KR20200079715A

KR20200079715A - 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조

Info

Publication number: KR20200079715A
Application number: KR1020180169145A
Authority: KR
Inventors: 송창용; 김문용
Original assignee: 목포대학교산학협력단; 명일잭업해양 주식회사
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-06
Also published as: KR102199242B1

Abstract

본 발명은 볼타입 잭업 시스템의 클램프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 포스트가 관통하도록 수용하는 관통공을 가지며 상/하로 간격을 두고 배치되며, 상기 포스트의 하단에 설치되는 고정베이스에 구비되는 하부고정수단 및 상부고정수단과, 상기 상부고정수단과 하부고정수단을 연결하면서 하부고정수단에 대하여 상부고정수단을 승기시키는 승강실린더와, 상기 상/하부고정수단에 각각 구비되어 상기 포스트의 외주면을 파지 또는 해제하는 파지수단을 포함하는 '도우넛' 형상의 본체로 이루어지되, 상기 파지수단은 상기 본체의 힌지축을 중심으로 대칭 또는 비대칭으로 회동 가능하게 고정되며, 가압실린더와, 이 가압실린더의 가압에 의해 포스트를 파지하는 한 쌍의 클램프와, 이 클램프의 파지 상태를 유지하는 잠금부재를 포함하여 이루어져, 승강식 부선의 플랫폼을 포스트에 고정시키고 상기 포스트를 따라 승강시킬 수 있도록 부선의 엘리베이팅을 위한 볼타입 잭업 시스템에서 상기 클램프의 형성은 위상최적화 기법 중 밀도법을 이용하여 중량 감소를 위해 최적화로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조를 제공하고, 상기 클램프는 호 형상으로 상/하 이격되며, 양단에 힌지공을 갖는 두 개의 지지패널과; 상기 상/하 지지패널의 사이에 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수의 리브가 일체로 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 지지패널의 바깥쪽에는 둘레를 따라 제1살빼기홈의 간격을 두고 형성되고, 상기 리브의 일 부분에는 제2살빼기홈이 더 형성된 것을 특징으로 하여 승강식 부선의 플랫폼을 승강 및 홀딩하는 볼타입 잭업 시스템의 전체 중량을 저감할 수 있어 이에 따른 중량부하를 최소화 할 수 있으며, 초기 설계 시 클램프의 성능을 최대한 유지하되, 클램프를 형성하는 원재료 최소화 하여 원가 및 제작 비용을 절감할 수 있는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조에 관한 것이다.

Description

볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조{Shape Design for Weight Reduction of Clamp Applied to Ball Type Jack-up System}

본 발명은 볼타입 잭업 시스템의 클램프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 승강식 부선의 플랫폼을 승강 및 홀딩하는 볼타입 잭업 시스템의 전체 중량을 저감할 수 있어 이에 따른 중량부하를 최소화 할 수 있으며, 초기 설계 시 클램프의 성능을 최대한 유지하되, 클램프를 형성하는 원재료 최소화 하여 원가 및 제작 비용을 절감할 수 있는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 해상에는 시추, 연구 및 대형 해상공사 등을 위해 잭업 바지선 등 과 같은 부선을 띄워 해상의 작업 위치에 고정시킨 후 파랑과 너울 등의 해상 위험을 회피하기 위해 부상하여 작업해야 한다.

이와 같이, 바지선 중 연안의 해역 또는 내륙의 하천, 강 등의 수역에서 해저 또는 수저의 지층을 굴착하거나 해상 구조물을 설치하기 위해 파일(Pile) 형태의 포스트를 박는데 주로 이용되는 것이 승강식 바지선(Self-elevating barge)이 이용된다.

이와 같은, 승강식 바지선은 작업도구를 배치하고 작업자가 소정의 작업을 수행할 수 있는 공간을 제공하는 플랫폼과, 이 플랫폼을 수상에 띄워 지지하는 적어도 3개 이상의 포스트로 구성된다.

특히, 플랫폼은 포스트에 상/하로 높이조절이 가능하게 파지되는데, 이를 위해 포스트와 대응되는 플랫폼의 측면에는 홀딩을 위한 클램프가 마련되어 있다.

