KR20140030028A - 드라이브로드를 진동시키기 위한 바이브레이터와 이를 이용한 천공기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 바이브레이터는 길이 방향으로 제 1공급통로가 형성된 진동흡수부재와, 상기 진동흡수부재가 슬라이딩 가능하게 설치되는 제 2하우징과, 상기 진동흡수부재와 하우징의 내주면 사이에 설치되는 진동흡수부와,
상기 제 2하우징과 연결부재에 연결되며 중공부를 가지는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 슬라이딩 가능하게 설치되어 제 1,2챔버를 구획하는 피스톤과, 상기 제1하우징과 피스톤에 형성되어 상기 제 1공급통로로부터 공급된 공압을 피스톤에 의해 구획된 제1,2챔버에 선택적으로 공급 및 배출하는 공압공급와 공압배출부를 가지는 진동발생유닛을 포함한다.

Description

드라이브로드를 진동시키기 위한 바이브레이터와 이를 이용한 천공기{vibrator and drilling machine using the same}

본 발명은 지하공을 천공하기 위한 천공기에 관한 것으로, 더 상세하게는 천공기의 로드에 장착되어 로드를 수직방향으로 진동시키기 위한 바이브레이터와 이를 이용한 천공기에 관한 것이다.

일반적으로 지중을 천공하는 천공기는 비트를 단지 회전시키는 방법(오실레이터 공법라고도 함)과, 비트 또는 볼커터를 회전시킴과 아울러 가압력을 주는 방법(R.C.D 공법) 등이 있다. 오실레이터 공법은 통상 직경이 800 내지 3000mm 사이의 케이싱을 유압척으로 클램핑한 상태에서 좌우 회전방향으로 설치된 실린더의 전후진 작동으로 흔들리면서 천공하는 공법이며, 상기 R.O.C 공법은 단부에 비트 또는 볼커터가 설치된 드라이브 로드를 이용하여 비트 또는 볼커터를 회전시켜 천공하는 방법이다. 상기 오실레니터(OSCILLATOR) 공법은 작업장의 토지 조건이 흙으로만 이루어진 영역을 천공하는 데는 이상이 없으나 지중의 암반을 전공하는 항타기와 같은 별도의 장비에 의해 큰 햄머를 낙하시켜 파괴하는 공정이 필요하다.

한편, 상기 R.C.D 공법은 오실레이터 공법에 비하여 진보된 천공효과를 가지는 것으로, 토사층을 오실레이터 또는 로우테이터(rotator)로 굴착한 후 연암과 경암층을 굴착코져 할 때 드릴로-드 끝부분에 부착된 특수한 비트를 회전시켜 암반을굴착하고 드릴 로드 파이프(drill rod pipe)로 순환수와 파석을 에어에 의해 석션하여 지상으로 배출하며 굴착하는 것으로 기초공사 등에 사용되는 대구경 현장타설 및 탑 다운(top down) 공법의 핵심적인 공법이다.

대한민국 특허 등록 공보 제 10-0372049호에 크레인을 이용한 천공기의 일예가 개시되어 있다. 개시된 천공기는 유압 드라이브 유니트로부터 발생되는 유압 및 에어를 각각의 통로를 따라 굴삭 작업부의 위치로 전달시키는 드라이브 로드와, 상기 드라이브 로드의 단부에 취부되며 내부에 각종 구조물을 수용하는 공구하우징과, 상기 공구하우징의 내측 상단에 구비되어 유압의 힘에 의해 피스톤이 승강되며 타격 운동하는 브레이커와, 상기 공구하우징의 하단에 상하 유동 가능한 상태로 부착되어 브레이커의 피스톤 타격에 의해 천공작업을 하는 비트를 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 종래의 천공기는 암반 또는 연암지반 등을 천공하게 된다. 그러나 연약지반, 토사로 이루어진 지반 등을 깊게 천공하지 않은 경우 비트에 의한 천공 시 작업성이 떨어지고, 비트가 설치되는 드라이브 로드가 무너지는 토사에 의해 원활한 승강 및 회전구동이 이루어지지 않게 된다. 특히 천공작업시 천공된 홀의 내주면으로부터 무너진 토사에 의해 잼이 발생되는 문제점이 있다.

