KR100198892B1 - 유압 실린더 속도 제어 방법 및 장치 - Google Patents

유압 실린더 속도 제어 방법 및 장치

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KR100198892B1
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타카시 야마네
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나카히로 마오미
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Abstract

본 발명은 저고속에서 모두에서 속도 제어성을 향상시켜 유압 실린더의 속도를 안정시킬 수 있도록, 유압원에서 순환 회로를 갖는 유압 실린더로 유동하는 유압작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량 모두를 제어 밸브로 동시에 제어하여, 유압 실린더의 속도를 제어하는 유압 실린더 속도 제어 장치에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
유압 실린더 속도 제어 방법 및 장치
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 다이 캐스팅(a die casting machine)기 또는 사출 성형기의 사출 실린더로서 사용하는 유압 실린더의 속도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
[기술배경]
종래에는 다이 캐스팅기등과 같은 사출 실린더의 유압 회로 내에 미국 특허 공고 번호 제 4,586,539호에 기재된 유량 조절 밸브를 설치한 것이 공지되어 있었다.
이 유량 조절 밸브는, 저속 사출용 유량 조절 밸브 및 개폐 밸브, 고속 사출용 유량 조절 밸브 및 개폐 밸브등 네 개의 밸브 역할을 하는 단일의 컴팩트(compact) 밸브로 이루어져 있다. 이 밸브는 비교적 작은 구동력과 밸브 개방 상태 보전력을 갖고 있어서 원활하고 신속한 작동을 실행할 수 있으며, 따라서 실용가치가 매우 높았다.
한편, 종래에는 다이 캐스팅기와 같은 사출 실린더 장치내에 구비된 로드측챔버( a rod-side chamber) 및 헤드측 챔버( a head-side chamber)를 연결하는 순환회로( a run-around circuit)를 설치한 것이 공지되어 있는데, 이는 유압원에서 실린더 헤드측 챔버로 공급되는 유압 작동유의 양을 절약하여, 피스톤이 최소량의 유압 작동유로 전진되도록 한다. 상기 피스톤 전진시, 로드측 챔버로부터 배출된 유압 작동유는 헤드측 챔버로 유입되고, 피스톤은 어큐뮬레이터(an accumulator) 또는 유압 펌프와 같은 유압원으로부터 공급된 유압 작동유와 함께 전진된다.
종래에는 상기 유량 조절 밸브가 순환 회로를 갖는 사출 실린더의 유압 회로에 설치되는 경우 미터 인 회로(a meter-in circuit) 또는 미터 아웃(a meter-out circuit) 회로가 구성된다.
제3도는 미터 인 회로를 간략하게 도시한 것이다. 제3도에 있어서, 도면 번호(1)는 실린더, (2)는 피스톤, (3)은 피스톤(2)과 일체형인 피스톤 로드, (4)는 헤드측 챔버(4), (5)는 로드측 챔버, (6)은 로드측 챔버(5)와 헤드측 챔버(4)를 연결하는 순환 회로, (7)은 피스톤(2)이 후진시 닫히는 파일롯트 체크 밸브, (8)은 유압원 즉, 어큐뮬레이터를 나타낸다.
도면 번호 (9)는 상기 미국 특허 공고번호 제4,586,539호에 기재된 공지의 유량 조절 밸브를 나타낸다. 이 유량 조절 밸브(9)는 유압원과 헤드측 챔버(4) 사이에 설치된다.
이 경우에, 실린더(1)의 유압 작동유 유입측에 유량 조절 밸브(9)가 설치되기 때문에 이 전체 구조를 미터 인 회로라고 한다.
제4도는 미터 아웃 회로를 간략하게 도시한 것이다. 이 경우에 유압원(8)과 헤드측 챔버(4)사이에는 유량 조절 밸브가 제공되지 않으며, 유량 조절 밸브(9)가 로드측 챔버(5)의 배출측에 제공된다. 따라서 이 전체 구조를 미터 아웃 회로라고 한다.
[발명의 개시]
[본 발명으로 해결되는 문제]
제3도에 도시된 미터 인 회로에서, 고속 전진시에 유량 조절 밸브(9)의 밸브 개방정도가 크기 때문에, 상기 피스톤(2)의 동작은 안정된다. 반면, 저속 전진시에 유량 조절 밸브(9)의 밸브 개방 정도가 감소되기 때문에, 유체가 유압원(8)으로부터 배출된 직후 조려지게 된다(is restricted). 따라서, 유압 작동유의 압력은 저속 전진시에 아주 낮게 된다. 결과적으로 신속한 반응이 얻어질 수 없고 피스톤(2)의 이동 속도는 불안정해진다.
제5도에 있어서, 순환 회로(6)내에 고정 조리개(a stationary restrictor)(10)를 삽입함으로써 유압 작동유의 압력을 높힐 수 잇다. 그러나, 속도를 높여야 할 경우 고정 조리개(10) 부분에서의 압력 손실이 크게됨으로 속도를 높이는 것은 어렵다.
