KR0166071B1 - 유압 밸브 조립체 - Google Patents

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KR0166071B1
KR0166071B1 KR1019900021946A KR900021946A KR0166071B1 KR 0166071 B1 KR0166071 B1 KR 0166071B1 KR 1019900021946 A KR1019900021946 A KR 1019900021946A KR 900021946 A KR900021946 A KR 900021946A KR 0166071 B1 KR0166071 B1 KR 0166071B1
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아아르 헤네시 데이빗
에이취 웬커어 데니스
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수우 에이 그리핀
데이나 코오포레이션
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Abstract

유압 스풀 밸브 조립체는 홈에 의해 이격된 한쌍의 랜드들을 포함하고, 한 랜드는 피스톤 면을 포함하고, 인접 랜드는 유압흐름 노치를 포함하고, 피스톤면은 한쌍의 동심인 반경방향으로 오목한 환형부를 포함한다. 이 노치는 분할 지점 환형부에 충돌하여 각각의 오목한 환형부를 가로질러 반대로 향하는 반경방향 흐름들을 야기하는 유압유체를 발생시키도록 배향된다. 따라서, 반전 흐름성분이 홈을 가로질러 발생하여 노치 쪽으로 복귀함으로써, 분할지점 환형부에 대한 유압 흐름의 충격력을 완화시킨다.

Description

유압밸브 조립체
제1도는 본 발명에 따라 구성된 유압 스풀 밸브의 바람직한 실시예를 나타내는 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 스풀의 왼쪽 출력 랜드 및 중앙 랜드의 부분 측면도로서, 그 두 랜드들 사이의 홈을 가로질러 흐르는 유압 유체 흐름의 궤적을 보여주는 도면 : 및,
제3도는 종래의 스풀을 나타내는 유사한 도면으로서, 종래 기술의 노치로 부터 유사한 흠을 가로지르는 유체 궤적과, 유사한 중앙 랜드의 피스톤면과의 충돌을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 밸브 몸체 4 : 공동
18 : 노치 20,30 : 랜드
24 : 제어홈 32 : 피스톤 면
34,36 : 환형부 38 : 분할 지점
42 :첵 밸브 조립체 44 : 코어통로
본 발명은 예컨대 굴삭기(front-end loader)처럼 비도로용 장비에 이용되는 형태의 유압 스풀 밸브에 괸한 것이다. 전형적으로, 그러한 차량의 조작자는 스플(spool) 밸브내에서 원통형 스풀을 왕복 이동시키도록 되어 있는 작동 레버를 수동으로 제어한다. 대부분의 경우에서, 스풀을 이동시키는데 요구되는 물리적인 힘들은 밸브의 제어 싸이클 또는 스로틀링(throttling)의 함수로서 변하는 경향이 있다. 그러한 밸브들은 힘균형을 이루어 조작자의 수고를 요구하는 불균형 힘들을 가지지 않는 것이 이상적이다.
스풀 밸브 몸체 내에서 유압 스풀들을 앞뒤로 이동시키는데 요구되는 이동 노고를 감소시키고자 하는 방향으로 많은 구조적인 작업이 행해졌다. 많은 장치들은 스풀상의 축방향 압력을 없애거나 감소시키기 위해, 평상시 스풀 밸브 몸체로 들어오는 축방향 흐름 성분들을 반경 방향 성분으로 전환하고자 시도하였다. 이러한 방법은 비록 대부분의 경우에 비교적 만족스럽지만 결과의 일관성을 결하고 있다. 더욱이, 젼형적인 시스템이 유압 충격부하를 받을수 있게 유지되는 한도까지 임의의 불균형 성분의 힘들은 가능한한 작은 것이 바람직하다.
여기에 개시된 평형 유압 스풀 밸브는 스풀을 이동시키는데 요구되는 힘을 본질적으로 감소시켜서, 유압 원격 전기 제어흐름 시스템에 대해 잠재적으로 보다 큰 계측 제어 유연성을 허용한다. 이러한 감소된 힘은 수동 시스템에서 물리적인 노력을 감소시켜서, 조작자의 피로를 마찬가지로 감소시킨다. 게다가, 본 발명의 시스템은 스풀 밸브 이동거리의 함수로서 유량에 있어서의 향상된 선헝성 및 그에 따른 일관성을 제공한다.
