[논문]삽입재 크기에 따른 코니컬 커터의 현장 내구성 평가 연구

최순욱

doi:10.9711/ktaj.2019.21.1.049

삽입재 크기에 따른 코니컬 커터의 현장 내구성 평가 연구
Durability evaluation depending on the insert size of conical Picks by the field test 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.21 no.1, 2019년, pp.49 - 59

초록
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본 연구는 로터리드럼커터에 적용된 두 종류의 코니컬 픽커터에 대한 현장시험을 통해 시험 전과 후의 육안조사와 중량감소 및 마모부피를 측정하여 코니컬 픽커터의 내구성을 비교 분석하였다. 육안조사를 통해 슬림 타입 코니컬 픽커터에서만 총 9개의 삽입재 손실이 나타남을 확인하였고 삽입재 보호를 위해 두부의 두께가 중요함을 알 수 있었다. 시험 전과 후의 픽커터의 중량손실과 마모부피는 헤비타입이 슬림타입에 비해 반이하로 작게 나타나 경암반에서 헤비타입이 더 유용함을 확인할 수 있었다. 픽커터의 마모손실을 판단할 때, 중량측정과 마모부피 측정결과의 상호 비교는 재료의 단위중량과 굴착에 의한 스폴링에 의해 차이가 나타날 수 있으므로 주의해야 할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the durability of conical pick cutter was compared and analyzed by pre- and post-test visual inspection, measurement of weight loss and wear volume through field test on two types of conical pick cutters applied to rotary drum cutter. In the visual inspection, it was found that only 9 inserts were lost in the slim type conical pick cutter. This result show that the thickness of the head cover surrounding a insert was important to maintain the insert during excavation. The weight loss and wear volume of the heavy type conical pick cutter were less than half that of the slim type. From these results, it can be confirmed that heavy type is more useful than slim type in hard rock. It should be noted that, when determining the wear loss of the conical pick cutter, the mutual comparison of the weight measurement and the wear volume measurement results may be different due to the unit weight of the material and the spalling caused by excavation.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Rock condtions in the field
그림 Fig. 2. Conical picks
표 Table 1. Hardness of conical picks
그림 Fig. 3. Before and after the field tests
그림 Fig. 4. Conical picks after test
그림 Fig. 5. Weight loss of heavy type conical picks (working time 4 hour)
그림 Fig. 6. Weight loss per hour of heavy type conical picks
그림 Fig. 7. Weight loss of slim type conical picks (working time 1 hour)
그림 Fig. 8. 3D Image example of heavy type conical pick (tenth pick on the left drum)
그림 Fig. 9. 3D Image example of slim type conical pick (34th pick on the left drum)
표 Table 2. Abrasion volume of heavy type conical picks
표 Table 3. Abrasion volume of slim type conical picks

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Fig. 1과 같이 코니컬 픽커터가 배열된 로터리드럼커터를 셔블계 굴착기에 설치하여 암반 굴착시 코니컬 픽커터의 내구성을 평가하였다. 현장작업이 수행된 장소는 전라북도 군산시에 위치한 건설기계부품연구원의 종합시험센터이다.
본 연구에서는 삽입재 및 샤프트의 크기가 다른 헤비타입과 슬림타입 코니컬 픽커터를 경암지반에 현장시험한 후 측정한 결과로부터 내구성을 평가하였다. 헤비타입과 슬림타입 코니컬픽커터의 삽입재와 두부의 경도를 확인한 결과로부터 지반조건에 따라 마모저항성을 높이기 위해 경도 및 인성을 조절해야 함을 확인할 수 있었다.

