는 체크밸브가 구성되는 것도 가능하다.

본 발명은 공압에 의한 것이므로 에어공급수단이 함께 운용된다.

도 5에서 보이는 바와 같이, 에어공급수단(300)은 에어를 압축하여 압송하는 에어컴프레서(310) 및 에어컴프레서(310)에 의해 압송되는 에어를 굴착 머신에 공급하는 에어공급관(320)으로 구성될 수 있다.

에어컴프레서(310)는 지상에 설치되어 운용되고, 에어공급관(320)은 로드(200)의 내부에 배관되면서 토출단이 커넥터(10)에 커플링되어 에어(압축공기)를 굴착 머신에 공급한다.

본 발명에서 로드(200)는 회전하지 않고 고정 상태에서 굴착 머신을 지지만 하는 것이고 즉 종래 굴착기의 로드처럼 회전하는 것이 아니므로 별도의 회전장비를 필요로 하지 않는다.

로드(200)는 굴착심도에 맞춰 다수개가 연결(나사 체결 등)되어 사용된다.

본 발명의 소구경용 공압식 굴착 머신에 의한 굴착공의 굴착 공법은 다음과 같다.

지중에 케이싱(6)을 압입 설치한다.

케이싱(6) 안을 굴착하며 먼저 본 발명의 굴착 머신의 셋팅을 위하여 케이싱(6) 안을 굴착한다.

전 공정을 통해 형성된 구멍 안에 본 발명의 굴착 머신을 삽입하고, 굴착 머신에 에어공급관(320)을 연결하여 셋팅한다. 이때, 굴착 머신에는 하나 이상의 로드(200)가 연결될 수 있다.

에어컴프레서(310)를 가동하면 에어가 에어공급관(320)을 통해 굴착 머신에 공급된다.

에어는 커넥터(10)의 유로(12)를 통해 에어공급블록(20)에 공급되어 로터(30)를 회전시킨다.

로터(30)의 회전력은 제1감속기(40)와 제2감속기(50)를 거쳐 굴착을 위한 최적의 회전수로 감속된 후 회전블록(60)으로 전달된다.

회전블록(60)의 회전력은 클러치수단(70)을 통해 헤드(80)에 전달되고 최종 굴착 비트(90)가 회전하게 된다. 회전블록(60)과 클러치블록(72)의 요철부에 의한 결합상태를 통해 회전블록(60)의 회전력이 클러치블록(72)에 정상적으로 전달됨으로써 헤드(80)와 굴착 비트(90)가 회전한다.

지상에서 로드(200)를 연결하면서 굴착 머신을 이용하여 계획 심도까지 굴착공을 굴착한다. 이 과정에서 로드(200)가 회전하지 않도록 케이싱(6)의 내벽에는 예컨대 2개 이상의 돌기(6a)가 형성되고 로드(200)의 외주면에는 돌기(6a)에 지지되는 2개 이상의 돌기(210)가 형성될 수 있다. 굴착 비트(90)는 일방향으로만 회전하며 따라서 돌기(6a, 210)의 방향은 로드(200)의 회전을 막는 방향에 배치된다.

한편, 굴착공의 굴착 중에 지반 상태로 인하여 굴착 비트(90)에 과부하가 발생하는 경우 굴착 비트(90)는 정상보다 회전속도가 느려지거나 정지 상태일 수 있다. 이때, 로터(30)는 평상시와 동일하게 회전하고 즉 회전블록(60)은 굴착 비트(90)의 비정상적 회전상태와 무관하게 회전하게 된다.

즉, 회전블록(60)과 클러치블록(72)의 회전속도가 다르게 되는데, 회전블록(60)은 요철부(61)를 통해 클러치블록(72)의 요철부(74)를 타고 넘으면서 회전하게 되어 굴착 비트(90)의 파손을 일으키지 않는다. 이 과정에서 클러치블록(72)은 클러치스프링(71)을 압축하면서 회전블록(60)으로부터 밀려 후진하거나 다시 원상태로 전진함으로써 회전블록(60)이 클러치블록(72)의 요철부(74)를 타고 넘는 것이 가능하도록 한다.

