KR100212212B1 - 쿠션장치를 갖춘 유압실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쿠션장치를 갖춘 유압 실린더에 관한 것으로, 실린더 튜브(101)내에 삽입배치된 피스톤헤드(102)와 결합되는 피스톤로드(103)의 선단부(103a)가 헤드커버(104)에 대향되는 피스톤헤드(102)면에 대해 돌출되게 설치되고, 상기 튜브(101)를 양선단에서 밀폐시키는 헤드커버(104)에 구비된 제1포오트(P1) 선단에 쿠션체임버(S3)가 형성되어, 이 쿠션체임버(S3)에 상기 로드선단부(103a)가 진입되면서 관성력을 흡수할 수 있도록 된 쿠션장치를 갖춘 유압 실린더에 있어서, 상기 쿠션체임버(S3)와 제1포오트(P1)사이에 작용 부하에 따라 변화되는 상기 쿠션체임버(S3)의 압력에 따라 그 위치가 절환되어 쿠션체임버(S3)를 거쳐 제1포오트(P1)로 배출되는 압유량을 적절히 제어하는 쿠션밸브(1)가 부가설치되고, 이 쿠션밸브(1)가 쿠션체임버(S3)에서 분기된 파이롯라인(4)를 통해 연결되어, 이 파이롯라인(4)에 형성되는 파이롯압에 의해 그 위치가 절환될 수 있으므로써, 부하나 관성력이 변하여 쿠션체임버(S3)에 형성되는 압력과 동일한 압력을 형성하는 파이롯압에 의해 상기 쿠션밸브(1)를 적절히 절환시켜 통과 압유량을 제어함으로써 큰 관성력을 충분하게 흡수할 수 있음과 더불어 서지압력을 적절히 제어할 수 있도록 한 것이다.

Description

쿠션장치를 갖춘 유압실린더( A hydraulic cylinder having cushion device)

본 발명은 중장비등에서 사용되는 유압 실린더에 관한 것으로, 특히 실린더의 헤드측 체임버에 배선된 압유라인에 쿠션밸브를 설치하여 피스톤헤드가 스트로크끝에서 정지할 때 관성을 흡수하여 피스톤헤드를 부드럽게 정지시키므로써 실린더의 파손을 방지할 수 있음과 더불어 장비에 과도한 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있도록 한 쿠션장치를 갖춘 유압실린더에 관한 것이다.

일반적으로 중장비등에서 널리 사용되고 있는 유압실린더는 유압펌프에서 가압된 유압에너지를 동력원으로 하여 소정의 동작을 행하며, 이에 유입된 유압과 유량에 의해 추력과 속도가 정해지는 것으로, 그 구조는 도 3에 나타낸 바와 같이 실린더 튜브(101) 선단에 피스톤헤드(102)가 구비된 피스톤 로드(103)가 내부에서 슬라이딩할 수 있도록 배치되고, 상기 튜브(101) 양선단부가 헤드 커버(104)를 매개로 밀폐된 구조로 되어, 튜브(101)의 내측과 피스톤헤드(102)에 의해 형성되는 두 개의 체임버(S1,S2)에 유압펌프에서 가압된 압유의 선택적으로 유입되어 피스톤 로드(103)가 튜브(101)내에서 슬라이딩할 수 있도록 되어 있다.

이러한 구조의 유압 실린더는 스트로크 끝에서 피스톤헤드(102)가 정지하려고 할 때, 슬라이딩되던 피스톤헤드(102)가 즉각적으로 정지되지 않고 자체의 관성력에 의해 더욱 전진되어 피스톤헤드(102)와 헤드커버(104)가 충돌하여, 실린더의 구성부품들이 파손되거나 실린더주위에 설치된 부품에 과도한 충격이 전달되는 것을 방지하기 위해 특수한 실린더를 제외하고는 거의 모든 실린더에는 관성력을 흡수하기 위한 쿠션장치를 설치하여 사용하고 있다.

이러한 쿠션장치는 통상적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 실린더 튜브(101)에 삽입 배치된 피스톤헤드(102)와 결합되는 피스톤로드(103)의 선단부(103a)가 헤드커버(101)에 대향되는 피스톤헤드(102)면에 대해 어느 정도 돌출되게 설치되어 있고, 상기 헤드측 체임버(S2)와 유압라인에 연결되어 압유의 흐름을 유도하는 제1포오트(P1) 선단부에 쿠션체임버(S3)가 형성되어 있으되, 이 쿠션 체임버(S3)에는 상기 피스톤드(102)가 접근하여 쿠션체임버(S3)에 로드 선단부(103a)가 진입되게 되고, 이 진입이 진행됨에 따라 상기 로드 선단부(103a)와 쿠션 체임버(S3)에 의해 형성되는 개구폭이 점차로 작아지면서, 이 개구폭을 통과하는 압유에 의해 발생되는 유동저항이 피스톤헤드(102)의 관성력과 반대방향으로 작용되어 관성력을 흡수할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 이와 같은 쿠션구조에서는 스트로크 끝에서의 로드 선단부(103a)의 외경과 쿠션체임버(S3)에 의해 형성되는 개구폭이 너무 협소하여 헤드측 체임버(S2)에 잔유하는 압유가 개구부를 통하여 빠져나가기가 어려워 피스톤헤드(102)의 운동속도를 현저하게 저하시키게 된다는 결점이 있었다.