제안 방법

3). 각 코니컬 픽커터는 좌측 드럼(L)과 우측드럼(R)으로 구분하고 로터리드럼커터의 픽커터 배열순서에 따라 번호를 붙여서 구분하였다.
현장작업에 사용된 로터리드럼커터는 횡방향 커팅헤드(transverse type cutting head) 형식의 어태치먼트 제품이고, 커팅헤드의 한 쪽 드럼(drum)은 길이가 304 mm, 직경이 427 mm인 원통형이다. 드럼 위에 배열된 픽커터는 Fig. 2와 같이 헤비타입(heavy type)과 슬림타입(slim type)의 코니컬 픽커터(conical picks)를 사용하여 나선 형으로 배열(helical array)하였으며, 드럼당 픽커터의 개수는 헤비타입은 29개, 슬림타입은 34개이다. 드럼길이 방향에서의 픽커터 기본간격(spacing)은 12 mm이고 원주방향에서의 기본간격은 123 mm이다.
, 2008). 본 연구에서는 로터리드럼커터에 적용된 두 종류의 코니컬 픽커터에 대한 현장시험을 통해 시험 전과 후의 중량 및 부피측정을 수행하여 코니컬 픽커터의 내구성을 비교 ‧ 분석하였다.
로터리드럼커터는 셔블계 굴착기에 부착하여 사용하기 때문에 로드헤더에 비해 작업모드가 한정된다. 본 연구에서는 셔블계 굴착기의 특성을 고려하여 헤드를 지반에 밀어넣는 sumping 작업과 아래로 내리는 lowering 작업으로 굴착을 진행하였다. 굴착작업을 위한 로터리드럼커터의 설계회전속도는 2.
본 연구에서는 현장상황에 의해 코니컬 픽커터의 작업시간이 헤비타입의 경우 4시간, 슬림타입의 경우 1시간으로 상이하여 비교를 위해 헤비타입의 중량과 부피측정결과를 시간당 결과로 환산하였다.
부피측정은 레이저 3차원 형상 측정기를 사용하였고 분석프로그램은 Geomagic Control을 사용하였다. 부피 측정의 경우, 모든 코니컬 픽커터를 측정하기 어렵기 때문에 좌측 드럼과 우측 드럼에서 각각 6개씩 측정하였다. 헤비타입의 경우는 1, 3, 10, 16, 25, 29번 코니컬 픽커터를 대상으로 총12개를 측정하고, 슬림타입은 1, 4, 17, 24, 32, 34번 코니컬 픽커터를 대상으로 총 12개를 측정하였다.
코니컬 픽커터의 내구성을 평가하기 위해 각 코니컬 픽커터가 설치된 로터리드럼커터로 암반사면에 대해 굴착 작업을 수행한 후 작업 전과 후의 중량 및 부피를 측정하였다(Fig. 3). 각 코니컬 픽커터는 좌측 드럼(L)과 우측드럼(R)으로 구분하고 로터리드럼커터의 픽커터 배열순서에 따라 번호를 붙여서 구분하였다.
코니컬 픽커터의 마모특성을 살펴보기 위해 레이저를 이용한 3차원 형상 측정기를 사용하여 현장시험 전과 후의 형상을 측정하고 이미지 분석 프로그램(Geomagic Control)을 이용하여 부피감소를 계산해 보았다.
현장시험 후 사용된 코니컬커터들을 회수하여 육안조사를 실시하였다. 육안조사 결과, 헤비 타입 코니컬 픽커터의 삽입재 손실은 슬림타입에 비해 작업시간이 길었음에도 불구하고 발생하지 않았으며, 슬림 타입 코니컬 픽커터의 삽입재 손실은 좌측드럼에서 5개, 우측드럼에서 4개로 나타났다.

대상 데이터

부피 측정의 경우, 모든 코니컬 픽커터를 측정하기 어렵기 때문에 좌측 드럼과 우측 드럼에서 각각 6개씩 측정하였다. 헤비타입의 경우는 1, 3, 10, 16, 25, 29번 코니컬 픽커터를 대상으로 총12개를 측정하고, 슬림타입은 1, 4, 17, 24, 32, 34번 코니컬 픽커터를 대상으로 총 12개를 측정하였다.
1과 같이 코니컬 픽커터가 배열된 로터리드럼커터를 셔블계 굴착기에 설치하여 암반 굴착시 코니컬 픽커터의 내구성을 평가하였다. 현장작업이 수행된 장소는 전라북도 군산시에 위치한 건설기계부품연구원의 종합시험센터이다. 현장의 암반상태는 표면 풍화가 많이 진행된 상태였고 불연속면이 발달되어 있었다.

데이터처리

부피측정은 레이저 3차원 형상 측정기를 사용하였고 분석프로그램은 Geomagic Control을 사용하였다. 부피 측정의 경우, 모든 코니컬 픽커터를 측정하기 어렵기 때문에 좌측 드럼과 우측 드럼에서 각각 6개씩 측정하였다.

