KR20200054051A - 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신 - Google Patents

이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신 Download PDF

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KR20200054051A
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이엠코리아주식회사
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Abstract

본 발명은 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신로써, 보다 상세하게 본체부와 상기 본체부의 내부에 구비되는 구동부와 상기 본체부의 일측에 구비되어 상기 구동부에 의해 회전하는 회전부와 상기 본체부와 회전부 사이에 구비되어 이물질이 침투하는 것을 방지하는 차단부를 포함하고, 상기 차단부는 상기 회전부로부터 연장되어 형성되는 몸체부와 상기 몸체부의 일측에 구비되는 탄성체와 상기 탄성체에 의해 왕복운동하는 슬라이드 블록을 포함하여, 상기 회전부가 회전할 시, 상기 슬라이드 블록이 상기 구동부에 접촉한 상태를 유지함으로서 상기 구동부와 회전부 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신{Anti foreign substances infiltration apparatus for tunnel boring machine}
본 발명은 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신으로써 더욱 자세하게는, 본체부의 구조 개선을 통해 회전부 내부로 이물질이 침투하는 것을 차단함으로써 롤러 베어링의 파손 등 터널보링머신이 손상되는 것을 방지하기 위한 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신에 관한 것이다.
터널보링머신(TBM)은 일반적으로 토사 및 암석층을 통해 터널을 천공하는 데 사용되는 굴착 장치이다. 통상의 터널보링머신은 일반적으로 최소한의 부수적인 교란으로 매끈한 원형 터널 벽을 생성한다. 터널보링머신을 효율적이고 신뢰성 있게 만든 한 가지 타개책은 제임스 에스 로빈스(James S. Robbins)에 의해 개발된 회전 가능한 커터 어셈블리를 구비한 회전 헤드의 발명이었다. 초기에, 로빈스의 터널보링머신은 회전 헤드에 고정 장착된 강한 스파이크(spike)를 사용하였지만, 이 스파이크는 자주 파손되었다. 로빈스는 이러한 마손성 스파이크를 더 오래 지속되는 회전 디스크 커터로 대체하는 것에 의해 이 문제가 상당히 감소됨을 발견하였다.
어떤 터널의 굴착에 있어서는 다양한 지반 조건, 예를 들어 모래, 이회암, 석회암, 점토, 백악 등과 조우하게 된다. 때때로, 몇 가지 타입의 지반을 동시에 조우할 수도 있다. 디스크 커터 어셈블리는 일반적으로 극한 조건에서 작동하게 되고, 그로인해 높은 하중 하에서의 신뢰성이 중요하다.
터널 천공 경로를 따른 지하수면(water table)도 상당히 크게 변화할 수 있다. 어떤 경우에 있어서는, 터널보링머신은 높은 포화도의 유동성 물질과 조우한다. 결속력이 약한 및/또는 포화된 토양 조건과 조우할 때는, 커터 어셈블리 상의 정수압(hydrostatic pressure)이 상당히 클 수 있다. 흙이나 다른 이물질이 커터 어셈블리 내로 침입하면, 커터 어셈블리가 멈추어, 작업을 계속하기 전에 사용자가 커터 어셈블리를 수리하거나 교체하는 것을 요할 수 있다. 커터 어셈블리는 베어링 어셈블리 내로의 흙의 침입을 방지하기 위해 내구성 있고 질긴 시일(seal)을 구비한다. 하지만, 시일에 걸친 정수력 하중(hydrostatic load)이 충분히 높게 되면, 시일은 파열될 수 있다.
이를 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 제10-2014-0049977호를 살펴보면, 높은 정수압 조건에서 작동하는 터널보링머신의 커터 어셈블리 내로의 흙이나 다른 이물질의 침입을 방지하기 위한 개선된 시일링 메커니즘에 대한 기술이 개시되고 있다. 그러나, 커터헤드를 회전시키기 위해서는 틈이 있어야 하며, 단순히 씰에 의해 이물질이 본체 내부로 침투하는 것을 방지하는 데는 여전히 한계가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-0049977호(2014.04.28.)
