KR102077893B1 - 굴착장비용 비트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬라임의 배출이 원활한 굴착 장비용 비트를 제안한다. 본 발명에 의한 굴착장비용 비트는, 압축된 공기가 배출되도록 저면의 중앙 부분에 성형된 다수 개의 압축공기 출구(14)와, 상기 출구와 연통하고 비트의 저면에 성형되는 저면배출홈(20), 그리고 상기 저면배출홈과 연통하고 측면에 형성되는 측면배출홈(30)을 구비하고 있다. 저면배출홈(20)은 압축공기 출구가 형성된 저면의 중앙부분에서 측면배출홈이 형성된 외측단부로 연장 성형된다. 그리고 저면배출홈(20)은, 외측에 형성되는 하류부분(24)이 비트의 회전 방향(R)에 대하여 선행하는 위치를 가지도록, 저면 중앙부분에 형성되는 상류부분(22)에서 하류부분을 연결하도록 성형된다. 또한 측면배출홈(30)은, 상부에 형성되는 하류부분(34)이 비트의 회전방향(R)에 대하여 선행하는 위치를 가지도록, 측면의 하부에 형성되는 상류부분(32)에서 하류부분을 연결하도록 성형된다.

Description

굴착장비용 비트{Beats for excavating apparatus}

본 발명은 굴착 장비용 비트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착 과정에서 발생하는 슬라임이 더욱 원활하게 배출되도록 함으로써, 실질적으로 굴착 효율을 향상시킬 수 있도록 구성ㄷ괴는 굴착 장비용 비트에 관한 것이다.

일반적으로 굴착 장비는 지중으로 일정한 지름의 구멍을 형성하는 장비라고 할 수 있고, 이러한 굴착 장비는 지중에서 실질적으로 슬라임(Slime)을 형성하도록 굴착 및 파쇄 기능을 수행하는 비트(Beat)를 포함하고 있다. 이러한 비트는 지면과의 접촉(충격) 및 회전을 병행하면서, 암반 등을 파쇄시키면서 굴착 작업을 수행하는 것이라고 할 수 있다. 이러한 비트는, 일반적으로 그 상부에 설치되는 에어햄머 및 모터에 의하여, 지면에 대한 타격 및 회전을 수행하면서 굴착 작업을 진행하는 것이라고 할 수 있다.

이러한 비트의 동작에 의하여, 지중에서는 파쇄된 암반 및 흙 등이 포함되는 슬라임이 형성되고, 이러한 슬라임은 지상으로 옮겨질 수 있도록 굴착 공사 현장에서 배출된다. 이와 같은 슬라임의 배출은 실질적으로 굴착 효율에 아주 밀접한 관련이 있다고 할 수 있고, 굴착 작업을 위하여 지중으로 공급되는 고압의 공기와 같이 지상으로 일정 경로를 통하여 지상으로 배출된다.

이와 같은 슬라임의 배출을 위하여, 일반적으로 비트의 저면 및 측면에는 배출홈이 형성된다. 따라서 비트의 저면과의 접촉을 통하여 지반에서 생성되는 슬라임은 이러한 배출홈을 경유하여 상부로 이송된다. 종래의 비트 구조에 의하면, 압축된 공기가 토출되는 공기토출공에서 비트의 외경까지 형성되는 배출홈은, 실제로 가장 단거리를 따라 형성되는 것이 일반적이었다. 그러나 이와 같은 배출홈의 구조는 실질적으로 슬라임의 효율적인 배출과는 직접적으로 관련되지 않는 구조이기 때문에, 슬라임의 효율적인 배출 및 이에 기초하는 굴착 작업의 능률 향상이라는 측면에서는 바람직하지 않다고 할 수 있다.

이와 같은 문제점을 고려한 본 발명의 목적은, 비트가 지면과의 접촉에 의하여 생성되는 슬라임을 원활하게 배출함으로써 실질적으로 굴착 효율을 높일 수 있는 배출홈을 가지는 굴착장비용 비트를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명의 비트는, 압축된 공기가 배출되도록 저면의 중앙 부분에 성형된 다수 개의 압축공기 출구와, 상기 출구와 연통하고 비트의 저면에 성형되는 저면배출홈, 그리고 상기 저면배출홈과 연통하고 측면에 형성되는 측면배출홈을 구비하고 굴착장비용으로 사용된다. 여기서 비트의 저면에 형성되는 저면배출홈은 압축공기 출구가 형성된 저면의 중앙부분에서 측면배출홈이 형성된 외측단부로 연장 성형된다. 그리고 저면배출홈은, 외측에 형성되는 하류부분이 비트의 회전 방향에 대하여 선행하는 위치를 가지도록, 저면 중앙부분에 형성되는 상류부분에서 하류부분을 연결하도록 성형되어 있다.