이에 종래에는 상기와 같은 결점을 해소하기 위해, 헤드커버(104)에 헤드측체임버(S2)와 쿠션체임버(S3)를 연결시키는 별도의 오리피스(105)를 부가적을 형성하여, 상기 쿠션 체임버(S3)와 오리피스(105)를 통과할 때 압유의 유동저항에 의해 피스톤헤드(102)의 관성력을 흡수할 수 있으면서도, 스트로크 끝에서 헤드측 체임버(S2)에 잔유한 압유를 오리피스(105)를 통해 적절하게 배출할 수는 있으나, 상기 오리피스(105)는 그 단면적이 일정하여 실린더에 작용되는 부하 변동에 대응하여 그 단면적을 적절하게 변경시키기가 어렵다는 문제점이 있었다.

즉, 큰 관성력을 흡수할 수 하도록 오리피스(105)의 단면적을 너무 작게 하면, 쿠션 체임버(S3)에 압력이 높게 형성되어, 튜브(101)와 피스톤헤드(102)와 헤드커버(104)사이의 틈이 벌어지면서 이 틈으로 압유가 스며들어 피스톤헤드(102)에 설치된 피스톤링(106)이나 헤드커버에 설치된 O-링(107)을 파손시키거나 내구 성능을 저하시키게 되고, 오리피스(105)의 단면적을 너무 크게 하면 상술한 바와 같은 관성력을 적절하게 흡수할 수가 없게 된다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 쿠션체임버와 제1포오트사이에 쿠션체임버사이에 쿠션체임버의 압력변화에 대응하여 가변되는 쿠션밸브가 설치되어, 큰 관성력을 충분히 흡수할 수 있으면서도 서지압력을 적절하게 제어할 수가 있으므로써, 실린더나 피스톤링과 같은 부속품의 파손을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 쿠션장치를 갖춘 유압 실린더를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실린더 튜브내에 삽입배치된 피스톤헤드와 결합되는 피스톤로드의 선단부가 헤드커버에 대향되는 피스톤헤드면에 대해 돌출되게 설치되고, 상기 튜브를 양선단에서 밀폐시키는 헤드커버에 구비된 제1포오트 선단에 쿠션체임버가 형성되어, 이 쿠션체임버에 상기 로드선단부가 진입되면서 관성력을 흡수할 수 있도록 된 쿠션장치를 갖춘 유압 실린더에 있어서, 쿠션체임버와 제1포오트사이에 작용 부하에 따라 변화되는 상기 쿠션체임버의 압력에 따라 그 위치가 절환되어 쿠션체임버를 거쳐 제1포오트로 배출되는 압유량을 적절히 제어하는 쿠션밸브가 부가설치된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 쿠션밸브는 쿠변체임버에서 분기된 파이롯라인을 통해 연결되어, 이 파이롯라인에 형성되는 파이롯압에 의해 그 위치가 절환될 수 있는 구조로 되어, 부하나 관성력이 변하여 쿠션체임버에 형성되는 압력과 동일한 압력을 형성하는 파이롯압에 의해 상기 쿠션밸브를 적절히 절환시켜 통과 압유량을 제어함으로써 큰 관성력을 충분히 흡수할 수 있음과 더불어 서지압력을 적절히 제어할 수가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유압실린더를 구성하는 쿠션밸브의 설치상태를 나타내기 위한 개략적인 유압회로도, 도 2는 일반적인 유압실린더의 쿠션구조를 나타내기 위한 단면도, 도 3은 종래 기술에 따른 유압실린더의 쿠션구조를 유압회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 쿠션밸브 2 : 스푸울

3 : 스프링 4,5 : 파이롯라인

6 : 체크밸브 101 : 실린더 튜브

102 : 피스톤헤드 103 : 피스톤로드

103a : 선단부 104 : 헤드 커버

105 : 오리피스 106 : 피스톤링

107 : O-링 L1 : 압유라인

L2 : 메인라인 L3 : 보조라인

P1 : 제1포오트 S2 : 헤드측 체임버

S3 : 쿠션체임버 V1,V2,V3 : 밸브실

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명을 구성하는 쿠션밸브의 설치 상태를 나타내기 위한 개략적인 유압회로도로서, 설명에 필요한 부분에는 종래 기술을 나타낸 도 2를 인용하여 설명하기로 한다.

