KR0178906B1 - 유압브레이커용 유압제어밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압브레이커의 작동을 제어하는 유압제어밸브장치에 관한 것으로, 외경이 서로 다른 3 개의 유동접촉면을 갖는 밸브스푸울(18)의 원주면에 환형의 밸브제어실(50)이 형성되고, 이 밸브제어실(50)이 밸브스푸울(18)의 내부에 형성된 원통공간(35)과 연통시키는 밸브제어유로(51)가 형성되며, 상기 밸브제어실(50)이 밸브스푸울(18)에 형성된 수압면(21)의 아래쪽에 위치하게 함과 더불어, 밸브스푸울(18)이 상승되었을 때 이 밸브제어실(50)이 밸브절환유로(16)와 연통되게 한 구조로 이루어져, 피스톤이 상승동작하에서부터 하강동작으로 빠르게 전환하여도 밸브스푸울(18)은 상기 밸브제어실(50)과 밸브제어유로(51)를 통해 밸브전환실(30)로 유입되는 고압의 압력에 의해 계속하여 상승된 상태를 유지하게 되어, 피스톤을 하강시키는 압유가 공급되는 실린더 상부체임버(10)에 계속하여 고압의 압유가 공급되게할 수 있게 하므로써, 피스톤이 빠른 속도로 하강할 수 있게 한 것이다.

Description

유압브레이커용 유압제어밸브장치

제1도는 본 발명에 따른 유압브레이커 밸브장치가 유압브레이커 본체와 일체로 연결된 상태를 도시한 단면도로서, 브레이커 피스톤과 밸브스푸울의 초기상태를 도시한 단면도.

제2도는 제1도의 상태에서 브레이커 피스톤이 상승한 상태를 도시한 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 밸브장치를 구성하는 밸브스푸울의 단면도.

제4도는 제2도의 상태에서 밸브스푸울이 상승한 상태를 나타낸 단면도.

제5도는 제4도의 상태에서 브레이커 피스톤이 하강하는 상태를 나타낸 단면도.

제6도는 종래의 유압브레이커장치에서 사용되는 밸브의 수푸울에 대한 단면도.

제7도는 종래의 오리피스만 형성된 밸브스푸울을 구비한 유압브레이커용 밸브장치에서 브레이커 피스톤이 완전하게 상승한 후에 밸브스푸울이 완전하게 상승하지 못하는 상태를 나타낸 유압브레이커 전체내부 단면도.

제8도는 제7도의 상태에서 피스톤이 하강할 때의 동작과정을 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더 상부체임버 11 : 실린더 하부체임버

16 : 밸브절환유로 18 : 밸브스푸울

30 : 밸브전환실 33 : 오리피스

35 : 원통공간 40 : 밸브급유구

50 : 밸브제어실 51 : 밸브제어유로

본 발명은 건설공사 현장에서 암반 등을 타격하여 파쇄시키는 유압 브레이커의 밸브장치에 관한 것으로서, 특히 밸브스푸울의 왕복 운동을 확실하게 제어하여 브레이커의 작동 행정이 순차적으로 정확하게 연결될 수 있게 하고, 피스톤이 하강할 때 유로 개구 면적을 최대로 유지시켜 압력 손실을 최소화 함으로써 브레이커 타격력을 향상시킬 수 있도록 한 유압브레이커 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기나 중장비에 부설되어 사용되는 유압 브레이커는 실린더 내부에 피스톤이 상하방향으로 자유로이 이동할 수 있게 설치되어 있음과 더불어, 이 실린더와 피스톤사이에는 피스톤을 상.하로 빠른 속도로 작동시키기 위한 고.저압 체임버가 마련된 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 각 체임버는 밸브장치에 의해 고압 또는 저압으로 전환되어, 이들 체임버의 압력차에 의해 상기 피스톤이 상하왕복운동하게 하고, 또한 상기 밸브장치는 피스톤의 왕복 운동에 따라 순차적으로 전환작동되게 되어 있는데, 이러한 밸브장치의 각 작동 행정이 매끄럽게 연결 될 수 있도록 하기 위해, 밸브와 실린더내부에 상기한 바와 같은 유압체임버와 유로가 형성되어 있으며, 이러한 유로와 유압체임버가 브레이커의 작동행정을 순차적으로 이루어지게 하는 회로를 구성시키게 되는 것이다.

이러한 유압브레이커의 밸브장치에 대한 일반적인 구조와 그 작동원리를 첨부한 예시도면 제1도내지 제8도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도는 작동초기 상태인 통상적인 유압브레이커의 내부구조를 나타내는 단면도로서, 그 구조는 실린더(1)의 내부에 형성된 원통형 공간속에 피스톤(2)이 상하왕복운동할 수 있게 지지되어 있고, 상기 피스톤(2)에는 동일한 직경으로 이루어진 2 개의 대경부(3, 4)가 형성되어 있으며, 이들 대경부(3, 4)와 피스톤(2)의 상단부(5) 및 하단부(6)의 직경차이에 의해 상기 윗쪽 대경부(3)의 상단면에 피스톤 상단수압면(7)이 마련되고, 상기 아래쪽 대경부(4)의 하단면이 피스톤 하단수압면(8)이 마련되어 있다.

그리고, 상기 피스톤(2)의 상단부(5)가 하단부(6)보다 직경보다 작게 형성되어 있으므로, 상기 피스톤 하단 수압면(8)이 피스톤 상단 수압면(7)보다 작게 되고, 상기 상하 대경부(5, 6)사이에 피스톤 환형유로(9)가 형성되어 있다.

또한, 상기 피스톤(2)의 상하 대경부(3, 4) 윗쪽과 아래쪽에는 상기 피스톤 상단수압면(7)과 피스톤 하단수압면(8)에 압력을 가하기 위한 유체가 유입되는 실린더 상부체임버(10)와 실린더 하부체임버(11)가 각각 형성되어 있고, 이들 실린더 상부체임버(10)와 실린더 하부체임버(11)에 압유가 공급되면 그 압유의 압력에 의해 발생하는 힘의 차이로 인해 피스톤(2)이 승강하게 되는 것이다.

