KR100426547B1 - 유압 실린더 완충 장치 - Google Patents

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Abstract

완충 링(26)은 피스톤 행정의 말단부 근방에서 완충 시일(34)의 내부 원주로 들어가고, 실린더 튜브(21) 내의 오일 챔버(24)로부터의 오일 유동을 제한함으로써 완충 효과를 가한다. 완충 시일(34)은 실린더 헤드(28) 내의 피스톤 로드(23)의 축방향으로 임의의 양만큼 자유롭게 변위된다. 스페이서(35)는 완충 시일(34)의 내측상에 축방향으로 배치되고, 완충 시일(34)과 같은 양만큼 자유롭게 변위된다. 완충 효과가 발생될 때, 스페이서(35)는 완충 시일(34)과 접촉하여 완충 시일(34)의 진동을 간섭한다.

Description

유압 실린더 완충 장치 {HYDRAULIC CYLINDER CUSHION DEVICE}
본 발명은 피스톤 행정 말단부에서의 충격을 완화시키기 위한 유압 실린더 완충 장치에 관한 것이다.
유압 실린더의 피스톤 로드가 완전 연장될 때, 실린더 상에서 피스톤의 충격을 방지하는 완충 장치는 피스톤의 이동을 유압 제동하도록 작용해서 피스톤 행정의 말단부에서 피스톤의 속도를 감소시킨다.
피스톤 로드에 부착된 완충 링이 피스톤 행정의 말단부 부근에서 실린더의 베어링 부 내에 배치된 원형 완충 시일(seal)로 들어갈 때, 그들 사이에 형성된 갭들은 트로틀을 형성하는데, 상기 트로틀은 오일 유동에 저항하고, 오일 챔버로부터의 오일 유출에 저항하며, 오일 챔버의 압력을 증가시키고, 피스톤의 이동을 유압 제동한다.
완충 링이 완충 시일로 들어갈 때, 완충 시일이 유체 압력에 밀려 홀더와 충돌함으로써 소음이 발생한다.
이것은 완충 링과 완충 시일 사이의 끼워 맞춤을 용이하게 하기 위해, 홀더 내측에 배치된 금속 완충 시일이 피스톤 로드의 반지름 방향 및 축방향으로 자유롭게 미세한 이동을 하기 때문이다.
이러한 충돌 소음은 금속이 함께 맞부딪혀 발생하는 것이기 때문에, 고주파의 소음이다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 충격 소음을 가능한 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구성으로 이러한 충격 소음을 제거하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 실린더 튜브에 활주 가능하게 내장된 피스톤, 피스톤에 연결된 피스톤 로드가 활주 가능하게 관통하는 실린더 헤드, 피스톤 로드에 고정된 완충 링, 실린더 헤드측 상에 임의의 범위 내에서 피스톤 로드의 축방향으로 자유롭게 이동하는 완충 시일, 및 완충 시일의 내측에 축방향으로 배열되고 완충 시일과 동일한 양만큼 자유롭게 이동하며 그 내경이 완충 시일의 내경보다 크게 설정된 스페이서를 포함하는 유압 실린더용 완충 장치를 제공한다. 상기 완충링은 피스톤 행정의 말단부 부근에서 완충 시일의 내부 원주를 관통하고 실린더 튜브 내의 오일 챔버로부터의 유체 유동에 저항하여 완충 효과를 가한다.
본 발명의 그 밖의 특성 및 이점 뿐아니라 세부 사항들이 본 명세서의 나머지 부분에서 설명되고, 첨부된 도면에 도시된다.
도1은 본 발명에 따른 실린더의 부분을 도시한 단면도.
도2는 피스톤 행정의 말단부에서 완충 시일에 완충 링이 들어가는 상태를 도시한 확대도.
도3은 본 발명에 따른 피스톤 행정의 말단부의 부근에서 발생된 소음의 특성도.
도4는 종래의 기술 장치에 따라 발생된 소음의 특성도.
도5는 본 발명의 다른 실시예의 부분을 도시한 단면도.
도6은 완충 시일의 오조립 상태를 도시한 단면도.