또한 연약지반의 경우 에어햄머 등을 이용하여 천공하는 많은 작업공수가 소용되며, 장비의 활용이 비효율적이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여, 천공을 위한 드라이브 로드에 장착되어 진동시킴으로써 연약지반의 천공이 가능하도록 하며, 천공작업 시 천공된 홀의 내주면으로부터 토사가 무너져 로드가 토사에 의해 잼(jam)이 발생되는 것을 방지할 수 있는 드라이브로드에 장착되는 바이브레이터와 이를 이용한 천공장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 드리이브로드와 연결되어 연약지반을 천공할 수 있는 바이브레이터와 이를 이용한 천공기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이브레이터는 길이 방향으로 제 1공급통로가 형성된 진동흡수부재와, 상기 진동흡수부재가 슬라이딩 가능하게 설치되는 제 2하우징과, 상기 진동흡수부재와 제 2항우징의 내주면 사이에 설치되는 진동흡수부와,

상기 제 2하우징과 연결부재에 연결되며 중공부를 가지는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 슬라이딩 가능하게 설치되어 제 1,2챔버를 구획하는 피스톤과, 상기 제1하우징과 피스톤에 형성되어 상기 제 1공급통로로부터 공급된 공압을 피스톤에 의해 구획된 제1,2챔버에 선택적으로 공급 및 배출하는 공압공급와 공압배출부를 가지는 진동발생유닛을 포함한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 공압공급부는 상기 제1하우징에 길이 방향으로 상기 제1공급통로와 연결되도록 제1연결통로가 형성되고, 상기 제 1연결통로와 연결되며 제 1하우징의 내주면 중앙부에 제 1공압공급공이 형성되며, 상기 피스톤의 외주면을 따라 상호 소정간격 이격되는 제 1,2공압공급홈이 형성되고, 상기 피스톤에는 제 2공압공급홈과 제1챔버와 연통되는 제 3연결통로와 상기 제 1공압공급홈과 제 2챔버와 연통되는 제 4연결통로가 형성되어 이루어지며,

그리고 상기 공압배출부는 상기 제 1공압공급공의 양측의 제1하우징 내주면에 제 1,2공압배출공이 형성되고, 제1하우징에는 상기 제 1,2공압배출공을 열결하며 제 1하우징의 하단부측으로 개구된 제 2연결통로가 형성되어 이루어진 진다.

대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 천공장치는 기계본체에 의해 수직하게 리더가 세워진 상태에서, 상기 리드에 의해 가이드 되며 구동을 가진 헤드부의 구동축과 결합되는 드라이브 로드들과 상기 드라이브로드들의 사이에 설치되는 바이브레이터를 구비하며.

상기 바이브레이터는 길이 방향으로 제 1공급통로가 형성된 진동흡수부재와, 상기 진동흡수부재가 슬라이딩 가능하게 설치되는 제 2하우징과, 상기 진동흡수부재와 하우징의 내주면 사이에 설치되는 진동흡수부와,

상기 제 2하우징과 연결부재에 연결되며 중공부를 가지는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 슬라이딩 가능하게 설치되어 제 1,2챔버를 구획하는 피스톤과, 상기 제1하우징과 피스톤에 형성되어 상기 제 1공급통로로부터 공급된 공압을 피스톤에 의해 구획된 제1,2챔버에 선택적으로 공급 및 배출하는 공압공급와 공압배출부를 가지는 진동발생유닛을 포함한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 드라이브로드에 장착된 바이브레이터 및 이를 이용한 천공기는 천공을 위한 드라이브 로드를 길이 방향으로 지속적으로 진동시킴으로써 천공된 홀의 내주면으로부터 연약지반이 무너져 발생될 수 있는 드라이브로드의 잼을 방지할 수 있다.