그리고, 상기 실린더 상부체임버(10)는 피스톤 전환유로(12)를 통해 압유의 흐름을 절환시키는 밸브(13)와 연결되고, 상기 실린더 하부체임버(11)는 고압유로(14)를 통해 상기 밸브(13)와 연결되며, 상기 환형유로(9)는 실린더 저압유로(15)와 밸브절환유로(16)를 통해서 각각 밸브(13)와 연결되어 있다.

이러한 구조로 이루어진 유압브레이커가 굴삭기 등과 같은 중장비의 브레이커 장착 장비에 구비된 유압원으로부터 공급되는 고압유체에 의해 작동되게 되는데, 상기 유압원에서부터 공급되는 고압의 작동유체는 밸브(13)의 고압유입구(17)를 통해 밸브(13) 내부로 유입된다. 따라서 상기 밸브(13)의 내부와 항상 연통되어 있는 고압유로(14) 및 실린더 하부체임버(11)는 상시 고압상태로 유지되게 되고, 이러한 고압유체의 힘이 가해지는 상기 실린더 하단수압면(31)에는 상시 상향의 힘이 작용하여 피스톤(2)을 위쪽으로 밀어 올리려는 힘이 작용하게 된다.

한편, 상기 밸브(13)에는 밸브스푸울(18)이 자유로이 상하이동할 수 있게 내장되어 그 이동에 따라 고압유체의 유동방향을 절환시키도록 되어 있는 바, 그 상세한 구조는 제3도에 도시된 바와 같이, 밸브스푸울(18)의 전체 상하길이에 걸쳐 직경이 서로 다른 d₁, d₂, d₃의 3개의 접촉원통면이 갖추어지도록 그 외경이 부분적으로 서로 상이하게 형성되어 있고, 그 내경 d₀와 외경 d₁간의 차이에 의해 밸브하단 수압면(19)이 형성되며, 내경 d₀와 외경 d₂간의 차이에 의해 밸브상단 수압면(20)이 형성되는 한편, 외경 d₃와 외경 d₁간의 차이에 의해 밸브 전환실 수압면(21)이 형성되어지게 한 구조로 되어 있다.

또한, 상기 외경이 d₂랜드부(a)와 외경이 d3인 랜드부(b)사이에는 외경이 d₄인 소경부(c)가 형성되어 있어서, 이 소경부(c)에 의해 밸브스푸울(18)의 원통면 상에 환형으로 밸브절환유로(22)가 갖추어지게 되어 있다. 따라서, 상기 밸브절환유로(22)의 상·하 단차부에 각각 수압면(23, 24)이 형성되고, 상기 양쪽 수압면(23, 24)의 면적차는 외경 d₃와 d₂의 차이에 의해 생기는 면적차(수압면(23)의 면적 - 수압면(24)의 면적)가 된다. 그러므로, 상기 밸브스푸울(18)을 상하로 이동시키기 위해 유체의 압력이 가해지는 수압면은 밸브하단수압면(19)와, 밸브상단수압면(20), 밸브전환실수압면(21) 및 소경부의 수압면(25)로 이루어져 총 4개가 된다.

상기한 각 수압면간의 관계를 정리하면 다음과 같다.

즉, 밸브하단수압면(19) 밸브상단 수압면(20)

밸브하단 수압면(19) + 밸브전환실 수압면(21) 밸브상단 수압면(20)

밸브하단 수압면(19) + 밸브전환실 수압면(21)

= 밸브상단 수압면(20) + 수압면(25)

수압면(25) = 수압면(24) - 수압면(23)

그리고, 상기 밸브(13)의 스푸울(18)은 실린더(1)에 대해 밸브부쉬(26)를 통해 상하 자유로이 왕복이동할수 있도록 조립되어 있고, 상기 밸브스푸울(18)의 상하 이동스트로크는 실린더(1)의 상단에 조립된 백헤드(27)와 실린더몸체에 의해 제한되게 되어 있다.

또한, 상기 밸브부쉬(26)의 내경면에는 유체의 공급과 원활한 흐름을 위해 환형으로 가공된 다수개의 유실, 즉 밸브저압실(28)과 피스톤 전환실(29) 및 밸브전환실(30)이 각각 형성되어 있고, 이들 밸브부쉬(26)의 유실은 밸브스푸울(18)의 외경면에 형성된 다수개의 유실과 서로 대응하여 유로를 구성하도록 되어 있다.

이들 각 유로를 구체적으로 살펴보면, 상기 밸브 저압실(28)은 브레이커 저압출구(37)에서부터 실린더 저압유로(15)를 거쳐 유압브레이커의 실린더 저압실(32)과 연결되어 있고, 상기 피스톤전환실(29)은 피스톤 전환유로(12)를 거쳐 실린더 상부체임버(10)에 연결되어 있으며, 상기 밸브전환실(30)은 밸브절환유로(16)에 설치된 밸브전환 오리피스(33)와 밸브절환유로(16)를 통해 실린더측 밸브전환실(34)과 연결되어 있다.

그리고, 상기 밸브스푸울(18)의 내부에 형성된 원통공간(35)은 밸브(13)의 고압유입구(17)와 연결되어 있으므로 이 원통공간(35)을 통해 유입되는 고압의 압유에 의해 상기 밸브상단 수압면(20)과 밸브하단 수압면(19)은 상시 고압을 전달받도록 되어 있다.

한편, 유압브레이커가 작동시작하게 되는 초기 상태에서 상기 피스톤(2)은 하강상태에 있게 되고, 밸브(13)에 구비된 밸브전환실(30)은 밸브절환유로(16) - 실린더측 밸브전환실(34) - 피스톤 환형유로(9) - 실런더 저압실(32) - 실린저 저압유로(15) - 밸브저압실(28) - 저압출구(37)를 차례로 통해 연결되어 저압상태로 유지되게 되고, 그 결과 상기 밸브스푸울(18)의 밸브전환실 수압면(21)에 작용하는 힘은 아주 작게 된다.