도7은 스페이서의 오조립 상태를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21 : 실린더 튜브
22 : 피스톤
23 : 피스톤 로드
24, 25 : 오일 챔버
26 : 완충 링
27 : 슬릿
28 : 실린더 헤드
29 : 베어링
31 : 홀더
32 : 스토퍼
33 : 칼라
34 : 완충 시일
35 : 스페이서
36 : 노치
37 : 자유 유동 통로
38 : 포트
39 : 내부 환형 통로
41 : 외부 환형 통로
43 : 가이드 부품
도1, 도2는 본 발명에 따른 유압 실린더 완충 장치를 도시한다. 피스톤(22)은 실린더 튜브(21)에 활주 가능하게 내장된다. 피스톤 로드(23)는 피스톤(22)과 연결된다.
실린더 튜브(21)의 내부는 상기 피스톤(22)에 의해 두 개의 오일 챔버(24, 25)로 나누어진다.
완충 링(26)은 피스톤(22) 하부면에 인접한 위치에서 피스톤 로드(23)에 끼워지고 고정된다. 상기 완충 링(26)은 원형으로 형성되고, 외부 원주 상에 축방향으로 연장된 슬릿(27)이 제공되며, 상기 슬릿의 깊이는 피스톤(22)을 향할수록 점차 얕아진다.
실린더 헤드(28)는 실린더 튜브(21)의 개방 단부에 고정되고, 원통형 베어링(29)은 실린더 헤드(28)의 내부 원주에 부착된다. 피스톤 로드(23)는 상기베어링(29)을 활주 가능하게 관통하여 실린더 헤드(28)로부터 외부로 돌출된다. 도면 부호(30)는 베어링(29) 내부에 배치된 오일 시일을 표시한다.
피스톤 로드(23)의 외부 원주와 임의의 간극을 가지는 원형 홀더(31)가 실린더 헤드(28)의 내부 단부에 고정된다. 상기 홀더(31)는 실린더 헤드(28) 측으로부터 실린더 튜브(21) 내부로 삽입되고, 홀더(31)의 외부 원주 상의 대직경의 계단부가 실린더 튜브(21)의 내부 원주 상의 계단부와 접촉하는 위치에 고정됨으로써, 더 이상 관통되지 못하도록 한다. 스토퍼(32)가 홀더(31)의 팁, 즉 오일 챔버(24)에 면하고 있는 단부에 형성된다. 칼라(collar; 33), 금속 완충 시일(34) 및 스페이서(35)가 실린더 헤드(28) 측으로부터 상기 순서대로 홀더(31)의 내부 원주 상의 실린더 헤드(28)와 스토퍼(32) 사이에서 축방향으로 배열된다.
칼라(33)는 홀더(31) 내로 가압되고, 한쪽 단부는 실린더 헤드(28)의 내부 단부와 접촉하게 된다. 한편, 완충 시일(34) 및 스페이서(35)는 칼라(33)와 스토퍼(32) 사이에서 임의의 범위 내에서 축방향으로 자유롭게 변위된다. 또한, 이들은 반지름 방향으로 자유롭게 미세한 이동을 한다.
노치(36)가 칼라(33)의 다른 단부, 즉 완충 시일(34)과 대향되는 면 상에 형성되고, 완충 시일(34)이 칼라(33)의 다른 단부와 접촉하게 될 때 오리피스가 형성된다. 완충 시일(34)이 칼라(33)로부터 분리될 때, 상기 노치(36)는 해제되고 더 이상 오리피스로서의 기능을 하지 않는다.
실린더의 외부에 연통되는 포트(38)가 홀더(31)의 외부 단부 상에 형성되고, 상기 포트(38)는 칼라(33), 완충 시일(34) 및 스페이서(35)의 내부 원주와 피스톤로드(23)의 외부 원주 사이에 형성된 내부 환형 통로(39)를 경유하여 오일 챔버(24)에 연통된다.
외부 환형 통로(41)는 완충 시일(34) 및 스페이서(35)의 외부 원주와 홀더(31)의 내부 원주 사이에서 소정 간극으로 형성된다.
상대적으로 큰 갭이 피스톤 로드(23)에 부착된 완충 링(26)의 외부 원주와 스페이서(35)의 내부 원주 사이에 제공되고, 완충 시일(34)의 내경은 완충 링(26)의 외부 원주와 완충 시일(34)의 내부 원주 사이에 실질적으로 간극이 생기지 않도록 설정된다.