한편, 본 발명은 굴착 비트가 해머로 대체되는 것도 가능하다. 굴착 비트(90)는 연약지반인 풍화토, 마사토, 점토 등에서 사용되고 암반에서는 해머가 사용된다.

도 6에서 보이는 바와 같이, 헤드(80)의 선단부에는 해머비트(400)가 나사 체결 등을 통해 조립된다.

해머비트(400)는 내부에 에어배출유로(410)가 구비된 블록체이며, 헤드(80)와 함께 회전하면서 지반을 굴착한다.

<실시예 2>

도 7 내지 도 10에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 공압식 굴착 머신(600)은, 대구경 천공에 적합한 것으로, 로드(200)와 연결되는 완충블록(610), 완충블록(610)에 연결되며 지상으로부터 에어를 공급받아 회전력을 발생하는 에어 모터(620), 에어 모터(620)의 회전력에 의해 회전하는 샤프트(630), 샤프트(630)에 연결되는 천공 비트(640)로 구성된다.

완충블록(610)은 천공 비트(640)에 의한 천공 과정에서 원활한 천공이 이루어지지 못하는 경우 기기를 보호하기 위한 완충 장치로서, 로드(200)가 직선 왕복 이동 가능하게 연결되며 내부에 로드(200)를 탄력 지지하는 완충스프링(611)이 삽입 설치되는 구성이다.

에어 모터(620)는 모터 하우징(621), 모터 하우징(621) 내부에 각각 회전 가능하면서 서로 치합되는 제1,2기어(622,623), 제2기어(623)의 회전력을 샤프트(630)에 감속 전달하는 감속기로서 동력전달부(624)로 구성된다.

모터 하우징(621)은 내부에 제1,2기어(622,623)가 설치되는 공간이 구비된 통 구조로서, 예를 들어 양측이 개방된 하우징 본체(625), 하우징 본체(625)의 양측의 개방부에 각각 분리 가능하게 조립되는 제1,2덮개(626,627)로 구성되고, 커플러(650)를 통해 완충블록과 연결될 수 있다. 커플러(650)는 지상으로부터 에어를 공급받아 에어 모터(620)에 공급하도록 내부에 유로가 구비된다.

하우징 본체(625)는 에어의 손실을 줄이고 제1,2기어(622,623)의 큰 회전력을 출력하기 위하여 내주면이 제1,2기어(622,623)의 외형을 따라 형성된다.

제1덮개(626)에는 에어 유입부(626a)가, 제2덮개(627)에는 에어 배출부(627a)가 갖추어진다. 이때, 에어 유입부(626a)와 에어 배출부(627a)는 평면에서 볼 때 서로 대칭으로 배치되어 에어 유입부(626a)에서 유입되는 에어에 의한 제1,2기어(622,623)의 회전력을 향상한다. 아울러, 에어 유입부(626a)는 제1,2기어(622,623)의 치차 결합부에 배치되어 제1,2기어(622,623)가 에어에 의해 함께 회전하도록 할 수 있고, 또는 에어가 제1기어(622)를 회전시키고 제1기어(622)가 제2기어(623)를 회전시키는 것도 가능하다.

제1,2기어(622,623)는 중심축이 각각 제1,2덮개(626,627)에 각각 제자리 회전 가능하게 지지되며 서로 치합된다.

제1,2기어(622,623)는 각각 기어의 이가 오목한 단면으로 형성되며, 이는 에어의 손실없이 큰 회전력을 출력하기 위함이고, 바람직하게 홈(622b,623b)이 형성된다. 홈(622b,623b)은 제1,2기어(622,623)의 일면(회전방향에 맞는 일면으로서 에어를 공급받는 방향)에 오목하게 형성되며 도 9에서 보이는 것처럼, 제1,2기어(622,623)의 축방향 양측이 막힌 홈으로 형성되어 에어의 손실없이 최대의 회전력을 출력하도록 한다.