제4도에 도시된 미터 아웃 회로에서, 유압원(8)의 유압 작동유의 압력이 헤드측 챔버(10)에 직접 작용하기 때문에 헤드측 챔버(4)의 유압 작동유의 압력이 유압원(8)의 압력과 거의 똑같게 된다. 다이 캐스팅기의 사출 실린더 장치에서, 이 압력은 예를 들면, 140-210kg/㎠ 으로 아주 높다. 결과적으로 사출 및 충전시 아주 높은 서지 압력(a surge pressure)이 발생되어 버르 및 플래시(a burr and flash) 등이 발생한다.
사출중에, 제4도의 미터 아웃 구조를 제3도의 미터 인 구조에 연결하는 회로를 고려해 볼수도 있지만, 이는 회로를 복잡하게 하고 제어 속도 패턴을 제한하게 된다.
[문제 해결 수단]
본 발명에서 상기 문제 해결을 위해, 유압원에서 순환회로를 갖는 유압실린더로 유입되는 유압 작동유의 유입량과 순환 회로에서 유압 실린더로 유입되는 유압 작동유의 유입량 모두를 제어 밸브로 동시에 제어하여, 유압 실린더의 속도를 제어하게 된다.
이 경우에, 유압원에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 순환 회로에서 유압 실린더로 유입되는 유압 작동유의 유입량은 하나의 제어 밸브에 있는 하나의 스풀(spool)의 작동으로 동시에 제어되거나, 또는 제어 밸브의 다른 스풀들의 연동에 의해 동시에 제어된다.
유압원으로부터 유압 실린더로 유입되는 유압 작동유의 유입량과 순환 회로로부터 유압 실린더로 유입되는 유압 작동유의 유입량은 기설정된 비율로 동시에 제어된다.
경우에 따라서, 본 장치는 순환 회로에서 유압 실린더로 유입되는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 유입량 제어밸브부는 이 유입량 제어 밸브부를 우회시키는 조리개와 평행하게 배열한 순환 회로를 사용하고, 유압 작동유는 유압 실린더의 전진 즉시 상기 조리개를 통해 순환하게 된다.
더욱이, 이 방법을 실행할 수 있는 장치는 순환 회로를 갖는 유압 실린더와, 유압원에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입 회로를 구비한 유압 실린더 속도 제어 장치를 형성하는데, 유압원에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 순환 회로에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량 모두를 제어하는 제어 밸브가 유압 공급원과 순환 회로로부터 연장된 유입 채널 또는 청구범위에 기술된 바와 같은 장치내에 제공된다.
[효과]
상기와 같은 장치에 의해, 스풀이 유량 제어 밸브의 구동원 작동에 의해 슬라이딩하게 되면, 밸브 개방 정도가 변화하고, 유압원에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 순환 회로에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량 모두가 동시에 제어된다. 유압 실린더의 피스톤의 로드는 상기 제어량에 따라 전진한다.
저속 전진 중에 유압원에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분과 순환 회로에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분 모두는 밸브 개방 정도가 작으므로 작은 틈을 갖는다. 따라서 압력 손실이 크며, 유압원에서 공급되는 유압 작동유의 압력은 작다.
그러나, 상기 순환 회로에서 유동된 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분이 비슷하게 조려짐에 따라, 유압 작동유는 순환하며 쉽게 유동되지 않는다. 로드측 챔버의 유압 작동유 압력이 증가하면 헤드측 챔버의 유압 작동유 압력도 증가된다. 결과적으로 유압 작동유의 강성이 증가하고 피스톤의 동작과 속도가 안정된다. 따라서 피스톤은 부드럽게 전진한다.
한편, 고속 전진시, 상기 두 개의 제어 부분의 밸브 개방 정도가 증가되어 상기 틈이 증가하면서, 압력 손실은 감소한다. 유압 작동유가 많이 유동하기 때문에 전진 속도는 증가한다. 이 경우에, 헤드측 챔버에서 유압 작동유의 압력이 기설정 압력에 도달하더라도 유압원에서 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분이 적당한 밸브 개방 정도로 설정되어 있기 때문에 유압원의 최대 압력은 헤드측 챔버에 직접 작용하지 않으며, 최고의 피크 압력은 발생하지 않는다.
실린더의 속도와 무관하게 거의 일정한 유압 작동 압력이 유지될 수 있고, 안정되고 지속적인 속도 제어 작동을 저속에서 고속의 범위에서 실행 할 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치에 사용되는 유량 제어 밸브의 제1실시예를 도시하는 종단면도이다.
제2도는 본 발명을 실시하기 위해 사용된 유량 제어 밸브의 제2실시예를 도시하는 정면도이다.
제3도는 종래의 기술의 제1실시예를 도시하는 유압 회로도이다.