여기서 클램프는 플랫폼의 사방 모서리에 각각 설치되어 포스트의 길이방향을 따라 옮겨가며 고정될 수 있게 구성되어 있다.

다시 말해, 클램프는 포스트를 따라 플랫폼을 상/하로 승강시켜 높이를 조절함으로써, 플랫폼을 수상의 원하는 높이로 위치시키게 된다.

이러한, 클램프에 관한 기술로 특허문헌 1은 해저면에 착지 가능하도록 승강식 다리가 삽입되어 승강이 가능하도록 형성된 승강하우징이 형성된 부유식 바지선을 포함하는 잭업바지선; 및 상기 부유식 바지선에 수평 회전이 가능하도록 설치된 회전교각부; 상기 회전교각부 상면에 설치된 해상교량 하우징에 힌지 연결되어 상/하 회전되는 해상교량 회전힌지부; 상기 해상교량 회전힌지부 전면부에 설치된 압출식거더를 포함하는 해상교량을 포함하도록 하며, 상기 압출식거더는 내측 압출식거더를 포함하도록 제작되어 해상교량 회전힌지부에 의하여 해저로도 연장될 수 있도록 하는 해상교량이 장착된 잭업바지선이 기재되어 있다.

그리고, 특허문헌 2는 복수개의 포스트에 대하여 상/하 이동 가능하게 조립되는 플랫폼과, 상기 복수개의 포스트에 클램핑된 클램프와 로드선단이 연결되어 상기 플랫폼의 높이를 가변시키는 작동실린더를 구비하는 바지선에서 플랫폼의 수평위치를 확인하고 수평을 유지하는 장치에 있어서, 상기 플랫폼의 외측테두리와 나란하게 배치되는 복수개의 유체수용관과, 한쌍의 분기관으로부터 수직하게 일정높이 연장되는 수두관을 구비하는 복수개의 연결관을 갖추어 서로 인접하는 유체수용관사이를 연통연결하면서 상기 수두관에 일정높이의 수위를 형성하도록 유체가 채워지는 측정부; 상기 플랫폼의 모서리부마다 배치되는 수두관의 상부에 조립되는 캡에 센서부재를 갖추어 상기 수두관에서의 수위변화를 검출하는 센서부; 및 상기 센서부에 검출되는 수위변화를 근거로 하여 상기 플랫폼을 수평상태를 확인하고, 수평상태를 유지하도록 상기 플랫폼의 모서리부마다 배치되는 복수개의 작동실린더 중 어느 하나를 승강 작동시키는 제어부;를 포함하는 플랫폼 수평위치 및 수평상태 확인장치를 가지는 승강식 바지선이 기재되어 있다.

한편, 특허문헌 3는 선체, 잭하우스, 레그파이프를 포함하여 이루어지는 바지선을 승강시키는 바지선 승강장치에 있어서, 상기 레그파이프는 길이방향을 따라 원형 외주면상에 4개 열의 체결공이 형성되고, 상기 레그파이프 외주면 주위에 서로 대향하는 한 쌍의 제1실린더블록이 설치되고, 상기 한 쌍의 제1실린더블록 사이에 서로 대향하는 한 쌍의 제2실린더블록이 설치되며, 상기 제1, 2실린더블록 각각은 상기 레그파이프의 체결공에 체결되는 레그핀, 상기 레그핀을 지지하되 중앙에는 레그핀이 관통되는 관통공과 그 양쪽 하부에 실린더로드가 체결되는 체결공이 삼각형태를 이루도록 각각 형성된 평판재형상의 레그핀브라켓과, 상기 레그핀브라켓의 체결공에 각각 실린더로드 선단이 연결되는 2개의 실린더조립체로 이루어지며, 상기 선체에는 고정브라켓이 결합되고, 상기 실린더조립체 저부는 상기 고정브라켓과 결합되는 바지선의 승강장치가 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 4는 선체와, 잭 하우스와, 레그 파이프가 구비된 바지선에 있어서, 상기 잭 하우스의 상, 하부에 각각 결합되어 상기 레그 파이프의 상, 하부 외주면을 감싸도록 위치하는 상, 하부 트레벌스와, 상기 상,하부 트레벌스 사이에 연결 설치되어 상기 상, 하부 트레벌스를 각각 상, 하방향으로 승, 하강시키는 복수 개의 리프팅 실린더와, 상기 상, 하부 트레벌스의 외주면에 각각 구비되어 상기 레그 파이프를 따라 이동하는 상기 상, 하부트레벌스를 레그 파이프에 록킹 및 해제하는 복수 개의 록킹수단이 구성된 바지선의 승강장치가 기재되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 승강식 바지선에 적용되는 클램프들은, 소용량의 승강식 부선에는 적합하게 적용할 수는 있으나, 900톤 이상의 대용량의 승강식 부선에서는, 적용하지 못하는 문제점이 있었다.