또한, 제1,2기어(622,623)는 에어가 손실되지 않고 제1,2덮개(626,627)가 마모되지 않도록 마감판(622a,623a)이 적용된다.

마감판(622a,623a)은 제1,2기어(622,623)의 축방향 양측에 각각 형성될 수 있고, 이 때, 제1,2기어(622,623)의 치는 마감판(622a,623a)보다 더 길게 돌출 형성되어 치차 결합을 유지함으로써 큰 회전력을 출력한다.

마감판(622a,623a)은 제1,2기어(622,623)의 축방향 양측 중에서 서로 반대쪽의 일측에만 형성되는 것도 가능하다. 이때, 제1기어(622)는 에어 배출부(627a)쪽에만 마감판(622a)이 적용되고 제2기어(623)는 에어 유입부(626a)쪽에만 마감판(623a)이 적용된다.

마감판은 제1,2기어(622,623)의 일측에만 형성되는 것도 가능하고, 예를 들어 제1기어(622)는 에어 배출부쪽, 제2기어(623)는 에어 유입부쪽에만 형성된다.

또한 에어의 손실을 막기 위하여 제1,2기어(622,623)의 단부에는 모터 하우징의 내벽에 밀착되어 에어가 제1,2기어(622,623)와 모터 하우징의 사이를 통해 누출되는 것을 막는 연질의 차단막이나 탄성부재를 통해 출몰하여 에어의 누출을 막는 차단판이 적용될 수 있다.

동력전달부(624)는 제2기어(623)의 회전력을 샤프트(630)에 감속 전달하는 것으로, 기어들이 연결되는 기어 트레인일 수 있다.

에어 모터(620)는 1개만 단독 사용할 수 있고, 또는 2개 이상이 직렬로 연결되는 것도 가능하다. 후자의 경우 1단의 에어 모터의 출력단은 2단의 에어 모터의 입력단과 기어나 축으로 연결될 수 있다.

샤프트(630)는 샤프트 케이스(631)의 내부에 2개 이상의 베어링(622)을 통해 회전 가능하게 지지되면서 동력전달부(624)와 기어 결합되어 회전한다.

샤프트 케이스(631)는 모터 하우징(621)에 일체로 형성되는 일체형, 모터 하우징(621)에 결합되는 분리형 모두가 가능하고 에어 모터(620)에 유입되는 에어를 샤프트(630)를 통해 배출하도록 2개 이상의 패킹(리데나)(632)이 길이방향의 양측에 각각 결합된다.

천공 비트(640)는 샤프트 케이싱(631)의 외부로 돌출되면서 샤프트(630)에 예컨대 커플러(660)를 매개로 하여 연결되어 회전하여 지반을 굴착 천공한다.

본 발명의 실시예 1,2 모두 에어가 공저에 분사되고 이 에어는 굴착공 내부의 슬라임이 지상으로 배출되는 것을 돕고 굴착도 도와 굴착 및 슬라임 제거효율을 높인다.

또한, 본 발명은 굴착 비트 대신 에어 해머를 굴착수단으로 적용하어 에어 해머에 의한 타격과 에어 해머의 회전을 함께 이용하는 것도 가능하다. 도 11에서 보이는 바와 같이, 커플러(660)에는 굴착 비트 대신 해머 소켓(510)이 연결되고, 이 해머 소켓(510)에는 하나 이상의 에어 해머(500)가 장착된다.

해머 소켓(510) 내부는 커플러(660)로부터 공급되는 에어를 공급받는 다수의 유로(511)가 구비된 블록 형태이다. 유로(511)는 공간일 수 있고, 또는 양측이 커플러(660)와 에어 해머(500)에 연결되는 별도의 배관일 수도 있다. 또한, 해머 소켓(510)은 복수 이상의 에어 해머(500)가 적용되는 경우 이들 에어 해머(500)를 독립적으로 설치하기 위한 홀이 구성될 수 있다. 커플러(660)로부터 공급되는 에어가 에어 해머(500)에 공급되는 경로는 다양하게 구성 가능하고 예를 들어 커플러(660)와 연통하는 하나의 유입부 및 상기 유입부에서 다수의 에어 해머(500) 내부와 연통하도록 분기 형성되는 다수의 주입부로 구성되고, 물론 이에 한정되지 아니하고 다양하게 구성 가능하다.

