KR100291645B1 - 스플릿압력보상기를가진유압제어밸브시스템 - Google Patents

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마이클 씨. 레인
라우드 에이. 윌크
레이프 페더슨
마이클 제이. 파이크
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제임스 피. 게논
허스코 인터내셔날, 인코포레이티드
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Abstract

유압 유체를 하나 이상의 유압 작동기로 공급하기 위한 압력 보상 유압 장치를 개선한 것이다. 멀리 위치된 가변 변위 펌프는 입력 압력에 일정 마진을 더한 압력과 동일한 출력 압력을 제공한다. 압력 보상 장치는 로드 감지 회로를 통해 펌프 입력부에 제공되는 로드-의존 압력을 필요로 한다. 아이솔레이터는 로드-의존 압력을 펌프 입력부로 전달하지만, 유체가 로드 감지 회로를 떠나서 멀리 위치된 펌프로 흐르지 못하게 한다. 펌프와 작동기사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 섹션은 펌프 공급 압력과 로드 감지 압력사이의 차압에 대응해서 보어내에서 이동시키므로서 주 제어 밸브 오리피스의 차압을 제어하는 스풀과 피스톤을 포함하는 압력 보상 밸브를 가진다. 스풀과 피스톤은 또한 분리되어 로드로부터의 백압력(back pressure)이 펌프 공급 압력을 초과할 때 작동기로 흐르는 유체 흐름을 차단한다.

Description

스플릿 압력 보상기를 가진 유압 제어 밸브 시스템{HYDRAULIC CONTROL VALVE SYSTEM WITH PRESSURE COMPENSATOR}
기계에서 유압 구동식 작업 부재의 속도는 유압 시스템의 주로 좁은 오리피스의 단면적과 그러한 오리피스에 걸친 압력 강하에 달려 있다. 용이한 제어를 위하여, 압력 보상 유압 제어 장치들은 압력 강하를 설정 유지하도록 설계되어 왔다. 이러한 시스템들은 시스템내의 가압 유압 유체를 제공하는 가변 변위 유압 펌프의 입력부로 밸브 작업 포트에 있는 압력을 전달하는 감지 라인을 포함하고 있다. 펌프 출력을 자체 조절함으로써, 기계 조작자에 의해 제어될 수 있는 단면적을 갖는 제어 오리피스에 걸쳐 거의 정압 강하를 제공할 수 있다. 이것은 압력 강하가 일정하게 유지되며, 작업 부재의 속도가 오직 오리피스의 단면적에 의해서만 결정되기 때문에 제어를 용이하게 한다. 그러한 시스템은 본 발명에 참조 사용되는 발명의 명칭이″ 포스트 압력 보상된 단일 유압 밸브(Post Pressure Compensated Unitary Hydraulic Valve)″인 미국 특허 제 4,693,272호에 설명되어 있다.
그러한 시스템내의 제어 밸브와 유압 펌프가 보통은 서로에 아주 근접하여 있지 않기 때문에, 로드 압력 변경 정보는 비교적 긴 호스나 다른 도관을 통해 먼 펌프 입력부로 전달되어야 한다. 약간의 유압 유체는 기계가 정지한 중립 상태에 있을 동안 그러한 도관으로부터 흘러 나가려는 경향이 있다. 조작자가 다시 가동시킬 때, 이러한 도관은 압력 보상 시스템이 완전하게 효력을 발생할 수 있기 전에 반드시 재 보충되어야 한다. 이러한 도관의 길이 때문에, 펌프의 반응은 지연되고 로드의 미세한 침하가 발생할 수 있다. 이것은 ″지연 시간(lag time)″ 및 ″침하 개시(start-up dipping)″ 문제로서 언급될 수도 있다.
그러한 형태의 약간의 유압 시스템에서, 로드를 구동하는 피스톤이 가장 작은 압력을 갖는 ″최저 압력 상태(bottoming out)″은 전체 장치를 ″중단(hang up)″시킬 수 있다. 이것은 압력 보상 시스템을 작동하는 최고 작업 포트 압력을 사용하는 시스템에서 발생할 수 있다. 최저 압력 상태 로드는 최고 작업 포트 압력이고, 펌프는 보다 높은 압력을 제공할 수 없으며, 따라서 더 이상 제어 오리피스에 걸쳐 압력 강하가 일어나지 않을 수 있다. 해결책으로서, 그러한 시스템은 유압 제어 장치의 로드 감지 회로 내에 압력 릴리프 밸브를 포함할 수 있다. 최저 압력 상태에서, 릴리프 밸브를 개방하여 감지된 압력을 로드 감지 릴리프 압력까지 떨어뜨리므로, 펌프가 제어 오리피스에 걸쳐 압력 강하를 제공할 수 있게 한다.