또한, 밸브스푸울(18)에 형성된 상기 소경부(c)의 수압면(23, 24)은 밸브스푸울(18)의 위치에 관계 없이 상시 밸브저압실(28)에 노출되어 있으므로 이 밸브절환유로(22)의 순 수압면(25)에 작용하는 힘 또한 매우작다.

그리고, 밸브스푸울(18)의 밸브상단 수압면(20)은 밸브하단 수압면(19)보다 그 면적이 크고, 밸브스푸울(18)상하단에 동일한 압력이 작용하므로, 이 밸브스푸울(18)은 상기 밸브상단 수압면(20)과 밸브하단 수압면(19)의 면적차이로 인해 밸브스푸울(18)에 하향의 힘이 가해지게 되어 이 밸브스푸울(18)이 하강된 상태를 유지하게 된다.

이러한 밸브스푸울(18)의 하강상태에서 밸브스푸울(18)의 소경부(C)와 밸브부쉬(26) 사이에 형성되는 밸브 배유로(36)는 상기 밸브저압실(28)과 피스톤전환실(29)을 연결시키게 되므로, 상기 실린더 상부체임버(10)에서부터 피스톤 전환유로(12) - 피스톤전환실(29) - 밸브배유로(36) - 밸브저압실(28) - 밸브저압출구(37)의 연결 순서로 배유로가 형성되고, 이에따라 피스톤 상대경부(3)에 의해 형성되는 상단 수압면(7)에 저압이 작용하게 된다.

한편, 실린더 상측에는 백헤드(27)가 조립되어 밸브(13)의 상단을 막아줌과 더불어 피스톤(2)의 수직상단 연장부에 개스압축실(38)을 형성시키도록 되어 있고, 이 개스압축실(38)의 내부에는 압축된 개스가 충전되어 피스톤 개스실 수압면(39)에 상시 하향압력을 가하도록 되어 있다.

그리고, 상기 피스톤하단 수압면(8)에 상시 작용하는 고압은 피스톤(2)에 상시 상향의 힘을 작용시키는데, 개스압축실(38)에 충전된 개스의 압력은 피스톤하단 수압면(8)에 작용하는 상향의 힘보다 작은 힘을 가할 정도로 충전된다.

따라서 피스톤(2)은 피스톤하단 수압면(8)에 작용하는 힘에 의해 상승하게 되고, 이렇게 피스톤(2)이 상승함에 따라 상기 개스압축실(38)내의 개스가 피스톤(2)의 상단부(5)에 의해 압축되게 된다.

한편, 피스톤이 상승함에 따라 실린더 상부체임버(10)내부에 있던 유체는 피스톤상단 수압면(7)의 상향이동 속도에 맞추어 피스톤전환유로(12)를 통해 저압출구(37)로 배출되며, 피스톤(2)의 상승속도는 고압유입구(17)를 통해 공급되는 유체의 유량에 의해 결정되게 된다.

그리고, 피스톤이 상승할 때 배출되는 배유는 면적이 상대적으로 좁은 밸브 배유로(36)를 통과하면서 저항을 받게 되므로 실린더 상부체임버(10)에 배압이 형성되게 된다.

따라서, 실린더 하부체임버(11)에 압유가 공급되어 피스톤이 상승할 때, 이 피스톤은 개스압축실(38)의 개스압력과 실린더 상부체임버(10)에 가해지는 배압의 크기에 따른 부하를 받게 된다.

한편, 제2도는 피스톤(2)의 상사점 부근까지 상승하여 밸브(13)가 전환되기 시작할 때의 상태도로서, 피스톤(2)이 상승하는 동안 피스톤의 대경부(4)가 실린더 밸브 전환실(34)을 한동안 막게 되지만, 이 과정중에 밸브(13)에 구비된 밸브전환실(30)은 피스톤이 상승하는 동안 초기에 형성된 저압상태로부터 서서히 고압으로 전환 되게 된다.

그 이유는, 실린더 하부체임버(11)의 고압 유체가 피스톤(2)과 실린더(1)의 유동접촉면 틈새를 통해 미량 흘러 실린더측 밸브전환실(34)로 유입됨과 더불어, 밸브스푸울(18)의 외경면, 즉 d, 과 d₃의 외경면과 밸브부쉬(26)사이의 유동접촉면 틈새로 유입된 미량의 누유가 상기 밸브전환실(30)로 유입되게 되어 이 밸브전환실(30)의 압력이 서서히 증가하기 때문인 것이다.

따라서, 상기 밸브상단 수압면(20)과, 밸브하단 수압면(19) 및 밸브전환실 수압면(21)에 가해지는 압력상태가 모두 고압이 되면서 이 밸브스푸울(18)은 상기 수압면(21)에 가해지는 힘에 의해 상방향의 힘을 받게 되므로 밸브스푸울(18)이 상승하게 된다.

그러나, 피스톤이 상승하는 구간중에 피스톤(2)과 밸브스푸울(18)사이의 유동접촉면 틈새를 통해 누유되는 유량은 매우 작으므로 밸브스푸울(18)의 상승 속도도 매우 느리게 된다. 그러므로 밸브스푸울(18)은 피스톤(2)이 상승하는 중간과정에서는 제2도에 도시된 바와 같이 거의 하강된 상태를 유지하게 되는 것이다.

한편, 피스톤(2)이 계속 상승하여 제6도에 도시된 바와 같이 피스톤 하단수압면(8)이 실린더측 밸브전환실(34)의 위치에 오게 되면, 상시 고압인 실린더 하부체임버(11)와 실린더측 밸브전환실(34)이 서로 연통되어 상기 실린더 하부체임버(11)내부의 압유가 밸브절환유로(16)-밸브전환 오리피스(33)를 통해 밸브측 밸브전환실(30)로 유입되어지게 되므로 밸브전환실 수압면(21)에 고압을 가하게 된다.

