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최근 몇 년간 가장 빠르게 성장한 전동 벨트 유형은 컷엣지 V벨트, 멀티리브 벨트(그림 2), 동기식 벨트(그림 3)이다. 컷엣지 V벨트는 감싸는(V-belt) 벨트에 비해 전동 효율이 뛰어나고, 고출력 전달 능력, 긴 수명, 높은 에너지 절약 효과를 갖춘다. 멀티리브 벨트는 컷엣지 V벨트의 장점을 모두 갖추는 동시에, 평벨트의 유연성, 높은 속도비 및 고속 운전 능력도 함께 지닌다. 동기식 벨트 구동 방식은 벨트 구동, 체인 구동, 기어 구동을 결합한 방식이다. 따라서 이러한 벨트는 점차 더 많은 응용 분야에서 사용되고 있으며, 이는 향후 전동 벨트 개발 과정에서도 계속될 추세이다.
최신식 V벨트, 다중 리브 벨트 및 동기 벨트의 생산 공정과 제조 장비는 근본적으로 유사하며, 차이점은 일부 특정 공정 및 후속 가공 단계에만 있습니다. 제조 과정에는 부품 제작(시트 압출, 단섬유 함유 시트 접합, 나일론 탄성 직물 봉제, 직물 절단), 조립, 가황, 연마, 절단, 품질 검사(외관, 치수, 성능)가 포함됩니다.
2.1 건물
단드럼 건설기계는 일반적으로 컷엣지 V벨트, 멀티리브 벨트 및 싱크로너스 벨트를 제조한다. 싱크로너스 벨트에서 인장 코어의 비틀림 효과를 제거하기 위해, 서로 다른 비틀림 방향(즉, 'S' 비틀림과 'Z' 비틀림)의 코어를 동시에 배치할 수 있도록 두 개의 별도 장력 조절 시스템이 필요하다. 초기 몇 년간 중국의 여러 제조사가 독일의 SCHOLZ 사 건설기계를 수입하였다. 당시 투자 요인을 고려하여 다목적 건설기계(범용 기계)를 도입하는 경향이 있었다. 이러한 기계는 감싸는 V벨트, 컷엣지 V벨트, 멀티리브 벨트, 싱크로너스 벨트 제조뿐 아니라 보호 슬리브 절단 및 싱크로너스 벨트의 배면 그라인딩에도 사용 가능하다. 및 첨단 V-벨트 및 동기 벨트입니다. 이 기계는 주 구동장치, 빌딩 드럼, 커팅 드럼, 커팅 유닛, 그라인딩 유닛, 테일스톡, 4스테이션(스트립) 레트오프, 코드 레이잉 유닛, 2스테이션 코드 레트오프, 전기 제어 시스템으로 구성됩니다.
다기능 V-벨트 빌딩 기계의 일부 기능을 통합하거나 분리함으로써, 절단 및 백그라인딩 기능을 갖춘 그라인딩/절단 기계, 단일 기능 빌딩 기계, 절단 기계, 백그라인딩 기계 등 전문 장비가 개발되었습니다. 이러한 기계들은 구조적으로 동일하며, 기본적으로 다기능 V-벨트 빌딩 기계에서 필요한 기능 부품만 보유하고 불필요한 부품은 제거한 것입니다.
중국에서 칭다오 이리다(Qingdao Yilida)사는 과학기술 분야의 국가 프로젝트인 ‘제9차 5개년 계획’을 수주하여 성공적으로 완료한 유일한 기업이 아니며, 다른 제조업체들도 고기술 V벨트, 다중 리브 벨트(Multi-ribbed Belt), 동기식 벨트(Synchronous Belt) 제조 장비를 생산하고 있다. 이들 장비는 작동 원리가 상당히 유사하며, 제품은 사용자의 요구 수준에 따라 단순하거나 정교한 특성을 갖는다.