이러한 해결책이 효과적이기는 하지만, 제어 오리피스에 걸친 압력 강하를 거의 일정하게 유지하는 수단의 부품으로서 압력 보상 체크 밸브를 사용하는 시스템에서는 바람직하지 않은 부작용을 가질 수도 있다. 만일 작업 포트 압력이 로드 감지 릴리프 밸브의 지정 포인트를 초과하였으면 어떤 피스톤도 최저점에 도달하지 않았을 때라도 압력 릴리프 밸브는 개방될 수 있다. 그러한 경우에, 얼마간의 유체가 압력 보상 체크 밸브를 통해 역으로 작업 포트로부터 펌프 챔버 내로 흐른다. 그 결과, 로드가 침하할 수 있다. 이것은 ″역류(backflow)″ 문제로서 언급될 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 약간의 유압 시스템에서는 지연 시간, 침하 개시 및 역류를 감소 또는 제거하기 위한 수단이 필요하다.
본 발명은 유압 작동식 기계를 제어하는 밸브 조립체, 특히 일정한 유속을 얻기 위해 고정 차압이 유지되는 압력 보상 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 신규의 스플릿 보상기를 사용하는 다중 밸브 조립체를 가진 유압 시스템의 개략도.
도 2는 펌프와 탱크에 연결된 다중 밸브 조립체의 단면도.
도 3은 도 2의 다중 밸브 조립체의 한 섹션과 유압 실린더의 개략적인 연결을 도시하는 수직 단면도.
도 4, 도 5 및 도 6은 3개의 다른 작동 상태에서의 제 1 실시예의 보상기를 도시하는 도 3의 절단부의 확대 단면도.
도 7, 도 8 및 도 9는 3개의 다른 작동 상태에서의 제 2 실시예의 보상기를 도시하는 도 4 내지 도 6과 유사한 확대 단면도.
도 10, 도 11 및 도 12는 3개의 다른 작동 상태에서의 제 3 실시예의 보상기를 도시하는 도 4 내지 도 6과 유사한 확대 단면도.
본 발명은 그러한 필요들을 만족시킨다.
적어도 하나의 로드에 유압 유체를 공급하기 위한 유압 밸브 조립체는 언제라도 펌프 제어 입력 포트에서의 입력 압력과 일정한 마진 압력(constant margin pressure)의 합인 가변 출력 압력을 생산하는 타입의 펌프를 포함하고 있다. 펌프로부터 유압 작동기로 유압 유체의 흐름을 제어하는 분리 밸브 섹션은 로드중 하나에 연결되고 로드압을 발생하는 로드힘을 받는다. 밸브 섹션은 최고 로드압이 감지되어 펌프 제어 입력 포트로 전달되는 로드 감지 압력을 제공하는 형태를 하고 있다.
각 밸브 섹션은 펌프로부터 각 작동기로 유압 유체를 통과시키는 계량 오리피스를 가진다. 그러므로, 펌프 출력 압력은 계량 오리피스의 한 측면에 가해진다. 각 밸브 섹션내의 압력 보상 밸브는 계량 오리피스의 다른 측면에 로드 감지 압력을 제공하므로, 계량 오리피스의 압력 강하는 일정한 마진 압력과 거의 동일하다. 압력 보상기는 보어내에 활주가능하고 스프링에 의해 멀리 편향되는 스풀과 피스톤을 가진다. 스풀과 피스톤은 보어를 제 1, 2 챔버로 나눈다. 제 1 챔버는 계량 오리피스의 다른 측면과 연통하고 제 2 챔버는 로드 감지 압력과 연통하고 있다. 결국, 제 1 챔버와 제 2 챔버사이의 차압의 변화는 스풀과 피스톤의 이동을 야기하고, 이 차압의 크기와 방향은 보어내의 스풀과 피스톤의 위치를 결정한다.
보어는 각 유압 작동기로 유체를 공급하는 출력 포트를 가진다. 보어내의 스풀의 위치는 출력 포트의 크기를 제어하고 그러므로 계량 오리피스의 차압을 제어한다. 이런 흐름은 제 1 챔버의 압력이 제 2 챔버의 압력보다 클 때 이루어질 수 있으며 제 2 챔버의 압력이 제 1 챔버의 압력보다 휠씬 클 때는 일어날 수 없다. 스풀과 피스톤이 스프링에 의해 멀리 편향될지라도, 각각은 이들 챔버내의 압력에 의한 것을 제외하고는 제 1,2 챔버의 벽에 대해서 편향되지 않는다.
도 1은 백호우의 부움 및 버켓(backhoe boom and bucket)과 같은, 기계의 유압 작동식 작업 부재의 모든 운동을 제어하는 다중 밸브 조립체(12)를 가지는 유압 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 밸브 조립체(12)의 물리적 구조는 두 단부 섹션(16, 17)사이에 나란히 상호 연결된 몇 개의 개별 밸브 섹션(13, 14, 15)을 포함한다. 정해진 밸브 섹션(13, 14, 15)은 펌프(18)로부터 작업 부재에 연결된 몇 개의 작동기(20)중 하나로 흐르는 유압 유체의 흐름을 제어하고 저장조 또는 탱크(19)로의 유체의 복귀를 제어한다. 펌프(18)의 출력은 압력 릴리프 밸브(11)에 의해 보호된다. 각 작동기(20)는 실린더 하우징(22)을 가지며, 실린더 하우징내에는 하우징 내부를 하부 챔버(26)와 상부 챔버(28)로 나누는 피스톤(24)이 있다. 상부 및 하부 또는 상향 및 하향과 같은 방향적 관계 및 이동에 대한 기준은 도면에 도시한 방위에서의 부품의 방향 및 이동을 기준으로 하며, 특정 분야에서의 부품의 방위는 아니다.