그리고 연약지반의 경우 바이브레이터의 진동력을 이용하여 천공작업을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 천공장치의 일 실시예를 나타내 보인 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 바이브레이터의 분리 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 바이브레이터의 단면도,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 바이브레이터의 작동상태를 나타내 보인 단면도.

본 발명에 따른 천공장치는 천공을 위한 드라이브 로드에 장착되어 드라이브로드를 수직방향으로 진동시키기 위한 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 5에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 천공기는 기계본체(1)와, 상기 기계본체(1)에 설치되는 리드(2)와, 상기 리드(2)에 승강가능하게 설치되며, 구동부에 의해 회전되는 회전축을 가지는 헤드부(3)와, 상호 길이 방향으로 연결된 드라이브로드(100)들과, 상기 드라이브로드(100)들의 사이에 설치되는 바이브레이터(10)를 구비한다.

상기 바이브레이터(10)는 중공부(30a)를 가지는 제1하우징(30)과, 상기 제1하우징(30)에 슬라이딩 가능하게 설치되어 제 1,2챔버(31)(32)를 구획하는 피스톤(40)과, 상기 제1하우징(30)과 피스톤(40)에 설치되어 후술하는 제1공급통로(73)로부터 공급되는 공압을 선택적으로 제1,2챔버(31)(32)에 공급하여 맥동압을 발생시키는 진동발생유닛(200)과, 상기 제 1하우징(30)과 제 2하우징(50)을 연결하는 제 2공급통로(61)와 연통되는 실린더부(62)가 마련된 연결부재(60)를 구비한다.

상기 제 2하우징(50)과 스플라인 결합되어 슬라이딩 가능하게 설치되며 상기 실린더부(62)와 결합되는 가이드부(71)를 가지며, 길이 방향으로 공압공급하기 위한 제 1공급통로(73)가 형성된 진동흡수부(70)를 구비한다 그리고 상기 제 1하우징(30)의 타측에는 제1배출통로(21)가 형성된 소켓(20)이 결합된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 바이브레이터를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 바이브레이터(10)의 소켓(20)은 비트가 설치되는 측의 드라이브로드(100)와 나사 결합되는 제1소켓결합부(22)와 제1하우징(30)과 결합되는 제2소켓결합부(23)가 구비된다. 그리고 소켓(20)에는 제 1소켓결합부(22)의 단부로부터 인입공(24)이 형성되고, 이 인입공(24)은 제1배출통로(21)들과 연결된다. 상기 제1배출통로(21)들은 제 1소켓결합부(22)의 단부측으로 방사상으로 형성된다. 상기 제1소켓결합부(22)는 천공을 위한 로드들 및 비트 및 햄머가 장착되는 로드들과 연결된다.

그리고 상기 소켓(20)의 제 2소켓결합부(23)와 결합되는 제 1하우징(30)은 관상으로 이루어지고, 이의 내부에는 피스톤(40)이 승강가능하게 설치된다.

상기 진동발생유닛(200)은 제1하우징(30)과 피스톤(40)에는 상기 진동흡부수재(70)의 제 1공급통로(73)를 통하여 공급되는 공압을 이용하여 상기 피스톤(40)을 승강시키기 시켜 맥동압을 발생시키기 위한 것으로, 제1하우징(30)에 삽입된 피스톤(40)에 의해 구획되는 제1,2챔버(31)(32)에 선택적으로 공압을 공급하기 위한 공압공급부(220)와, 상기 피스톤(40)이 왕복 운동함에 따라 제 1,2챔버(31)(32)로부터 공압을 배출하기 위한 공압배출부(210)를 구비한다.