제4도는 종래의 기술의 제2실시예를 도시하는 유압 회로도이다.
제5도는 종래의 기술의 제3실시예를 도시하는 유압 회로도이다.
제6도는 제1도에 도시된 유량 제어 밸브가 설치된 장치의 제1실시예를 도시하는 유압 회로도이다.
제7도는 제2도에 도시한 유량 제어 밸브가 설치된 제2실시예를 도시하는 유압 회로도이다.
제8도는 다이 캐스팅기의 사출 장치의 사출 속도와 헤드 압력간의 관계를 도시하는 그래프이다.
제9도는 본 발명의 제3실시예를 도시하는 유압 회로도이다.
[발명 실시를 위한 최선의 형태]
다음의 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.
제6도는 , 본 발명의 방법을 간단하게 실시하기 위한 장치에 대한 하나의 실시예를 도시하는 유압 회로도이다. 제1도는 제6도에 도시된 장치에 설치된 유량제어 밸브의 제1실시예를 나타낸는 종단면도이다. 제3∼5도와 유사한 제6도를 참조하면, 도면 번호(1)은 실린더, (2)는 피스톤, (3)은 피스톤 로드, (4)는 헤드측 챔버, (5)는 로드측 챔버, (6)은 로드측 챔버(5) 및 헤드측 챔버(4)를 연결하는 순환 회로, (7)은 순환 모드(run-around mode)중에 닫히고 피스톤이 후진시 닫히는 파일롯트 체크 밸브, (8)은 예를 들면, 어큐뮬레이터와 같은 유압원(8)을 나타낸다. 상기 유압원(8)은 유압펌프(도시되지 않음)와 유압회로를 포함한다. 도면번호(11)은 본 발명의 특징부를 구성하는 특수 구조를 갖는 유량 제어 밸브를 나타낸다. 유량 제어 밸브(11)는 유압원(8)에서 실린더(1)로 연장되는 유입로 부분과 순환 회로(6)의 부분에 걸쳐서 설치된다. 제6도의 도면 번호(30), (31) 및 (37)은 제1도의 통로 (30), (31), 및 (37)에 해당하는 유입구 / 배출구를 나타낸다.
제1도는 유량 제어 밸브(11)의 제1실시예의 구조를 도시한다.
상기 유량 제어 밸브(11)는 크게 나누어서 일단측에 위치한 구동부(12)와 개폐 밸브를 겸용하는 유량 제어부(13)로 구성된다.
상기 구동부(12)에서 도면 번호(14)는 회전량 검출 장치를 갖는 펄스모터(a pulse motor)를 도시한다. 볼 나사축(17)의 일단부는 커플링(16)을 통해 플레이트(a plate)(15)에 설치된 펄스 모터(14)의 출력축에 연결된다. 도면 번호(18)은 플레이트(19)에 설치된 베어링을 도시한다. 볼 나사용 너트(20)는 상기 볼 나사축(17)상에 구비되어 있다. 상기 너트(20)는 볼(도시되지 않음)을 통해 상기 나사축(17)과 맞물린다. 커넥팅 로드(a connecting rod)(21)는 너트(20)와 동축을 이루도록 상기 너트(20)의 말단부에 고정된다. 두 개의 직선축(Two linear shafts)(23)은 플레이트(15), (19), (22)을 통해 연장되어, 다수개의 볼을 통해 상기 너트(20) 부분을 슬라이딩 가능하게 할 수 있도록 한다.
유량 제어부(13)에서, 밸브 스풀(24)은 밸브 몸체를 형성하는 매니폴드(a manifold)(25)의 밸브 챔버(26)에 슬라이딩 가능하게 제공된다. 밸브 스풀의 일단측은 밀폐된 플랜지(a flange)(27)의 슬리브(a sleeve)(28)를 통해 연장된 커넥팅 로드(21)의 말단부에 고정된다. 도면 번호(29)는 상기 밸브 스풀(24)이 미끄러지는 슬리브를 나타낸다. 상기 밸브 챔버(26)은 밸브 스풀(24)에 의해 전면 챔버(26a)와 후면 챔버(26b)로 나누어진다. 전면 챔버(26a)는 통로(37)를 통해 실린더(24)의 헤드측 챔버(4)와 연결된다.
상기 매니폴드(25)의 측면에 평행하게 두 개의 공급 홀(30), (31)이 형성된다. 상기 공급 홀(30)은 유압원(8)과 연결되며, 상기 공급 홀(31)은 상기 순환 회로(6) 즉, 상기 실린더(1)의 로드측 챔버(5)에 연결된다. 상기 공급 홀(30), (31)과 각각 연결되는 환형 홀(32), (33)은 상기 매니폴드(25)에 형성된다.
상기 환형 홀(32)과 연결되는 다수개의 통로(34)가 상기 슬리브(29)의 동일 원주 상에 동일 간격이 되게 방사형으로 형성된다. 상기 환형 홀(33)과 연결되게 축 방향으로 복수(예를 들면 2개) 열의 통로(35), (36)가 상기 슬리브(29)의 동일 원주 상에 동일 간격으로 방사형으로 형성된다.