그렇기 때문에, 피스톤(22)이 행정의 말단부 근방에 있고 완충 링(26)이 완충 시일(34)에 들어갈 때, 오일 챔버(24)로부터 유출하는 유량은 상당히 제한된다. 유체의 일부는 완충 시일(34)의 내부 원주 상의 슬릿(27)을 통해 유동하고 나머지는 완충 시일(34)의 외부 원주 상의 외부 환형 통로(41) 및 노치(36)를 통해서 유동한다. 이 때의 유동 저항으로 인해 오일 챔버(24)의 압력이 증가하고, 피스톤(22)의 이동이 유압 제동된다.
피스톤(22)이 행정의 말단부로부터 반대 방향, 즉, 피스톤 로드의 수축 방향으로 변위할 때, 자유 유동 통로(37)가 홀더(31) 내의 스토퍼(32) 부근에 형성되어 있어 매우 빠르게 이동을 시작할 수 있다. 상기 자유 유동 통로(37)는 스페이서(35) 및 완충 시일(34)의 외부 원주 상의 외부 환형 통로(41)와 연결되고, 완충 시일(34)이 상향 이동할 때 해제되는 노치(36)에 연통되며, 오일 챔버(24)가 실린더 포트(38)와 자유 유동 상태에서 연통될 수 있게 한다.
그렇기 때문에, 이러한 통로들은 우회 통로를 형성하고, 이에 따라 유체는 완충 링(26)의 외부 원주와 완충 시일(34)의 내부 원주 사이의 통로를 우회할 수 있다.
다음은 본 발명의 작동에 대해 기술될 것이다.
고압의 유체가 오일 챔버(25)로 공급되고 동시에 오일 챔버(24)에 연통되는 포트(38)가 저압측과 연결될 때, 피스톤(22)은 도1에 도시된 상태로부터 화살표(40)의 방향으로 연장된다.
오일 챔버(24)로부터 토출된 유체는 기본적으로 스페이서(35), 완충 시일(34) 및 칼라(33)의 내부 원주와 피스톤 로드(23) 사이의 내부 환형 통로(39)를 통과하고, 포트(38)로 유동한다. 상기 내부 환형 통로(39)의 단면적이 상대적으로 크기 때문에, 오일은 원활하게 토출되고 피스톤(22)의 이동 속도는 빠르다.
피스톤(22)이 그 행정의 말단부 근방에 도달할 때, 도2에 도시된 바와 같이, 완충 링(26)은 스페이서(35) 및 완충 시일(34)을 관통하고, 스페이서(35)의 내경이 완충 시일(34)의 내경보다 크게 만들어지기 때문에, 완충 링(26)은 스페이서(35)를 원활하게 통과한다.
이러한 상태에서, 오일 챔버(24)와 실린더 포트(38)는 두 통로를 통해서 연통한다. 하나는 완충 시일(34)과 완충 링(26)에 형성된 슬릿(27) 사이의 통로이고, 다른 하나는 환형 통로(41) 및 노치(36)를 포함하는 오리피스를 통과하는 통로이다.
이들 두 통로의 유효 단면적은 내부 환형 통로(39)의 유효 단면적보다 훨씬작고, 유동 경로의 저항은 더 커서, 오일 챔버(24)의 압력은 상기 저항에 의해 상승한다. 슬릿(27)의 단면적은 완충 링(26)이 더 깊이 관통할수록 더 작아지기 때문에, 상기 저항은 그 관통량에 따라 증가한다.
그러므로, 오일 챔버(24)의 압력은 피스톤 행정의 말단부 부근에서 급격히 상승하고, 따라서 피스톤(22)의 이동 속도는 감소되며, 완충 효과가 발생한다.
완충 링(26)이 완충 시일(34)을 관통하기 때문에, 스페이서(35) 및 완충 시일(34)은 유체 압력 및 완충 링(26)에 의해 화살표(40)로 표시된 방향으로 가압되고, 칼라(33)와 급격히 충돌한다.
상기 충격으로 인해, 완충 시일(34)은 진동하고, 그 후면으로부터 접촉하고 있는 스페이서(35)도 또한 진동한다. 그러나, 그들은 동일한 진동 주파수로 진동하지 않으며, 진동 주파수의 차이로 인해 진동은 서로 간섭하고, 따라서 상기 진동은 흡수된다. 또한 유체가 완충 시일(34)과 스페이서(35) 사이로 들어오고, 상기 유체는 진동을 감쇠하는 작용을 한다.