그리고 실시례에 의하면, 측면배출홈은, 상부에 형성되는 하류부분이 비트의 회전방향에 대하여 선행하는 위치를 가지도록, 측면의 하부에 형성되는 측면배출홈의 상류부분에서 측면배출홈의 하류부분을 연결하도록 성형된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 측면배출홈 및 저면배출홈의 하류부분이 비트의 회전방향에서 선행하는 위치에 성형되어 있음을 알 수 있다. 따라서 이러한 배출홈을 통하여 흐르는 고압의 공기의 일방향(회전방향) 성분은, 굴착 영역에서 발생하는 슬라임에 부딪히게 되어, 배출홈의 내부에서 공기와 뒤섞여 난류화되거나 적어도 슬라임을 부상시킬 수 있도록 동작하게 된다. 따라서 실질적으로 각 배출홈을 통한 슬라임의 배출이 현저하게 원활하게 진행될 수 있고, 이는 곧 굴착 작업의 효율을 향상시킬 수 있는 작용 효과로 이어질 것으로 기대된다.

그리고 본 발명의 측벽배출홈 및 저면배출홈은, 종래의 배출홈에 비하여 비트의 저면 및 측면에서 차지하는 면적이 증가되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 각 배출홈의 면적이 증가하게 되면 실질적으로 슬라임의 배출이 더욱 효율적으로 이루어지는 것은 당연하다고 할 수 있을 것임은 통상의 기술자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명 비트가 적용된 굴착장비의 예시도.
도 2는 본 발명 비트의 정면도.
도 3은 본 발명의 비트의 배면도.
도 4는 본 발명의 저면배출홈에서 압축공기의 흐름과 발생하는 슬라임의 이동을 설명하기 위한 예시도.

다음에는 도면에 도시한 실시례에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 비트(10)는 굴착을 위한 장치에서 가장 하단부에 설치되어 실제 지면과 접촉함으로써 슬라임을 발생시키는 부분이고, 하부가 원통형상을 가지고 있다. 이러한 비트(10)는 그 상부에 설치되어 있는 에어햄머(2)와 연결되어 있고, 에어햄머(2)를 통하여 공급되는 압축공기에 의하여 상하 방향으로 진동하면서, 굴착 대상물을 분쇄하는 기능을 수행할 수 있게 된다.

그리고 상기 에어햄머(2)의 외측면에 설치되는 케이싱(6)은, 도시하지 않은 모터의 구동력에 의하여 회전하게 된다. 상기 케이싱(6)의 회전은 그 외주면에 설치되어 있는 슬라임 배출스크류(4)를 같이 회전시켜, 굴착 과정에서 발생하는 슬라임을 지상으로 배출시키게 된다. 그리고 상기 에어햄머(2)도 상기 케이싱(6)과 같이 회전하게 되며, 이러한 회전은 그 하부에 설치되어 있는 비트(10)에게도 전달된다.

따라서 굴착 장비에서 비트(10)는, 회전 운동 및 상하 방향 왕복운동을 수행하면서, 지면 속에서 굴착 작업을 수행하게 된다. 이러한 비트(10)는 그 저면 및 측면에 다수의 팁이 설치되어 있어서, 굴착 공사에서 필요로 하는 암반의 파쇄 등과 같은 작업을 수행할 수 있다. 그리고 비트(10)가 동작함에 따라서 발생하는 슬라임, 즉 압축된 공기와 굴착 및 파쇄된 물질의 혼합물은 외부로 배출되어야 하는데, 이러한 슬라임은 배출홈(20,30)을 통하여 상부로 이송된다. 이와 같은 비트(10)의 배출홈은, 비트의 저면에 형성되는 저면배출홈(20)과, 상기 저면배출홈(20)과 연속되고 비트의 측면에 형성되는 측면배출홈(30)으로 구성된다.