축 방향으로 연장된 다수개의 관통 홀(38)은 상기 밸브 스풀(24)의 동일 원주에서 서로 평행하게 형성된다. 상기 전면 챔버(26a)와 후면 챔버(26b)는 관통홀(38)을 통해 서로 연통된다. 상기 관통 홀(38)의 중간 부분과 연통하는 환형 글루브(annular grooves)(39), (40)는 축방향으로 상기 밸브 스풀(24)의 중간 외측 원주에 형성된다. 상기 전면 챔버(26a)와 통로(34)를 서로 직접적으로 연결 및 단속하는 부분과, 상기 관통홀(38)과 환형 글루브(39, 40)를 통해 전면 챔버(26a)와 통로(35), (36)가 서로 간접적으로 연결 및 단속하게되는 부분이 밸브 스풀(24)의 축방향으로 제공된다. 거의 삼각형으로 형성된 다수개의 안내 플레이트는 상기 밸브 스풀(24)의 말단면의 외측 원주상에 방사형으로 구비된다. 밸브 스풀(24)의 말단면 외측 원주부와 통로(35), (36)가 위치한 밸브 스풀의 표면 즉, 환형 글루브(39), (40)의 후단측 밸브 스풀(24)면에 다수의 노치(several notches)가 원주형으로 형성되어 있다. 상기 밸브 스풀(24)의 약간의 움직임으로, 유압 작동유는 통로(34)에서 상기 전면 챔버(26a)로 유입되고 통로(35), (36)에서 상기 환형 글루브(39), (40)에서 상기 환형 글루브(39), (40)로 각각 신속하게 유동되어, 밸브 개방 작동을 신속하게 한다.
순환 회로(6)와 연통하는 두 개의 통로(35), (36)는 축 방향으로 서로 평행하게 상기 슬리브(29)내에 형성되며, 통로(35), (36)에 대응하는 두 개의 환형 글루브(39), (40)는 다음의 이유 때문에 축 방향으로 서로 평행하게 형성된다. 하나의 통로와 하나의 환형 글루브만이 제공될 경우 유로는 통로와 환형 글루브로 조려진다. 따라서 비록 고속을 얻을 수 있지만 압력은 바람직하지 못하게 상승되어 피크 압력(a peak pressure)이 발생하고 사출 도중에 버르를 발생시킨다. 비록 통로의 수와 환형 글루브의 수 모두가 하나가 될 수도 있지만, 이것이 두 개 또는 그 이상일 경우 상기 실린더(1)의 헤드측 압력은 감소하여 피크 압력이 억제될 수 있다. 따라서 통로의 수와 환형 글루브의 수는 두 개 또는 그 이상이 된다.
제6도에 있어서, 헤드측 챔버(4)와 압력을 P1, 유압원의 압력을 P0, 헤드측 챔버(4)의 단면적을 A1, 로드측 챔버(5)의 단면적을 A2, 유압원(8)에서 헤드측 챔버(4)를 연통하는 전면 챔버(26a) 및 통로사이의 유로 단면적을 RA, 순환 회로(6)에서 헤드측 챔버(4)에 연통하는 통로(35), (36) 및 환형 글루브 (39), (40) 사이의 유로의 단면적의 합을 RB, 그리고 RB대 RA의 비율을 K라고 가정하면 다음 식(1)이 얻어진다.
사출 회로 및 일반 다이 캐스팅기의 유사물을 고려하여 A1이 A2의 두배가 될 경우 식(2)가 얻어진다.
P0=140Kg/㎠ 라고 하고, K = 1 이면, P1=70Kg/㎠ 이 된다. 제1도에 도시된 바와 같이 K = 2이면 P1=28Kg/㎠ 가 되어 헤드측 챔버(4)의 압력은 다소 작은 값으로 억제될 수 있다. 헤드측 챔버(4)의 압력인 작동 압력 P1은 상기 피스톤(2)의 전진 속도와 무관하게 거의 일정하게 된다. 이 작동압력 P1은 유압원(8)의 압력 P0또는 그 이하의 범위 내에서 임의 설정될 수 있다. 따라서 속도 제어는 저속에서 고속의 범위에서 안정되고 지속적으로 실행 가능하다.
본 장치에서, 각 부분의 치수 비율은 다음 식(3), (4) 및 (5)로 지시된 바와 같이 정해진다.
관통 홀(38)의 수는 6 또는 8로 한다.
제6도 및 제1도에 도시된 본 장치의 작동을 설명한다.
사출을 실행하기 위해, 펄스 모터(14)는 상기 유량 제어 밸브(11)가 닫혀 있는 동안에 작동하고, 유량 제어 밸브(11)의 밸브 개방 정도는 사출 속도에 따라 제어된다. 다이 캐스팅기는 통상적으로 그 작동이 초기에는 저속으로 실행되고 이후중간부터 고속으로 전환된다.