이와 같이 상기 밸브전환실 수압면(21)에 고압이 가해지게 되면, 이 밸브스푸울(18)의 밸브상단 수압면(20)과 밸브하단 수압면(19)의 면적차이에 해당하는 만큼 고압이 작용하게 되므로써 하강 상태를 유지해오던 밸브스푸울(18)에 승강시키려 하는 힘이 가해지게 되고, 이러한 승강력은 밸브스푸울(18)을 하강상태로 유지시키려는 힘보다 더 크므로 결국 밸브스푸울(18)전체에는 승강력이 더 많이 적용되게 되어 이 밸브스푸울(18)이 상승되기 시작하게 된다.

이때 밸브스푸울(18)의 상승속도는 실린더 하부체임버(11)에서부터 밸브절환유로(16)를 통과하는 유량에 의해 결정되게 되는데, 이와 같이 밸브절환유로(16)를 거치는 도중에 이 밸브절환유로(16)에 설치된 밸브전환 오리피스(33)에 의해 그 통과량이 제한을 받게 되므로, 밸브스푸울(18)이 급격하게 상승되지 않게 된다. 따라서, 상기 밸브전환 오리피스(33)는 밸브스푸울(18)이 급격하게 상승하는 것을 방지해 주는 역할을 하게 되는 것이다.

그리고, 상기 밸브전환 오리피스(33)는 실린더 하부체임버(11)에서부터 빠져나가는 압유의 유량을 제한하여 실린더 하부체임버(11)를 비롯한 브레이커 고압유로(14)내의 압력이 갑작스럽게 변동하는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

제4도는 상기 제3도에 이어 밸브스푸울(18)이 상승하였을때의 상태도로서, 이 제4도에서는 상기 밸브스푸울(18)이 밸브부쉬(26)내에서 완전히 상승한 상태로 도시되어 있기는 하나, 실제로는 밸브스푸울(18)의 스트로크가 매우 짧기 때문에 밸브스푸울(18)이 완전히 하강된 상태에서부터 완전히 상승되는데 소요되는 시간은 매우 짧고, 상승스트로크가 짧아 작은 거리를 상승한 정도에 불과한 것이다.

이와 같이 밸브스푸울(18)이 상승하여 이 밸브스푸울(18)에 형성된 하단 수압면(24)이 밸브부쉬(13)에 형성된 피스톤전환실(29)위쪽으로 올라가게 되면, 피스톤(2)이 상승할 때 실린더 상부체임버(10)의 오일이 저압출구(37)쪽으로 통과하게 하는 통로인 밸브배유로(36)가 차단되고, 그 대신에 제4도에 도시된 바와 같이 상기 밸브부쉬(26)에 형성된 피스톤 전환실(29)에서부터 밸브스푸울(18)의 중앙에 직경방향으로 관통형성된 밸브 급유구(40)를 통하여 밸브부쉬(26)에 형성된 피스톤 전환실(29)-피스톤 전환유로(12)-실린더 상부체임버(10)로 연결되는 유로가 형성되게 된다.

이렇게 형성된 유로를 통해 고압을 받고 있는 밸브스푸울(18) 내부의 원통공간(35)이 실린더 상부체임버(10)에 연통되게 되므로, 상기 피스톤(2)의 피스톤하단 수압면(8)과 피스톤상단 수압면(7)에 모두 고압이 가해지게 되는데, 상기 피스톤상단 수압면(7)이 피스톤하단 수압면(8)보다 크므로 그 수압면적 차에 의해 전체 피스톤(2)에 가해지는 유체의 힘은 피스톤(2)을 아래로 누르게 된다.

여기에 더하여, 피스톤(2)이 하강하기 시작하면 피스톤(2)이 상승할 때 최고 압력까지 압축된 개스압축실(38)의 개스 압력이 팽창되면서 피스톤(2)의 상단면에 형성된 개스실 수압면(39)에 큰 힘을 가하게 되므로, 피스톤이 아래쪽으로 빠른 속도로 하강하게 된다.

한편, 유압브레이커의 성능을 평가하는 주요 항목으로 타격수와 타격력을 꼽을 수 있는데, 그 중 타격력은 피스톤(2)이 하강하여 치즐(52)을 타격할 때의 충격력으로 표현할 수 있고, 이 충격력은 피스톤의 운동에너지가 치즐(52)과 치즐하단에 접촉하고 있는 피파쇄물의 변형에너지로 변환되는 과정에서 발생하는 것이므로, 피스톤 하강속도를 증가시켜 타격시 피스톤의 운동에너지를 크게 하면 타격력을 증대시킬 수 있는 방법이 된다.

따라서, 피스톤(2)의 하강 속도를 높이기 위해서는 개스압축실(38)의 개스압력과 피스톤 상.하단 수압면(7, 8)에 작용하는 유체의 압력을 높여야 한다.

그런데 피스톤이 하강할 때 작용하는 유체의 압력은, 대부분 피스톤 상승시 개스압축실(38)의 압축개스압력을 이기면서 피스톤이 상승함에 따라 형성되는 압축부하와, 상기 실린더 상부체임버(10)에서 배출되는 유체가 밸브 배유로(36)를 통해 빠져 나가면서 생기는 압력 손실로 인해 실린더 상부체임버(10)에 형성되는 배압에 의한 부하를 받게될 뿐만 아니라, 피스톤(2)이 이동할 때 주로 피스톤 상.하단부(5, 6)에 설치된 상부씰(41)과 하부씰(42)에 의해 형성되는 마찰력이 발생하게 되므로, 에너지손실 없이 피스톤의 속도를 증가시키는 방법은 개스압축실(38)에 충전되는 개스의 압력을 증가시키는 것이다.