펌프(18)는 밸브 조립체(12)로부터 멀리 위치되어 있고 공급도관 또는 호스(30)에 의해 밸브 조립체(12)를 통해서 연장하는 공급통로(31)에 연결되어 있다. 펌프(18)는 변위 제어 입력 포트(32)에서의 압력에 ″마진(margin)″으로 알려진 정압을 더한 합이 되도록 설계되어진 출력압을 가진 가변 변위 형태이다. 제어 포트(32)는 밸브 조립체(12)의 섹션(13, 14, 15)을 통해 연장하는 이동 통로(34)에 연결되어 있다. 저장조 통로(36)는 또한 밸브 조립체(12)를 통해 연장하고 탱크(19)에 결합되어 있다. 밸브 조립체(12)의 단부 섹션(16)은 공급통로(31)를 펌프(18)에 그리고 저장조 통로(36)를 탱크(19)에 연결하기 위한 포트를 포함한다. 이 단부 섹션(16)은 또한 펌프 제어 이동 통로(34)내의 초과 압력을 탱크(19)로 릴리프하는 압력 릴리프 밸브(35)를 포함한다. 다른 단부 섹션(17)은 이동 통로(34)를 펌프(18)의 제어 입력 포트에 연결시키는 포트를 가진다.
여기에 청구된 본 발명의 이해를 위해서, 도시한 실시예내의 하나의 밸브 섹션(14)에 대해서 기본 유체 흐름 통로를 설명하는 것이 유익하다. 조립체(12)내의 각 밸브 섹션(13, 14, 15)은 유사하며, 아래의 설명이 이들에 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 밸브 섹션(14)은 바디(40)와 기계 조작자가 여기에 부착될 수 있는, 그러나 여기서 도시되어 있지 않은 제어 부재를 작동함으로서 바다내의 보어내에 양 왕복 방향으로 이동할 수 있는 제어 샤프트(42)를 가진다. 제어 샤프트(42)가 이동되는 방법에 따라서, 유압 유체, 또는 오일은 실린더 하우징(22)의 하부 또는 상부 챔버(26, 28)에 안내되고 그러므로 서 피스톤(24)을 상향 또는 하향으로 제각기 구동한다. 기계 조작자가 제어 샤프트(42)를 이동하는 정도는 피스톤(24)에 연결된 작업 부재의 속도를 결정한다.
피스톤(24)을 낮추기 위해서, 기계 조작자는 도 3에 도시한 위치로 제어 샤프트(42)를 우측으로 이동한다. 이것은 통로를 개방하여 펌프(후술될 로드 감지 네트워크의 제어하에서)가 탱크(19)로부터 유압 유체를 인출하여 펌프 출력 도관(30)을 통해 바다(40)내의 공급통로(31)로 유체를 가압한다.
공급통로(31)로부터 유압 유체는 제어 샤프트(42)의 노치(44) 세트에 의해 형성된 계량 오리피스, 공급기 통로(43), 압력 보상 체크 밸브(48)와 바디(40)내의 개구사이의 상대적 위치에 의해 형성된 가변 오리피스(46)(도 2 참조)를 통해서 브릿지 통로(50)까지 통한다. 압력 보상 체크 밸브(48)의 개방 상태에서, 유압 유체는 브릿지 통로(50), 제어 샤프트(42)의 통로(53)와 그리고 나서 작업 포트 통로(52), 작업 포트(54)를 통해서 실린더 하우징(22)의 상부 챔버(28)로 이동한다. 그러므로, 피스톤(24)의 상부로 전달된 압력은 피스톤을 하향으로 이동시키고, 실린더 하우징(22)의 하부 챔버(26)로 유압 유체를 가압한다. 여기서 나온 유압 유체는 다른 작업 포트(56), 작업 포트 통로(58)와 통로(59)를 통해서 제어 샤프트(42)로 흐르고 그리고 유체 탱크(19)에 결합되어 있는 저장조 통로(36)로 흐른다.
피스톤(24)을 상향으로 이동하기 위해서, 조작자는 제어 샤프트(42)를 좌측으로 이동하여, 통로의 대응 세트를 개방하므로, 펌프(18)는 유압 유체를 하부 챔버(26)로 가압하고, 실린더 하우징(22)의 상부 챔버(28)로부터 유체를 밀어서 피스톤(24)을 상향으로 이동한다.