상기 밸브 스풀(24)이 펄스 모터(14)의 작동에 의해서 소정량 후진하여, 통로를 개방시키게 되면, 유압원(8)의 유압 작동유는 공급 홀(30), 환형 홀(32), 통로(34), 전면 챔버(26a) 및 통로(37)를 통해 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)로 유입되어, 피스톤(2)과 피스톤 로드(3)를 전진시킨다.
피스톤(2)이 전진하기 때문에 실린더(1)의 로드측 챔버(5) 내의 유압 작동유는 로드측 챔버(5)로부터 연속적으로 압출되어, 상기 파일롯트 체크 밸브(7), 공급홀(31), 환형 홀(33), 통로(35), (36), 환형 글루브(39), (40), 관통 홀(38), 전면 챔버(26a) 그리고 통로(37)를 포함하는 순환 회로(6)를 통해 유입되며, 유압원(8)에서 유동하는 유압 작동유와 평행하게 실린더(1)의 헤드측 챔버로 유입되어 피스톤(2)과 피스톤 로드(3)를 전진시킨다.
상기 실린더 전진시, 유압원(8)에서 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분의 밸브 개방 정도와 순환 회로(6)에서 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분의 밸브 개방 정도의 비율은 속도에 의해 영향 받지 않고 일정하게 유지된다. 따라서 이러한 두 개의 유입량 제어 부분의 압력 손실의 비율 또는 속도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지된다.
저속 전진중에, 이 두 개 부분의 밸브 개방 정도가 작고 따라서 그 틈도 작기 때문에, 유압원(8)에서 헤드측 챔버(4)의 압력 손실은 크게 된다. 그러나 순환 부분, 밸브 및 그 유사물에 있는 파이프에서 압력 손실 또한 크게 된다. 순환 회로(6)에서 순환 부분 내의 압력 손실과 실린더(1)의 헤드측 챔버(4) 내의 압력은 비례하기 때문에, 순환 부분 내의 압력 손실이 증가할 때 헤드측 챔버(4)내의 압력은 고압으로 유지될 수 있다.
결과적으로, 헤드측 챔버(4)의 압력과 로드측 챔버(5)의 압력은 모두 항상 고압으로 유지될 수 있으며, 유압 작동유의 강성이 증가되고, 속도 제어성이 향상되며, 이동과 속도가 안정되어 피스톤(2)이 부드럽게 전진한다.
반면에, 고속 전진시에 두 개의 제어 부분의 밸브 개방 정도는 증가하여 그 틈이 증가하면서 압력 손실이 감소한다. 유압 작동유가 많이 흐르기 때문에 전면 챔버 내의 속도는 증가한다. 이 경우에 상기 헤드측 챔버(4) 내의 유압 작동유 압력이 설정 압력에 도달하더라도 상기 유압원(8)에서 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분이 적절한 밸브 개방 정도에서 설정되기 때문에 상기 유압원(8)의 최대 압력은 상기에서 기술했듯이 헤드측 챔버에 직접적으로 작동하지 않는다.
피크 압력은 발생되지 않게 되거나 미터 인 구조로 얻어지는 압력과 유사한 서지압력으로 피크 압력은 억제된다.
거의 일정한 유압 개방 압력은 실린더의 속도와 무관하게 유지될 수 있으며, 안정되고 지속적인 속도 제어 작동이 저속에서 고속의 범위 내에서 실행 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 유압원(8)에서 순환 회로(6)를 갖는 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 순환 회로(6)에서 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입량 모두가 제어 밸브에 의해 동시에 제어되어, 실린더(1) 피스톤(2)의 전진 속도를 제어하는 경우, 제1도에 도시된 바와 같이, 하나의 유량 제어 밸브(11)의 하나의 밸브 스풀(24)의 작동에 의해 상기 두 개의 유입량이 동시에 제어되는 것이 바람직하다. 이는 하나의 유량 제어 밸브내에 축 방향으로 직렬로 서로 연결된 두 개 또는 그 이상의 밸브 스풀을 사용하거나, 두 개 또는 그 이상의 유량 제어 밸브의 밸브 스풀을 서로 평행하게 정렬하고 기계적 또는 전기적인 연동 방법으로 두 개의 밸브 스풀을 구동함으로서 실행될 수 있다.
상기 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명의 유량 제어 밸브(11)는, 상기 유압원(8)에서 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입 면적과 순환 회로(6)에서 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입 면적을 기설정하여 사용하게 된다. 이 비율은 제1도에 도시한 바와 같이 1 : 2가 될 수 있거나 임의의 다른 비율로 설정되어, 헤드측 챔버(4) 내의 유압 작동유의 압력이 유압원(8)의 압력 변화 없이도 적절하게 설정될 수 있다.