본 발명의 바람직하고 간단한 형태에서 밸브는 유압 스풀을 포함하고, 이 유압 스풀은 중앙랜드 및 그 중앙랜드의 양측에서 홈들에 의해 이격된 한쌍의 출력 랜드들을 포함한다. 홈들에 인접한 각 출력 랜드들의 연부에는 유체흐름 공급노치가 배치되어 있다. 중앙 랜드의 양측 반경방향 면들은 유압 피스톤 작용을 한다. 본 발명은 유체 흐름 노치들과 함께 형상이 맞취진 피스톤 면들을 이용하여 노치들로 부터의 유압유체 흐름을 면상의 소망 표적으로 향하게 한다.
따라서, 각 피스톤 면은 그 피스톤 면과 접촉하는 유압유체 흐름의 충격후 제어를 위해 오목면을 각각 형성하는 하나의 내측 환형부 및 하나의 외측 환형부로 구성된 반경방향 형상을 갖는다. 각 피스톤 면의 두 환형부들은 동심이고, 그들사이에 볼록한 환형부로 나타나는 경계부를 형성한다. 볼록한 환형부는 그의 반경방향 형상을 따라, 관련 노치에서 유출하는 유체스트림을 별개의 반경방향 성분들로 나누는 유체 흐름 분할 지점을 제공한다. 바람직한 형태에서, 유출 유체 흐름의 대략 절반이 그의 관련 홈들 쪽으로 반경방향 안쪽으로 전환한다. 유체흐름의 반경방향 내측부는 그 다음 관련 홈을 가로질러 흐름 방향을 반전시켜서, 스풀상의 유압 유체 힘들의 균형을 이룬다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
우선 제1도를 참조하면, 유압 스풀 밸브 조립체(10)는 대략 원통형의 내부 공동(4)을 구비한 밸브 몸체(2)를 포함한다. 몸체(2)를 통한 축선a-a을 형성하는 공동(4)은 밸브 몸체(2)를 통하여 유압 오일 흐름은 제어하는 방식으로 축선을 따라 왕복하는 기다란 스풀(6)을 지지하도록 되어있다. 이 스풀은 당기술에 전형적인 것처럼 유체 제어 홈들(24)에 의해 이격된 다수의 유체 제어 랜드들(20,30)을 포함한다.
스풀 밸브 조합체(10)의 중앙 배치된 출력 코어부(12)는 유압 펌프원(도시안됨)으로부터 유압 유체를 직접 공급하는 다수의 개방중심코어 유체홈들(14)을 포함한다. 유체 홈(14)으로 부터의 유체의 흐름은 제1도의 그림에 대해 횡방향으로 배향된 통로들(도시안됨)을 거쳐 흐른다. 조립체(10)의 휴지(비작동) 상태동안, 출력 코어통로(44) 내의 유압이 밸브를 개방하기에 충분치 않으므로, 첵 밸브 조립체(42)의 스풀 첵 밸브(45)는 도시된 바와같이 폐쇄 위치에 있는다. 그러나, 스풀(6)이 오른 쪽이나 왼쪽으로 이동함에 따라, 코어통로(44)내의 압력이 증가하여 밸브(45)를 개방하고 유체가 출력 루프 통로를 통해 흐르도록 허용한다.
당업자는 도시된 바와같이 중앙 랜드(30)의 오른쪽 및 왼쪽에 배치된 각쌍의 출력 랜드들(20)의 각각의 연부에 공급 노치(18)가 쌍으로 제공됨을 알 것이다. 더욱이, 출력 랜드들(20)을 포함하여 각각의 스풀 랜드들은 일련의 균형 홈들(22)을 갖는데, 이 홈들은 경계부 윤활을 용이하게하고, 그리하여 공동(4)내의 스풀(6)의 유압 작동 축방향 이동을 용이하게 한다.