압력 보상 기구가 없는 경우에, 조작자는 피스톤(24)의 속도를 조절하기 어렵다. 그 이유는 피스톤의 속도가 두 변수, 즉 유동 통로 내에 있는 가장 제한적인 오리피스의 단면적과 그러한 오리피스에 걸친 압력 강하에 의해 우선적으로 결정되는 유압 유체의 유속과 직접적으로 관계가 있기 때문이다. 가장 제한적인 오리피스중 하나는 제어 샤프트(42)의 계량 노치(44)이며, 조작자는 제어 샤프트(42)를 움직여서 계량 노치(44)의 단면적을 제어할 수 있다. 이것이 유속의 결정을 돕는 한 변수를 제어하지만, 유속은 또한 시스템 내의 전체 압력 강하의 제곱근에 직접 비례하기 때문에 최상의 제어를 제공하지 못한다. 예를 들어, 백호우의 버켓에 재료를 더하는 것은 실린더 하우징의 하부 챔버(26)의 압력을 증가시킬 수도 있으며, 상기 로드 압력과 펌프(18)에 의해 제공되는 압력사이의 차를 감소시킬 수도 있다. 압력 보상 없이, 전체 압력 강하의 이러한 감소는 유속을 감소시킴으로써, 조작자가 계량 노치(44)를 일정한 단면적으로 유지할 수 있을 지라도 피스톤(24)의 속도를 감소시킨다.
본 발명은 각 밸브 섹션(13, 14, 15)내의 분리 체크 밸브(48)를 기초한 압력 보상 기구에 관한 것이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 압력 보상 체크 밸브(48)는 스풀(60)과 피스톤(64)을 가지며, 이들 둘은 밸브 바디(40)의 보어(62)내에 밀봉가능하게 왕복으로 미끄러진다. 스풀(60)과 피스톤(64)은 보어의 양 대향 단부에 있는 가변 볼륨 제 1, 2 챔버(65, 66)로 보어(62)를 나눈다. 제 1 챔버(65)는 공급기 통로(43)와 연통하며, 반면 제 2 챔버는 펌프 제어 포트(32)에 연결된 이동통로(34)와 연통한다. 스풀(60)은 제 1 챔버(65)를 형성하는 보어(62)의 단부에 대해서 편향되지 않고 피스톤(64)은 제 2 챔버(66)를 형성하는 보어(62)의 단부에 대해서 편향되지 않는다. 여기서 사용된″ 편향되지 않음(unbised)″은 스풀 또는 피스톤 상에 힘을 주므로서 이들 부품을 보어의 각 단부로부터 멀리 가압하는 스프링과 같은 기계 장치가 없다는 것을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 이런 편향장치가 없으면 제 1 챔버(65)내의 압력만이 보어(62)의 인접단부로부터 스풀(60)을 멀리 가압하고, 제 2 챔버(66)내의 압력만이 대향 보어 단부로부터 피스톤(64)을 멀리 가압한다.
스풀(60)은 줄어든 직경 멈춤 샤프트(70)로 연장하는 폐쇄 단부와 개방 단부를 가진 관형 섹션(68)을 가진다. 관형 섹션(68)은 스풀(60)의 위치에 상관없이 관형 섹션(68)의 내부와 브릿지 통로(50)사이의 연속적 연통을 제공하는 횡방향 구멍(72)을 가진다. 피스톤(64)은 스풀(60)의 관형 섹션(68)내에 미끄럼 가능하게 수용된 개방 단부를 가진 관형부(74)를 가진다. 관형부(74)내의 상당히 약한 스프링(76)은 스풀(60)과 피스톤(64)을 멀리 편향한다. 스풀(60)내의 피스톤 관형부(74)의 미끄럼은 이들 이동을 안내하고 피스톤이 보어(62)내에 기울어지고 붙는 것을 방지한다. 피스톤(64)의 관형부(74)는 측면 구멍(79)과 밸브 바디(40)내의 보어를 밀봉적이고 미끄럼 가능하게 결합하는 외부 플랜지(78)를 가진 폐쇄 단부를 가진다. 피스톤의 관형부(74)의 폐쇄 단부는 이동통로(34)를 도 4에 도시한 압력 보상 체크 밸브(48)의 상태로 제 2 챔버(66)와 연통시키는 외부 리세스(80)를 가진다.
도 1을 다시 참고하면, 압력 보상 기구는 다중 밸브 조립체(12)내의 매 밸브 섹션(13, 14, 15)의 각 작동 작업 포트에 있는 압력을 감지하고 유압 펌프(18)의 변위 제어 포트(32)에 가해질 작업 포트 압력중 가장 큰 것을 선택한다. 이런 선택은 셔틀 밸브(84)의 체인에 의해 수행되며, 셔틀 밸브 각각은 다른 밸브 섹션(13, 14)에 놓여 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 설명적인 밸브 섹션(14)을 참조하면, 셔틀 밸브(84)로의 입력부는 (a) 브릿지(50)(셔틀 통로(86) 경유)와 (b) 중간 밸브 섹션(14)으로부터 상류에 있는 상류 밸브 섹션(15)으로부터 나온 관통 통로(88)이다. 브릿지(50)는 작업 포트(54 또는 56)가 작동될 때의 압력 또는 제어 샤프트(42)가 중립일 때의 저장조 통로(36)의 압력을 볼 수 있다. 셔틀 밸브(84)가 작동하여 입력부(a) 및 (b)에 있는 보다 큰 압력을 섹션의 관통 통로(88)를 통해 인접한 하류 밸브 섹션(13)의 셔틀 밸브로 전달한다. 체인내의 가장 먼 상류 밸브 섹션(15)의 로드 압력이 통로(88)를 통해서 다음의 밸브 섹션(14)으로 보내질 때만 셔틀 밸브를 가질 필요가 없음을 주목하기 바란다. 그러나, 모든 밸브 섹션(13, 14, 15)은 제조 비용면에서 동일하다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 셔틀 밸브(84)의 체인내의 가장 먼 하류 밸브 섹션(13)의 관통 통로(88)는 아이솔레이터(92)의 입력부(90)로 개방한다. 그러므로, 방금 설명한 방법으로, 밸브 조립체(12)내의 가장 큰 모든 작동식 작업 포트 압력은 출력부(94)에서 가장 큰 작업 포트 압력을 만드는 아이솔레이터(92)의 입력부(92)로 전달된다. 아이솔레이터(92)의 입력부(92)로 전달된 압력은 제 1 로드-의존 압력이고, 아이솔레이터 출력부(94)로부터 전송되는 압력은 제 2 로드-의존 압력이다. 아이솔레이터 출력부(94)에서의 압력은 이동통로(34)를 통해 펌프(18)의 제어 포트(32)에 가해져 각 압력 보상 체크 밸브(48)의 제 2 챔버(66)까지 가해지므로 서, 체크 밸브 피스톤(64)의 폐쇄 단부상에 아이솔레이터 출력 압력을 발생시킨다.