즉, 대용량의 승강식부선의 자체하중에 따른 압력에 의해 클램프에 파지력을 형성하는 유압실린더의 유압이 맞춤되게 작용하지 못하여 유압의 망실에 따라 파지력을 해제하게 되는 안전성을 훼손하는 문제점이 있었다.

이에 대하여 특허문헌 5는 포스트의 표면을 파지하는 파지압력을 부여하는 가압용실린더의 로드가 무단으로 역행하여 파지력을 상실하지 않도록 하는 잠금구조를 구비하여, 장시간 안정성을 확보함은 물론, 특히, 대용량의 승강식 부선에 안정적으로 적합하게 적용할 수 있어 사용효율이 향상된 볼타입 잭업 시스템를 제공하여 포스트의 표면을 파지하는 파지압력을 부여하는 가압용실린더의 로드를 잠금엑츄에이터의 잠금로드들 통해 지지압력이 작용하는 힘에 대하여 교차하는 방향으로 지지하여 무단으로 역행하는 것을 방지함으로써, 유압에 의해 구동하는 파지실런더의 유압이 적합하지 않은 상태를 가지더라도 안정적으로 장시간 파지력을 상실하지 않는 효과와 대용량의 승강식 부선에서 유압의 저하에 따른 비안전성을 해소하여 대용량의 부선에 안정적으로 적합하게 적용할 수 있어 사용효율이 향상되었다.

이러한, 특허문헌 5는 대용량 승강식 부선에 안정적인 파지력을 가지나, 볼타입 잭업 시스템 자체 중량으로 인해 하중이 증가되므로 이에 따른 유압장치의 부하가 높아져 작동에 따른 에너지 손실이 높으며, 높은 중량에 따른 제작에 따른 재료 및 원가 상승에 요인이 된다.

KR 10-1578456 B1 KR 10-1296668 B1 KR 10-1270905 B1 KR 10-1150185 B1 KR 10-1850334 B1

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 위상최적화 기법 중에 하나인 밀도법을 기반으로 볼타입 잭업 시스템에 적용되는 클램프의 형상을 최적화하여 볼타입 잭업 시스템의 전체 중량을 저감할 수 있어 이에 따른 중량부하를 최소화 할 수 있으며, 초기 설계 시 클램프의 성능을 최대한 유지하되, 클램프를 형성하는 원재료 최소화 하여 원가 및 제작 비용을 절감할 수 있도록 다점계류(Spread mooring)된 해양구조물에 지지구조의 최적 형상을 구현할 수 있는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 포스트가 관통하도록 수용하는 관통공을 가지며 상/하로 간격을 두고 배치되며, 상기 포스트의 하단에 설치되는 고정베이스에 구비되는 하부고정수단 및 상부고정수단과, 상기 상부고정수단과 하부고정수단을 연결하면서 하부고정수단에 대하여 상부고정수단을 승기시키는 승강실린더와, 상기 상/하부고정수단에 각각 구비되어 상기 포스트의 외주면을 파지 또는 해제하는 파지수단을 포함하는 '도우넛' 형상의 본체로 이루어지되,

상기 파지수단은 상기 본체의 힌지축을 중심으로 대칭 또는 비대칭으로 회동 가능하게 고정되며, 가압실린더와, 이 가압실린더의 가압에 의해 포스트를 파지하는 한 쌍의 클램프와, 이 클램프의 파지 상태를 유지하는 잠금부재를 포함하여 이루어져, 승강식 부선의 플랫폼을 포스트에 고정시키고 상기 포스트를 따라 승강시킬 수 있도록 부선의 엘리베이팅을 위한 볼타입 잭업 시스템에서 상기 클램프의 형성은 위상최적화 기법 중 밀도법을 이용하여 중량 감소를 위해 최적화로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조를 제공한다.