각각의 출력 랜드(20)는 첵 밸브 조립체(42)와 면하는 출력 루프 통로(40)와 통한다. 한쌍의 작용구 통로들(48,49)이 작용구(work port)(46,47)에 유압 유체를 공급하도록 되어있고, 그 작용구들은 유압 실린더와 같은 유체모터에 결합하도록 구성되어 있다. 한쌍의 릴리프 밸브들(50)이 작용구 통로들(48,49)과 면하여 압력이 과부하 되는 것을 방지한다.
제1도의 밸브 조립체(10)가 당업자에게는 평행 스풀밸브로 알려져 있다. 따라서, 왼쪽 및 오른쪽을 통한 유압 유체의 흐름은 어느쪽도 다른 쪽의 흐름 반응을 따를 수 있다는 점에서 대칭적이다. 따라서, 왼쪽 작용구 통로(48)를 거쳐 왼쪽 작용구(46) 밖으로 유체가 흘러 나가도록 하기 위해, 스풀(6)은 도시된 휴지 위치에서 오른쪽으로 이동한다. 스풀(6)이 오른쪽으로 이동함에 따라 코어 통로(44)내의 압력이 증가하여 첵 밸브(45)를 개방 위치로 상승시킨다. 그러면,유압 유체는 작용구(47)로 들어가 통로(49)를 통해 이동하며 스풀 공동(4)을 통해 흐르고, 루프(40)를 통해 왼쪽으로 흐른 다음 통로(48)를 통해 상승하여 마지막으로 작용구(46)를 흘러나간다. 스풀(6)이 휴지상태에서 왼쪽으로 이동하면 반대의 흐름 반응이 야기된다. 스풀의 중심을 맞추면 항상 휴지위치가 얻어진다.
스풀의 이동은 상기한 작동 또는 작업 회로의 압력보다 낮은 압력에서 작동하는 유압 제어회로에 의해 제어된다. 전형적으로 동일한 유압 유체원이 이용되지만, 압력은 압력 감소 밸브에 의해 강하된다. 제1도에 도시된 실시예에서, 제어회로는 수동 레버(도시안됨)에 의해 작동되는데,이 수동 레버는 조립체 단부 켑들(63,65)의 오른쪽 및 왼쪽 안내 구멍(62,64)으로의 유체를 제어한다.
바람직한 실시예에서, 단부 캡들(63,65)은 스풀(6)의 축방향 이동을 제한하도록 기계식 정지 부재들(60,61)을 각각 지지한다. 또한 정지 부재(61)는 유압의 손실시 스프링팩(pack)(56)이 정지부재(61)와 협력하여 스풀이 항상 휴지위치로 이동하게 하는 한도까지 예비부하 반작용부재로서 작용한다.
제2도를 참조하면, 공급 노치들(18)은 필요에 따라 밸브몸체(2)를 통한 흐름 패턴들을 변화시키도록 스풀을 앞뒤로 이동시키기 위해 공동(4)안으로의 유압 유체의 스로틀링을 제공하도록 구성되었다. 두 출력 랜드들(20) 사이의 중앙랜드(30)는 유체 흐름을 제어하도록 기술적으로 배치된다. 중앙 랜드(30)는 그의 오른쪽 및 왼쪽에 각각 하나씩 한쌍의 동일한 피스톤면들(32)을 포함한다. 왼쪽 및 오른쪽의 각각의 출력랜들(20)과 중앙랜드(30) 사이에 형성된 동일한 흠들(24)은 공급 노치(18)로부터 피스톤 면(32)으로의 유압 유체 흐름에 대한 제어경로를 제공한다. 각각의 피스톤 면(32)은 한쌍의 동심 내측 및 외측의 오목한 환형부(34,36)로 각각 분할된다. 각 면은 오목한 환형부들(34,36) 사이의 경계를 형성하는 블록한 환형부 즉, 분할지점(38)을 가지는데, 이 지점은 중앙 랜드의 어느 한쪽의 공급 조치들(18)에서 유출하는 유압 유체의 한 흐름에 대한 의도된 표적을 나타낸다. 관련 노치(18)에 대한 분할 지점(38)의 상대위치는 유체 흐름의 대략 절반이 내측 환형부(34) 위로 반경방향 안쪽으로 전환되도록 한다.
