유압구동식 자동수문의 기계적 잠금장치

유압구동식 자동수문의 기계적 잠금장치 {a mechanical locking device for hydraulic water gate}

도1은 유압식 자동수문 입체도 이다.

도2는 수문지지대에 투영된 수문 및 수문구동실린더 배치 상태 이다.

도3은 기존 유압식 자동수문의 유압회로 이다.

도4는 수문지지대에 형성된 안내홈 및 잠금홈 이다.

도5는 수문이 닫힌 순간 상태 이다.

도6은 수문이 닫힌 상태에서 잠긴 상태 이다.

도7은 수문옆 단면의 수문관통홈에서의 수문열린상태잠금홈 각도(

도8은 수문닫힌상태 잠금장치 작동시 수문에서의 수문구동핀의 위치 이다.

도9는 수문닫힌상태 잠금장치 작동시 수문지지대에서의 수문구동핀의 위치 이다.

도10은 수문이 완전 열린 순간 상태 이다.

도11은 수문이 완전 열린 상태에서 잠긴 상태 이다.

도12는 수문 열린 상태 잠금장치 작동시 수문에서의 수문구동핀의 위치 이다.

도13은 수문 열린 상태 잠금장치 작동시 수문지지대에서의 수문구동핀의 위치 이 다.

본 고안은 하천의 유압식 자동수문에 관한 것이다. 자동수문의 기능은 하천의 수위조절로서 수위감지장치가 설치되어 있어 하천의 물높이가 일정수위에 이르면 수문이 열리고 일정수위 아래로 떨어지면 수문이 닫히도록 되어있다. 수문의 운용상 수문을 완전 열린 상태 또는 닫힌 상태로 장기간 동안 유지시켜야 할 경우가 종종 있다. 이 경우 종래의 유압식 자동수문은 유압동력유닛(11) 위에 파일롯작동 체크밸브(10)를 설치하여 파일롯작동 체크밸브로부터 수문구동실린더(2)까지 사이의 기름 흐름을 차단하므로서 수문구동실린더의 드리프트현상을 차단하여 수문(4)이 특정위치에서 정지상태로 유지되도록 하였다. 이 과정에서 파일롯작동 체크밸브(10)와 수문구동실린더(2) 사이의 기름이 고압상태(100 bar 이상)로 유지되므로 유압시스템에 항상 부하가 걸려있어 피로현상에 의해 유압시스템의 수명이 짧아지게 된다.

위와 같은 파일롯작동 체크밸브(10) 사용시의 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 수문의 기계적 잠금장치를 고안하게 되었다. 본 장치는 종래 유압식 자동수문의 수문지지대(3) 옆면에 홈(12,13,14)을 설치한다. 수문(4)이 완전히 열리 면 수문구동핀(6)을 수문열린상태잠금홈(13)에 걸치게 하여 수문이 완전 열린 위치에서 기계적으로 잠기도록 한다. 수문(4)이 완전히 닫히면 수문구동핀(6)을 수문닫힌상태잠금홈(14)에 걸치게 하여 수문이 완전 닫힌 위치에서 기계적으로 잠기도록 한다. 이와 같이 수문을 완전 열린 위치 또는 닫힌 위치에서 기계적으로 잠글 수 있게 되므로서 유압시스템내의 기름은 고압상태로 유지되지 않으므로 유압시스템의 수명이 늘어나게 된다.

기존의 유압식 자동수문은 도1,2와 같이 구성되어 있다. 수문(4)은 수문회전축(5)을 중심으로 회전하도록 되어있다. 수문구동핀(6)에는 수문구동실린더(2)의 롯드 끝단이 연결되어있어 수문구동실린더가 후진하면 수문이 상승하여 열리고 수문구동실린더가 전진하면 수문이 하강하여 닫히게 되어있다. 이때 수문구동핀(6)은 원호궤적(7)을 그리게 된다.

기존의 유압식 자동수문의 유압회로는 도3과 같이 수문(4) 1개를 구동하기 위하여 수문 양쪽에 각각 1개씩 모두 2개의 수문구동실린더(2)를 사용한다. 수문의 움직임 속도를 제어하기 위하여 미터아웃속도제어(8)를 하고 있으며 방향제어밸브는 4포트 3위치 솔레노이드밸브(9)를 사용하고 있다. 수문을 한 위치에 장기간 고정시키기 위하여 파일롯작동 체크밸브(10)를 사용하여 수문구동실린더로부터 밀려나오는 기름을 차단시켜 수문구동실린더의 움직임을 막는다. 현재 하천현장에 수문시스템이 설치될 때의 상태를 보면 파일롯작동 체크밸브(10)는 유압동력유닛(11) 위에 설치되어 있고 여기서부터 수문구동실린더까지는 약 50 m 이상의 유압호스로 연결되어 있다. 결과적으로 유압시스템에 항상 고압(100 bar 정도)의 기름이 유지되므로 시스템에 기계적 피로현상이 발생하게 되며 수문시스템의 수명을 단축시키게 된다.