이러한 이유로 인해, 완충 시일(34)의 진동은 크게 흡수되고 감쇠되며, 종래 기술에서의 금속 접촉으로 인한 불쾌한 진동 소음은 방지된다. 또한, 완충 시일(34)의 진동이 억제되고, 따라서 진동으로 인한 불균일한 마찰 또한 제거된다.
도3, 도4는 진동 소음의 특성을 도시한다.
이들 도면은 기본적으로 완충 링의 완충 효과로 인한 피스톤 행정의 말단부 근방의 진동 특성을 도시한다.
도면에서, A는 진동 소음을 도시하고, B는 피스톤 변위를 도시하며, C는 오일 챔버 압력을 도시한다. 그래프 상에서 수직축은 소음 수준, 피스톤 행정량 및 압력 수준을 도시하며, 수평축은 시간을 도시한다.
완충 링이 완충 시일로 들어갈 때, 오일 챔버 압력은 급격히 상승하고, 피스톤의 이동은 제동되며, 피스톤 속도는 급격히 떨어진다.
완충 링이 완충 시일로 들어갈 때, 완충 시일은 칼라에 접촉하지만, 본 발명에 따르면 상기 기술된 바와 같이 진동이 흡수되고 감쇠되기 때문에, 도3에 도시된 바와 같이 소음 진동은 충격시에도 거의 변하지 않는다.
반면에, 종래 기술의 장치를 도시한 도4에서, 완충 링이 완충 시일을 관통할 때 완충 시일과의 충격으로 인해 큰 진동 소음이 발생한다.
피스톤(22)이 행정의 말단부로부터 화살표(40)의 반대 방향으로 변위할 때, 가압 유체가 포트(38)로부터 공급되고, 오일 챔버(25)는 저압측으로 해제된다.
가압 유체가 포트(38)로부터 공급될 때, 상기 압력으로 인해, 스페이서(35) 및 완충 시일(34)은 스토퍼(32)와 접촉하게 될 때까지 변위한다. 만약 완충 시일(34)이 이런 식으로 이동한다면, 칼라(33)로부터 분리될 것이고, 노치(36)를 포함하는 오리피스는 해제되고 유동 통로 영역이 확장될 것이다.
따라서, 오일 챔버(24)는 해제된 노치(36)로부터 외부 환형 통로(41) 및 자유 통로(37)를 경유하여 직접 연통한다. 상기 유동 경로의 단면적은 완충 링(26)이 들어갈 때 형성된 트로틀보다 휠씬 더 크기 때문에, 가압 유체는 빠르게 유동하고, 피스톤(22)은 화살표(40)의 반대 방향으로 빠르게 변위된다.
완충 링(26)이 완충 시일(34)을 떠날 때, 가압 유체는 내부 환형 통로(39)를경유하여 오일 챔버(24) 내로 유동함으로써, 피스톤(22)은 더욱 빠른 속도로 이동한다.
본 실시예에 따르면, 홀더(31)는 실린더 헤드(28)에 고정되고, 칼라(33), 완충 시일(34) 및 스페이서(35)는 각각 홀더(31)에 조립된다. 그러므로, 제조시에 이러한 부품들은 카트리지 형태로 예비 조립(pre-assemble)될 수 있고, 따라서 조립 라인의 생산성이 개선된다.
그러나, 만약 완충 시일(34) 및 스페이서(35)가 홀더(31)에 잘못된 순서로 조립된다면, 상기 장치는 더 이상 바르게 기능할 수 없을 것이다.
오조립을 방지하기 위해 설계된 실시예가 도5 내지 도7에 근거하여 이하에 기술될 것이다.
도5에 도시된 바와 같이, 스토퍼(32)의 내경보다 작은 외경을 가진 가이드 부품(43)이 스페이서(35)의 팁에 형성된다. 가이드 부품(43)의 팁의 일부가 스토퍼(32)를 관통하지만, 그러나 이러한 상태에서, 스페이서(35) 및 완충 시일(34)은 칼라(33)와 홀더(31) 내의 스토퍼(32) 사이의 임의의 거리 내에서만 피스톤 로드의 축방향으로 자유롭게 이동한다.