특히 제2도에는 왼쪽 출력 랜드(20)의 오른쪽 부분과 중앙랜드(30)의 왼쪽 부분이 부분적으로 도시되어있다. 유압 유체의 흐름은 화살표로 나타낸 바와같이, 힘 F로 노치(18)로부터 이동하여 도시된 바와같이 분할지점(38)에 충돌한다. 분할 지점(38)에서 유체 흐름은 두 성분 RO 및 RI로 갈라진다. RO는 유체의 반경방향 외향 성분을 나타내고, RI는 유체의 반경방향 내향 성분을 나타낸다. RO성분은 외측 환형부(36)를 따라 오목한 경로로 흐르고, RI성분은 반경방향으로 내측 환형부(34)를 따른다. RI성분은 그의 흐름방향을 반대로 전환한다. 즉, 도시된 바와 같이 노치(18)쪽으로 다시 복귀한다. 이런 복귀 효과는 피스톤 면(32)에 충돌하는 힘 F를 평형시킨다.
[실시예]
제1도 및 제2도는 본 발명의 양호한 실시예를 나타낸다. 변수들은 다음과 같다. 스풀(6)의 직경은 1인치(2.54㎝)이고, 노치(18)는 폭이 정확히 0.281인치(0.714㎝)이고, 축방향 길이가 0.215인치(0.546㎝)이다. 스풀 노치에서의 유압은 스로틀링 싸이클에 걸쳐 가변한다. 이 유압은 적용예에 좌우하여 최대 3000 내지 5000psi 사이의 범위까지 이를 수 있다. 노치를 통한 흐름은 스로틀링 싸이클을 통해 분당 70갤론에 이른다. 한 출력 랜드의 연부들과 중앙 랜드의 연부 사이에서 측정한 홈(24)의 폭은 0.51인치(1.295㎝)이며, 이 폭은 바람직하게 0.25인치(0.635㎝) 및 0.75인치(1.905㎝) 사이의 범위에 올 수 있다.
스풀은 동력 랜드당 4개씩 전체 8개의 노치를 포함한다. 공동(4)내에서 스풀의 측방 부하를 야기할 수 있는 힘들의 불균형을 방지하기 위해 노치들은 랜드의 주위에 균일하게 이격되어야 한다. 따라서, 랜드당 4개의 노치가 있는 본 발명의 경우에서, 노치들은 90도 이격되어 있다. 공동 축선 a-a에 대해 각 노치의 바닥을 따라 측정한 그의 각도는 5 내지 40도의 범위이다. 역시 공동 축선으로부터 측정한 각 노치를 통한 유압 유체 흐름의 각도는 노치의 개방에서 폐쇄를 통한 흐름 싸이클에 걸쳐 15 내지 40도의 범위이다.
마지막으로 제3도에는 종래 스풀(6')의 비교예가 특히 노치/피스톤 면 구조에 중점을 두어 도시되었다. 왼쪽 출력 랜드(20')와 오른쪽 중앙 랜드(30')는 비교 홈(125')에 의해 서로 이격되어 있다. 흐름 노치(18')는 왼쪽 출력 랜드(20')의 오른쪽 연부를 통해 연장하여 본 발명에 대해 기술한 스로틀링 상태와 유사한 스로틀링 상태하에서 유체를 허용한다. 그러나, 노치 대 피스톤 면의 상대 배향은 유체 흐름이 내측의 오목한 환형부(34')에만 직접 충돌하고 외측의 오목한 환형부(36')에는 간접적으로만 충격하도록 되어 있다. 결과적으로, 제2도의 RI와 유사한 유체 흐름의 복귀 또는 재순환 성분은 없다.