제6도에서 도시한 바와 같이, 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)의 압력은 상기한 바와 같이, 사출 속도와 무관하게 거의 일정하다. 따라서 약 30Kg/㎠ (=약 3MPa)정도의 헤드 압력이 저속 사출 도중에 얻어지며, 서지 압력은 증가된다. 높은 헤드 압력이 사출 시작에서도 요구되기 때문에, 약간의 긴 시작 시간을 필요하게 된다. 때때로 저속 사출 속도는 사출 시작 직후 다소 불안정할 수도 있다. 이는 사출 시작 직후 발생되는 경향이 있는 진동 때문일 수도 있다. 그러나 실제 실험에서 이와 같은 불안정한 현상은 발생하지 않았다. 이것은 압력 급변 범위가 유량 제어 밸브(11) 내에서 누출이 발생하는 속도 범위이거나 그 이하의 범위일 수도 있기 때문이다.
예를 들면, 저속 사출 속도가 사출직후 다소 불안정해질 경우, 헤드 압력은 제3-5도에서 도시한 미터 인 회로의 압력보다 더 높게 증가될 수도 있으며, 이후 제6도에 도시한 본 발명의 제1실시예에서의 압력보다 더 낮게 감소될 수 있다. 이후, 사출 시작시의 작동은 미터 인 회로의 작동과 약간 유사해져서, 사출 시작 직후 저속 사출 속도가 더 안정시키게 된다.
제7도는 이러한 회로의 실시예를 도시하고 있다. 제6도에 도시한 부품들에 부가하여, 제7도에서 순환 회로(6)에서 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 유입량 제어 밸브부를 우회(bypassing)하는 조리개(43)가 유입량 제어 밸브부에 병렬로 제공된다. 피스톤의 전진 시작 직후 유압 작동유는 상기 조리개(43)를 통해 순환하게 된다.
제2도는 제1도에서 도시된 유량 제어 밸브(11)에 조리개(43)를 설치함으로써 얻어지는 유량 제어 밸브(11)를 도시하고 있다. 도면 번호(43)은 매니폴드(25)의 측면에 설치된 조리개를 나타낸다. 상기 조리개(43)는 공급 홀(31) 또는 환형 홀(33) 및 통로(44), (45)를 통하는 통로(37) 사이에 제공된다. 제2도를 참조하면, 제1도와 동일한 부분은 동일 도면 번호로 표시되고, 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이 경우에, 저속 사출시에 순환하는 유압 작동유는 조리개(43) 측으로 유동한다. 고속 사출시에 대량의 유량이 요구될 경우, 유압 작동유는 통로(35), (36) 사이에서 유동하며, 이들 통로는 펄스 모터(14)와 환형 글루브(39), (40)의 작동에 의하여 넓게 개방된다. 따라서, 저속 범위에서 헤드 압력은 약간 감소되어 작동시작시에도 안정된다.
헤드 압력은 조리개(43)의 조림 정도를 조정함으로써 미터 인 회로와 제6도에서 도시한 회로와의 압력 대응 관계의 범위 내에서 자유롭게 조정될 수 있다.
제8도는 사출속도 V와 실린더(1)의 헤드측 챔버(4)의 압력 P1사이의 관계를 도시하고 있다. 제8도를 참고하면, A는 제5도에 도시된 미터 인 회로가 사용된 경우를 나타내고 있다. B는 제6도에 도시된 본 발명의 제1실시예의 회로가 사용된 경우를 도시하며, C는 제7도에 도시된 본 발명의 제2실시예의 회로가 사용된 경우를 도시하며, D는 제3도에서 도시된 미터 인 회로가 사용된 경우를 도시하며, E는 제4도에 도시된 미터 아웃 회로가 사용된 경우를 도시하고 있다. 제8도는 상기 설명이 정확하다는 것을 나타낸다. 제8도에서 사출 속도V와 헤드 압력P1은 모두 동일한 피치(Pitch) 크기로 주어졌다.
상기 실시예들에서는, 다이 캐스팅기의 사출 속도 작동이 주로 기재되었다. 그러나 본 발명은 이것으로 국한되지 않고 사출 성형기, 블로 성형기(a blow molding machine) 또는 기타 일반 유압 장비의 사출 장치 실린더 작동에 사용될 수 있다.
제6도에서 도시한 실시예에 있어서, 유압원(8)에서 실린더(1)로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로(6)에서 실린더(1)로 유동하는 유압 작동유의 유입량 모두를 동시에 제어하는 단일의 유량 제어 밸브(11)는 순환 회로(6)의 실린더(1)의 로드측 챔버(5)로부터 연장되는 유로 부분이 유압 공급원(8)으로부터 연장되는 유로 부분과 교차하는 부분 또는 이 교차 부분 직전에서 제공된다.
