크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 터널 굴진기(Tunneling Machine Rotating Crushers in Mutual OppositeDirection)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2011년03월21일
(11) 등록번호 10-1023589
(24) 등록일자 2011년03월11일
(51) Int. Cl.

E21D 9/06 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2003-0084219
(22) 출원일자 2003년11월25일
심사청구일자 2008년10월21일
(65) 공개번호 10-2005-0050470
(43) 공개일자 2005년05월31일
(56) 선행기술조사문헌
KR100356143 B1*
KR1020010036240 A
JP2000303784 A
US6017095 A
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
주식회사 케이티
경기 성남시 분당구 정자동 206
(72) 발명자
서명우
대전광역시유성구전민동463-1주식회사케이티기술
연구소내
김정근
대전광역시유성구전민동463-1주식회사케이티기술
연구소내
박태동
대전광역시유성구전민동463-1주식회사케이티기술
연구소내
(74) 대리인
특허법인태평양
전체 청구항 수 : 총 2 항 심사관 : 김완수
(54) 크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 터널 굴진기
(57) 요 약
본 발명은 터널 굴진기에 관한 것으로서, 토사와 암반이 굴착되도록 커터와 비트가 설치되는 면판부(210)와, 면
판부(210)의 후방에서 면판부(210)가 회전되도록 지지 연결되는 몸체(220, 230)를 포함한다. 특히, 본 발명은
면판부(210)의 후방 외주연에 연결되며, 중공형상으로 내부에 파쇄공간이 형성되고, 제1 모터(217)의 작동에 따
라 일측방향으로 회전되는 제1 크러셔(214)와; 제1 크러셔(214)의 내부에 설치되며, 그 후단이 회전 가능하게 몸
체(220, 230)에 지지되고, 제2 모터(227)의 작동에 따라 제1 크러셔(214)가 회전되는 반대 방향으로 회전되도록
설정되는 제2 크러셔(221)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 터널 굴진기(200)는 면판부(21
0)에 연결된 제1 크러셔(214)가 일측방향으로 회전되고, 제1 크러셔(214)의 내측에 위치하는 제2 크러셔(221)가
다른 방향으로 회전되도록 구성됨으로써, 면판부(210)에서 굴착된 토사와 암반이 내부에 다량으로 유입되더라도
효율적으로 파쇄하며, 면판부(210)에 작용되는 과도한 토크로 인해 몸체(220, 230)가 회전하려는 롤링현상도 억
제할 수 있는 장점이 있다.
대 표 도 - 도3
등록특허 10-1023589
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특허청구의 범위
청구항 1
토사와 암반이 굴착되도록 커터와 비트가 설치되는 면판부와, 상기 면판부의 후방에서 상기 면판부가 회전되도
록 지지 연결되는 몸체를 포함하는 터널 굴진기로서,
상기 면판부의 후방 외주연에 연결되며, 중공형상으로 내부에 파쇄공간이 형성되고, 제1 모터의 작동에 따라 일
측방향으로 회전되는 제1 크러셔와;
상기 제1 크러셔의 내부에 설치되며, 후단이 회전 가능하게 상기 몸체에 지지되고, 제2 모터의 작동에 따라 상
기 제1 크러셔가 회전되는 반대 방향으로 회전되도록 설정되는 제2 크러셔를 포함하며,
상기 제2 크러셔의 내부 중심에는 상기 파쇄공간에 유입된 토사와 암반이 보다 용이하게 파쇄되도록, 송니배관
이 외부에서 공급되는 수류를 상기 파쇄공간으로 배출되게 설치되며, 상기 송니배관은 상기 제2 크러셔의 회전
에 영향을 주지 않도록 베어링 결합되는 것을 특징으로 하는 크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 굴진기.
청구항 2
삭제
청구항 3
제 1항에 있어서, 상기 제1, 제2 크러셔 사이에는 회전시 발생되는 마찰경감을 위해 베어링이 설치되고, 상기
베어링 주위에는 상기 제1, 제2 크러셔 사이로 통과하여 보다 작게 파쇄된 토사와 암반이 외부로 배출 처리되도
록, 배니배관이 인출 설치되는 것을 특징으로 하는 크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 굴진기.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 터널 굴진기에 관한 것이며, 특히, 전방에서 굴착작업을 실시하는 면판부가 회전함에 따라 굴진기 몸[0010]
체도 회전하려는 롤링현상을 방지하고 그 내부에 유입되는 토사의 잼밍(jamming)을 효율적으로 처리하도록, 면
판부의 후방에 위치한 크러셔부들이 상호 다른 방향으로 회전되게 구성되는 터널 굴진기에 관한 것이다.
