소음 저감형 지하 천공용 함마드릴{NO NOISE DRILLING MACHINE}
본 발명은 연약지반 보강용 파일설치를 위한 지하 천공용 함마드릴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공압에 의해 피스톤이 상하로 왕복운동하면서 함마비트를 항타할 때 피스톤과 함마비트 사이에 에어 압축실을 마련하여 압축실에서 압축되는 에어의 압축력으로 함마비트를 타격함으로써 굴착소음을 획기적으로 저감시킬 수 있고, 강력한 굴착성능을 유지할 수 있는 소음 저감형 지하 천공용 함마드릴에 관한 것이다.
일반적으로, 건축 공사작업시 연약지반을 보강하기 위해 연약지반에 강관 파일이나 혹은 콘크리트 파일을 타설하여 연약지반을 보강하는 것이 일반적이다 연약지반에 연약지반 보강용 파일들을 타설하는 방식은 과거에는 파일을 수직하게 세운 뒤 세워진 파일의 상부를 항타기로 타격하여 파일을 땅속에 직접 타설하였으나, 항타에 의한 파일시공방식은 충격 소음이 매우 크기 때문에 소음공해로 인해 도심지역이나 주거지역에서는 빈번한 민원발생으로 사용이 어려워지면서 최근에는 지하를 천공한 후 천공한 구멍속으로 파일을 삽입하거나 철골과 콘크리트 몰탈을 타설하여 연약지반을 보강하는 방식으로 대치되고 있다. 파일을 삽입하기 위해 지하를 천공할 때 사용되는 함마드릴은 스크류형 굴착기와 함마형 굴착기로 구분할 수 있는데, 스크류형 굴착기는 소음이 거의 발생되지 않는 장점이 있으나, 암반은 천공하기 어려운 단점이 있다. 반면에 함마형 굴삭기는 강력한 힘과 암반도 파쇄할 수 있는 특수 다이야몬드 공구가 부착되어 암반층도 손쉽게 굴착할 수 있는 장점이 있으나 굴착소음이 매우 큰 단점이 있다. 함마형 함마드릴의 일 예로서는 등록실용신안 제20-0348757호(200. 4. 14) 해머함마비트 피스톤 역동작 방지장치와 등록실용신안 제20-043274호 방향 전환밸브가 없는 공기압 함마와 함마비트 및 공개실용신안공보 제20-2008-0004299호(2008. 10. 2) 중 굴착형 공기압 함마 등을 참조해 볼 수 있다. 전술한 종래의 공기압 함마 함마드릴은 함마드릴의 하단에 장착된 다이야몬드 공구가 부착된 함마비트를 공압에 의해 승하강되는 피스톤으로 타격하고 동시에 오거드라이버에서 제공되는 회전력으로 함마드릴을 회전시키면서 굴착작업을 수행한다. 그러나 전술한 바와 같이 함마형 함마드릴은 강력한 굴착성능에도 불구하고 작업소음이 지나치게 크기 때문에 이 문제를 보완하기 위해 함마비트를 여러개로 분할하여 굴착소음을 저감시키는 방법이 시도되기도 하였으나 함마비트를 분할함으로써 굴착소음은 저감할 수 있었으나 굴착성능이 현저히 떨어지고 굴착작업시간이 지연되는 문제가 있어 실질적으로 현장에서는 활용되지 못하고 있다.