본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터널보링머신 내부로 이물질이 침투하는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신에 있어서, 본체부와 상기 본체부의 내부에 구비되는 구동부와 상기 본체부의 일측에 구비되어 상기 구동부에 의해 회전하는 회전부와 상기 본체부와 회전부 사이에 구비되어 이물질이 침투하는 것을 방지하는 차단부를 포함하고, 상기 차단부는 상기 회전부로부터 연장되어 형성되는 몸체부와 상기 몸체부의 일측에 구비되는 탄성부와 상기 탄성체에 의해 왕복운동하는 슬라이드 블록을 포함하여, 상기 회전부가 회전할 시, 상기 슬라이드 블록이 상기 구동부에 접촉한 상태를 유지함으로서 상기 구동부와 회전부 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 탄성부는, 상기 몸체부와 슬라이드 블록에 각각 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 슬라이드 블록은, 탄성체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 슬라이드 블록은, 상기 슬라이드 블록의 일측에 형성되는 테퍼링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 차단부는, 다수개로 상기 구동부의 축을 중심으로 방사형으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신는, 회전체의 회전효율을 감소시키지 않으면서 회전체와 구동부 사이의 틈으로 외부의 이물질이 침투하는 것을 방지하는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명의 차단부는 기존의 시일과 달리 윤활유를 공급하여 지속적으로 사용이 가능함으로써, 기존의 시일 보다 오랫동안 사용이 가능하는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명의 차단부는 기존의 시일과 비교하여 고장이 발생하지 않으며, 미세한 외부의 이물질의 침투까지 차단할 수 있다는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구동부와 회전부를 제작할 시 발생할 수 있는 가공공차를 용이하게 해결할 수 있다는데 그 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신의 정면도이다.
도 2의 (a)는 씰이 적용된 기존의 터널보링머신의 단면을 나타낸 것이다.
도 2의 (b)는 씰이 적용된 기존의 터널보링머신의 단면을 나타낸 것이다.
도 3의 (a)는 씰이 적용된 기존의 터널보링머신의 단면을 나타낸 것이다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신의 단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신의 단면도이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신의 단면도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신의 단면도이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신의 단면도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신는, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본체부(100)와 상기 본체부(100)의 내부에 구비되는 구동부(200)와 상기 본체부(100)의 일측에 구비되어 상기 구동부(200)에 의해 회전하는 회전부(300)와 상기 본체부(100)와 회전부(300) 사이에 구비되어 이물질이 침투하는 것을 방지하는 차단부(400)를 포함한다. 그리고, 상기 차단부(400)는 상기 회전부(300)로부터 연장되어 형성되는 몸체부(410)와 상기 몸체부(410)의 일측에 구비되는 탄성체(420)와 상기 탄성부(420)에 의해 왕복운동하는 슬라이드 블록(430)을 포함한다.
상기 회전부(300)가 회전할 시, 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 구동부(200)에 접촉한 상태를 유지함으로서 상기 구동부(200)와 회전부(300) 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
먼저, 상기 본체부(100)가 마련된다. 상기 본체부(100)는 내부에 빈 공간이 형성되고, 상기 본체부(100)의 내부에는 상기 구동부가 구비된다. 상기 구동부(200)는 상기 회전부(300)에 동력을 공급하는 역할을 한다. 그리고, 상기 본체부(100)의 일단부에는 상기 회전부(300)가 마련된다. 상기 회전부(300)는 상기 구동부(200)로부터 동력을 공급받아 회전하면서 지반과 맞닿아 굴착하는 역할을 한다.
다음으로, 상기 차단부(400)가 마련된다. 도 3의 (b) 및 도 4를 참조하면, 상기 차단부(400)는 상기 회전부(300)와 구동부(200)가 인접한 지점에 구비된다. 보다 상세하게, 상기 차단부(400)는 상기 구동부(200)와 인접한 측면의 상기 회전부(300)의 단부에 상기 구동부(200)의 외주면을 감싸도록 상기 회전부(300)의 외주면을 따라 연장되어 형성된다.
도 2 및 도 3의 (a)는 기존의 터널보링머신에서 상기 회전부(300)를 회전시키기 위하여 필요한 상기 회전부(300)와 구동부(200) 사이의 공간을 최소화하기 위하여 블록(40)을 구비한 모습을 나타낸다. 즉, 도 2 및 도 3의 (a)에 나타난 기존의 터널보링머신은, 상기 회전부(300)와 구동부(200) 사이의 공간을 상기 블록(40)만으로 완벽하게 차단할 수 없어 외부의 이물질이 내부로 침투하는 것을 방지할 수 없어 롤러베어링(도면 미도시) 등의 내부 부품이 손상되거나 파손되는 문제점이 있었다.