터널 굴착작업은 지하에 관로를 설치하기 위해서 실시되는데, 이런 터널 굴착작업에는 도로교통과 주거환경이[0011]
악화되는 것을 방지하도록 비개착공법에 의한 터널 굴진기가 사용된다.
도 1은 종래기술에 따른 터널 굴진기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 터널 굴진기의 내부를 개략적으로 나[0012]
타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 터널 굴진기(100)는 토사와 암반을 굴착하도록 롤러 커터[0013]
(111 ; roller cutter)와 메인 비트(112 ; main bit)가 부착된 면판부(110) 및, 그 내부에 상기 면판부(110)를
회전시키며, 굴착된 토사와 암반을 처리하기 위한 구성요소가 설치되는 원통형의 전후방 몸체(120, 130)로 구성
된다.
터널 굴진기(100)의 면판부(110)는 굴착하고자 하는 방향의 전면에 위치하여, 롤러 커터(111)와 메인 비트(11[0014]
2)가 토사와 암반을 굴착하게 된다. 이 때, 면판부(110)의 중심 부위에는 개구부(113)가 형성되어, 이런 개구
부(113)를 통해 굴착된 암반과 토사가 터널 굴진기(100)의 내부로 유입된다.
면판부(110)에는 전방 몸체(120)의 내부에 위치하는 제1 크러셔(114)가 연결된다. 이런 제1 크러셔(114)는 나[0015]
팔관과 같이 점차적으로 넓어지는 중공관 형상으로 그 후단이 기어박스(116)에 지지 결합되고, 그 선단이 면판
부(110)의 외주연에 연결된다. 그러면, 제1 크러셔(114)는 기어박스(116)에 연결된 제1 모터(117)의 작동에 따
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라 일측방향으로 회전하게 되며, 면판부(110)도 일체로 회전하게 된다.
또한, 제1 크러셔(114)의 중공 내측에는 제2 크러셔(121)가 전방 몸체(120)의 지지 브라켓(122)에 고정된 상태[0016]
로 설치되는데, 이런 제2 크러셔(121)는 그 외주면이 경사지게 형성된다. 이와 같은 구성으로 제1 크러셔(11
4)의 내주면과 제2 크러셔(121)의 외주면 사이의 제2 파쇄공간(119)은 전방 몸체(120)의 후방으로 진행할수록
그 공간이 좁아지게 된다. 그러면, 터널 굴진기(100)는 면판부(110)의 개구부(113)를 통해 제1 파쇄공간(118)
으로 유입된 토사와 암반이 제2 파쇄공간(119)으로 진입되면서 점차적으로 작은 크기로 파쇄된다.
그리고, 후방 몸체(130)의 내부에는 터널 굴진기(100)의 진행방향을 수정하기 위한 잭과, 이런 잭을 구동하기[0017]
위한 솔레노이드 밸브(131)와 유압기기(132)가 설치된다.
또한, 터널 굴진기(100)에는 송니배관(128)과 배니배관(129)이 설치된다. 송니배관(128)은 외부에서 공급되는[0018]
수류를 제1 파쇄공간(118)으로 배출하여, 굴착된 토사와 암반이 수류와 혼합되도록 한다. 그리고, 배니배관
(129)은 제2 파쇄공간(119)의 후방에 위치하여, 파쇄된 토사와 암반을 배출한다.
상기와 같이 구성된 터널 굴진기(100)에는 단단한 지반을 굴착하는 경우에 면판부(110)가 원활하게 회전하지 못[0019]
하여, 면판부(110)를 지지하는 전방 몸체(120)와 후방 몸체(130)로 토크 회전력이 전달되어, 전방 몸체(120)와
후방 몸체(130)가 회전하려는 롤링현상이 발생된다. 하지만, 터널 굴진기(100)는 전방 몸체(120)와 후방 몸체
(130)가 굴착면에 접촉하면서 저항하기 때문에, 상기와 같은 롤링현상이 발생하더라도 굴착면과의 마찰력에 의
해 일반적으로 회전되지 않는다.