본 발명은 지하를 굴착하는 함마드릴에 있어 공압에 의해 피스톤이 상하로 왕복운동을 하면서 함마비트를 항타함에 있어 피스톤과 함마비트 사이에 에어 압축실을 마련하여 압축실속에서 압축된 에어의 압축력에 의해 함마비트를 항타하도록 함으로써 굴착소음을 획기적으로 저감시킬 수 있고, 강력한 굴착성능을 유지할 수 있는 소음 저감형 지하 천공용 함마드릴을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 소음 저감형 지하 천공용 함마드릴의 구현수단은, 공압에 의해 상하로 왕복운동하면서 함마비트을 가격하는 피스톤을 구비하는 지하 굴착용 함마드릴에 있어서, 함마비트와 피스톤이 접하는 부위에 압축실을 갖추어 피스톤이 함마비트를 가격할 때 압축실내에서 압축된 공압으로 함마비트를 항타함으로써 함마드릴의 운전소음을 획기적으로 저감시킬 수 있는 소음저감형 지하 굴착용 함마드릴을 통해 달성될 수 있다. 본 발명의 함마비트의 상측과 피스톤의 하단면에 압축실을 형성하는 공간을 마련함으로써 구현할 수 있다. 압축실은 피스톤이 승하강될 수 있는 직경을 지니는 외측 실린더를 함마비트의 상단둘레에 마련하고, 함마비트의 내경에는 압축된 에어가 함마비트의 내경을 통해 누기되지 않도록 내측 실린더를 마련하여 구현할 수 있다. 압축실의 다른 변형예로서는 피스톤의 하단부와 함마비트의 상단부에 각각 일정한 공간을 지니는 공간부를 마련하여 피스톤과 함마비트가 근접되었을 때 양 공간부가 합체되면서 소정 공간을 지닌 압축실을 마련함으로써 구현할 수도 있다.
본 발명은 피스톤의 하단부와 함마비트의 상단부가 근접되었을 때 압축실내에서 압축되는 공압에 의해 피스톤의 작동압이 공압에 의해 피스톤에 전달되므로 함마비트의 상단에 가해지는 충격에너지는 피스톤에 의해 직접적으로 전달되지 않고 압축된 공압에 의해 가격되어짐으로써 굴착작업시 발생되는 운전소음을 현저하게 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 함마비트는 공압에 의한 타격을 통해 암반을 굴착하게 되므로 굴착작업에 따른 소음을 획기적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 굴착성능을 확보할 수 있기 때문에 도심지역이나 혹은 주거지역의 굴착작업에 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 함마드릴의 작동 전 상태를 예시한 함마드릴의 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 함마드릴에 에어가 유입되는 상태를 예시한 함마드릴의 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 함마드릴의 피스톤 하강동작을 예시한 함마드릴의 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 함마드릴의 피스톤 하강동작을 예시한 함마드릴의 종단면도,
도 5는 본 발명에 따른 함마드릴의 피스톤이 압축실속으로 진입하는 상태를 예시한 함마드릴의 종단면도,
도 6은 본 발명에 따른 함마드릴의 피스톤이 압축실을 압축한 상태를 예시한 함마드릴의 종단면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 지하 굴착용 함마드릴에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 6은 지하 굴착용 함마드릴을 예시한 요부단면도로서, 운전시 함마드릴의 작동상태를 순차적으로 도시한 함마드릴 종단면도이다. 먼저, 함마드릴(100)은 탑서브(10)를 통해 오거드라이버(도면에는 미도시)과 연결되어 지면위에 수직하게 세워진 상태로 지지된다. 함마드릴(100)은 탑서브(10)의 내부에 마련된 에어유입구멍(11)을 통해 그 내부로 공압이 유입되고 오거드라이버에서 제공되는 회전력에 의해 회전된다. 에어유입구멍(11)으로 유입되는 고압의 공압은 도 2의 A에 도시된 바와 같이 체크밸브(21)를 압력에 의해 강제로 개방하면서 에어밸브(20)에 마련된 에어분배공(22)과 유도통로(23)를 경유하여 아웃터 슬리브(30)와 인너슬리브(31)의 외경사이로 진입하여 작동실(24)의 내부 압력을 순간적으로 상승시킨다. 