다시 도 3의 (b) 및 도 4를 참조하면, 상기 몸체부(410)의 일측에는 상기 탄성부(420)와 슬라이드 블록(430)이 삽입될 수 있도록 하는 홈(440)이 형성된다. 또한, 상기 홈(440)의 내부에는 상기 탄성부(420)를 고정시킬 수 있는 고정부재(도면 미도시)가 마련된다. 상기 탄성부(420)는 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 몸체부(410)에 형성되는 상기 홈(440)에 인입출될 수 있도록 한다. 즉, 상기 회전부(300)가 회전할 때, 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 홈(440)에 인입출되는 것이다. 따라서, 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 구동부(200)에 접촉한 상태를 지속적으로 유지함으로써, 상기 구동부(200)와 회전부(300) 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지하는 것이다. 다시 말하면, 상기 회전부(300)가 회전하여, 상기 차단부(400)가 상기 회전부(300)를 따라 회전하더라도, 상기 탄성부(420)로 인해 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 구동부(200)에 지속적으로 접촉한 상태를 유지하는 것이다. 상기 슬라이드 블록(430)은 상기 구동부(200)와 접촉하는 부분이 슬라이딩될 수 있도록 마찰계수가 작은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 슬라이드 블록(430)과 구동부(200) 사이에 마찰이 발생할 수 있으므로 윤활유가 공급될 수 있도록 하는 윤활유공급장치(도면 미도시)가 마련되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 회전부(300)의 회전효율을 높일 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 상기 회전부(300)와 구동부(200) 사이로 외부의 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 탄성부(420)는 상기 몸체부(410)와 슬라이드 블록(430)에 각각 수직으로 설치된다. 상기 탄성부(420)가 상기 몸체부(410)와 슬라이드 블록(430)에 경사지게 설치되면, 상기 슬라이드 블록(430)과 구동부(200)가 접촉하는 부분의 마찰력이 증가하여, 상기 슬라이드 블록(430)이나 상기 구동부(200)가 손상될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 탄성부(420)가 상기 몸체부(410)로부터 쉽게 이탈하게 되어, 상기 회전부(300)와 구동부(200) 사이의 공간이 발생하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 탄성부(420)는 상기 몸체부(410)와 슬라이드 블록(430)에 각각 수직으로 설치되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 슬라이드 블록(430)은 탄성체로 형성된다. 보다 상세하게, 상기 슬라이드 블록(430)은 상기 회전부(300)가 회전할 때, 상기 구동부(200)에 의해 상하방향으로 힘을 받게 된다. 따라서, 상기 슬라이드 블록(430)이 받는 힘에 의해 상기 슬라이드 블록(430)의 외형이 변화되지 않도록, 상기 슬라이드 블록(430)은 탄성체로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬라이드 블록(430)은 상기 구동부(200)와 접촉하는 면적이 상기 몸체부(410)와 접촉하는 면적보다 상대적으로 작게 형성된다. 즉, 상기 슬라이드 블록(430)은 상기 슬라이드 블록(430)의 일측에 형성되는 테퍼링(431)을 포함한다. 따라서, 상기 슬라이드 블록(430)은 상기 구동부(200)와 접촉하는 방향으로 보다 높은 압력이 발생됨으로써, 상기 외부의 이물질이 상기 구동부(200)와 회전부(300) 사이의 틈으로 침투하는 것을 용이하게 방지할 수 있는 것이다. 그리고, 상기 테퍼링(431)은 상기 슬라이드 블록(430)에서 외부의 이물질이 침투하는 방향의 반대측에 형성된다. 따라서, 상기 테퍼링(431)으로 인해 외부의 이물질이 상기 테퍼링(431)에 쌓이는 것을 방지할 수 있는 것이다.