여기서, 상기 클램프는 호 형상으로 상/하 이격되며, 양단에 힌지공을 갖는 두 개의 지지패널과; 상기 상/하 지지패널의 사이에 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수의 리브가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 지지패널의 바깥쪽에는 둘레를 따라 제1살빼기홈의 간격을 두고 형성되고, 상기 리브의 일 부분에는 제2살빼기홈이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 볼타입 잭업 시스템의 전체 중량을 저감할 수 있어 이에 따른 중량부하를 최소화 할 수 있으며, 초기 설계 시 클램프의 성능을 최대한 유지하되, 클램프를 형성하는 원재료 최소화 하여 원가 및 제작 비용을 절감할 수 있도록 다점계류(Spread mooring)된 해양구조물에 지지구조의 최적 형상을 구현하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템가 적용된 승강식 부선을 보인 개략 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템을 보인 개략 사시 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템을 보인 개략 정단면 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템을 구성하는 파지수단을 통해 개략 사시 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템을 구성하는 파지수단에 적용되는 가압체를 보인 일부 발췌 개략 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템을 보인 개략 평단면 예시도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템의 구동상태를 보인 개략 평단면 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템를 구성하는 상부고정수단 및 하부고정수단을 보인 일부 발췌 개략 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템를 보인 일부 발췌 개략 예시도.
도 13 내지 도 22는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조에 대한 작업조건을 고려한 Load case를 적용하는 실험 예시도.
도 23은 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조에 대해 초기 설계형상에 대한 다이어그램.
도 24는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조에 대해 위상최적화 해석수행 및 최적설계 형상을 적용하는 실시예구성 및 다이어그램.
도 25는 본 발명에 따른 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조에 대해 적용된 실시예구성에 대한 구조해석 결과 다이어그램.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 볼타입 잭업 시스템(1)의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조는 도 1 내지 도 12에 도시된바, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)을 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)은, 승강식 부선의 플랫폼(10)을 포스트(11)에 고정시키고 상기 포스트(11)를 따라 승강시키는 것에 적용된다.

즉, 상기 포스트(11)에 대하여 상기 플랫폼(10)을 승강시키어 원하는 높이에 배치 고정하는 것에 적용된다.

이러한, 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)은, 상기 포스트(11)가 관통하도록 수용하는 관통공(24)을 가지며 상하로 사이 간격을 가지면서 배치되는 상부고정수단(21) 및 하부고정수단(22)과; 상기 상부고정수단(21)과 하부고정수단(22)들을 연결하면서 상기 하부고정수단(22)에 대하여 상기 상부고정수단(21)을 승강시키도록 된 승강실린더(25)와; 상기 상부고정수단(21)과 상기 하부고정수단(22)에 각각 구비되어 상기 포스트(11)의 외주면을 파지하거나 해제하도록 된 파지수단(3)을 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 플랫폼(10)의 모서리부위에서 관통되면서 직립 배치되는 각각의 상기 포스트(11)들을 상기 상부고정수단(21)과 상기 하부고정수단(22)의 내부에 에워싸듯이 수용한 상태에서, 상기 승강실린더(25)의 구동에 따른 상기 하부고정수단(22)에 대한 상기 상부고정수단(21)의 승강을 통해 상기 포스트(11)에 대한 상기 플랫폼(10)의 높이를 조절하게 된다.

상기에서 상기 하부고정수단(22)의 저면에는, 상기 포스트(11)를 에워싸면서 고정 지지하도록 상기 플랫폼(10)의 모서리부위에 각각 고정되는 고정베이스(26)가 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 고정베이스(26)를 통해 상기 하부고정수단(22)을 상기 플랫폼(10)에 고정하여, 상기 포스트(11) 상에서 수직상으로 이동하는 상기 하부고정수단(22)의 위치에 대하여 상기 플랫폼(10)이 동시에 그 위치를 확보하게 된다.