하지만, 터널 굴진기(100)가 암반과 같이 보다 단단한 지반을 굴착하는 경우에는 전방 몸체(120)와 후방 몸체[0020]
(130)에 보다 큰 토크 회전력이 전달되어, 과도한 롤링현상이 발생된다. 이와 같은 과도한 롤링 현상으로
인해, 터널 굴진기(100)는 굴착하고자 하는 방향과 다르게 진행되며, 지상장치에 연결되는 여러 가지 배선과 배
관이 손상된다.
그래서, 종래에는 카메라와 각종 센서로 롤링발생을 감지하여, 롤링현상의 발생시 면판부(110)를 정지시키거나[0021]
반대방향으로 회전시켰다. 하지만, 이런 터널 굴진기(100)의 롤링방지방법은 작업의 효율성을 저하시키기 때문
에, 널리 사용되지 않고 있다.
또한, 종래에는 상기 롤링현상을 방지하기 위해 대한민국 공개특허 제2002-0055222호에 기술된 바와 같이, 롤링[0022]
발생시 터널 굴진기(100)의 내부에 구비된 롤링방지장치를 굴착면에 돌출시켜, 터널 굴진기(100)의 몸체가 회전
되지 못하게 지지하였다. 하지만, 상기 대한민국 공개특허 제2002-0055222호에 기술된 롤링방지장치를 구비한
터널 굴진기는 굴착면에 장애물이 있는 경우에 굴착작업을 방해하는 요소로 작용될 수 있으며, 굴착면을 손상시
킬 수도 있는 문제점이 있다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 면판부에 연결된 제[0023]
1 크러셔를 일측방향으로 회전시키고, 제1 크러셔의 내측에 위치하는 제2 크러셔를 다른 방향으로 회전시키도록
구성함으로써, 면판부에서 굴착된 토사와 암반이 다량으로 유입되더라도 효율적으로 파쇄할 수 있으며, 면판부
에 작용되는 과도한 토크로 인해 롤링현상이 발생되더라도 상기 토크의 회전력이 상쇄되도록 크러셔들이 상호
다른 방향으로 회전되는 터널 굴진기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
발명의 구성 및 작용
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 굴진기는 토사와 암반이 굴착되도록 커터와[0024]
비트가 설치되는 면판부와, 상기 면판부의 후방에서 상기 면판부가 회전되도록 지지 연결되는 몸체를 포함한다.
그리고, 본 발명은 상기 면판부의 후방 외주연에 연결되며, 중공형상으로 내부에 파쇄공간이 형성되고, 제1 모
터의 작동에 따라 일측방향으로 회전되는 제1 크러셔와; 상기 제1 크러셔의 내부에 설치되며, 그 후단이 회전
가능하게 상기 몸체에 지지되고, 제2 모터의 작동에 따라 상기 제1 크러셔가 회전되는 반대 방향으로 회전되도
록 설정되는 제2 크러셔를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 본 발명에 따른 크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 터널 굴진기의 양호한 실시예를 첨부한 도[0025]
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면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터널 굴진기의 내부를 개략적으로 나타낸 도면이다. [0026]
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 터널 굴진기(200)는 면판부(210)에 연결된 제1 크러셔(214)가 일측방향으[0027]
로 회전되고, 제1 크러셔(214)의 내측에 위치하는 제2 크러셔(221)가 다른 방향으로 회전되도록 구성됨으로써,
면판부(210)에서 굴착된 토사와 암반이 그 내부에 위치하는 제1 파쇄공간(118)으로 다량 유입되더라도 효율적으
로 파쇄 처리되며, 면판부(210)에 작용되는 과도한 토크로 인해 롤링현상이 발생되더라도 상기 제1, 제2 크러셔
(214, 221)가 상호 반대방향으로 회전됨으로써 상기 토크 회전력이 상쇄된다.