한편, 상기에서 피스톤이 상승할 때 실린더 상부체임버(10)에 형성되는 배압과 상.하부씰(41, 42)에 의한 마찰력은 피스톤 하강시에 도움을 주지 못하는 비가역과정의 에너지 소모원이 된다.

따라서, 상기 개스압축실(38)의 개스압력을 피스톤 하단수압면(8)에 가해지는 고압에 의해 피스톤(2)이 상승할 수 있게 하는 한도 내에서 최대로 하고, 밸브절환유로(16)의 개구 면적을 크게하여 피스톤이 상승할 때 실린더 상부체임버(10)에서 발생하는 배압이 최소화되게 함과 더불어, 마찰계수가 낮은 오일 씰을 사용하는 것이 타격력을 향상시켜 고효율의 유압브레이커를 만드는 방법이 된다.

한편, 유압브레이커 밸브장치를 구성하는데 있어서 피스톤(2)이 하강속도를 증대시키기 위해 고려해야 할 또 다른 사항중의 하나는, 피스톤(2)이 상사점 부근에 도달한 후 밸브스푸울(18)이 확실하게 전환되게 하므로써, 피스톤 하강시 실린더 상부체임버(10)로 압유를 공급하는 유로의 압력 손실을 최소화하는 것이다.

그 방법으로는 우선 유로의 면적을 충분히 확보해야 하며 유로 면적의 급격한변화와 유로방향의 급격한 전환을 피해야 한다.

이러한 측면에서 제5도에 도시된 바와 같이, 밸브스푸울(18)의 내부 원통공간(35)에서 실린더 상부체임버(10)로 연결되는 유로가 충분히 형성되어지도록 하기 위해 밸브스푸울(18)이 상승된 상태로 유지되게 하는 것이 중요하다.

한편, 대부분의 유압브레이커에서 피스톤(2)의 하강속도를 높혀 그 효율을 증대시켜 주기 위해 개스압축실(38)의 개스 충전 압력을 높이고 있는데, 이와 같이 개스 압력을 높여줌에 따라 피스톤(2)이 상승상태에서 하강상태로 반전되는 시간이 매우 짧아지게 되고, 이에 따라 밸브스푸울(18)의 상승동작과 하강동작 사이의 확실한 전환이 어렵게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 제7도를 참조하여 설명하자면, 상기에서 설명한 바와 같이, 피스톤(2)이 상승함에 따라 피스톤 하단수압면(8)이 실린더측 밸브전환실(34)의 위치까지 상승하게 되면, 실린더 하부체임버(11)의 압유가 밸브전환 오리피스(33)를 통과하여 밸브측 밸브전환실(30)로 유입되어 밸브스푸울(18)을 상승시키게 된다.

이때, 압유가 상기 밸브전환 오리피스(7)를 통과하면서 그 유량이 제한을 받게 되므로 밸브스푸울(18)의 상승속도가 다소 둔화되게 되고, 그에 따라 피스톤(2)은 피스톤 하단 수압면(8)이 실린더측 밸브전환실(34)의 입구를 개방시켜 상기 밸브절환유로(16)가 실린더 하부체임버(11)와 연통되게 하는 위치보다 다소 더 상승하게 된다.

이러한 피스톤의 오버런 동작은 밸브스푸울(18)의 확실한 절환 작동을 위해 상당히 중요한 역할을 하게 되는데, 즉 상기한 바와 같은 작동과정을 거치면서 밸브측 밸브전환실(30)에 고압이 형성되고, 실린더측 밸브전환실(34)에서부터 밸브 전환유로(16)를 통해 고압압유가 계속 공급되는 한 밸브스푸울(18)은 계속하여 상승하게 되지만, 이 밸브스푸울(18)이 중앙에 관통형성된 밸브급유구(40)가 실린더측 피스톤전환실(29)의 위치까지 상승하여 실린더 상부체임버(10)쪽으로 고압의 압유가 공급되는 급유로가 형성되면, 바로 직전까지 저압상태였던 실린더 상부체임버(10)에 갑작스럽게 고압의 압유가 유입되게 되므로, 밸브스푸울(18)의 밸브급유구(40)에서부터 밸브부쉬(26)에 형성된 피스톤 전환실(29)로 유입되는 유로에 통과유량에 비례하는 유체력이 발생하게 되고, 이 유체력은 상기 밸브급유구(40)에서부터 피스톤 전환실(29)쪽으로 형성된 급유로를 닫을려고하는 방향, 즉 밸브스푸울(18)을 하강시키려 하는 방향으로 작용하게 된다.

이때 피스톤(2)은 상기한 바와 같이 오버런 상태에 있으므로, 실린더 하부체임버(11)에서부터 밸브부쉬(26)의 밸브전환실(30)쪽으로 고압의 압유가 지속적으로 공급되어지게 되면, 이 유체의 압력에 의해 밸브스푸울(18)이 안정적으로 상승할 수 있게 된다.

그러나, 상기한 바와 같이 브레이커 효율을 높이기 위해 개스압축실(38)의 개스압력을 높이게 되면, 실린더 하부체임버(11)쪽에서부터 고압의 압유가 실린더 상부체임버(10)로 유입되는 유로가 형성된 직후 피스톤(2)은 상승에서 반전되어 하강으로 가속되게 된다.

그리고, 이때 상기 개스압축실(38)의 개스 압력은 최고로 압축된 상태가 되고, 이 개스압력에 의해 상기 피스톤개스실 수압면(39)에 매우 큰 힘이 작용되어지게 되므로, 이 힘이 피스톤(2)의 상승동작에 대해 배압으로 작용하게 되어 피스톤(2)의 오버런이 짧아지게 함과 더불어, 피스톤 하강시 큰 가속도를 발생시켜 실린더측 밸브 전환실(34)이 열려 있는 시간을 줄이게 된다.