따라서, 상기 포스트(11)에 대한 상기 하부고정수단(22)의 위치조절에 따라 상기 플랫폼(10)의 위치를 조절하게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)에서 상기 상부고정수단(21)과 상기 하부고정수단(22)은, 중앙에 상기 포스트(11)가 관통하면서 수용되는 관통공(24)을 가지고 상기 관통공(24)의 내측면에는 상기 파지수단(3)이 수용 고정되는 고정요부(231)가 형성된 '도우넛' 형상의 본체(23)를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 본체(23)의 관통공(24)을 통해 상기 포스트(11)를 에워싸면서 수용하게 되며; 상기 본체(23)의 고정요부(231)에 상기 파지수단(3)이 배치 고정되어 상기 파지수단(3)에 의해 상기 관통공(24)의 내부에서 상기 포스트(11)가 고정 및 해제된다.

상기에서 본체(23)에는, 상기 고정요부(231)가 수직상으로 다수개가 형성되는 것이 바람직하며; 상기 본체(23) 다수개가 형성된 각각의 고정요부(231)들에 상기 파지수단(3)이 각각 배치 고정되어 상기 포스트(11)에 대하여 수직상으로 다수의 파지부위를 형성하도록 되는 것이 가장 바람직하다.

이에 따라, 상기 포스트(11)에 대한 파지지점이 다수개로 이루어져, 상기 포스트(11)에 대한 파지력이 증대된다.

따라서, 대용량의 승강식 부선을 지지하는 것에 특히 적합하게 적용될 수 있다.

상기에서 본체(23)에는, 상기 고정요부(231)들이 원하는 파지력에 맞게 다수개가 형성되며; 상기 다수개의 고정요부(231)들에는 상기 파지수단(3)들이 각각 수용되어 상기 포스트(11)를 파지하도록 되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)에서, 상기 파지수단(3)은, 각각의 일단부위들은 상기 본체(23)에 구비된 힌지축(31)을 중심으로 대칭 또는 비대칭 되게 회동 가능하게 고정되며 각각의 타단부위들은 상기 본체(23)에 결합되는 각각의 가압실린더(33)들의 로드(331)들이 각각 회동 가능하게 축결합되고 내주면에는 상기 포스트(11)의 외주면을 가압하는 다수의 가압볼(322)들이 구비된 가압체(321)가 고정된 한 쌍의 클램프(32)들을 포함하여 이루어진다.

즉, 본체(23)의 내부에서 상기 클램프(32)들이 상기 가압실린더(33)들의 구동에 따라, 상기 힌지축(31)을 축으로 하여 각각 회전운동함으로써, 상기 본체(23)의 관통공(24)의 중심에 대하여 서로 근접 및 이격하여 오므러지거나 벌어지는 운동을 함으로서, 상기 포스트(11)의 외주면을 가압하여 지지하거나 이격하여 해제하게 된다.

이에 따라, 필요에 따라 선택적으로 상기 포스트(11)에 대한 지지 및 해제를 수행하여 상기 포스트(11)상에서 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)가 승강운동을 하게 된다.

상기에서 가압실린더(33)는, 유압을 통해 가압실린더(33)의 로드(331)를 직선운동시키도록 된 유압실린더로 이루어지는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 유압모터를 사용하여 스크류를 돌려 가압할 수 도 있다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)에서 상기 파지수단(3)은, 상기 가압실린더(33)의 로드(331)들의 외주면에 각각 형성된 걸림턱(42)에 대하여 상기 로드(331)의 운동방향에 대해 교차하는 방향으로 직선운동하면서 걸림지지하는 잠금로드(411)를 운동시키는 잠금엑츄에이터(41)를 가지어 상기 클램프(32)들이 상기 포스트(11)를 파지하는 상태에 위치하는 상기 가압실린더(33)의 로드(331)들의 걸림턱(42)들을 각각 지지하도록 하는 잠금부재(4);를 더 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 포스트(11)의 외주면을 파지하는 파지압력을 부여하는 상기 가압실린더(33)의 로드(331)를 상기 잠금엑츄에이터(41)의 잠금로드(411)들 통해 지지압력이 작용하는 힘에 대하여 교차하는 방향으로 지지하게 된다.