Claims (10)

  1. 축선을 형성하는 대략 원통형의 내측 공동과, 그 공동과 통하고 유압 유체를 상기 공동에 그리고 그 공동으로부터 운반하도록된 다수의 유압 구멍들을 갖는 몸체를 포함하는 유압 밸브 조립체로서, 상기 공동은 반경방향으로 배향된 다수의 유체 제어 랜드들 및 홈들을 포함하고, 상기 조립체는 상기 공동내에 지지된 축방향으로 이동 가능한 원통형 스풀을 더 포함하며, 그 스풀도 또한 상기 랜드들 및 홈들과 접하도록 되어 있는 반경방향으로 배향된 유체제어 랜드들 및 홈들을 포함하고, 상기 공동의 중간부분은 개방된 중앙 코어부를 포함하고, 상기 유압 구멍들은 압력하의 유압유체를 상기 중앙 코어부안으로 보내도록 되어 있고, 상기 스풀의 중간부는 인접 홈들 및 출력 랜드에 의해 각측면이 경계를 이루는 중앙 랜드를 형성하고, 각 출력 랜드는 상기 관련된 인접 홈의 거리만큼 상기 중앙랜드로부터 축방향으로 이격되어 있고, 축방향 이격된 각각의 출력 랜드는 상기 출력랜드의 각 인접 홈 부근의 연부상에 중앙으로 향하는 노치를 포함하고, 각 노치는 상기 인접 홈을 가로질러 유압 유체흐름을 상기 중앙 랜드의 한쪽으로 보내도록 되어있고, 상기 중앙랜드의 각축은 상기 유체흐름의 충돌후의 반경방향 흐름성분들을 제어하는 형상의 대향 피스톤면을 포함하는 상기 유압 밸브 조립체에 있어서, 적어도 하나의 상기 피스톤면은 반경방향으로 오목한 내측환형부와 반경방향으로 오목한 외측 환형부를 포함하고, 이 내외측 환형부들은 그들사이에 볼록한 분할 지점 환형 경계부를 형성하고, 그 분할지점 환형부는 분할 지점 환형부로부터 각각의 상기 환형부들을 가로질러 반대로 향하는 반경방향흐름을 발생시키도록 상기 노치들중 한 노치에 대해 배치되어 있는 상기 유압 밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관련 분할지점 경계부에 대한 각각의 상기 노치들의 배향은 상기 인접홈을 가로질러 반전 축방향 유압 유체흐름 성분을 제공하도록 작용하는 유압밸브 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스풀이 각각의 상기 출력 랜드들내에 다수의 상기 노치들을 포함하고, 각각의 출력 랜드의 노치들은 그 랜드의 연부 둘레에 원주방향으로 균일하게 이격되어 있는 유압밸브 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 축선으로부터 측정한 상기 노치들의 각도가 5도 내지 40도 범위인 유압 밸브 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 상기 노치들을 통한 유압 유체흐름의 각도가 흐름 싸이클에 걸쳐서 상기 축선으로부터 측정하였을 때 15도 내지 45도의 범위내인 유압 밸브 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기반전 축방향 흐름 성분이 상기 피스톤 면에 대한 상기 유체 흐름의 유효힘을 평형시키도록 작용하는 유압밸브 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노치들을 통한 상기 최대 유체 유압이 3000 내지 5000PSI 범위내인 유압 밸브 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 노치들을 통한 상기 유체흐름이 분당 0 내지 70갤론의 주기를 이루는 유압밸브 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 출력 랜드들중 하나와 상기 중앙 랜드 사이의 상기 홈의 폭이 0.25 내지 0.75인치(0.635-1.905㎝) 범위내인 유압 밸브 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 상기 출력랜드는 원주방향으로 균일하게 이격된 4개의 노치를 가지는 유압밸브 조립체.
KR1019900021946A 1989-12-28 1990-12-27 유압 밸브 조립체 KR0166071B1 (ko)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/458,105 US4941508A (en) 1989-12-28 1989-12-28 Force balanced hydraulic spool valve
US458,105 1989-12-28

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KR910012582A KR910012582A (ko) 1991-08-08
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