유압 유체를 펌프(18)로부터 작동식 작업 포트(54 또는 56)로 유동시키기 위해서, 가변 오리피스(46)와 압력 보상 체크 밸브(48)는 적어도 부분적으로 개방되어야 한다. 이렇게 하기 위해서, 스풀(60)은 하향으로 이동되어 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 챔버(65)와 브릿지 통로(50)사이의 연통을 개방한다. 도시한 스풀 위치는 관련 밸브 섹션이 기계 조작자에 의해 활성될 때든지 또는 가장 큰 로드 압력을 가질 때 일어난다. 이런 환경에서, 공급기 통로(43)내의 펌프 압력은 이동 통로(34)내의 로드 감지 압력보다 다소 크므로 서, 차례로 보어(62)의 인접 단부에 대향해 구동되는 피스톤(64)에 대향해서 스풀(60)을 가압한다. 이런 작용은 가변 오리피스(46)를 완전히 개방한다.
도 5를 참조하면, 특정 밸브 섹션(13, 14, 또는 15)이 가장 큰 로드 압력을 가진 것이 아니면, 가변 오리피스(46)는 보다 덜 완전하게 개방될 것이다. 이것은 공급기 통로(43)내의 펌프 압력이 이동통로(34)내의 로드 감지 압력보다 적을 때 일어난다. 그 결과로 압력 보상 체크 밸브(48)의 제 2 챔버(66)내의 압력은 제 1 챔버(65)내의 압력보다 클 것이고, 그러므로 서, 스풀(60)과 피스톤(64)을 도면의 상향으로 이동하여 오리피스(46)의 크기를 감소한다.
피스톤(64)의 하부가 스풀(60)의 상부와 동일한 표면적을 가지기 때문에, 유체 흐름은 오리피스(46)로 조절되고 그러므로 보상 밸브(48)의 제 1 챔버는 제 2 챔버(66)내의 가장 큰 작업 포트 압력과 거의 동일하다. 이 압력은 도 2의 공급기 통로(43)를 통해서 계량 노치(44)의 한 측면과 연통된다. 계량 노치(44)의 다른 측면은 공급통로(31)와 연통하고, 공급통로는 가장 큰 작업 포트 압력 더하기 일정한 마진 압력과 같은 펌프 출력 압력을 수용한다. 결국, 계량 노치(44)의 압력 강하는 마진 압력과 같다. 가장 큰 작업 포트 압력의 변화는 계량 노치(44)의 공급측(통로(31))과 압력 보상 체크 밸브의 제 2 챔버(66) 양쪽에서 볼 수 있다. 이런 변화에 따라, 스풀(60)과 피스톤(64)은 보어(62)내에서 균형 위치를 이루므로 마진 압력은 계량 노치(44)에 걸쳐서 유지된다.