본 발명은 하우징을 이루는 실린더 튜브(101)내에 삽입배치된 피스톤헤드(102)에 피스톤로드(103)가 결합되어 있되, 이 피스톤로드(103) 선단부가 헤드커버(104)에 대향되는 피스톤헤드(102)면에 대해 돌출되게 설치되어 있고, 상기 튜브(101)를 양선단에서 밀폐시키는 헤드커버(104)에 형성되면서 헤드측 체임버(S2)와 유압라인(L1)에 연결되어 압유의 흐름을 유도하는 제1포오트(P1)에 쿠션체임버(S3)가 형성되어 있으며, 상기 쿠션체임버(S3)에 통과하는 압유량을 적절히 제어하기 위한 쿠션밸브(1)가 부가적으로 설치되어 있다.

여기서, 상기 쿠션밸브(1)는 몸체를 유로단면적이 커지는 순서로 제1,2,3밸브실(V1,V2,V3)로 구분되게 하는 스푸울(2)을 갖춰 이루어지되, 상기 제1밸브실(V1)과 연결되는 스푸울(2)쪽의 제1체임버(S4)에는 스프링(3)이 내장되어 스푸울(2)을 탄력지지할 수 있도록 되어 있고, 상기 제1체임버(S4) 맞은편의 제3밸브실(V3)과 연결되는 스푸울(2)쪽의 제2체임버(S5)에는 상기 쿠션체임버(S3)에서 분기된 파이롯라인(4)이 접속되어, 이 파이롯라인(4)을 통해 제2체임버(S5)로 공급되는 파이롯압에 의해 압축되는 상기 스프링(3)의 압축량에 따라 스푸울(2)의 위치가 제어되어, 상기 제1,2,3밸브실(V1,V2,V3) 중의 어느 하나를 선택하여 유로를 형성할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기한 스푸울(2)은 파이롯라인(4)을 통해 유입되는 파이롯압에 의해 스푸울(2)에 작용되는 면압력(F1)과 스프링(3)의 탄성복원력(Fs)이 서로 반대방향으로 작용되면서 이들의 역학관계에 따라 이동되어, 3개 밸브실(V1,V2,V3)중 어느 하나를 선택하여 유로를 형성할 할 수 있게 되어 있다.

여기서, 스프링(3)이 설치된 쪽의 제1체임버(S4)와 상기 쿠션체임버(S3)사이에 별도의 파이롯라인(5)을 형성시켜 제1체임버(S4)에 접한 스푸울(2)면에 면압력(F1)를 작용시키게 하여, 이 면압력(F2)과 스프링(3)의 탄성복원력(Fs)의 합력(Fs+F2)과 제1체임버(S4)쪽의 스푸울(2)면에 작용되는 면압력(F1)과의 역학관계에 따라 스푸울(2)의 위치를 변환할 수 있게 하므로써, 작은 탄성계수를 갖는 스프링(3)을 사용할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

물론, 스프링(3)의 탄성복원력(Fs)이 일정한 상태에서 상기와 같은 조건(F1=Fs+F2)을 만족시키려면, 제2체임버(S5)쪽의 스푸울(2) 면압력(F1)이 제2체임버(S5)쪽의 스푸울(2) 면압력(F2)보다 커야 하는데, 이때 스푸울(2) 양쪽면에 발생시키는 파이롯트압은 쿠션체임버(S3)의 압력과 모두 동일하므로, F1을 이루는 스프링(3)이 설치된 스푸울(2)면의 접촉면적이 F2를 이루는 스푸울(2)의 접촉면적보다 작은 구조로 되어야 한다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 쿠션장치를 갖춘 유압실린더는, 피스톤로드(103)가 압축되는 방향(도면에서 우측)으로 압유가 튜브(101)로 유입되어질 때 상기 헤드측체임버(S2)에 채원진 압유는 쿠션체임버(S3) 및 쿠션밸브(1)를 거쳐 제1포오트(P1)를 통해 외부로 배출되게 되는 데, 이때 쿠션밸브(1)를 통과하는 압유는 상기 쿠션체임버에서 분기된 파이롯라인(4,5)의 파일롯압과 스프링(3)의 탄성복원력과의 역학관계에 의해 제1,2,3밸브실(V2,V2,V32)로 절환되게 된다.

즉, 피스톤헤드(102)가 스트로크끝에서 정지할 때 그 관성력의 크기에 따라 쿠션체임버(S3)의 압력변화가 동반되고, 피스톤로드(103) 선단에 결합된 부하의 크기에 따라 피스톤로드 선단부(103a)가 쿠션체임버(S3)에 진입할 때 압력의 크기가 다르게 되는데, 이와 같이 쿠션체임버(S3)의 압력변화는 쿠션체임버(S3)에 연결된 파이롯라인(4)의 파이롯압을 변화시키게 된다.