다음에는 도 2 및 도 3을 참고하면서, 본 발명에 의한 비트(10)의 배출홈에 대하여 살펴보기로 한다. 비트(10)의 저면에 형성되는 저면배출홈(20)은, 에어햄머(2)를 통하여 공급되는 압축 공기가 나오는 압축공기 출구(14)에서, 비트(10) 저면의 외측단부를 연결하는 홈으로 형성된다. 그리고 비트(10)의 측면에 형성되는 측면배출홈(30)은 저면배출홈(20)과 연속되도록 성형되어 있다.

굴착 장비에서 비트(10)는 화살표(R)로 표시한 방향으로 회전하면서 굴착 작업이 진행된다. 상기 압축공기 출구(14)는, 상술한 바와 같이 압축공기가 배출되는 구멍이라고 할 수 있고, 도시한 바와 같이 다수 개가 형성되어 있다. 그리고 이러한 압축공기 출구(14)는 상대적으로 중앙부분에 형성되어 있고, 상기 저면배출홈(20)은 압축공기 출구(14)에서 저면의 외측단부까지 연장 성형되어 있다. 따라서 상기 압축공기 출구(14)로 나온 압축 공기는, 먼저 저면배출홈(20)을 따라 방사 방향으로 이동한 후, 측면배출홈(30)을 따라서 상방으로 이동하게 된다. 여기서 압축공기의 이동은 실질적으로 굴착 과정에서 발생한 슬라임의 배출과 직접 관계되는 것임은 당연하다.

본 발명에 의하면 저면배출홈(20)은, 비트(10) 저면의 중심부분에서 방사상으로 외측으로 연장 성형되는데, 압축공기의 흐름을 기준으로 보면, 압축공기 출구(14) 근처라고 할 수 있는 상류부분(22)과, 상술한 측면배출홈(30)과 연결되는 하류부분(24)이 일정한 경사를 가지고 성형되어 있음을 알 수 있다. 즉 종래의 측면배출홈(30)은 지금 또는 반지름과 동일한 방향으로 성형되어 있었으나, 본 발명의 측면배출홈(30)은 상류부분(22)을 중앙이라고 하면, 하류부분(24)은 회전방향(R)에 대하여 상대적으로 선행하는 위치를 가질 수 있도록, 반지름 방향에 대하여 경사진 상태로 성형되어 있는 것이다.

본 발명의 저면배출홈(20)은 이와 같이 측면배출홈(30)이 외측으로 연장 성형될 때, 외측부분(하류부분에 대응)이 회전 방향에 대하여 선행하는 위치를 가지도록 경사(도 3에서와 같이 저면도를 기준으로)로 성형되는데, 이러한 경사방향은 하기의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 상당히 중요한 의미를 가진다.

이와 같이 저면배출홈(20)이 회전 방향에 대하여 선행하는 방향으로 경사로 성형되면, 이러한 저면 배출홈(20)을 따라서 압축된 공기가 중앙에서 외측으로 흐르게 되면서 굴착과정에서 발생한 슬라임을 외측에 형성된 측면배출홈(30)으로 이동시킬 수 있게 된다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이 압축공기 출구(14)를 나오는 압축공기는 반경 반향(R)으로 흐르게 되는데, 이러한 반경 방향(R)의 힘을 벡터로 구분하면, 도시한 바와 같이, 회전방향의 벡터성분(Ra)과 반경방향의 벡터성분(Rb)로 나누어질 수 있다. 이러한 각 방향의 벡터성분(Ra,Rb)은 실질적으로, 압축공기가 진행 하는 방향으로의 힘을 분력으로 표시한 것과 동일한 의미를 가지게 됨은 당연하다고 할 수 있다.

따라서 압축공기 출구(14)를 나온 공기는, 적어도 회전방향의 분력(Ra)을 가지게 되는데, 이러한 분력(Ra)은 굴착 영역(Ax)에서 발생하는 슬라임에 가하는 힘이라고 할 수 있다. 여기서 비트(10)의 회전방향(R)을 같이 고려하면, 굴착 영역(Ax)에서 발생한 슬라임은, 회전방향에 대하여 상대적으로 표현하면, 회전 방향(R)의 반대 방향으로 흐른다고 할 수 있는데, 상술한 압축공기에서의 분력(Ra)은 슬라임과 정면으로 부딪히는 방향으로 흐르게 된다.