본 발명의 터널 굴진기(200)에는 터널을 굴착하는 면판부(210)가 설치되는데, 이런 면판부(210)에는 지하의 토[0028]
사와 암반을 파쇄시키는 롤러 커터(211)와 메인 비트(212)가 설치된다. 그리고, 면판부(210)에는 파쇄된 토사
와 암반이 터널 굴진기(200)의 내부로 유입 처리되도록, 개구부가 형성된다.
그리고, 면판부(210)의 후방에는 면판부(210)를 작동시키고, 굴착된 토사와 암반을 처리하는 여러 구성요소들이[0029]
설치되는 전방 몸체(220)와 후방 몸체(230)가 순차적으로 설치된다.
그리고, 면판부(210)의 후방 외주연에는 나팔관과 같은 중공 형상으로 후방으로 진행할수록 그 직경이 작아지는[0030]
제1 크러셔(214)가 결합된다. 이런 제1 크러셔(214)는 그 후단이 제1 기어박스(216)에 결합되며, 제1 모터
(217)의 작동에 따라 일측방향으로 회전된다. 이 때, 제1 크러셔(214)는 제1 기어박스(216)에 의해 변속될 수
있으며, 필요에 따라 다른 방향으로 역회전될 수도 있다. 그리고, 제1 크러셔(214)는 제1 파쇄공간(218)으로
유입되는 토사와 암반을 보다 작은 크기로 파쇄시키도록, 그 내부면이 파쇄날로 형성된다.
또한, 제1 크러셔(214)의 내부에는 제2 크러셔(221)가 삽입 설치된다. 이런 제2 크러셔(221)는 그 선단의 외면[0031]
에 파쇄날이 형성되고, 그 후단이 제2 기어박스(226)에 연결된다. 이 때, 제2 기어박스(226)에는 순차적으로
감속기와 제2 모터(227)가 결합되며, 제2 크러셔(221)는 제2 모터(227)의 작동에 따라 상기 제1 크러셔(214)와
다른 방향으로 회전되도록 설정된다. 이 때, 제1, 제2 모터(217, 227)는 전방 몸체(220)의 내부에 고정된 지지
브라켓(222)에 각각 지지 고정된다.
이와 같은 구성으로 본 발명의 터널 굴진기(200)에는 면판부(210)와 제1 크러셔(214) 사이에 제1 파쇄공간(21[0032]
8)이 형성되며, 이런 제1 파쇄공간(218)에는 면판부(210)에서 굴착된 토사와 암반이 유입된다. 또한, 제1 파쇄
공간(218)은 제1, 제2 크러셔(214, 221) 사이의 내측으로 진행할수록, 점차적으로 공간이 좁아진다. 그리고,
제1 파쇄공간(218)의 토사와 암반은 각각 회전하는 제1, 제2 크러셔(214, 221)에 마찰하면서, 제1, 제2 크러셔
(214, 221)의 내측에 위치하는 제2 파쇄공간(219)으로 이동된다.
그리고, 제2 크러셔(221)에는 지지 브라켓(222)에 지지되는 송니배관(228)이 설치되는데, 송니배관(228)은 회전[0033]
하는 제2 크러셔(221)에 방해가 되지 않도록 그 내부 중심에서 베어링 결합된다. 이런 송니배관(228)은 제2 크
러셔(221)의 선단에 일부가 돌출되어, 외부에서 공급되는 수류를 제1 파쇄공간(218)에 공급한다.
그러면, 제1 파쇄공간(218)에 공급된 수류는 터널 굴진기(200)에 유입된 토사와 암반과 섞여지고, 이렇게 혼합[0034]
된 토사와 암반은 제1 파쇄공간(218)에서 제2 파쇄공간(219)으로 유입되는 과정에서 제1, 제2 크러셔(214, 22
1)에 마찰하면서 보다 작은 크기로 용이하게 파쇄된다. 특히, 본 발명의 터널 굴진기(200)는 종래와 달리 제2
크러셔(221)가 고정되지 않고 회전된다. 이로 인해, 본 발명은 제1 파쇄공간(218)으로 토사와 암반이 과도하게
유입되어, 잼밍(jamming)현상이 발생되더라도, 제2 크러셔(221)가 제1 크러셔(214)의 회전 반대방향으로 회전됨
으로써, 종래에 비해 토사와 암반이 보다 효율적으로 파쇄된다.