따라서, 밸브스푸울(18)이 상승하여 밸브급유구(40)와 피스톤 전환유로(12)를 연통시키는 급유로가 일단 형성되기 시작할 때부터 밸브가 완전히 전환될 때까지 충분한 시간 동안, 밸브스푸울(18)이 상승된 상태를 그대로 유지하고 있어야 하나, 상기한 바와 같이 개스압축실(38)의 압축개스에 의한 반력으로 인해 피스톤(2)의 전환이 매우 빨리 이루어지게 되어, 그 겨과 실린더측 밸브전환실(34)의 입구가 빨리 차단되게 되므로, 밸브스푸울(18)이 제7도에서 도시한 바와 같이 완전히 상승하지 못한채 중간에서 정지하게 된다.

이렇게 되면, 그 이후 피스톤(2)이 하강하면서 유압원으로부터 고압유입구(17)를 통해 밸브스푸울(18)의 원통공간(35)속으로 공급되는 압유와 실린더 하부체임버(11)에서 고압유로(14)를 통해 상기 원통공간(35)으로 배출된 압유가 밸브급유구(40)와 피스톤전환유로(12)를 통해 실린더 상부체임버(10)로 공급될 때, 상기 밸브급유구(40)와 피스톤 전환실(18)사이에 형성되는 개구면적이 충분하게 개방되지 않게되어 압력 손실이 발생하게 된다.

이 압력손실로 인하여 피스톤 하단수압면(8)의 압력은 더욱 높아지고 피스톤 상단수압면(7)은 이보다 상대적으로 낮아져 피스톤(2)에 작용하는 하향의 힘이 약해지게 된다. 따라서 결과적으로 피스톤 하강 속도가 감소하게 되는 것이다.

제8도는 제7도에 이은 피스톤 하강행정 중간의 상태도로서, 상기한 바와 같이 밸브스푸울(18)이 완전히 전환되지 않은 상태의 위치에서 피스톤이 하강하기 시작하면, 이 밸브스푸울(18)은 피스톤(2)이 하강함에 따라 더욱 하강하게 되는데, 그 이유는 피스톤(2)와 실린더(1)사이의 유동접촉면 틈새를 통해 실린더측 밸브전환실(34)에서부터 실린더 저압실(32)쪽으로 누유가 발생하여 밸브측 밸브전환실(30)내의 압력이 점차 떨어지기 때문인 것이다.

또한, 피스톤하강시 실린더 상부체임버(10)로 공급되는 많은양의 유체가 밸브급유구(40)와 밸브측 피스톤전환실(29)사이의 개구면적을 통해 흐를 때 발생하는 유체력이 밸브스푸울(18)을 하강시키려는 방향으로 작용하고, 이 유체력은 피스톤이 하강하면서 점차 증가되어 압유의 통과 유량이 많아질수록 커지게 된다.

따라서 제7도 및 제8도에서 도시한 바와 같이, 밸브절환유로(16)에 형성된 밸브전환오리피스(33)만으로 밸브 전환시점을 제어하도록 된 종래의 유압브레이커 밸브장치에 있어서는, 브레이커 타격력과 효율을 높이기 위해 개스압축실(38)의 개스압력을 높이는 경우, 피스톤(2)이 상사점에서의 오버런길이가 짧아지게 되어 밸브스푸울(18)이 불완전하게 절환하게 된다.

따라서, 피스톤 하강시 밸브(13)쪽에서 피스톤(2)의 실린더 상부체임버(10)로 공급되는 압력손실로 인해 피스톤의 하강 속도가 감소하게 되고, 그 결과 타격시 피스톤의 운동에너지가 작아지게 된다.