따라서 압축공기 출구(14)를 나와서 저면배출홈(20)을 흐르는 압축공기의 흐름 방향(R)에서 고려할 수 있는 압축공기의 분력(Ra)에 대응하는 힘이, 회전하는 비트에서 발생한 슬라임과 정면으로 만나게 되어, 실질적으로 발생하는 슬라임은 상기 저면배출홈(20)의 내부에서 난류에 휘말기게 되거나 적어도 저면배출홈(20)의 공간 내에서 부상하게 될 수밖에 없다.

여기서 저면배출홈(20)의 성형 방향이 외측으로 갈수록 회전방향(R)에 대하여 선행하는 위치를 가지도록 성형되어 있기 때문에, 실질적으로 압축공기의 분력(Ra)이 회전 방향과 동일하게 발생하게 된다. 이를 상대적으로 표현하면, 굴착 영역에서 발생한 슬라임이 압축공기의 분력(Ra)에 해당하는 만큼 공기와 정면으로 부딪혀서, 저면배출홈(20)의 내부에서 공기와 뒤섞이면서 부상하거나 난류(亂流)로 형성되는 것이라고 할 수 있다.

이를 다른 방향에서 설명하면, 비트(10)의 회전방향에서 볼 때, 굴착영역(Ax)은 항상 회전 방향을 기준으로 저면배출홈(20)에 비하여 선행하는 부분에 생성되고, 저면배출홈(20)을 흐르는 압축공기의 일부 분력이 선행하는 영역에서 생성된 슬라임과 정면으로 충돌하여, 저면배출홈(20)의 내부에서 부상시키는 것이라고도 할 수 있다.

여기서 상기 저면배출홈(20)의 내부에서 슬라임 및 압축 공기가 충분히 뒤섞이게 되면, 생성된 슬라임이 바닥면으로 가라앉는 것이 없어지게 되면서 실질적으로는 저면배출홈(20)을 통하여 아주 원활하게 배출된다는 것을 의미한다. 만일 선행하고 있는 굴착영역(Ax)에서 생성된 슬라임이 저면배출홈(20)을 통하여 충분하게 배출되지 않으면, 그에 대응하는 만큼 굴착 효율이 저하되는 것은 당연하다.

위에서, 상기 저면배출홈(20)의 방향이 중요한 의미를 가지는 것이라고 설명하였는데, 만일 저면배출홈(20)의 방향이 본 발명과는 반대로, 회전 방향에 대하여 후행하는 방향으로 경사지게 성형되는 경우를 고려하면 다음과 같다. 즉, 저면배출홈(20)이 중앙에서 외측으로 갈수록, 회전방향(R)에 대하여 후행하는 방향으로 경사지게 성형되면, 상술한 바와 같은 압축공기의 회전 방향 분력(Ra)은 회전방향과는 반대 방향으로 형성될 수밖에 없다.

압축공기의 회전방향 분력(Ra)이 회전방향(R)과 반대방향으로 생성되면, 굴착영역(Ax)에서 발생한 슬라임을 저면배출홈(20)에서 후행하는 방향으로 가압하게 되는데, 이는 실질적으로 슬라임을 저면배출홈(20)을 통하여 배출하는데 방해가 되는 방향으로 될 수밖에 없다. 따라서 저면배출홈(20)을 형성할 때, 중앙에 위치하는 상류부분(22)에 대하여 외측면에 위치하는 하류부분(24)이 회전방향(R)에 대하여 선행하는 위치를 가지도록 경사(저면도 상에서)로 성형해야 하는 것이다. 그리고 저면배출홈(20)의 성형 방향이 반대로 되면, 슬라임의 배출에 그만큼 불리하게 되어, 실질적인 굴착 효율이 떨어지게 된다.

상술한 바와 같이, 회전방향에 대하여 선행하는 하류부분(24)을 가지도록 경사지게 성형된 저면배출홈(20)을 통과하는 슬라임 및 압축공기의 혼합물은 측면배출홈(30)으로 유입된다. 다음에는 도 2를 참고하면서 본 발명의 측면배출홈(30)에 대하여 살펴보기로 한다. 도 2에서도 비트(10)의 회전방향을 "R"로 표시하고 있음을 알 수 있다.