그러나 하나의 유량 제어 스풀을 갖는 유량 제어 밸브(11)는 상기 순환 회로(6)의 실린더(1) 로드측 챔버(5)로부터 연장되는 유로 부분이 유압원(8)으로부터 연장되는 유로 부분과 교차하는 부분 다음 즉, 이 교차 부분과 실린더(1)의 헤드측 챔버(4) 사이의 유로 부분에 제공될 수 있다. 제9도는 이러한 실시예를 나타낸다. 제9도를 참조하면, 도면부호 11b는 유량 제어 밸브를 나타낸다. 제9도에서, 제6도와 동일한 부분들은 동일 도면 번호로 도시되었으며, 이에 관한 상세한 설명은 생략한다. 이와 같은 장치에서는, 유량 제어 밸브(11)가 단지 하나의 유량 제어 단면만을 가지기 때문에, 제6도를 기준으로 설명하면 순환 회로(6)로부터 연장되는 유로의 단면적 RB와 상기 유압원(8)으로부터 연장되는 유로의 단면적 RA비율 K는 1이 되고, 이는 임의적으로 조정하여 변화시킬 수 없다.
본 발명에 있어서, 유압 실린더의 속도가 유압원에서 순환 회로를 갖는 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량 모두를 동시에 제어 밸브로 제어함으로써 제어되기 때문에 속도의 제어성은 저속 전진시에도 향상된다. 따라서 실린더의 동작과 속도가 안정되어 실린더는 부드럽게 전진한다.
보다 구체적으로 설명하면, 실린더가 전진 이동할 때 유압원에서 헤드측 챔버로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분의 밸브 개방 정도와 순환 회로에서 헤드측 챔버로 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분의 밸브 개방 정도의 비율은 속도에 영향을 받지 않고 일정한 상태를 유지한다. 따라서 이 두 개의 유입량 제어 부분의 압력 손실 비율은 속도에 영향을 받지 않고 일정한 상태를 유지한다.
저속 전진 중에 이 두 개의 부분의 밸브 개방 정도가 작고 그 틈이 따라서 작기 때문에 유압원에서 헤드측 챔버까지의 압력 손실은 크다. 그러나 순환 회로부분서의 파이프, 밸브 그 유사물들의 압력 손실도 크게 된다. 순환 회로에서, 순환 회로 내의 압력 손실과 실린더의 헤드측 챔버 내의 압력이 비례하기 때문에 순환 회로 내의 압력 손실이 커지면 헤드측 챔버 내의 압력이 높게 유지될 수 있다.
결과적으로 헤드측 챔버의 압력과 로드측 챔버의 압력이 모두 높게 항상 유지될 수 있고, 유압 작동유의 강성이 증가되고, 속도 제어성이 향상되면서 이동과 속도가 안정되어 피스톤은 부드럽게 전진한다.
고속 전진 중에, 상기 두 개의 제어 부분의 밸브 개방 정도가 증가되어 틈이 증가하면서 압력 손실은 감소한다. 다량의 유압 작동유가 흐르기 때문에, 전진 속도는 증가한다. 이 경우에, 헤드측 챔버내의 유압 작동유 압력이 설정 압력에 도달하더라도 유압원으로부터 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 부분이 또한 적절한 밸브 개방 정도로 설정되기 때문에 유압원의 최대 압력은 상기에서 기술 했듯이, 헤드측 챔버에 직접 작용하지 않는다. 피크 압력이 발생하지 않거나 또는 미터 인 구조로 얻어지는 압력과 유사한 서지 압력으로 억제된다.
거의 일정한 유압 작동 압력이 상기 실린더(1)의 속도와 무관하게 유지될 수 있으며, 안정되고 지속적인 속도 제어 작동이 저속에서 고속까지의 범위 내에서 실행될 수 있다.
유압원에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량이 설정된 비율로 제어되기 때문에, 헤드측 챔버의 적절한 작동 압력은 이 비율을 적절히 선택함으로써 선별될 수 있다. 따라서, 서지 압력에 보다 영향을 덜 받는 안정된 작동과 압력이 얻어질 수 있다.
순환 회로에서 유압 실린더는 유동하는 유압 작동유의 유입량을 제어하는 유입량 제어 밸브 부분이 이 유입량 제어 밸브 부분을 우회하는 조리개에 평행하게 정렬된 순환 회로를 갖는 장치가 사용될 경우에는, 유압 작동유가 유압 실린더의 전진 직후 조리개를 통해 순환하게 되고, 이후 저속 사출시 순환하는 유압 작동유는 조리개 측으로 유동하게 된다. 다량의 유량이 고속 사출시 요구될 경우, 유압 작동유는 펄스 모터와 환형 글루브의 작동에 의해 넓게 개방된 통로들 사이에서 유동한다. 따라서 저속 범위에서 헤드 압력이 약간 감소할 수 있어서 작동은 시작에서부터 안정될 수 있다.
상기 헤드 압력은 조리개의 조림 정도를 적용함으로써 자유롭게 조정될 수 있다.