이러한 현상의 이유로 인해 결국, 종래의 유압브레이커 밸브장치에 있어서는 개스압축실(38)의 개스압력을 높게 올려도 밸브의 불완전한 절환작동 때문에 그만큼 타격력이 증가되지 않게 되는 문제점이 있었던 것이다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소시켜, 피스톤의 오버런 작동에 상관없이 밸브의 절환작동이 확실하게 이루어질 수 있게하여 그 효율을 높일 수 있게 한 유압브레이커 밸브장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 실린더속에 피스톤이 상하 자유로이 이동할 수 있게 설치되고, 상기 피스톤의 상부와 하부에 각각 실린더 상부체임버와 실린더 하부체임버가 마련됨과 더불어 피스톤상단에 고압개스가 저장된 개스압축실이 구비되고, 이실린더 상부체임버와 실린더 하부체임버에 밸브에 의해 고압의 압유 또는 저압의 압유가 선택적으로 공급됨에 따라 발생되는 압력차와 상기 개스압축실의 개스압력에 의해 피스톤이 상하이동하게 되어 있으며, 피스톤의 승강 작동에 따라 상기 실린더 상부체임버와 실린더 하부체임버를 연통시키는 밸브절환유로에 오리피스가 설치되어 있는 한편, 상기 밸브의 스푸울에 직경방향으로 관통형성되어 이 스푸울이 상승되었을 때 상기 실린더측 상부체임버에 압유를 공급하는 유로와 연통되게 한 밸브급유구가 구비되고, 이 밸브스푸울이 승하강 함에 따라 상기 밸브 급유구가 실린더 상부체임버와 밸브의 고압유로를 선택적으로 연통시키도록 된 유압브레이커의 유압제어밸브장치에 있어서, 상기 밸브스푸울에 환형의 밸브제어실을 형성시키고, 이 벨브제어실을 밸브스푸울의 내부에 형성된 원통공간과 고압제어유로를 통해 연통시키되, 상기 고압제어유로의 면적을 좁게 형성시켜 오리피스 역할을 하게 함과 더불어, 상기 밸브제어실을 밸브스푸울이 상승되었을 때 이 밸브제어실이 밸브절환유로와 연통되게 함과 더불어, 밸브스푸울에 형성된 수압면의 아래에 위치되게 한 것을 그 특징으로 하는 것이다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 유압브레이커 밸브장치는, 피스톤의 상승동작시 개스의 배압으로 인해 피스톤이 빠른 속도로 상승동작에서부터 하강동작으로 전환되어도, 상기 밸브스푸울에 형성된 밸브제어유로와 밸브제어실을 통해 밸브스푸울을 상승시키는 밸브전환실 수압면에 고압의 압유가 지속적으로 공급되게하여 밸브스푸울이 상승된 상태를 그대로 유지하게 하고, 이와 같이 밸브스푸울이 상승된 상태를 그대로 유지하게 됨으로써, 상기 실린더 상부체임버에 이 밸브를 통해 충분한 량의 고압유가 유입될 수 있는 시간이 확보되어지게 되어, 피스톤이 고압의 압유에 의해 빠른 속도로 하강작동할 수 있게 해주게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 유압브레이커 밸브장치를 사용하면, 피스톤의 승하강 절환동작이 그래로 밸브의 스푸울이 절환되는 동작으로 연계되어지지 않고, 이 밸브의 스푸울은 별도로 공급되는 고압의 압유에 의해 제어되게 하므로써, 상기 밸브를 통해 피스톤의 상부체임버에 충분한 량의 압유가 공급되어지기 때문에, 피스톤의 승하강동작을 절환시키는데 중요한 인자로 작용하게 되는 개스압축실의 개스압력을 가능한 한도내에서 최고의 압력으로 상승시킬 수가 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 밸브장치를 설치한 유압브레이커는, 개스압축실의 압력을 증가시킬 수가 있고, 또한 피스톤을 하강시키기 위한 압유가 공급되는 실린더측 상부체임버에 고압의 압유를 충분하게 공급해 줄 수가 있기 때문에 피스톤의 하강속도를 최대한으로 증대시킬 수 있게 되고, 그에 따라 효율이 좋은 유압브레이커를 제공할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 유압브레이커 밸브장치가 유압브레이커 본체와 일체로 연결된 상태를 도시한 단면도로서 초기의 상태를 나타낸 것이고, 제2도는 제1도의 상태에서 브레이커 피스톤이 상승한 상태를 도시한 단면도이며, 제3도는 본 발명에 따른 유압브레이커 밸브장치를 구성하는 밸브스푸울의 단면도로서, 유압브레이커와 이 유압브레이커에 공급되는 압유를 제어하는 밸브장치의 기본적인 구성과 그에 대한 작동과정은 상기의 종래기술을 설명하는 과정에서 상세히 설명한 바가 있으므로, 여기에서는 중복을 피하기 위해 동일한 부분에 대한 설명은 생략하기로 하고, 본 발명의 특징 부분만을 설명하기로 하되, 그 설명도 상기의 종래기술에서 설명한 바를 근거로하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 유압브레이커 밸브장치는, 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 밸브스푸울(18)의 내부에 원통공간(35)이 형성되고, 중앙부에 직경방향으로 밸브급유구(40)가 관통형성된 밸브스푸울(18)의 밸브전환실 수압면(21) 하단부에 환형 밸브제어실(50)이 형성되는 한편, 이 밸브제어실(50)에서부터 상기 원통공간(35)속으로 밸브제어통로(51)가 관통형성된 구조로 되어 있다.

즉, 제3도에 도시한 바와 같이, 상기 밸브스푸울(18)의 외경 d₁측 원통면 상에 밸브제어실(50)이 형성되고, 이 밸브제어실(50)과 내부의 원통공간(35)사이에 밸브제어유로(51)가 관통형성된 구조로 되어 있는 것이다.

그리고, 상기 밸브제어유로(51)는 그 직경이 좁게 형성되어 오리피스 역할을 하도록 되어 있는 한편, 상기 밸브제어실(50)의 위치는 밸브스푸울(18)의 중앙부에 형성된 밸브 급유구(40)가 밸브부쉬(26)에 형성된 피스톤 전환실(18)과 매치되어 실린더 상부체임버(10)와 연통되어지는 순간, 밸브제어실(50)이 밸브측 밸브전환실(30)과 매치되어 상기 밸브절환유로(16)와 연통되어지게 하는 위치에 형성되어 있다.

이러한 구조로 이루어진 밸브스푸울(18)을 갖춘 본 발명의 장치는 제2도에 도시된 바와 같이, 상기 밸브제어실(50)과 밸브제어유로(51)가 형성된 밸브스푸울(18)이 상승하게 되면, 이 밸브스푸울(18)에 형성된 밸브제어실(50)이 밸브전환실(30)과 매치되게 되고, 이 상태에서 밸브스푸울(18)의 내부에 형성된 원통공간(35)이 상기 밸브제어유로(51)을 통하여 밸브측 밸브전환실(19)와 연통되게 되므로, 상기 밸브제어유로(51)을 통하여 원통공간(35)속에 있는 고압의 압유가 밸브전환실(30)로 유입된다.

따라서, 본 발명에 따른 밸브장치는 피스톤(2)이 상승동작에서부터 하강동작으로 급격하게 전환되어짐으로 인해, 이 피스톤(2)에 의해 실린더측 밸브전환실(34)이 열려지고 막혀짐에 상관없이 밸브스푸울(18)이 끝까지 완전하게 상승할 수 있게 되는 것이다.

다시 말하면, 피스톤 상사점 부근에서 실린더 하부체임버(11)-실린더측 밸브전환실(34)-밸브절환유로(16)-밸브전환실(30)로 이어지는 밸브절환유로를 통해 공급되는 압유는 밸브스푸울(18)의 상승 초기에만 기여하게 되고, 밸브스푸울(18)이 일단 상승하여 밸브급유구(40)가 실린더 상부체임버(10)와 연통됨과 더불어 밸브제어실(50)이 밸브전환실(30)과 서로 연통되는 상태로 되면, 원통공간(35)속의 압유가 상기 밸브제어유로(51)를 통해 밸브전환실(30)로 공급되어지기 때문에 이 밸브전환실(30)에 마련되어 있는 밸브전환실 수압면(21)에 계속하여 상승압력이 가해지게 되기 때문에 밸브스푸울(18)을 계속 상승시키게 되는 것이다.