2.2 가황
선단 절단 V벨트, 동기 벨트 및 다중 리브 벨트는 감싸는 V벨트와 동일한 방식으로 가황 자동항온조를 사용하여 가황되며, 모두 수직 고무 슬리브 가황 자동항온조에서 가황될 수 있습니다. 가압 방식에 따라 고무 슬리브 가황 자동항온조는 증기 가열 및 가압 방식과 증기 가열 및 물 가압 방식의 두 가지 유형이 있습니다. 현재 수입된 자동항온조와 국산 DLT 자동항온조 모두 증기 가열 및 가압 방식을 채택하고 있습니다. 이들은 PID(비례-적분-미분) 제어를 활용하여 높은 온도 제어 정확도, 높은 생산 효율성 및 우수한 제품 품질을 제공하지만, 중압 또는 고압 증기 보일러가 필요합니다.
2.3 선단 절단 V벨트 절단
2.3.1 단드럼 절단
단일 드럼 절단 방식에서는 위에서 설명한 다기능 V벨트 제조기 등 단일 드럼 절단기를 사용한다. 보호용 절단 슬리브는 확장 드럼 위에서 미리 절단한 후 원형으로 연마해야 한다. 이 슬리브는 두 개의 원형 디스크 나이프로 분리되어 개별 절단 에지 V벨트로 가공된다. 벨트의 단면은 균질하며, 생산 능력이 뛰어나다. 그러나 확장 드럼의 제작 비용은 높고, 보호용 슬리브 작업은 노동 집약적이며 시간이 많이 소요된다.
2.3.2 이중 드럼 절단
이중 드럼 절단 방식은 이중 드럼 절단기를 사용하여 가황된 벨트 슬리브를 폭 및 각도 기준에 따라 개별 벨트로 절단하는 방식이다. 이 기술은 독일의 베르스토프(Berstorff)사에 의해 최초로 개발되었다. 상하이와 카이펑 등 중국의 여러 공장들이 순차적으로 독일에서 이러한 기계를 수입해 왔다. 한편, 청도 이리다(Qingdao Yilida), 청도 모손(Qingdao Moson), 셰오싱 준마(Shaoxing Junma) 등 중국 내 기업들도 이와 같은 장비를 자체 개발하였다. 이중 드럼 절단기는 주 구동부, 절단 드럼, 인장 드럼, 절단 장치 및 제어 시스템으로 구성된다. 인장 드럼과 절단 드럼 사이의 거리를 조절함으로써 내주원이 680~3000mm인 벨트를 절단할 수 있다. 이중 드럼 절단기는 확장 드럼 및 보호용 절단 슬리브가 필요하지 않아 설비 투자 비용이 적게 든다. 그러나 절단 정밀도는 다소 낮으며, 절단된 벨트는 길이 측정 및 연마 작업이 추가로 필요하다.
2.4 다중 리브 벨트 연마
가황된 다중 리브 벨트 슬리브는 다중 리브 벨트 그라인딩 기계를 사용하여 리브 표면 형태로 성형된다. 이 기계는 가공 방식에 따라 단일 벨트 다중 리브 벨트 그라인딩 기계와 전체 슬리브 다중 리브 벨트 그라인딩 기계로 구분될 수 있다.
2.4.1 단일 벨트 다중 리브 벨트 그라인딩
단일 벨트 다중 리브 벨트 그라인딩 기계는 연삭 유닛, 구동 풀리, 장력 풀리 및 전기 제어 시스템으로 구성된 기계이다. 벨트 블랭크는 필요한 폭으로 절단되어 구동 풀리 주위에 감겨지고, 장력 풀리에 의해 장력이 걸린 후, 특수 형상의 고속 회전 연삭 바퀴에 의해 벨트가 연삭된다. 이 기계는 벨트 둘레가 600–2500 mm이고 폭이 30 mm 미만인 PJ, PK, PL 다중 리브 벨트의 리브를 연삭하는 데 사용할 수 있으며, 연삭 선속도는 30 m/s이다.
2.4.2 전체 슬리브 다중 리브 벨트 그라인딩
전체 소매형 다중 리브 벨트 연마기의 원리는 다음과 같습니다: 가황된 벨트 소매는 금형과 함께 연마기의 주축에 고정되어 주축과 함께 회전합니다. 한 구간의 연마가 완료되면, 연마 유닛은 다음 구간을 연마하기 위해 일정 거리만큼 횡방향으로 이동하며, 전체 벨트 소매가 완전히 연마될 때까지 이 과정을 반복합니다. 다중 리브 벨트 연마기는 단일 벨트 기계보다 생산 효율이 높고 제품의 치수 정확도가 뛰어난 전체 소매 방식 기계입니다. 다만, 이 기계는 장비, 금형 및 제어 시스템에 대한 정밀도 요구 수준이 더 높기 때문에 추가적인 설비 투자가 필요합니다. 이 기계는 동기 벨트의 배면 연마에도 사용할 수 있습니다.