아웃터 슬리브(30)와 인너슬리브(31)사이 즉, 작동실(24)의 압력이 순간적으로 상승하면 도 3에 도시된 바와 같이 압력상승에 의해 체크밸브(21)가 에어유입구멍(11)을 폐쇄시키고, 피스톤(40)이 아웃터 슬리브(30)의 상측으로 이동하면서 피스톤(40)이 함마비트(50)의 상측으로 분리된다. 그리고 피스톤(40)의 상승에 의해 노출되어지는 함마비트(50)의 에어배기구멍(51)을 통해 에어가 배기된다. 또한 피스톤(40)이 상승하면, 도 3의 C에 도시된 바와 같이 피스톤(40)의 외경에 마련된 실링돌기(42)가 아웃터 슬리브(30)의 내경에 접해지면서 작동실(24)은 에어유입구멍(11)으로 유입되는 에어에 의해 피스톤(40)이 순간적으로 하강하게 된다. 전술한 바와 같이 피스톤(40)의 승하강 운동에 의해 함마비트(50)의 상단부를 가격하게 된다. 그에 따른 구체적인 구성을 설명한다. 도 5의 E에 도시된 바와 같이 피스톤(40)의 하단부가 압축실(52)속으로 진입하면서 압축실(52)내의 에어를 압축시키게 된다. 압축실(52)은 함마비트(50)와 피스톤(40)이 접하는 아웃터 슬리브(30)의 내경에 상기 피스톤(40)의 외경이 삽입되는 내경을 지니고 소정높이를 지니는 외측 실린더(54a)와 상기 함마비트(50)의 에어배기구멍(51)의 상단부에 피스톤(40)의 내경속으로 삽입되는 외경을 지니는 내측 실린더(54b)로 구성되어 있다. 외측실린더(54a)는 외경이 아웃터 슬리브(30)의 내경과 유사한 직경을 지니고 상기 아웃터 슬리브(30)의 내부에 삽입되어 조립되어 있으며, 도 4의 D에 도시된 바와 같이 아웃터 슬리브(30)의 내경사이에 원주방향으로 일정간격으로 배치된 에어 누기용 홈(53)이 마련되어 있다. 에어 누기용 홈(53)은 원주면에 드라이브서브(57)의 원주면에 마련된 에어통로(56)와 연결되는 구멍(54c)을 갖추고 있어 피스톤(40)이 압축실(52)속으로 진입하기 전에는 하강하는 피스톤(40)에 의해 함마비트(50)의 상부주변에 존재하는 에어는 에어배기구멍(51)을 통해 배기되고, 피스톤(40)이 압축실(52)속으로 진입하면 피스톤의 둘레에 존재하는 에어는 에어 누기용 홈(53)과 구멍(54c) 및 에어통로(56)을 통해 배기되면서 함마비트(50)를 냉각시킨다. 에어통로(56)는 드라이브서브(57)의 원주면에 일정간격으로 축선방향으로 배치된 홈으로 소량의 에어를 배기시킨다. 상기한 내측 실린더(54b)는 피스톤(40)이 압축실(52)로 진입하는 과정에 압축실(52)에서 압축되는 에어가 에어배기구멍(51)으로 누기되지 않도록 하고, 피스톤(40)을 함마비트(50)위에 정위치되도록 정렬시키는 가이드작용을 제공한다. 또한 함마비트(50)의 상단부 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 압축실(52)의 바닥면에 신축력을 지니는 고탄성 고무재와 같은 완충부재(55)를 배치하여 피스톤(40)이 하사점에 도달하였을 때 함마비트에 충돌하는 충돌압력을 완충시키는 것이 바람직하다. 피스톤(40)이 압축실(52)속으로 진입하여 피스톤의 하사지점에 완충부재(55)를 배치하여 압축력이 최대로 증가한 상태에서 피스톤의 저면이 완충부재의 상단부에 접하도록 압축실(52)의 높이를 설계하는 것이 바람직하다. 이는 피스톤(40)의 충격에 의해 완충부재(55)가 파손되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 에어의 압축력을 가장 크게 확보함으로써 함마비트(50)의 굴착성능을 극대화하는데 유익하고, 또한 항타소음을 보다 더 저감시키는데 유용하기 때문이다. 이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 소음 저감형 지하 천공용 함마형 함마드릴은 피스톤에 의해 압축되는 에어 압축력으로 함마비트를 항타함으로 굴착소음을 혁신적으로 대폭 줄일 수 있다.
10: 탑서브 11: 에어유입구멍
21: 체크밸브 20: 에어밸브
22: 에어분배공 23: 유도통로
24: 작동실 30: 아웃터 슬리브
31: 인너슬리브 40: 피스톤
42: 실링돌기 50: 함마비트
51: 에어배기구멍 52: 압축실
53: 에어 누기용 홈 54a: 외측 실린더
54b: 내측 실린더 54c: 구멍
55: 완충부재 56: 에어통로
57: 드라이브 서브 100: 함마드릴 |