가이드 부품(43)의 축방향 길이는 스페이서(35) 및 완충 시일(34)의 허용 변위량보다 크게 설정된다.
완충 링(26)이 피스톤 행정의 말단부에서 스페이서(35) 및 완충 시일(34) 내로 관통할 때, 스페이서(35) 및 완충 시일(34)은 축방향으로 자유롭게 이동하고, 적절한 완충 효과를 가진다. 완충 링(26)이 떨어져 나올 때, 스페이서(35) 및 완충 시일(34)은 변위되어 오리피스를 해제한다.
그러나, 도6에 도시된 바와 같이, 만약 스페이서(35) 및 완충 시일(34)의 조립 순서가 잘못된다면, 즉, 스페이서(35)가 완충 시일(34)과 칼라(33) 사이에 개재된다면, 완충 시일(34)은 스토퍼(32)에 면하는 단부에 접촉하고, 스페이서(35) 및 완충 시일(34)의 두 단부까지의 거리가 전술한 이동 허용 범위보다 길어지게 된다.
이것은 가이드 부품(43)의 축방향 길이에 의존하고, 따라서, 칼라(33)가 홀더(31)에 끼워질 때, 칼라(33)는 완전히 끼워질 수 없고 그 후단부의 일부가 외부로 돌출되며, 이러한 상태에서 스페이서(35) 및 완충 시일(34)이 축방향으로 전혀 움직일 수 없게 된다.
도7에 도시된 바와 같이 이것은 완충 시일(34) 및 스페이서(35)의 조립 순서는 올바르나 스페이서(35)의 방향이 거꾸로 되었을 때 발생한다.
만약 완충 시일(34) 및 스페이서(35)가 바르게 조립되지 않는다면, 그들은 더 이상 기능을 수행할 수 없고, 조립자는 그들이 잘못 조립되었다는 것을 즉시 알게 될 것이다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 홀더(31) 내에서 완충 시일(34) 및 스페이서(35)의 오조립이 완전히 방지된다.
본 발명은 전술된 실시예로 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범위 내에서 본 기술 분야의 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명은 완충 링이 완충 시일로 들어갈 때, 완충 시일이 유체 압력에 밀려홀더와 충돌함으로써 발생하는 충격 소음을 제거하도록 작용하는 유압 실린더 완충 장치를 제공한다.

Claims (6)

  1. 실린더 튜브에 활주 가능하게 내장된 피스톤과,
    상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드가 활주 가능하게 관통하는 실린더 헤드와,
    상기 피스톤 로드에 고정된 완충 링과,
    실린더 헤드 측 상의 피스톤 로드의 축방향으로 임의의 범위 내에서 자유롭게 이동하는 완충 시일과,
    상기 완충 시일의 축방향으로의 내측에 배열되고, 완충 시일과 같은 양만큼 자유롭게 이동하며, 그 내경이 완충 시일의 내경보다 크게 설정된 스페이서를 포함하며,
    상기 완충 링이 피스톤 행정의 마지막 근방에서 완충 시일의 내부 원주를 관통하여 실린더 튜브 내의 오일 챔버로부터의 유체의 유동을 제한함으로써 완충 효과를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 실린더용 완충 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 완충 시일 및 스페이서는 홀더의 내부에서 축방향으로 배열되고, 임의의 범위 내에서 자유롭게 이동하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 완충 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스페이서의 팁부에는 가이드 부품이 제공되고, 상기 가이드 부품은, 홀더 내에 제공되어 스페이서의 이동을 제한하는 스토퍼의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 완충 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가이드 부품의 축방향 길이는 스페이서의 허용 변위량보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 완충 장치.
  5. 제1항에 있어서, 유효 단면적이 상기 완충 시일의 축방향으로 변화하는 우회 통로를 더 포함하고, 상기 우회 통로는 오일 챔버와 연통되며 유체가 완충 링의 외부 원주와 완충 시일의 내부 원주 사이에 형성된 통로를 우회할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 완충 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 우회 통로는 피스톤의 이동으로 인해 완충 효과가 발생할 때는 점점 좁아지고, 피스톤이 반대 방향으로 이동할 때는 점점 커지는 것을 특징으로 하는 완충 장치.
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