3. 검사
전체 전동 벨트 검사는 외관(단면 크기, 길이), 물리적·기계적 성질, 동적 성능(전달 동력 및 피로 수명) 등 여러 측면을 포함합니다.
3.1 길이 측정
중국의 개혁개방 이후, 중국의 전동벨트 표준은 국제 및 유럽/미국 표준 측면에서 차례로 개정되고 제정되었다. 전동벨트의 길이는 수십 년간 중국에서 사용되던 내원주(내부 둘레) 방식이 아니라 기준선 시스템과 유효길이 시스템에 따라 규정된다. 따라서 전용 길이 측정 장비가 필요하다. 1980년대 중반부터 상하이 항공기 설계연구소는 자동차용 V-벨트 치수 표준 제정을 위해 자동차용 V-벨트 길이 측정기를 설계하였다. V-벨트 길이 측정기는 중국에서 새 V-벨트 표준이 시행됨에 따라 제조업체들이 필수적으로 보유해야 하는 장비가 되었다.
동기 벨트 길이 측정기는 보다 정밀한 성능을 요구하며, 일반적으로 상대 측정 방식을 채택한다. 우시 고무 공장(Wuxi Rubber Factory)은 독일의 SCHOLZ사에서 동기 벨트 길이 측정기를 수입하였다. SEU 및 칭다오 모손(QINGDAO MOSON) 역시 이러한 측정기를 설계한다.
3.2 피로 수명
피로 수명 시험은 토크를 가하지 않는 방식과 토크를 가하는 방식으로 구분할 수 있으며, 전자를 플렉스 시험기(Flex Tester)라고 한다. 중국의 새 V벨트 표준(GB1174-96)에 부합하기 위해 토크를 가하지 않는 시험기가 개발되었다. 시험 중 벨트는 동력을 전달하지 않으며, 풀리에 대한 벨트의 내측 및 외측 면에서 미끄러짐이 발생하지 않고, 벨트 내부 장력도 풀리의 회전과 함께 변화하지 않는다. 이 시험은 벨트가 풀리를 지날 때 발생하는 굽힘 현상만을 시뮬레이션하며, 굽힘 횟수를 계수하고 신장량을 측정한다. 일반적으로 이 시험은 완료까지 5~7일이 소요되며, 풀리의 크기 또는 초기 장력을 줄여 마모 속도를 높일 수도 있다. 그러나 이 방법은 실제 벨트 전동 장치의 작동 조건과 상관관계가 낮아 품질 관리 용도로 더 적합하다.
토크를 이용한 방법은 짧은 시간 내에 전동 벨트의 품질을 포괄적이고 비교적 정확하게 평가할 수 있다. 구이양(귀양), 우시(우시), 치이펑(개봉)의 제조업체들이 외국산 자동차 V-벨트 피로 수명 시험기기를 중국으로 수입하였다. 과거 상하이 고무제품 제2공장에서 사용하던 자동차 V-벨트 피로 수명 시험기기는 하얼빈공업대학에서 오랫동안 설계하였다. 우시 제조업체는 자동차용 멀티리브 벨트 피로 수명 시험기기를 수입하였으며, 이 기기는 고온 조건에서의 피로 수명 시험 성능도 갖추고 있다.
자동차 비동기 벨트 피로 수명 시험기는 중국에서 사용 빈도가 낮다. 왕지민(왕 지민)은 특허 '전기능 동적 성능 시험 장치(전달 벨트용)'(특허 출원 번호: 99258441)를 기반으로 요양 지다이 공장(Liaoyang Jidai Factory)을 위해 자동차 비동기 벨트 피로 수명 시험기를 설계하였다. 이 시험기는 표준 GB/T 18183-2000(eqv ISO 10917:1995) '자동차 비동기 벨트 피로 수명 시험 방법'에 부합하도록 제작되었으며, 고온 물 분사 피로 수명 시험을 수행할 수 있다.