이에 따라, 상기 가압실린더(33)의 로드(331)가 무단으로 역행하는 것을 방지함으로써, 유압에 의해 구동하는 상기 가압실린더(33)의 유압이 적합하지 않은 상태를 가지더라도 안정적으로 파지력을 상실하지 않게 된다.

따라서, 대용량의 승강식 부선에서, 유압의 저하에 따른 비안전성을 해소하여, 대용량의 승강식 부선에 안정적으로 적합하게 적용할 수 있어 사용효율이 향상된다.

본 발명에 따른 다른 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)을 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 볼타입 잭업 시스템(1)은, 상기 상부고정수단(21)을 구성하는 상기 본체(23)의 상부에 적층고정되며, 상기 포스트(11)가 관통하도록 수용하는 관통공(24)을 가지고, 상기 관통공(24)의 내측면에는, 상기 파지수단(3)이 수용 고정되는 보조고정요부(52)가 형성된 '도우넛' 형상의 보조본체(51)를 포함하여 이루어진 보조고정수단(5)을 더 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 상부고정수단(21)와 수직상으로 연결고정되어 상기 본체(23) 및 상기 보조본체(51)의 관통공(24)을 통해 상기 포스트(11)를 에워싸면서 수용하게 되며; 상기 본체(23)의 고정요부(231)에 고정된 상기 파지수단(3)과 연동하여 상기 보조본체(51)의 보조고정요부(52)에 고정된 상기 파지수단(3)이 구동함으로써, 상기 포스트(11)의 고정시에 파지압력을 더욱 증대하게 된다.

이에 따라, 적용되는 승강식 부선의 용량에 따라, 상기 포스트(11)의 고정시에 파지압력을 증감하여 적합한 파지압력을 구현하도록 되어 있어, 사용효율이 더욱 향상된다.

한편, 상기 상부고정수단(21)을 구성하는 상기 본체(23)의 상면에는 상부로 돌출된 끼움돌부(53)가 형성되며; 상기 보조고정수단(5)을 구성하는 상기 보조본체(51)의 저면에는, 상기 끼움돌부(53)와 맞춤되게 끼움결합하는 끼움요부(54)가 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 끼움돌부(53)와 상기 끼움요부(54)의 결합을 통해 상기 본체(23)와 상기 보조본체(51)의 중심을 일치시켜 결합할 수 있어, 작업품질을 더욱 향상시키게 된다.

이와 더불어, 상기 본체(23)의 상단테두리와 상기 보조본체(51)의 하단테두리에는, 외측방향으로 연장형성되며 볼트 및 너트를 통해 나사체결되는 다수의 결합편(55)들이 각각 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 결합편(55)들을 상기 볼트 및 너트를 통해 나사체결하여 일체로 연동되도록 결합하게 된다.

상기에서 보조본체(51)의 상면에는, 타 보조본체(51)의 저면에 형성된 끼움요부(54)에 끼움결합하는 보조끼움돌부(56)가 형성되며; 상단테두리에는, 외측방향으로 연장형성되며 볼트 및 너트를 통해 나사체결되는 다수의 보조결합편(57)들이 각각 형성될 수 있다.

즉, 상기 보조고정수단(5)들이 수직상으로 다수 개가 연결되면서 적층고정될 수 있어, 필요에 따라, 상기 포스트(11)를 파지하는 파지압력을 선택하여 조절할 수 있게 된다.

이에 따라, 적용되는 승강식 부선의 용량에 따라, 원하는 파지압력을 선택적으로 형성할 수 있게 된다.

한편, 상기 파지수단(3)은 상기 본체(23)의 힌지축(31)을 중심으로 대칭 또는 비대칭으로 회동 가능하게 고정되며, 가압실린더(33)와, 이 가압실린더(33)의 가압에 의해 포스트(11)를 파지하는 한 쌍의 클램프(32)와, 이 클램프(32)의 파지 상태를 유지하는 잠금부재(4)를 포함하여 이루어져, 승강식 부선의 플랫폼(10)을 포스트(11)에 고정시키고 상기 포스트(11)를 따라 승강시킬 수 있도록 부선의 엘리베이팅을 위한 볼타입 잭업 시스템(1)에서 상기 클램프(32)의 형성은 위상최적화 기법 중 밀도법을 이용하여 중량 감소를 위해 최적화로 형성될 수 있다.