따라서 본 고안에서는 기존의 수문지지대(3) 옆면에 도4와 같이 홈(12,13,14)을 만들어 최상단의 수문열린상태잠금홈(13) 또는 최하단의 수문닫힌상태잠금홈(14)에 수문구동핀(6)을 기계적으로 걸치게 하므로서 유압에 의존하지 않고도 수문을 완전 열린 또는 닫힌상태로 무제한 기간동안 유지할 수 있다. 즉 기계적 잠금장치를 사용하므로서 유압시스템에는 부하가 걸리지 않아 피로손상의 문제가 생기지 않는다.

● 수문 최대 열린 상태에서 잠금원리

수문지지대(3) 옆면에 원호형태의 수문구동핀안내홈(12)을 만든다. 수문구동핀안내홈(12)의 최상단에는 도5와 같이 수문중심선과 γ의 각도를 갖는 짧은 직선형태 수문열린상태잠금홈(13)을 만든다. 수문구동실린더(2)가 후진하면 수문구동핀(6)은 수문구동핀안내홈(12)을 따라 상승하며 수문구동핀안내홈(12)의 최상단에 이르러 수문은 정지한다. 이때 수문구동실린더(2)가 후진을 더하면 수문구동핀(6)은 직선형태의 수문열린상태잠금홈(13)에 당겨져 들어가며 이 홈의 끝까지 당겨져 들어가면 수문구동실린더(2)는 후진을 멈추며 수문(4)은 기계적으로 잠금상태에 놓이게 된다.

● 수문 닫힌 상태에서 잠금원리

수문지지대(3) 옆면에 원호형태의 수문구동핀안내홈(12)을 만든다. 수문구동핀안내 홈(12)의 최하단에는 도5와 같이 수문중심선과 β의 각도를 갖는 짧은 직선형태 수문닫힌상태잠금홈(14)을 만든다. 수문구동실린더(2)가 전진하면 수문구동핀(6)은 수문구동핀안내홈(12)을 따라 하강하며 수문끝단이 수문밑면(15)에 닿으면 수문은 정지한다. 이때 수문구동핀(6)은 수문구동핀안내홈(12)의 끝에 위치한다. 이때 수문구동실린더(2)가 전진을 더하면 수문구동핀(6)은 직선형태의 수문닫힌상태잠금홈(14)으로 밀려 들어가며 이 홈의 끝까지 밀려 들어가면 수문구동실린더(2)는 전진을 멈추며 수문(4)은 기계적으로 잠금상태에 놓이게 된다.

● 수문 관통홈의 형상 및 수문구동핀의 움직임

수문(4)에는 도7과 같이 수문의 폭길이 방향으로 관통하는 수문관통홈(16)을 만든다. 수문관통홈(16)은 수문중심선과 β 및 γ의 각도를 갖도록 만든다.

수문구동핀(6)은 수문관통홈(16)속에서 미끄럼움직임을 한다. 수문(4)이 완전 열려있는 상태에서 수문구동실린더(2)가 후진을 계속하면 도8과 같이 수문구동핀(6)이 수문관통홈(16)의 뒤쪽 끝에 위치하게 되며 동시에 수문열린상태잠금홈(13)의 뒤쪽 끝에 위치하게 되며 따라서 수문구동실린더(2)는 후진을 멈추게 된다. 수문(4)의 무게는 수문구동핀(6)을 거쳐 수문열린상태잠금홈(13)에서 받처지게 된다. 따라서 수문의 완전 열린 상태에서의 잠금이 기계적으로 이루어진다.

수문(4)이 닫혀있는 상태에서 수문구동실린더(2)가 전진을 계속하면 도8과 같이 수문구동핀(6)이 수문관통홈(16)의 앞쪽 끝에 위치하게 되며 동시에 수문닫힌상태잠금홈(14)의 앞쪽 끝에 위치하게 되며 따라서 수문구동실린더(2)는 전진을 멈추게 된다. 수압에 의해 수문(4)을 열려는 힘은 수문구동핀(6)을 거쳐 수문닫힌상태잠금홈(14)에서 받처지게 된다. 따라서 수문의 닫힌상태에서의 잠금이 기계적으로 이루어진다.

● 수문구동핀

수문구동핀(6)은 도2와 같이 수문구동실린더(2)의 롯드 끝단과 연결된다. 수문구동핀(6)의 외부는 구름베어링으로 구성된다. 실린더전진(수문하강닫힘)시에는 베어링 외부면이 수문구동핀안내홈(12)의 앞면 윤곽을 따라 구름접촉하며 움직이다. 실린더후진(수문상승열림)시에는 베어링 외부면이 수문구동핀안내홈(12)의 뒷면 윤곽을 따라 구름접촉하며 움직인다.

본 고안에서는 기존의 수문지지대(3)에 수문구동핀안내홈(12)을 만들어 최상단의 수문열린상태잠금홈(13) 또는 최하단의 수문닫힌상태잠금홈(14)에 수문구동핀(6)을 기계적으로 걸치게 하므로서 유압에 의존하지 않고도 수문을 완전 열린 또는 닫힌 상태로 무제한 기간동안 유지할 수 있다. 즉 기계적 잠금장치를 사용하므로서 유압시스템에는 부하가 걸리지 않아 피로손상의 문제가 생기지 않는다.