또한, 본 발명의 터널 굴진기(200)는 원활한 회전을 위해 제1, 제2 크러셔(214, 221) 사이에 베어링이 설치되는[0035]
데, 이런 베어링에는 파쇄된 토사와 암반을 외부로 배출시키도록 배니배관(229)이 제2 파쇄공간(219)에 연결되
게 설치된다.
그리고, 터널 굴진기(200)의 후방 몸체(230)에는 그 내부에 터널 굴진기(200)의 진행방향을 수정하는 방향수정[0036]
잭(도시 안됨)이 설치되며, 이런 방향수정 잭에 유압을 제공하는 솔레노이드 밸브(131)와 유압기기(132)가 설치
된다.
아래에서는 상기와 같은 본 발명에 따른 크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 터널 굴진기의 작동관계에 대[0037]
해 설명하겠다.
터널 굴진기(200)는 지하에서 추진잭(도시안됨)에 의해 굴진방향으로 추진관(도시안됨)과 함께 추진된다. 그러[0038]
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면, 터널 굴진기(200)는 제1 모터(217)의 작동에 따라 면판부(210)가 회전하면서, 토사와 암반을 굴착한다. 이
렇게 굴착된 토사와 암반은 면판부(210)의 개구부(113)를 통해 제1 파쇄공간(218)으로 밀려서 유입된다.
그리고, 제1 파쇄공간(218)에 유입된 토사와 암반은 점점 좁아지는 공간인 제1, 제2 크러셔(214, 221)의 사이에[0039]
서 보다 작은 크기로 파쇄된다. 즉, 제1 크러셔(214)는 면판부(210)와 같은 일측방향으로 회전되며, 제2 크러
셔(221)는 제2 모터(227)의 작동에 따라 상기 면판부(210)와 다른 방향으로 회전된다. 이 때, 본 발명은 종래
와 달리 제2 크러셔(221)가 회전함으로 제2 크러셔(221)의 회전에 영향이 없도록, 송니배관(228)이 제2 크러셔
(221)의 내부 중심에 위치한다. 그리고, 본 발명은 배니배관(229)이 제1, 제2 크러셔(214, 221)의 사이의 베어
링에 형성되어, 제2 파쇄공간(219)의 파쇄된 토사와 암반을 외부로 배출한다.
즉, 본 발명은 상기와 같이 제2 크러셔(221)가 회전되기 때문에, 종래에 비해 토사와 암반을 보다 효율적으로[0040]
파쇄시켜 제1 파쇄공간(218)의 잼밍현상을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 면판부(210)가 원활하게 회전되지
못하여, 전후방 몸체(220, 230)에 토크 회전력이 전달되어 롤링현상이 발생될 수도 있다. 그러면, 본 발명은
상기와 같이 제2 크러셔(221)가 면판부(210)의 회전 반대방향으로 회전함으로써, 면판부(210)에 작용하는 토크
회전력을 상쇄시켜 롤링현상을 억제한다.
발명의 효과
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 터널 굴진기는 면판부에 연결된 제1 크러셔를 일측방향으로 회전시키[0041]
고, 제1 크러셔의 내측에 위치하는 제2 크러셔를 다른 방향으로 회전시키도록 구성함으로써, 면판부에서 굴착된
토사와 암반이 내부에 다량으로 유입되더라도 효율적으로 파쇄하며, 면판부에 작용되는 과도한 토크로 인해 몸
체가 회전하려는 롤링현상도 억제할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 크러셔들이 상호 다른 방향으로 회전되는 터널 굴진기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께[0042]
서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니
다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위
내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래기술에 따른 터널 굴진기의 사시도이고,[0001]
도 2는 도 1에 도시된 터널 굴진기의 내부를 개략적으로 나타낸 도면이고,[0002]
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터널 굴진기의 내부를 개략적으로 나타낸 도면이다. [0003]
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠[0004]
100, 200 : 터널 굴진기 110, 210 : 면판부[0005]
120, 220 : 전방 몸체 130, 230 : 후방 몸체[0006]
114, 214 : 제1 크러셔 117, 217 : 제1 모터[0007]
121, 221 : 제2 크러셔 227 : 제2 모터[0008]
128, 228 : 송니배관 129, 229 : 배니배관[0009]
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도면
도면1
도면2
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도면3
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