이때, 상기 클램프(32)는 호 형상으로 상/하 이격되며, 양단에 힌지공(324)을 갖는 두 개의 지지패널(323)과 상기 상/하 지지패널(323)의 사이에 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수의 리브(325)가 일체로 형성될 수 있다.

여기서, 위상최적화 기법 중에 하나인 밀도법(Simple Isotropic Material with Penalization, SIMP)은 재료의 등방성을 가정하여 위상 설계영역으로 재료의 밀도를 이용하는 방법으로서 이해하기 쉽고 구현이 간단하여 많이 사용되며 이를 정식화 하면 다음과 같다.

도 12에 의하면, 기하학적 경계

가 전의된 설계영역

에서 최적에 작용하는 힘

, 경계

에서 표면에 적용하는 힘

가 작용하는 탄성계서

인 선형탄성체 구조의 형형상태는 가상변위의 원리를 이용하여 다음과 같이 정의할 수 있다.

(1)

여기서,

는 변위,

는 Sovolev 공간

의 부분 집합인 가상변위를 나타내고

와

는 각각 평형상태에서 가상변위

에 대한 내부가상일과 외부작용일을 나타내며, 다음과 같이 정의 된다.

(2)

(3)

(4)

여기서,

는 선형변화된 변형 텐서이다.

정적하중 상태에서 변형을 최소화하는 최적화 문제 정식화는 다음과 같이 표현된다.

(5)

평형상태에서의 경계조건을 고려하면 식 (2)로부터 다음과 같은 목적함수 관계식을 도출할 수 있다.

(6)

(7)

여기서,

는 실제 재료상수 값이며,

는 설계변수인 재료밀도 값,

는 설계변수에 따른 가상의 재료상수 값이다.

는 벌칙인자(Penalization parameter)이며 양의

값을 이용하여 요소의 밀도를 존재시키거나 제거하는 효과를 구현할 수 있다.

여기서,

은 평균 컴플라이언스이며, 탄성계수 값의 변화에 따라 목적함수가 변한다. 탄성계소를 구하는 방법에 따라 균질화설계법과 밀도법으로 구분할 수 있으며 균질화설계법은 미세구조의 특성으로부터 거시적으로 균질화된 복합재료의 물성을 구하는 방법으로 도 12의 (a)(Design domain)와 같이 균질화된 재료의 직교성으로 인해 단위 셀의 미세구조가 구멍의 기하학적 치수인 a, b와 회전각도

로 표현되거나, 도 12의 (b)(rectangular microstructure)는 미소 셀이 균질화된 등방성 재료를 가정하면 육면체의 미소 셀로 정의될 수 있다. 반면, 빌도벅에서는 도 12의 (c)(discretized element)는 이산화된 요소의 밀도 값을 설계변수로 고려하여 탄성계수와의 관계식을 다음과 같이 정의한다.

도 12의 (c)와 같이 설계영역의 요소 이산화를 이용하는 밀도법에서 식 (7)을 다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.

(8)

여기서,

와

는 각각 평균 재료상수 값과 평균 재료밀도 값을 나타낸다. 등방성 재료에 대한 평면응력 상태를 가정하면 이산화된 요소의 컴프라이언스는 다음의 식으로 표현된다.

(9)

여기서,

는 편균 Poisson 비를 의미한다. 식 (8)과 (9)를 이용하여 구조적인 최대 강성을 만족하는 위상과 형상의 경계면이 재료가 존재하지 않는 0, 완전한 재료를 나타내는 1, 중간재료인 0과 1 사이의 값으로 표현된다.

상기한 수학식을 통해 도 13 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 강도성능검토를 위해 다양한 작업조건을 고려하여 Load case를 적용하여 구조해석을 수행할 수 있다.