따라서, 피스톤 상부체임버(10)로 유입되는 압유는 압력 손실이 최소화 되어 피스톤(2)을 강한 압력으로 누를 수 있게 되기 때문에 피스톤의 하강속도가 빨라지게 되고, 이에 따라 브레이커의 타격력과 효율을 높일 수 있게 된다.

제5도는 제4도의 후속상태를 도시한 도면으로서, 피스톤하강 행정의 종반부에 밸브스푸울(18)이 하강하기 시작하기 직전의 상태도이다.

상기 피스톤(2)이 고속으로 하강하여 피스톤의 환형유로(9)가 실린더측 밸브전환실(34)과 실린더 저압실(28)사이에 위치하게 되면, 밸브측 밸브전환실(30) - 밸브전환 오리피스(33) - 밸브절환유로(16) - 실린더측 밸브전환실(30) - 피스톤 환형유로(9) - 실린더저압실(32) - 실린더 저압유로(15) - 밸브저압실(28) - 저압출구(37)로 연결되는 유로가 형성되어 밸브전환실(30)내에서 밸브스푸울(18)을 지지하고 있던 고압의 압유가 배출되게 된다.

따라서 밸브전환실 수압면(21)에 작용하던 고압은 저압으로 반전되고 밸브스푸울(18)은 밸브상단 수압면(20)과 밸브하단 수압면(19)에 상시 작용하는 고압과 이들 수압면의 면적차에 의한 힘의 불균형으로 인해 밸브스푸울(18)이 하강을 시작하게 된다.

이때, 밸브스푸울(18)의 내부 원통공간(35)속의 고압유체의 일부가 밸브제어유(51)를 통해 밸브전환실(30)을 거쳐 저압출구(37)로 배출되므로 압유의 유량손실이 되기는 하나, 상기 밸브제어유로(51)는 밸브전환오리피스(33)에 비하여 그 통로면적이 상당히 작고, 밸브 상단 수압면(20)과 밸브하단 수압면(19)과의 면적차에 작용하는 고압에 의한 힘의 크기가 밸브스푸울(18)의 중량에 비해 매우 커서 밸브스푸울(18)을 빠른 속도로 하강시키게 되므로 , 밸브제어유로(51)를 통해 손실되는 압유의 양은 극히 미미하게 된다.

그리고, 상기 제5도의 밸브하강초기 상태에 이어 피스톤(2)이 계속하강하여 치즐(52)을 타격하고, 밸브스푸울(18)도 마저 하강하게 되면 제1도의 초기 상태와 같은 상태가 되며, 이어서 피스톤 상승 - 밸브스푸울 상승 - 피스톤 하강 - 밸브스푸울 하강의 순서로 작동사이클이 반복되며 브레이커 연속 타격작동이 이루어지게 된다.

이상과 같은 원리로 본발명의 브레이커 밸브장치는 피스톤의 상하왕복운동을 반복적으로 이루어지게 함은 물론 밸브제어 유로에 의해 밸브상승을 확실하게 이루어지게 함으로써 브레이커의 타격력과 효율을 향상시키기 위해 개스압축실의 개스압력을 피스톤이 유압으로 상승할 수 있게 하는 최대한도 까지 높일수 있게 된다.

따라서, 브레이커의 고성능화, 고효율화를 이룰수 있으며 같은 크기의 브레이커에서 큰 타격력을 발휘하게 하므로써 브레이커의 소형화 경향화를 이룰수 있게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 실린더(1) 속에 피스톤(2)이 상하 자유로이 이동할 수 있게 설치되고, 상기 피스톤(2)의 상부와 하부에 각각 실린더 상부체임버(10)와 실린더 하부체임버(11)가 마련됨과 더불어 피스톤상단에 고압개스가 저장된 개스압축실(38)이 구비되고, 상기 실린더 상부체임버(10)와 실린더 하부체임버(11)에 밸브에 의해 고압의 압유 또는 저압의 압유가 선택적으로 공급됨에 따라 발생되는 압력차와 상기 개스압축실(38)의 개스압력에 의해 피스톤(2)이 상하이동하게 되어 있으며, 피스톤의 승강 작동에 따라 상기 실린더 상부체임버(10)와 실린더 하부체임버(11)를 연통시키는 밸브절환유로(16)에 오리피스(33)가 설치되어 있는 한편, 상기 밸브(13)의 스푸울(18)이 3 개의 외경이 서로 다른 유동접촉면을 가지면서 그 내부가 빈 원통공간(35)부로 형성되어 있고, 상기 스푸울(18)이 상승되었을 때 실린더측 상부체임버(10)에 압유를 공급하는 유로(12)와 연통되게 한 밸브급유구(40)가 구비되며, 이 밸브스푸울(18)이 승하강함에 따라 상기 밸브급유구(40)가 실린더 상부체임버(10)와 밸브의 고압유로(14)를 선택적으로 연통시키도록 된 유압브레이커의 유압제어밸브장치에 있어서, 상기 밸브스푸울(18)에 환형의 밸브제어실(50)이 형성되고, 이 밸브제어실(50)이 밸브스푸울(18)의 내부에 형성된 원통공간(35)과 연통시키는 밸브제어유로(51)가 형성되며, 상기 밸브제어실(50)이 밸브스푸울(18)에 형성된 수압면(21)의 아래쪽에 위치하게 함과 더불어, 밸브스푸울(18)이 상승되었을 때 이 밸브제어실(50)이 밸브절환유로(16)와 연통되게 한 것을 특징으로 하는 유압브레이커 유압제어밸브장치
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브제어유로(51)의 직경이 밸브절환유로(16)에 형성된 오리피스(33)의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 유압브레이커 유압제어밸브장치