한편, 해머 소켓(510)은 에어 해머(500)의 유지보수가 용이하도록 구성되며, 예를 들어 해머 소켓(510)은 둘레부에 외부를 향해 개방되는 해머 장착부(512)가 구성된다. 에어 해머(500)는 해머 장착부(512)에 각각 삽입 장착되며, 고정장치(볼트 등)를 통해 해머 소켓(510)에 장착 상태를 유지한다.

이와 같은 구성에 따르면, 커플러(660)의 회전력에 의해 해머 소켓(510)과 에어 해머(500)가 회전하고 동시에 에어 해머(500)가 에어를 통해 전후진하여 타격하게 되고, 즉 회전력과 타격력을 함께 이용하는 점에서 기존 타격식의 해머보다 진보되고 굴착효과가 매우 뛰어나다.

즉, 본 실시예는 굴착 수단으로서 굴착비트, 에어 해머 모두가 적용 가능하고, 또한 이에 한정되지 않고 굴착 스크류 등 모든 굴착 수단이 적용되는 것이다.

또한, 본 실시예는 구동부[에어 모터와 샤프트]가 2개 이상도 적용 가능하다. 예를 들어 도 13에서 보이는 바와 같이, 2개의 구동부(600-1)(600-2)[(620-1,630-1),(620-2,630-2)]가 연쇄적으로 직렬 연결[제1구동부(600-1)의 출력측인 커플러(660)에 제2구동부(600-2)가 커플러를 통해 연결]된다. 따라서, 제1구동부(600-1)는 1차로 회전력을 출력하고, 제2구동부(600-2)는 제1구동부(600-1)로부터 회전력을 전달받아 굴착수단에 전달한다. 이 굴착수단은 트리콘 비트(670)가 바람직하고, 기존 트리콘 비트와 비교할 때 더 큰(빠른) 회전력을 출력함으로써 굴착 효율을 높일 수 있다.

1 : 굴착 머신, 10 : 커넥터
20 : 에어공급블록, 30 : 로터
40 : 제1감속기, 50 : 제2감속기
60 : 회전블록, 70 : 클러치수단
80 : 헤드, 90 : 굴착 비트
100 : 케이싱, 200 : 로드
300 : 에어공급수단,

Claims (11)