도 23에 의하면, 클램프(32)의 기초 설계형상에 대한 구조해석 결과는 최대응력값이 64,390 MPa, 재료의 허용응력은 283.MPa 보다 낮으며, 최대변형량은 0.165mm로 구조적인 이상 변형은 없는 것으로 예상된다.

한편, 도 24에 의하며, 클램프(32)의 기초 설계형상에 대한 위상최적화 해석수행 및 최적설계를 적용하여 부분 면적의 30%에 해당하는 홀 또는 홈을 형성하여 제1살빼기홈(326) 및 제2살빼기홈(327)을 가지면 부분 면적의 30%를 제거하여 설계가 가능하고,

이러한 위상최적화를 적용한 후 구조해석결과를 검증함에 따라 최대응력값은 61.730 MPa로 재료의 허용응력 283.5 MPa보다 낮음을 알 수 있고, 최대변형량은 0.168mm로 구조적인 이상 변형은 없는 것으로 예상되는 것을 확인 할 수 있다.

[표 1]

따라서, 위에 표 1과 같이, 위상최적화로 초기 설계안에 대비 7%의 부재를 감소하는 효과를 나나낼 수 있다.

이에 따라서, 상기 지지패널(323)의 바깥쪽에는 둘레를 따라 제1살빼기홈(236)의 간격을 두고 형성될 수 있고, 상기 리브(325)의 일 부분에는 제2살빼기홈(237)이 더 형성될 수 있다.

다시 말해, 상기 클램프(32)의 형성되는 제1,2살빼기홈(236,237)을 통해 전체 중량 및 제작에 따른 원가를 절감할 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 플랫폼
11: 포스트
21: 상부고정수단
22: 하부고정수단
23: 본체
231: 고정요부
24: 관통공
25: 승강실린더
26: 고정베이스
3: 파지수단
31: 힌지축
321: 가압체
322: 가압볼
32: 플램프
323: 지지패널
324: 힌지공
325: 리브
326: 제1살빼기홈
327: 제2살빼기홈
33: 가압실린더
331: 로드
4: 잠금부재
41: 잠금엑튜에이터
42: 걸림턱
5: 보조고정수단
51: 보조본체
52: 보조고정요부
53: 끼움돌부
54: 끼움요부
55: 결합편
56: 보조끼움돌부
57: 보조결합핀

Claims

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 포스트(11)가 관통하도록 수용하는 관통공(24)을 가지며 상/하로 간격을 두고 배치되며, 상기 포스트(11)의 하단에 설치되는 고정베이스(26)에 구비되는 하부고정수단(22) 및 상부고정수단(21)과, 상기 상부고정수단(21)과 하부고정수단(22)을 연결하면서 하부고정수단(22)에 대하여 상부고정수단(21)을 승기시키는 승강실린더(25)와, 상기 상/하부고정수단(21,22)에 각각 구비되어 상기 포스트(11)의 외주면을 파지 또는 해제하는 파지수단(3)을 포함하는 '도우넛' 형상의 본체(23)로 이루어지되,
상기 파지수단(3)은,
상기 본체(23)의 힌지축(31)을 중심으로 대칭 또는 비대칭으로 회동 가능하게 고정되며, 가압실린더(33)와, 이 가압실린더(33)의 가압에 의해 포스트(11)를 파지하는 한 쌍의 클램프(32)와, 이 클램프(32)의 파지 상태를 유지하는 잠금부재(4)를 포함하여 이루어져,
승강식 부선의 플랫폼(10)을 포스트(11)에 고정시키고 상기 포스트(11)를 따라 승강시킬 수 있도록 부선의 엘리베이팅을 위한 볼타입 잭업 시스템(1)에서
상기 클램프(32)의 형성은 위상최적화 기법 중 밀도법을 이용하여 중량 감소를 위해 최적화로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 클램프(32)는,
호 형상으로 상/하 이격되며, 양단에 힌지공(324)을 갖는 두 개의 지지패널(323)과;
상기 상/하 지지패널(323)의 사이에 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수의 리브(325)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 지지패널(323)의 바깥쪽에는 둘레를 따라 제1살빼기홈(236)의 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 리브(325)의 일 부분에는 제2살빼기홈(237)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 볼타입 잭업 시스템의 중량저감을 위한 클램프의 형상 설계 구조.