상기 공압공급부(220)는 상기 제1하우징(30)에 길이 방향으로 상기 제1공급통로(73)와 연결되도록 형성되는 제1연결통로(211)들과 상기 제 1연결통로(211)와 연결되며 제 1하우징(30)의 내주면 중앙부에 형성된 제 1공압공급공(212)으로 이루어진다. 그리고 상기 피스톤(40)의 외주면을 따라 상호 소정간격 이격되는 제 1,2공압공급홈(213)(214)이 형성되고, 상기 피스톤(40)에는 제 2공압공급홈(214)과 진동흡수부(70)측의 피스톤(40) 단부 즉, 제1챔버(31)와 연통되는 제 3연결통로(215)와 상기 제 1공압공급홈(213)과 피스톤(40)의 소켓(20) 측면 즉, 제2챔버(32)와 연통되는 4연결통로(216)가 형성된다.

그리고 상기 공압배출부(210)는 상기 제 1공압공급공(212)의 양측의 하우징 내주면에 제 1,2공압배출공(221)(222)이 형성되고, 제1하우징(30)에는 상기 제 1,2공압배출공(221)(222)을 연결하며 제 1하우징(30)의 하단부측으로 개구된 제 2연결통로(223)가 형성된다.

상기 제 1,2공압배출공(221)(222)은 제1하우징(30)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤(40)에 의해 구획된 제1,2챔버(31)(32)에 노출되도록 형성되는데, 피스톤(40)의 상승 시 제 1공압배출공(221)은 차단되고, 상기 제 2공압공급공(212)과 제2공압공급홈(214)은 연통되도록 일치되며, 상기 피스톤(40)의 하강 시 제 2공압배출공(222)은 차단되고, 상기 제 1공압공급공(212)과 제 1공압공급홈(213)은 연통될수 있도록 제1,2공압배출공(221)(222)) 및 제1공압공급공(212)과 제 1,2공압공급홈(213)(214)들이 배열된다.

그리고 상기 제 1하우징(30)과 연결된 소켓(20)에는 제 1배출통로(21)가 형성되는데, 이 제 1배출통로(21)를 통하여 배출되는 공압 즉, 공기는 소켓과 연결된 로드(300)의 중공부로배출되고, 이 배출된 공기는 최하단부에 위치되는 로드와 연결된 비트를 통하여 배출된다.

한편, 상기 진동흡수부(70)는 피스톤에 의해 발생되는 진동이 상부측, 즉 헤드부와 연결되는 로드에 전달되는 것을 방지할 수 있는 것으로, 상기 제 1항우징(30)과 연결부재(60)에 의해 제 2하우징(40)이 연결되는데, 상기 제 1하우징(30)과 제 2하우징(40)을 연결하는 연결부재(60)에는 제 1연결통로(211)와 연결되는 상기 제 2공급통로(61)가 중앙부에 상면으로부터 소정의 길이를 갖도록 인입 형성된 실린더부(62)와 연결될 수 있도록 형성된다. 상기 실린더부(62)는 상기 연결부재(60)의 중심축선상에 단면이 원통형의 형상으로 형성된다.

그리고 상기 제 2하우징(50)의 단부( 상단부, 즉,소켓으로부터 멀어지는 상부측의 단부)측에는 제1스플라인(51)이 형성되고, 전단부측에 상기 실린더부(62)와 결합되는 가이드부(71)가 형성되고, 외주면에 상기 제1스플라인(51)과 결합되는 제 2스플라인(72)이 형성된 진동흡수부재(74)가 제 2하우징(50)에 슬라이딩 가능하게 설치된다.

상기 진동흡수부재(74)에는 상기 제 2공급통로(61)와 연통되는 제1공급통로(73)가 길이 방향으로 관통되도록 형성된다. 여기에서 상기 제 2공급통로(61)는 진동발생부재(74)의 제1공급통로(73)와 연통된다.