따라서 장치가 다이 캐스팅기와 같은 사출 장치에 적용되는 경우, 속도는 저고속 모두에서 안정되고 불필요한 피크 압력은 발생하지 않는다. 따라서 고속 응답 속도를 갖는 원활하고 양호한 사출 동작을 얻을 수 있으므로 고품질 사출 제품을 얻을 수 있다.
속도가 안정되기 때문에, 0.02-0.1m/sec 속도를 갖는 사출 피드 백 제어(injection feed-back control) 및 극저속 사출 제어가 가능하다. 본 발명에 따른 유량 제어 밸브와 속도 제어 장치가 사용될 때 전 시스템은 규모가 작아지고 설치면적도 줄어드는 것은 당연하다.

Claims (12)

  1. 유압원에서 순환(a run-around circuit) 회로를 갖는 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량이 제어 밸브에 의해서 제어되고, 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량이 상기 제어 밸브에 의해 동시에 제어되는 미터 인 회로(a meter-in circuit)를 갖는 유압 실린더 속도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유압원에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량 모두가 하나의 제어 밸브에 있는 하나의 스풀에 의한 작동으로 동시에 제어되는 유압 실린더 속도 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유압원에서 상기 유압실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량 모두가 제어 밸브의 스풀에 의한 작동으로 연동작동에 의해 제어되는 유압 실린더 속도 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서. 상기 유압원에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량이 기 설정된 비율로 제어되는 유압 실린더 속도 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량을 제어하기 위한 유출량 제어 밸브 부분이 상기 유입량 제어 부분을 우회하는 조리개에 평행하게 배열 되고, 상기 유압 작동유가 상기 유압 실린더의 전진 직후 상기 조리개를 통해 순환하는 순환 회로를 갖는 장치의 유압 실린더 속도 제어 방법.
  6. 유압 공급원에서 순환 회로를 갖는, 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량이 제어 밸브에 의해서 제어되고, 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량이 또한 상기 제어 밸브에 의해 제어되는 미터 인 회로를 갖는 상기 유압 실린더를 구비한 유압 실린더 속도 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서 하나의 스풀을 갖는 제어 밸브가 상기 유압원에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량 모두를 동시에 제어하는 상기 제어 밸브로 사용되는 유압 실린더 속도 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서, 연동 방법으로 복수 개의 스풀을 구동할 수 있는 제어 밸브가 상기 유압원에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입량과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량 모두를 동시에 제어하는 상기 제어 밸브로 사용되는 유압 실린더 속도 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서, 기설정된 비율로 상기 유압원에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입 면적과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유입 면적을 기설정하는 제어 밸브가 상기 유압원에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량과 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량을 동시에 제어하는 상기 제어 밸브로 사용되는 유압 실린더 속도 제어 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 순환 회로에서 상기 유압 실린더로 유동하는 유압 작동유의 유출량을 제어하는 유출량 제어 밸브 부분을 우회하기 위한 조리개는 유압 작동유의 상기 유출량 제어 밸브 부분과 평행하게 순환 회로내에 배열되는 유압 실린더 속도 제어 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 유압 실린더 속도 제어 장치는, 밸브 스풀이 제어 밸브로서 매니폴드(a manifold)의 밸브 챔버내에 슬라이딩 가능하게 제공되고 회전 및 슬라이딩 가능한 구동 장치(a reotary slide-driving unit)와 상기 밸브 스풀의 일단을 밀폐하는 벽 부분(a wall portion)을 통해 연장된 커넥팅 로드(a connecting rod) 통해 연결되며, 상기 유압원과 연통하는 제1공급 홀과 상기 순환 회로와 연통하는 제2공급홀은 축 방향으로 서로 평행하게 상기 매니폴드 측면에 형성되고, 상기 밸브 스풀 내부에 축 방향으로 연장된 복수개의 관통 홀이 동일 원주상에서 서로 평행하게 제공되며, 상기 관통 홀의 중간부와 연통하는 환형 글루브가 관통 홀의 중간 외측 원주부에서 축 방향으로 형성되고, 상기 밸브 챔버의 전면 챔버와 상기 제1공급 홀을 서로 직접적으로 연결 및 단속하는 부분 및 상기 밸브 챔버의 상기 전면 챔버와 상기 제2공급 홀을 상기 환형 글루브를 통해 서로 직접적으로 연결 및 단속하는 부분이 상기 밸브 스풀의 축방향으로 서로 평행하게 제공되고, 상기 밸브 챔버의 전면 챔버는 상기 유압 실린더의 헤드측 챔버와 연통되는 제어 밸브 역할을 하는 유량 제어 밸브를 갖는 유압 실린더 속도 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2공급 홀과 상기 제2공급홀에 각각 대응하는 환형 글루브가 복수개의 제2의 축방향 공급 홀과 복수개의 축방향 환형 글루브를 구비한 유압 실린더 속도 제어 장치.
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