성능/효과

83 g으로 나타났다. 비교를 위해 헤비타입 코니컬 픽커터의 중량손실을 시간당 마모량으로 환산할 경우 좌우측 드럼에서 각각 4.97 g과 4.2 g으로 슬림타입 픽커터의 중량손실에 비해 42% 작게 나타났다.
슬림타입의 삽입재 경도가 헤비타입에 비해 상대적으로 높게 측정된 것을 확인할 수 있었으며, 두부 및 샤프트(shaft)의 경도는 헤비타입의 경도가 더 높았다. 사용된 헤비타입 픽커터의 두부 경도는 표면부의 열처리를 통해 표면부에서 2~3 mm까지 500~700 Hv정도의 경도를 보이고 그 이하는 평균에 가깝게 나타났다.
삽입재의 마모길이를 측정한 결과를 살펴보면, 슬림타입 픽커터의 삽입재 마모길이는 마모부피의 증감과 유사한 경향으로 나타났지만, 헤비타입 픽커터의 삽입재 마모길이는 마모부피와의 경향이 일치하지 않았다. 이것은 헤비타입의 경우 삽입재를 둘러싼 두부가 두터워서 굴착에 따라 Fig.
Table 1은 시험에 사용된 코니컬픽커터의 경도를 측정한 결과의 평균값이다. 슬림타입의 삽입재 경도가 헤비타입에 비해 상대적으로 높게 측정된 것을 확인할 수 있었으며, 두부 및 샤프트(shaft)의 경도는 헤비타입의 경도가 더 높았다. 사용된 헤비타입 픽커터의 두부 경도는 표면부의 열처리를 통해 표면부에서 2~3 mm까지 500~700 Hv정도의 경도를 보이고 그 이하는 평균에 가깝게 나타났다.
현장시험 후 사용된 코니컬커터들을 회수하여 육안조사를 실시하였다. 육안조사 결과, 헤비 타입 코니컬 픽커터의 삽입재 손실은 슬림타입에 비해 작업시간이 길었음에도 불구하고 발생하지 않았으며, 슬림 타입 코니컬 픽커터의 삽입재 손실은 좌측드럼에서 5개, 우측드럼에서 4개로 나타났다. 앞서 말한 바와 같이 슬림 타입의 경우 삽입재를 감싸는 두부의 두께가 얇아서 삽입재 손실이 많이 발생한 것으로 보인다(Fig.
중량감소 측정결과에서는 시간당 중량감소량으로 비교한 결과 헤비타입의 코니컬 픽커터의 중량손실이 슬림 타입에 비해 42% 작게 나타나 경암반에서는 헤비타입이 더 유용함을 확인할 수 있었다.
중량측정과 마모부피 측정결과로부터 픽커터의 내구성, 즉 마모손실을 판단할 때 중량측정과 마모부피측정 모두 마모손실을 반영하고 있지만, 삽입재와 두부가 이종재료여서 단위중량이 다르기 때문에 상호간의 비교결과가 다를 수 있음을 알 수 있었다. 특히 삽입재가 망실되거나 삽입재와 두부에서 발생하는 스폴링과 눌림 현상은 중량과 부피측정결과의 차이를 발생시키는 원인으로 판단된다.
코니컬 픽커터의 두부 마모형태를 볼 때, 굴착작업동안 픽커터가 홀더(holder)에서 회전하는 셀프샤프닝(self-sharpening)에 의해 삽입재와 두부의 마모가 골고루 나타남을 확인할 수 있었다. 삽입재가 손실된 코니컬 픽커터의 형상 역시 편마모가 발생하지 않고 원뿔형을 유지하는 것으로 나타났다.
헤비타입 코니컬 픽커터의 중량손실의 평균(4시간 작업)은 좌측드럼에서 19.89 g, 우측드럼에서 16.8 g이었고 슬림타입 코니컬 픽커터의 중량손실의 평균(1시간 작업)은 좌측드럼에서 11.03 g, 우측드럼에서 9.83 g으로 나타났다. 비교를 위해 헤비타입 코니컬 픽커터의 중량손실을 시간당 마모량으로 환산할 경우 좌우측 드럼에서 각각 4.
본 연구에서는 삽입재 및 샤프트의 크기가 다른 헤비타입과 슬림타입 코니컬 픽커터를 경암지반에 현장시험한 후 측정한 결과로부터 내구성을 평가하였다. 헤비타입과 슬림타입 코니컬픽커터의 삽입재와 두부의 경도를 확인한 결과로부터 지반조건에 따라 마모저항성을 높이기 위해 경도 및 인성을 조절해야 함을 확인할 수 있었다.
현장시험 전과 후의 코니컬 픽커터를 육안조사한 결과, 더 많은 작업을 수행함에도 불구하고 헤비타입의 코니컬 픽커터들에서는 삽입재 손실이 발생하지 않은 점으로 판단할 때, 삽입재보호를 위해 삽입재를 감싸는 두부의 두께가 중요함을 알 수 있었다. 그러나 삽입재를 감싸는 두부의 두께가 두꺼울 경우, 특히 삽입재의 팁 각도를 넘어서는 삽입재 보호 두부 부분은 작업 초기에 로터리드럼커터의 토크와 동력의 최대치를 초과할 수 있는 문제를 발생시킬 수 있으므로 주의해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	삽입재를 감싸는 두부의 역할은?	삽입재를 감싸는 두부는 충격 및 작용력 등에 의해 코니컬 픽커터의 선단에서 삽입재가 이탈하지 않도록 하는 역할을 담당한다. 삽입재와 두부는 서로 다른 이종재료이기 때문에 저융점 삽입금속을 녹여서 접합하는 솔더링 (soldering)방식이 일반적으로 사용된다.
	경암조건에서 주로 사용되는 헤비타입의 경우 삽입재를 둘러싸고 있는 두부 선단부가 큰 이유는?	경암조건에서 충격 및 커터작용력이 크게 나타나기 때문에 경암조건에서 주로 사용되는 헤비타입의 경우 삽입재를 둘러싸고 있는 두부 선단부가 크다. 따라서 두부 선단부가 상대적으로 작은 슬림타입의 경우 삽입재의 손실이 헤비타입보다 크게 나타난다.
	삽입재를 감싸는 두부를 접한하는 방식은?	삽입재를 감싸는 두부는 충격 및 작용력 등에 의해 코니컬 픽커터의 선단에서 삽입재가 이탈하지 않도록 하는 역할을 담당한다. 삽입재와 두부는 서로 다른 이종재료이기 때문에 저융점 삽입금속을 녹여서 접합하는 솔더링 (soldering)방식이 일반적으로 사용된다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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