그리고 상기 진동흡수부재(74)는 연결부재(60) 및 제 1하우징(50)에 대해 탄성유닛(80)에 의해 연결부재(60) 측으로 탄성바이어스 된다. 상기 탄성유닛(80)은 연결부재(60)와 결합되는 가이드부(71)의 기부로부터 형성된 단차부(75)의 사이에는 제1스프링(81)이 설치된다. 상기 단차부(75)는 상대적으로 직경이 작은 가이드부(71)가 형성됨으로써 진동발생부재(74)에 형성된다.

그리고 상기 진동흡수부재(70)의 외주면에는 원주방향으로 인입된 제 2스프링장착부(77)가 형성되고, 이 제2스프링 장착부(77)에 제 2스프링(82)들이 지지된다. 상기 제 2스프링(82) 상단부는 제 2하우징(50)에 설치되는 스냅링(83)에 의해 지지된다.(도 3참조), 즉, 상기 진동흡수부재(74)는 연결부재측으로 제 1,2스프링(81)(82)에 의해 탄성바이어스 된다. 그리고 상기 진동흡수부재(70)의 단부에는 천공을 위한 헤드부(3)의 회전축 또는 연결하는 드라이브로드와 결합되는 나사결합부(79)가 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 드라이브로드에 장착되는 바이브레이터의 작용과 이를 통한 천공기의 천공작업을 도 1 및 도 4 내지 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 연약지반을 천공하기 위해서는 천공기의 리드에 승강 가능하게 설치되는 헤드부의 회전축에 드라이브로드(100)들을 직렬로 연결하고, 이들 드리이브로드(100)들의 사이에 진동흡수부재(74)의 나사결합부와 소켓(20)를 이용하여 바이브레이터(10)를 설치한다. 상기 장착하는 과정에서 상기 진동발생유닛(200)으로부터 발생된 진동이 헤드부 및 장비로 전달되지 않고 소켓과 연결된 로드의 단부측으로 전달될 수 있도록 상기 진동흡수부재(74)가 헤드부(3) 측에 위치되어야 한다.

상술한 바와 같이 바이브레이터의 설치가 완료되면, 압축기(미도시)에 의해 헤드부(30)의 구동축에 형성된 중공을 통하여 드라이브로드(100)의 중공부에 공압을 공급한다. 상술한 바와 같이 공급된 공압은 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(40)이 하강한 상태에서 천공기의 바이브레이터(10)의 제1공급통로(73)와, 제 2공급통로(62), 제1공압공급공(212)을 통하여 공급되고, 이 공압은 제1공압공급홈(213)과 제 4연결통로(215)를 통하여 제 2챔버(32)에 공급됨으로써 피스톤(40)을 상승시키게 된다.

피스톤(40)이 상승함에 따라 제1공압공급공(212)은 일시적으로 차단된 후 피스톤(40)의 제2공압공급홈(214)과 연통된다. 이 과정에서 상기 제1공압배출공(221)이 차단되고, 제 2챔버(32) 내부의 공기는 제 2공압배출공(222)와 제 2연결통로(223)를 통하여 배출되된다.

이러한 과정이 이루어지는 동안 피스톤(40)이 상승함에 따라 제1공압공급공(212)과 피스톤(40)의 제2공압공급홈(214)이 연통되면, 제 5에 도시된 바와 같이 제 2공압공급홈(214)로 공급된 공압은 제1챔버(31)로 공급되어 피스톤(40)을 피스톤(40)을 하승시키게 된다.

상기와 피스톤이 하강되면, 상기 제1공압공급공(212)은 일시적으로 차단된 후 제 1공압공급홈(213)과 연결된다. 이러한 과정에서 상기 제1챔버(31)와 연통된 제1공압배출공(221)이 열리게 되고 제 1챔버(31) 내의 공기는 제 2연결통로(223)를 통하여 배출된다.