도시한 바와 같이 본 발명의 측면배출홈(30)도, 저면배출홈(20)과 연결되는 하단부의 상류부분(32)에 비하여, 슬라임과 압축공기 혼합물이 배출되는 상부의 하류부분(34)이, 비트(10)의 회전방향(R)에 대하여 선행하는 위치를 가지도록 상하 방향으로 경사지게 성형되어 있다. 이러한 측면배출홈(30)도 회전방향(R)에서 상부가 선행하도록 경사지게 성형하는 것도, 위에서 설명한 저면배출홈(20)과 동일한 동작 원리에 기초하고 있다.

중복되는 설명은 생략하기로 하고 개략적으로 설명하면 다음과 같이, 비트(10)가 방향(R)으로 회전하게 되면, 상방으로 경사진 측면배출홈(30)을 따라 흐르는 공기의 회전방향 분력은, 회전방향(R)의 선행 위치에서 진행되는 측면의 굴착영역(Ay)에서 발생하는 슬라임과 마주치게 된다. 이와 같은 공기의 흐름 방향에 대한 일부 분력이 슬라임과 부딪히는 것은 상술한 실시례와 완전히 동일하다.

그리고 측면의 굴착영역(Ay)에서 발생하는 슬라임이 측면배출홈(30)으로 공급되는 공기의 일부와 부딪히게 되면, 실질적으로 슬라임은 측면배출홈(30)의 내부에서 공기와 같이 난류화되거나 외측으로 상승하면서 보다 용이하게 측면배출홈(30)의 상부로 빠져나갈 수 있게 된다. 이러한 측면배출홈(30)에 있어서도, 상하 방향의 경사 방향이 역으로 되면, 즉 상류부분(32)(하방)에 대하여 하류부분(34)(상방)이 회전방향(R)에 대하여 후행하는 위치에 형성되면, 슬라임의 배출이 현저하게 불리하게 됨은 위에서 언급한 저면배출홈(20)의 경우와 동일하다.

이상과 같은 본 발명의 저면배출홈(20) 및 측면배출홈(30)은, 실질적으로 반경 방향의 종래의 저면배출홈 및 수직 방향의 종래의 측면배출홈에 비하여, 실질적으로 면적이 넓어지게 되는 것은 당연하다. 이와 같이 본 발명의 저면배출홈(20) 및 측면배출홈(30)이 차지하는 면적이 넓어진다는 것은, 실질적으로 슬라임의 배출에 더욱 유리한 장점을 가진다는 것은 통상의 기술자는 쉽게 이해할 수 있을 것으로 기대된다.

그리고 도시한 실시례에 있어서는 저면배출홈(20) 및 측면배출홈(30)이 직선 형상을 가지고 있으나, 이러한 실시례에 의하여 한정될 수 없을 것이다. 예를 들면, 저면배출홈 및 측면배출홈의 출구부분(하류부분)이 비트의 회전 방향에 대하여 선행하는 위치에 형성되는 범위 내에서, 그 경로에 대해서는 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저면배출홈(20) 및 측면배출홈(30)을, 비트의 회전 방향에서 선행하는 방향으로 각각 경사지도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 다양한 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것임은 자명할 것이다.

2 ..... 에어햄머
4 ..... 배출스크류
6 ..... 케이싱
10 ..... 비트
14 ..... 압축공기 출구
20 ..... 저면배출홈
30 ..... 측면배출홈
Ax ..... 저면 굴착영역
Ay ..... 측면 굴착영역

Claims (1)

1. 비트의 저면에 성형되는 저면배출홈(20), 그리고 상기 저면배출홈과 연통하고 측면에 형성되는 측면배출홈(30)을 구비하는 굴착장비용 비트에 있어서;
   비트(10)의 굴착영역(Ax)은 항상 회전 방향을 기준으로 저면배출홈(20)에 비하여 선행하는 부분에 생성되고;
   저면배출홈(20)은, 중앙 부분에 형성되는 다수의 압축공기 출구(14)에 해당하는 상류부분에서 외측의 하류부분으로 갈수록, 비트 저면의 반지름에 대하여 회전방향(R)으로 선행하는 경사를 가지도록 성형되고;
   측면배출홈(30)은, 상부에 형성되는 하류부분(34)이 하부에 형성되는 상류부분(32)보다 비트의 회전방향(R)에 대하여 선행하는 경사를 가지도록 성형되며;
   저면배출홈을 흐르는 압축공기의 일부가, 굴착영역에서 생성된 슬라임과 부딪히면서 난류화되는 것을 특징으로 하는 굴착 장비용 비트.
   
   

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