이때, 쿠션체임버(S3)의 압력이 작아 파이롯라인(4)에 작은 파이롯트압이 형성될 때는 스프링(3)의 압축량도 적어져 쿠션밸브(1)가 제1밸브실(V1) 위치로 절환되고, 쿠션체임버(S3)의 압력 크게 되어 파이롯라인(4)에 큰 파이롯압이 형성될 때는 스프링(3)의 압축량도 커지면서 쿠션밸브(1)가 제2밸브실(V2) 위치로 절환되어, 관성력의 크기에 따라 쿠션밸브(1)의 위치가 제1밸브실(V1) 또는 제2밸브실(V2)로 절환되면서 관성력을 적절하게 흡수할 수 있게 된다.

그리고, 부하가 크게 되어 쿠션체임버(S3)에 큰 서지압이 발생되어 파이롯라인(4)에 상당히 큰 압력이 작용하게 되면, 상기 스프링(3)도 더욱 압축되면서 쿠션밸브(1)가 오리피스효과가 없이 압유를 흐르게 하는 제3밸브실(V3) 위치로 절환되어 서지압력을 제어할 수 있게 되어, 큰 서지압에 의해 튜브(101)와 피스톤헤드(102)와 헤드커버(104)사이의 틈이 벌어지면서 이 틈으로 압유가 스며들어 피스톤헤드(102)에 설치된 피스톤링(106)이나 헤드커버(104)에 설치된 O-링을 파손시키거나 내구 성능을 저하시키는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 쿠션체임버(S3)와 제1포오트(P1)로 이루어진 메인라인(L2)과 병렬되게 보조라인(L3)이 설치되고, 이 보조라인(L3)에 체크밸브(6)가 설치되되, 이 체크밸브(6)는 피스톤헤드(102)가 압축될 때는 밸브실을 차단하여 압유가 모두 쿠션체임버(S3)를 관통하여 흐를 수 있게 하고, 피스톤헤드(102)가 신장될 때는 밸브실을 개방하여 압유를 헤드체임버(S2)쪽으로 공급될 수 있는 구조로 되어, 피스톤로드(103)가 압축되는 과정에서는 스트로크끝에서 관성력을 적절히 흡수할 수 있으면서도, 피스톤로드(103)가 신장되는 과정에서는 체크밸브(6)의 유로가 개방되면서 압유가 헤드측체임버(S2)쪽으로 원활히 이동될 수가 있으므로써 헤드커버(104)와 면접된 피스톤헤드(102) 전면적에 압력이 걸리면서 피스톤헤드(102)가 원활히 이동할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 쿠션장치를 갖춘 유압실린더에 의하면, 피스톤의 관성력이나 피스톤로드에 결합된 부하변동에 따라 쿠션체임버에 발생되는 압력의 크기가 변화되는 경우에, 이 압력의 변동에 따라 상기 쿠션밸브의 위치도 절환되면서 관성력을 충분하게 흡수할 수가 있으므로써, 피스톤과 튜브사이의 충격력에 의한 실린더와 기타 부속품의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 쿠션체임버에 발생되는 서지압도 쿠션밸브를 통해 적절히 적절히 제어할 수가 있으므로써, 서지압에 의한 튜브와 피스톤헤드와 헤드커버사이의 틈이 벌어지면서 이 틈으로 압유가 스며들어 피스톤헤드에 설치된 피스톤링이나 헤드커버에 설치된 O-링을 파손시키거나 내구 성능을 저하시키는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 실린더 헤드커버(104)에 형성된 쿠션체임버(S3);

   상기 쿠션체임버(S3)를 출입하도록 실린더 전방 수압면에 돌출형성된 쿠션슬리브;

   상기 피스톤헤드의 수압면과 마주보는 헤드커버(104)의 면과, 상기 쿠션체임버(S3)의 측벽에 각각 형성된 유로를 서로 연통시키는 파이롯트라인(L2,L3)상에 설치된 복수개의 유로(V1,V2,V3)를 구비한 쿠션밸브(1)를 포함하고, 상기 쿠션밸브(1)의 스푸울의 양측 수압면에는 각각 상기 각 파이롯트라인(L2,L3)의 파이롯트압이 작용되게 파일롯트 라인(3,4)이 연결되어 상기 파이롯트라인(3,4)의 파이롯트압이 차이에 따라 쿠션밸브(1)의 스푸울이 이동하여 유량을 조절하게 된 것을 특징으로 하는 쿠션장치를 구비한 유압실린더.