1. 로드와 연결되는 커넥터와;
   상기 커플러의 앞에 배치되며 에어를 유입받아 공급하는 에어공급블록과;
   상기 에어공급블록으로부터 에어를 공급받아 회전하는 로터와;
   상기 로터의 회전력을 감속하는 하나 이상의 감속기와;
   상기 감속기에 의해 감속된 회전수에 의해 회전하는 회전블록과;
   상기 회전블록에 의해 회전하는 헤드와;
   상기 헤드에 분리 가능하게 연결되며 지반을 굴착하는 굴착수단과;
   상기 에어공급블록과 로터와 감속기와 회전블록 및 헤드를 감싸 보호하는 케이싱을 포함하며, 지상에서 공급되는 에어를 통해 상기 로터가 회전하고 이 회전력에 의해 상기 굴착수단이 회전하여 지반을 굴착하는 한편 에어가 상기 굴착수단을 통해 지중 굴착공에 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전블록과 상기 헤드 사이에 개재되어 상기 회전블록의 회전력을 상기 헤드를 통해 상기 굴착수단에 전달하는 한편, 상기 굴착수단의 과부하시 상기 헤드와 상기 굴착수단의 회전을 제어하는 클러치수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 클러치수단은 상기 헤드의 내부에 선단부가 지지되는 클러치스프링, 상기 클러치스프링의 후단부에 지지되면서 상기 헤드의 내주면에 형성된 스플라인에 치차 결합되며 상기 회전블록을 향하는 면에 상기 회전블록의 전면에 형성된 요철부에 요철 결합되는 요철부가 구비된 클러치블록을 포함하고, 상기 굴착수단의 과부하시 상기 회전블록의 요철부가 상기 클러치블록의 요철부를 타고 넘으면서 상기 굴착수단의 회전이 제어되는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 클러치수단은 상기 헤드의 내부에 상기 클러치스프링을 향해 전진 및 반대로 후진 가능하게 장착되어 상기 클러치스프링의 텐션을 조절하는 텐션조절구를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터는 길이방향의 양측이 상기 커플러와 상기 감속기에 베어링을 통해 회전 가능하게 지지되는 회전축 및 상기 회전축의 둘레부에 형성되는 하나 이상의 날개로 이루어져, 상기 에어공급블록의 내부에 삽입되어 상기 에어공급블록을 통해 공급되는 에어에 의해 회전하여 회전력을 상기 감속기에 전달하는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 감속기는 상기 로터의 회전축과 연결되는 제1감속기 및 상기 제1감속기에 연결되는 제2감속기로 이루어지며, 상기 제1감속기는 원통형으로 이루어진 제1감속블록, 상기 제1감속블록의 중앙에 제자리 회전 가능하게 장착되며 상기 로터의 회전축에 치합되는 제1감속축, 상기 제1감속축에 결합되어 회전하는 제1태양기어, 상기 제1감속블록에 제자리 회전 가능하게 지지되며 상기 제1태양기어에 치합되어 감속하는 하나 이상의 제1유성기어를 포함하고,
   상기 제2감속기는 내주면에 상기 제1감속기의 제1유성기어가 치합되어 회전하는 제2감속블록, 상기 제2감속블록의 중앙에 형성되어 상기 제2감속블록과 함께 회전하는 제2감속축, 상기 제2감속축에 결합되는 제2태양기어, 상기 제2감속블록에 제자리 회전가능하게 지지되면서 상기 제2태양기어에 치합되는 한편 상기 회전블록에 치합되어 상기 회전블록에 회전력을 전달하는 제2유성기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
7. 로드와 연결되는 커넥터와;
   상기 커플러의 앞에 배치되며 에어에 의해 회전력을 발생하는 에어 모터와;
   상기 에어 모터에 의해 발생되는 회전력에 의해 회전하는 샤프트와;
   상기 샤프트에 연결되어 회전하며 지반을 굴착하는 굴착수단을 포함하고,
   상기 에어 모터는 에어 유입부와 에어 배출부가 대향 형성되는 모터 하우징, 상기 모터 하우징의 내부에 회전 가능하게 지지되면서 서로 치합되는 제1,2기어, 상기 제2기어의 회전력을 감속하여 상기 샤프트에 전달하는 감속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1기어의 축방향 양측 중 일측 이상에는 마감판이 형성되는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 제1,2기어는 상기 모터 하우징 내부에 유입되는 에어의 손실없이 회전하도록 일면에 일방향을 향해 개방되는 홈이 형성되거나 일면이 오목한 라운드 형태인 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 에어 모터와 샤프트는 한 쌍으로서 2개 이상이 연쇄적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신.
11. 청구항 1 또는 청구항 7에 의한 공압식 굴착 머신을 이용한 굴착공 굴착 공법으로서,
    상기 공압식 굴착 머신을 지중에 삽입 거치하고 에어공급수단의 에어공급관을 상기 공압식 굴착 머신의 커넥터에 연결하는 제1단계와;
    상기 에어공급수단을 통해 상기 에어공급관에 에어를 압송하여 상기 공압식 굴착 머신의 굴착수단을 회전시킴으로써 지반을 굴착하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 굴착 머신을 이용한 굴착공 굴착 공법.

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