도 6은 두 상태중 어느 것에서나 발생하는 압력 보상 체크 밸브(48)의 다른 상태를 도시한다. 첫 번째는 모든 제어 샤프트(42)가 중립(중앙맞춤)위치이고 밸브가 폐쇄되어 있을 때이다. 두 번째 상태는 무거운 로드가 관련 작동기(20)에 가해질 때 일어나는 것과 같은, 밸브 섹션(예, 14)에서의 작업 포트 압력이 공급기 통로(43)내의 공급 압력보다 클 때 로드 작동식 상태에서 발생한다. 이러한 상태를 흔히 오프-로드 장비에 대해서 ″크레닝(craning)″이라 한다. 후자의 상태는 유압 유체가 작동기(20)로부터 다시 대응 밸브 섹션을 통해 펌프 출구로 가압되어지는 결과를 가져올 수 있다. 그러나 스플릿 압력 보상 밸브(48)는 흐름 통로를 폐쇄함으로서 반대방향 흐름의 발생을 방지한다. 후자의 경우에, 초과 로드 압력은 브릿지(50)에서 나타나고 스풀(60)내의 횡방향 구멍(72)을 통해 스풀(60)과 피스톤(64)내의 중간 캐비티(96)까지 연통한다. 중간 캐비티(96)내의 합성 압력은 공급기 통로(43)와 이동통로(34) 양쪽의 압력보다 크기 때문에, 스풀(60)과 피스톤(64)은 서로 멀리 이동되어 가변 볼륨 중간 캐비티를 팽창하고 밸브 섹션을 통해 오리피스(46)를 완전히 폐쇄하여 반대방향 흐름을 차단한다. 이 상황에서, 피스톤은 보어(62)의 인접단부에 인접하고 스풀(60)의 멈춤 샤프트(70)는 반대측 보어 단부를 때리며, 이 위치에서 관형 섹션(68)은 가변 오리피스(46)를 완전히 폐쇄한다. 크레닝상태는 크레닝을 발생하는 과정을 반대로 함으로서 제거할 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 9는 제각기 도 4, 5 및 도 6에 도시한 3개의 다른 작동 상태의 보상기(48)의 제 2 실시예(100)를 도시한다. 이 실시예에서, 스풀(102)과 피스톤(104)은 제 1 실시예 처럼 서로 미끄러지지 않는다. 스풀과 피스톤 조립체는 밸브 보어(62)를 공급기 통로(43)와 연통하는 제 1 챔버(65)와 펌프 제어 포트(32)에 연결된 이동통로(34)와 연통하는 제 2 챔버(66)로 나눈다.
스풀(102)은 공급기 통로(43)와 연통하는 개방단부를 가진 컵형상이다. 스풀(102)은 밸브가 도 7에 도시한 상태에 있을 때 공급기 통로(43)와 브릿지(50)사이의 보상기(48)를 통하는 통로를 함께 형성하는 측벽내의 측면 구멍(108)을 가진 중앙 보어(107)를 가진다. 가변 오리피스(46)는 브릿지(50)에 대한 스풀(102)의 측면 구멍(108)과 바디(40)내의 개구사이의 상대적 위치에 의해 형성되어 있다.
피스톤(104)은 또한 스풀(102)의 폐쇄 단부와 직면하고 피스톤과 스풀의 폐쇄 단부사이에 중간 캐비티(109)를 형성하는 개방 단부를 가진 컵형상이다. 스풀(102)의 폐쇄 단부의 외부 코너(112)는 피스톤이 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 스풀(102)에 인접할 때라도 중간 캐비티(109)가 항상 브릿지(50)와 연통하도록 베벨되어 있다. 중간 캐비티(109)내에 위치된 스프링(110)은 시스템이 압력을 받지 않을 때 스풀과 피스톤을 분리하는 상당히 약한 힘을 낸다.
스풀(102)과 피스톤(104)은 도 4 내지 도 6에 도시한 제 1 실시예에 대해서 설명한 것과 동일한 방법으로 이동통로(34), 공급기 통로(43)와 브릿지 통로(50)사이의 차압에 대응하여 작용한다.
도 10, 도 11 및 도 12는 제각기 도 4, 5 및 도 6에 도시한 3개의 다른 작동 상태의 보상기(48)의 제 3 실시예(200)를 도시한다. 이 실시예에서, 스풀(202)과 피스톤(204)은 제 1 실시예의 보상기(48)처럼 서로 미끄러진다. 스풀과 피스톤 조립체는 밸브 보어(62)를 공급기 통로(43)와 연통하는 제 1 챔버(65)와 펌프 제어 포트(32)에 연결된 이동통로(34)와 연통하는 제 2 챔버(66)로 나눈다.
스풀(202)은 개방단부와 줄어든 직경 멈춤 샤프트(208)로 연장하는 폐쇄단부를 가진 관형 섹션(206)을 가진다. 관형 섹션(206)은 스풀(202)의 위치에 상관없이 브릿지 통로(50)와 관형 섹션(206)의 내부사이의 연속적인 연통을 제공하는 횡방향 구멍(210)을 가진다. 피스톤(204)은 스풀(202)의 관형 섹션(206)이 미끄럼 가능하게 수용되어 있는 개방 단부를 가지는 관형부(212)를 포함하는 컵형상이다. 스풀 관형 섹션(206)내의 중간 캐비티(215)내에 위치된 상당히 약한 스프링(214)은 스풀(202)과 피스톤(204)을 멀리 편향한다. 피스톤(204)내의 스풀 관형 섹션(206)의 미끄럼이 이들 이동을 안내하고 피스톤의 보어(62)내에서의 기울움 및 접착을 방지한다. 피스톤(204)의 관형부(212)는 브릿지(50)와 중간 캐비티(215)사이의 유체 통로를 제공하도록 스풀 구멍(210)과 작용하는 측면 구멍(216)을 가진다.
스풀(202)과 피스톤(204)은 도 4 내지 도 6에 도시한 제 1 실시예에 대해서 설명한 것과 동일한 방법으로 이동통로(34), 공급기 통로(43)와 브릿지 통로(50)사이의 차압에 대응하여 작용한다.