다음으로, 도 5를 참조하면 상기 차단부(400)는 다수개로 상기 구동부(200)의 축을 중심으로 방사형으로 구비된다. 보다 상세하게, 상기 차단부(400)는 상기 회전부(300)의 외주면을 따라 6개 내지 8개로 형성된다. 즉, 상기 차단부(400)가 각각 상기 회전부(300)의 외주면을 45도 내지 60도 만큼 감싸는 형태로 구비되는 것이다. 이때, 상기 차단부(400)가 각각 상기 회전부(300)의 외주면을 45도 미만으로 감싸는 형태로 구비되면, 상기 차단부(400)를 다수개 제작해야하며, 상기 차단부(400)와 인접한 차단부(400) 사이의 틈이 다수 발생하게 되어, 상기 회전부(300)와 구동부(200) 사이로 이물질이 침투되는 것을 효과적으로 방지할 수 없게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 차단부(400)가 각각 상기 회전부(300)의 외주면을 60도를 초과하여 감싸는 형태로 구비되면, 상기 차단부(400)를 제작하기 용이하지 않고, 상기 차단부(400)가 쉽게 파손되는 것과 같이 상기 차단부(400)의 강성에 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 상기 차단부(400)는 상기 회전부(300)의 외주면을 따라 6개 내지 8개로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다수개의 슬라이드 블럭(430)은 각각 독립적으로 상기 탄성부(420)에 의해 상기 홈(440)에 인입출 된다. 따라서, 상기 차단부(400)의 내주면과 상기 차단부(400)가 감싸고 있는 상기 구동부(200)의 외주면이 완벽한 동심원을 이루고 있지 않아도 상기 외부의 이물질이 상기 구동부(200)와 회전부(300) 사이의 틈으로 침투하는 것을 용이하게 방지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 슬라이드 블록(430)과 인접한 슬라이드 블록(430) 사이에는 윤활유가 공급될 수 있도록 하는 윤활유공급장치(도면 미도시)가 마련되는 것이 바람직하다. 상기 윤활유공급장치는 상기 슬라이드 블록(430)과 인접한 슬라이드 블록(430) 사이에 윤활유를 공급하여, 상기 슬라이드 블록(430)과 인접한 슬라이드 블록(430) 사이에 마찰을 감소시키는 역할을 한다. 그리고, 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 구동부(200)에 의해 상기 홈(440)에 깊숙이 삽입되어 상기 슬라이드 블록(430)과 상기 구동부(200) 사이에 미세한 틈이 발생하더라도, 상기 윤활유가 상기 슬라이드 블록(430)과 상기 구동부(200) 사이의 틈을 채워줌으로써, 상기 외부의 이물질이 상기 구동부(200)와 회전부(300) 사이의 틈으로 침투하는 것을 용이하게 방지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 슬라이드 블록(430)은 각각 다수개의 상기 탄성부(420)가 설치될 수 있다. 이는, 상기 슬라이드 블록(430)이 상기 홈(440)에 인입출될 때, 상기 슬라이드 블록(430)이 어느 한쪽으로 기울어지지 않도록 하는 것이다.
결과적으로, 상기와 같은 구성을 통해 상기 구동부(200)와 회전부(300) 사이에 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 구동부(200)와 회전부(300)를 제작할 시 발생할 수 있는 가공공차를 용이하게 해결할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 본체부
200 : 구동부
210 : 축
300 : 회전부
400 : 차단부
410 : 몸체부
420 : 탄성부
430 : 슬라이드 블록
440 : 홈
40 : 블록

Claims (5)

  1. 본체부;
    상기 본체부의 내부에 구비되는 구동부;
    상기 본체부의 일측에 구비되어 상기 구동부에 의해 회전하는 회전부; 및
    상기 본체부와 회전부 사이에 구비되어 이물질이 침투하는 것을 방지하는 차단부;를 포함하고,
    상기 차단부는,
    상기 회전부로부터 연장되어 형성되는 몸체부;
    상기 몸체부의 일측에 구비되는 탄성부; 및
    상기 탄성체에 의해 왕복운동하는 슬라이드 블록;을 포함하여,
    상기 회전부가 회전할 시, 상기 슬라이드 블록이 상기 구동부에 접촉한 상태를 유지함으로서 상기 구동부와 회전부 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는, 상기 몸체부와 슬라이드 블록에 각각 수직으로 설치되는 것을 특징으로 하는 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드 블록은, 탄성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드 블록은, 상기 슬라이드 블록의 일측에 형성되는 테퍼링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는, 다수개로 상기 구동부의 축;을 중심으로 방사형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신.
KR1020180137705A 2018-11-09 2018-11-09 이물질 침투 차단부를 포함하는 터널보링머신 KR20200054051A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112796778A (zh) * 2021-03-17 2021-05-14 大连理工大学 一种适用于机器人操作的全断面岩石掘进机滚刀刀座

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