상술한 바와 같은 작용으로 발생된 진동은 진동흡스부(70)에 의해 흡수되어 상부 즉, 헤드부(3) 측으로 전달되지 않게 된다. 즉, 상기 진동흡부수재(74)는 제 1,2스프링(81)(82)에 의해 제 2하우징(50)에 탄성지지되어 있으므로 제 1하우징(30)과 연결부재(60)에 의해 연결된 제 2하우징(50)이 진동하여도 이 진동이 진동흡수부재(74)측으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

상기 진동발생부(200)는 천공을 위한 드라이브로드(100)와 연결되어 있으므로 드라이브 로드를 진동시키게 된다. 따라서 연약지반의 경의 천공작업이 가능하며, 천공된 홀의 내주면이 무너진다 하여도 잼의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 드라이브로드를 진동시키기 위한 바이브레이터와 이를 이용한 천공기는 연약지반의 천공 뿐만 아니라 각종 진동장치에 널리 적용 가능하다.

20;소켓
30; 제1하우징
40; 피스톤
50;연결부재
70;진동발생부재
100;드라이브로드.

Claims (3)

1. 길이 방향으로 제 1공급통로가 형성된 진동흡수부재와, 상기 진동흡수부재가 슬라이딩 가능하게 설치되는 제 2하우징과, 상기 진동흡수부재와 하우징의 내주면 사이에 설치되는 진동흡수부와,
   상기 제 2하우징과 연결부재에 연결되며 중공부를 가지는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 슬라이딩 가능하게 설치되어 제 1,2챔버를 구획하는 피스톤과, 상기 제1하우징과 피스톤에 형성되어 상기 제 1공급통로로부터 공급된 공압을 피스톤에 의해 구획된 제1,2챔버에 선택적으로 공급 및 배출하는 공압공급와 공압배출부를 가지는 진동발생유닛을 포함한 것을 특징으로 하는 천공기용 바이브레이터.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 공압공급부는 상기 제1하우징에 길이 방향으로 상기 제1공급통로와 연결되도록 제1연결통로가 형성되고, 상기 제 1연결통로와 연결되며 제 1하우징의 내주면 중앙부에 제 1공압공급공이 형성되며, 상기 피스톤의 외주면을 따라 상호 소정간격 이격되는 제 1,2공압공급홈이 형성되고, 상기 피스톤에는 제 2공압공급홈과 제1챔버와 연통되는 제 3연결통로와 상기 제 1공압공급홈과 제 2챔버와 연통되는 제 4연결통로가 형성되어 이루어지며,
   그리고 상기 공압배출부는 상기 제 1공압공급공의 양측의 제1하우징 내주면에 제 1,2공압배출공이 형성되고, 제1하우징에는 상기 제 1,2공압배출공을 열결하며 제 1하우징의 하단부측으로 개구된 제 2연결통로가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 천공기용 바이브레이터.
3. 기계본체에 의해 수직하게 리더가 세워진 상태에서, 상기 리드에 의해 가이드 되며 구동을 가진 헤드부의 구동축과 결합되는 드라이브 로드들과 상기 드라이브로드들의 사이에 설치되는 바이브레이터를 구비하며.
   상기 바이브레이터는 길이 방향으로 제 1공급통로가 형성된 진동흡수부재와, 상기 진동흡수부재가 슬라이딩 가능하게 설치되는 제 2하우징과, 상기 진동흡수부재와 하우징의 내주면 사이에 설치되는 진동흡수부와,
   상기 제 2하우징과 연결부재에 연결되며 중공부를 가지는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 슬라이딩 가능하게 설치되어 제 1,2챔버를 구획하는 피스톤과, 상기 제1하우징과 피스톤에 형성되어 상기 제 1공급통로로부터 공급된 공압을 피스톤에 의해 구획된 제1,2챔버에 선택적으로 공급 및 배출하는 공압공급와 공압배출부를 가지는 진동발생유닛을 포함한 것을 특징으로 하는 천공기.
   

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