Claims (21)

  1. 펌프(18)로부터 다수의 작동기(20)로 유압 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브 섹션(13, 14, 15)의 배열체를 가지며, 각각의 밸브 섹션이 한 작동기(20)를 연결하는 작업 포트(54, 65)와 유압 유체를 펌프(18)로부터 상기 한 작동기(20)로 흘려보내는 계량 오리피스(44)를 가지며, 상기 펌프(18)가 제어 포트(32)의 압력보다 큰 일정한 량의 출력 압력을 만드는 형태이며, 상기 밸브 섹션(13, 14, 15)의 배열체가 상기 작업 포트(54, 56)중 가장 큰 압력을 감지하여 제어 입력부로 전달되는 로드 감지 압력을 제공하는 형태인 유압 시스템에 있어서,
    하나 이상의 상기 밸브 섹션내에서, 보어(62)내에 미끄럼 가능하게 위치된 스풀(60)과 피스톤(64)을 가지며, 상기 보어(62)의 양 대향 단부에 제 1, 2 챔버(65, 66)를 형성하는 압력 보상 밸브를 포함하며, 상기 스풀(60)과 피스톤(64)은 상기 제 1, 2 챔버 사이에 중간 캐비티(96)를 가지며 상기 중간 캐비티내의 스프링에 의해 멀리 편향되며, 상기 스풀(60)과 피스톤(64)이 상기 보어(62)의 대향 단부들에 대해서 편향되지 않으며, 상기 제 1 챔버(65)는 상기 계량 오리피스(44)와 연통하고 상기 제 2 챔버는 로드 감지 압력과 연통하며,
    상기 제 1, 2 챔버사이의 차압과 스프링에 의해 생긴 힘이 상기 보어(62)내에서의 상기 스풀(60)의 위치를 결정하며, 상기 보어(62)와 상기 스풀(60)이 상기 제 1 챔버(65)로부터 상기 한 작동기(20)에 연결된 도관(50)까지 유체를 공급하는 가변 오리피스(46)를 형성하며, 상기 스풀(60)의 위치가 상기 가변 오리피스(46)의 크기를 결정하므로서, 상기 제 2 챔버(66)내의 압력 큰 제 1 챔버(65)내의 압력은 상기 가변 오리피스(46)의 크기를 확대시키고, 상기 제 1 챔버(65)내의 압력 큰 제 2 챔버(66)내의 압력은 상기 가변 오리피스(46)의 크기를 줄이고,
    상기 스풀(60)과 상기 피스톤(64) 중 하나는 상기 한 작동기(20)에 의해 발생된 유압이 제 1, 2 챔버(65, 66)내의 압력보다 클 때, 상기 스풀(60)과 상기 피스톤(64)이 멀리 이동하여 상기 한 작동기(20)와 상기 제 1 챔버(65)사이의 유압 유체의 흐름을 차단할 수 있도록 상기 중간 캐비티(96)와 상기 도관(50)을 연통시키는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 섹션(68)을 포함하며,
    상기 피스톤(64)은 폐쇄 단부와 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)내에 미끄럼 가능하게 수용된 개방 단부를 가진 관형부(74)를 포함하며,
    상기 관형부와 상기 관형 섹션(68)은 상기 중간 캐비티(96)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 상기 관형 섹션(68)의 폐쇄 단부로부터 외향으로 연장하는 멈춤 샤프트(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)은 상기 보어(62)내의 스풀(60)의 위치와 상관없이 상기 중간 캐비티(96)와 상기 도관(50)사이의 연속적인 연통을 제공하는 횡방향 구멍(72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 상기 제 2 챔버(66)와 직면하는 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 형상이며,
    상기 피스톤(64)은 상기 스풀(60)과 직면하는 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 형상이며,
    상기 스풀(60)의 폐쇄 단부와 상기 피스톤(64)의 폐쇄 단부사이에 상기 중간 캐비티(96)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보어(62)는 상기 도관(50)에 연결된 개구를 포함하며, 상기 스풀(60)은 상기 가변 오리피스(46)의 크기를 형성하도록 상기 개구와 작용하는 측면 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 시스템의 상기 작업 포트(54, 56)중 가장 큰 압력을 선택하기 위해서 각 밸브 섹션내의 상기 도관(50)에 결합된 셔틀 밸브(84)의 체인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 각각의 밸브 섹션은 출력부, 상기 제 1 챔버(65)에 연결된 제 1 입력부와 상기 유압 시스템의 다른 밸브 섹션내의 상기 셔틀 밸브(84)의 출력부에 연결된 제 2 입력부를 가진 셔틀 밸브(84)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 펌프(18)의 제어 포트(32)에 가장 큰 압력을 전달하면서 상기 셔틀 밸브(84)의 체인으로부터 상기 제어 포트(32)로의 유체의 흐름을 차단하기 위해서, 상기 작업 포트(54, 56)중 가장 큰 압력을 수용하도록 셔틀 밸브(84)의 체인에 결합된 아이솔레이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤(64)은 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형부(74)를 포함하며,
    상기 스풀(60)은 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)내에 미끄럼 가능하게 수용된 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 섹션(68)을 포함하며,