중국 자동차 시장이 점차 확대되고 자동차의 성능이 크게 향상됨에 따라, 자동차 비동기 벨트의 성능에 대한 요구 수준도 점차 높아지고 있다. 중국 내 자동차 비동기 벨트 피로 수명 시험기의 개발·생산·보급 속도를 가속화하는 과제는 매우 중요하다.
4. 전망
중국의 전달 벨트 제조 장비 현황 및 전망(2005년)
수년간의 수입, 모방, 흡수 및 독자적 개발을 통해 동력 전달 벨트 제조 기술이 크게 진전되었으나, 이는 국내 동력 전달 벨트 산업의 현재 발전 수준을 어느 정도 반영하는 동시에 외국 제조업체와 비교할 때 여전히 격차가 존재한다. 주요 문제점은 다음과 같다.
(1) 업계 내 동력 전달 벨트 제조 수준에 편차가 크고, 설비가 낙후되어 품질이 낮은 제품들이 동력 전달 벨트 시장의 건전한 발전, 특히 신규 벨트의 보급 및 적용을 심각하게 저해하고 있다.
(2) 국내 제조 설비는 정밀도, 자동화 수준, 메카트로닉스 통합 및 신기술 도입 측면에서 외국 제조업체에 비해 여전히 격차가 있다.
(3) 특정 유형의 전동 벨트 제조 장비는 국내 산업에서 생산되지 않았다: 성형 멀티리브 벨트, 양방향 톱니 전동 벨트, 주입 반응결합 전동 벨트, 단섬유 강화 전동 벨트, 나선형(또는 헤링본) 톱니 전동 벨트, CVT 벨트용 제조 장비 및 공정 기술.
(4) 일부 분야에서 사실상 독립적인 지적재산권이 부족하다. 외국 선진 제조 기업들은 기술 및 장비에 대한 자체 특허를 보유하고 있다. 중국이 WTO에 가입하고 지적재산권 보호를 강화함에 따라, 중국의 전동 벨트 산업은 지속 가능한 발전 및 국제 경쟁력 측면에서 크게 제약받고 있다.
(5) 구식의 시험 및 검사 방법. 주요 해외 제조업체는 성능 및 품질 관리 측면에서 연구개발에 집중하고 있으며, 일부 업체는 자동 온라인 시험을 이미 실현하였다. 대형 외국 기업은 다각도 통합 시험을 위해 100종 이상의 동적 시험기기를 보유하고 있으며, 각 기기는 고유의 시험 방법을 사용한다. 그러나 국내 제한된 제조업체들 중 대부분은 피로 수명 시험기기 1~2대를 보유하고 있으나, 이들 기기 대부분이 고장 난 상태이다.
위에서 언급한 모든 사실을 종합해 볼 때, 저자는 톱니벨트 제조 장비의 향후 발전 방향이 다음과 같아야 한다고 주장한다.
(1) 현재의 제조 장비 정확도, 신뢰성 및 자동화 수준을 한층 더 향상시키고, 새로운 컴퓨터 기술을 활용하여 인간-기계 상호작용을 실현할 것.
(2) 성형 멀티리브 벨트 제조기, V벨트 회전 경화 프레스, 양방향 톱니 전동 벨트 제조 장비 등 국내 톱니벨트 제조 장비의 긴급 개발.
(3) 주입 반응 결합 전동 벨트, 단섬유 강화 전동 벨트, 나선형(비늘무늬) 이치 전동 벨트, 열가소성 엘라스토머 V벨트 및 CVT 벨트 등 신기술 및 신장비의 연구개발을 강화한다.
(4) 시험 장비의 국산화를 추진하고, 시험 기기의 신뢰성을 향상시킨다. 특히 고온 다중 리브 벨트 시험기, 고온 물살 분사 자동차 비동기 벨트 피로 수명 시험기, 오토바이 CVT 벨트 피로 수명 시험기를 보급한다.
(5) 조건이 적합한 제조업체는 자체 생산 기술 및 장비 개발을 적극적으로 추진해야 한다.