    상기 관형부(74)와 상기 관형 섹션(68)은 상기 중간 캐비티(96)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 상기 관형 섹션(68)의 상기 폐쇄 단부로부터 외향으로 연장하는 멈춤 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)은 상기 보어(60)내의 상기 스풀(60)의 위치와 상관없이 상기 중간 캐비티(96)와 상기 도관(50)사이의 연속적인 연통을 제공하는 횡방향 구멍(72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  13. 제어 포트(32)를 가지며 상기 제어 포트(32) 압력보다 큰 일정한 량인 출력 압력을 만드는 가변 변위 유압 펌프(18)로부터 로드 압력을 발생하는 로드 힘을 받는 작동기(20)까지 유체 통로내의 가압 유체의 흐름을 조작자가 제어할 수 있는 유압 밸브 기구에 있어서,
    (a) 상기 유체 통로내의 계량 오리피스를 사이에 제공하도록 병렬 연결된 제 1 밸브 요소와 제 2 밸브 요소와,
    (b) 상기 로드 압력을 감지하고 상기 로드 압력을 상기 펌프(18)의 제어 포트(32)에 적용하기 위한 센서와,
    (c) 상기 계량 오리피스(44)를 통해 일정량으로 거의 같은 압력 강하를 유지하기 위한 압력 보상기(48)를 포함하며;
    상기 제 1, 2 밸브 요소중 하나 이상은 계량 오리피스의 크기를 변경하여서 작동기로의 유체의 흐름을 제어하도록 조작자의 제어하에서 이동가능하며;
    상기 압력 보상기(48)는 보어(62)내에 미끄럼 가능하게 위치된 피스톤(64)과 스풀(60)을 가지므로 상기 보어(60)의 대향 단부에 제 1, 2 챔버(65, 66)를 형성하며, 상기 스풀(60)과 피스톤(64)은 중간 캐비티(96)내의 스프링에 의해 멀리 편향되며 상기 보어(62)의 대향 단부에 대해서 편향되지 않으며, 상기 제 1 챔버(65)는 상기 계량 오리피스(44)와 연통하고 상기 제 2 챔버(66)는 상기 센서에 의해 감지된 로드 압력을 수용하며,
    상기 제 1, 2 챔버(65, 66)사이의 차압이 상기 보어(62)내에서의 상기 스풀(60)과 상기 피스톤(64)의 위치를 결정하며, 상기 보어(62)가 유체를 작동기(20)로 공급하는 도관(50)에 연결된 오리피스(46)를 가지므로 서, 상기 제 2 챔버(66)내의 압력 큰 제 1 챔버(65)내의 압력은 상기 오리피스(46)의 크기를 확대하도록 상기 스풀(60)을 이동시키고 상기 제 1 챔버(65)내의 압력 큰 상기 제 2 챔버(66)내의 압력은 상기 오리피스의 크기를 줄이도록 상기 스풀(60)을 이동시키며,
    상기 스풀(60)과 상기 피스톤(60)중 하나는 상기 한 작동기(20)에 의해 발생된 압력이 제 1, 2 챔버(65, 66)내의 압력보다 클 때, 상기 피스톤(64)과 상기 스풀(60)이 멀리 이동되어 상기 오리피스와 제 1 챔버(65)사이의 유체의 흐름을 차단할 수 있도록 상기 중간 캐비티(96)와 상기 오리피스(46)를 연통시키는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 섹션(68)을 포함하며,
    상기 피스톤(64)은 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)내에 미끄럼 가능하게 수용된 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형부(74)를 포함하며,
    상기 관형부(74)와 상기 관형 섹션(69)은 상기 중간 캐비티(96)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 상기 관형 섹션(68)의 폐쇄 단부로부터 외향으로 연장하는 멈춤 샤프트(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)은 상기 보어(62)내의 상기 스풀(60)의 위치와 상관없이 상기 중간 캐비티(96)와 상기 도관(50)사이의 연속적인 연통을 제공하는 횡방향 구멍(72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 상기 제 2 챔버(66)와 직면하는 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 형상이며,
    상기 피스톤(64)은 상기 스풀(60)과 직면하는 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 형상이며,
    상기 스풀(60)의 폐쇄 단부와 상기 피스톤(64)의 폐쇄 단부사이에 상기 중간 캐비티(96)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 보어(62)는 상기 도관(50)에 연결된 개구를 포함하며 상기 스풀(60)은 상기 가변 오리피스(46)의 크기를 형성하도록 상기 개구와 작용하는 측면 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 피스톤(64)은 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형부(74)를 포함하며,
    상기 스풀(60)은 상기 스풀의 관형 섹션내에 미끄럼 가능하게 수용된 개방 단부와 폐쇄 단부를 가진 관형 섹션(68)을 포함하며,
    상기 관형부(74)와 상기 관형 섹션(68)은 상기 중간 캐비티(96)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 스풀(60)은 상기 관형 섹션(68)의 폐쇄 단부로부터 외향으로 연장하는 멈춤 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 스풀(60)의 관형 섹션(68)은 상기 보어(62)내의 상기 스풀(60)의 위치와 상관없이 상기 중간 캐비티(96)와 상기 도관(50)사이의 연속적인 연통을 제공하는 횡방향 구멍(72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 기구.
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