이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 공타방지장치는, 외부의 유압동력원과 연결되는 공급라인과 리턴라인을 구비하고, 상실과 하실을 갖는 실린더와, 상승위치와 타격위치와 공타위치 사이를 운동하도록 상기 실린더의 내경부에 조립되는 피스톤과, 상기 피스톤의 아래에 배치되는 치즐과, 상기 실린더상실을 리턴라인과 연결시키는 제 1위치와 상기 실린더상실을 공급라인과 연결시키는 제 2위치 사이에서 운동하며 서로 면적이 다른 제 1 및 제 2밸브수압면을 갖는 제어밸브를 가지며, 상기 피스톤은 면적이 서로 다른 하단 및 상단수압면을 가지며, 상기 피스톤의 하단수압면은 실린더하실에 접하여, 실린더상실에 접한 상단수압면보다 작은 면적을 가지며, 상기 피스톤 하단수압면과 제 1밸브수압면은 상시 공급라인과 연결되도록 구성되고, 상기 피스톤은 상기 하단수압면과 상단수압면 사이에 환상홈을 가지며, 상기 실린더 내경부에는 상기 제 2밸브수압면과 연결된 전환포트와, 상기 리턴라인으로 연결된 드레인포트를 구비하는 유압브레이커에 있어서, 상기 실린더의 내경부는 상기 공급라인과 공타방지라인에 의해 연결되는 공타방지포트를 구비하고; 상기 공타방지라인에는 통과 유량에 흐름저항을 발생시키는 흐름저항수단을 설치하며; 상기 피스톤이 타격위치에서 공타위치로 운동시, 상기 피스톤의 환상홈이 상기 공타방지포트와 상기 전환포트와 상기 드레인포트를 서로 연통시키도록 구성되고; 상기 흐름저항수단은 상기 브레이커로 유입된 작동유가 공급라인으로부터 리턴라인으로 바이패스될 때, 상기 공급라인의 압력이 상기 제어밸브를 제 1위치로 제한하기 위해 요구되는 최소압력보다는 높고, 상기 피스톤을 상승시키기 위해 요구되는 최소압력보다는 낮게 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 브레이커의 공타방지장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 브레이커의 공타방지장치를 상세하게 나타내는 단면도이다. 먼저, 본 발명에 따른 공타방지장치의 구성을 살펴보기에 앞서 브레이커의 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.
브레이커는 실린더(10)와 피스톤(20)을 구비한다. 실린더(10)는 피스톤(20)이 설치되어 운동하는 공간인 실린더내경(12)과, 실린더내경(12)의 하측에 형성되는 트인 타격실(14)과, 실린더내경(12)의 상측에 형성되는 실린더가스실(16)을 갖추고 있다. 특히, 실린더내경(12)의 상하 양쪽 끝에는 실린더상실(13a)과 실린더하실(13b)이 각각 형성되어 있다.
그리고 브레이커는 실린더내경(12)에 운동가능하게 배치되는 피스톤(20)을 구비한다. 피스톤(20)은 상승위치("A")와, 타격위치("B"), 공타위치("E") 사이에서 왕복운동하는 것으로, 간격을 두고 형성되는 제 1 및 제 2대경부(22, 24)와, 제 1대경부(22)로부터 일측으로 연장되어 타격실(14)로 뻗어있는 피스톤 제 1로드(26)와, 제 2대경부(24)로부터 일측으로 연장되어 실린더가스실(16)로 뻗어있는 피스톤 제 2로드(28)를 갖는다. 제 1로드(26)는 피스톤(20)이 하강함에 따라 후술하는 치즐(30)을 타격한다. 제 2로드(28)는 피스톤(20)이 상승함에 따라 실린더가스실(16)의 가스를 압축한다.
피스톤의 제 1대경부(22) 하단의 제 1로드(26)와의 단차면에 환상의 피스톤하단수압면(22a)이, 제 2대경부(24) 상단의 제 2로드(28)와의 단차면에는 피스톤상단수압면(24a)이, 각각 실린더하실(13b)과 실린더상실(13a)의 압유에 의해 가압되도록 형성된다. 그리고, 피스톤의 제 1로드(26)는 제 2로드(28)보다 더 큰 직경을 갖도록 하여, 피스톤상단수압면(24a)은 피스톤하단수압면(22a)보다 더 큰 면적을 가진다. 피스톤(20)의 운동은 실린더하실(13b)과 실린더상실(13a) 내의 작동유의 압력에 따라 결정되는데, 실린더하실(13b)이 고압이고 실린더상실(13a)이 저압일 때는 피스톤하단수압면(22a)에 작용하는 유압력에 의하여 피스톤(20)은 실린더가스실(16)을 압축하면서 상승하게 되고, 실린더하실(13b)과 실린더상실(13a)이 모두 고압일 때는 피스톤하단수압면(22a)과 피스톤상단수압면(24a)의 압력은 같지만 피스톤상단수압면(24a)의 면적이 더 크므로 면적차로 인한 유압력의 차이로 피스톤 (20)에는 하향의 힘이 작용하고, 더욱이 실린더가스실(16)의 가스압력이 피스톤에 하향의 힘을 가하므로 피스톤(20)은 빠른 속도로 하강하게 된다.
그리고 브레이커는 실린더 하부에 끼워지는 치즐(30)을 구비한다. 치즐(30)은 예압위치("C")와 자유위치("D") 사이에서 왕복 가능하도록 설치되고, 예압위치 ("C")에서 피스톤(20)에 의해 타격되어 하향으로 전진하면서 피파쇄물(T)을 파쇄한다. 브레이커 작업을 개시하기 위해 전술한 바와 같이 브레이커를 예압하여 치즐 (30)을 밀어올리면, 치즐의 단차부(31)가 타격실(14) 아래에 구비된 치즐멈춤턱 (18)에 접촉하여 멈추게 되므로 치즐(30)은 예압위치("C")까지 상승하고, 동시에 피스톤(20)은 치즐(30)에 의해 밀려 올라가 타격위치("B")까지 이동하여 브레이커가 작동가능한 상태가 된다. 또한, 피파쇄물(T)이 완전히 파쇄되어 더 이상 치즐 (30)이 피파쇄물(T)에 지지되지 않거나, 브레이커를 들어올려 치즐(30)이 피파쇄물 (T)에 접촉되지 않게 하는 경우, 치즐(30)이 브레이커 아래로 빠져나오지 못하도록 구비된 치즐핀(19)에 지지되어 자유위치("D")까지 내려오게 된다.
한편, 브레이커는 피스톤(20)의 상,하 운동을 제어하기 위한 유압시스템(40)을 구비한다. 유압시스템(40)은 굴삭기로부터 작동유가 도입되는 공급포트(42)와, 도입된 작동유를 굴삭기로 배출시키기 위한 리턴포트(44)를 갖는다. 공급포트(42)와 리턴포트(44)는 굴삭기의 브레이커 작동밸브(94)와 연결되어, 작동밸브(94)가 정지위치("S")에 있을 때는 공급포트(42)로의 연결이 끊어지고, 작동밸브(94)가 운전위치("O")로 전환되면 유압펌프(92)에서 토출되는 압유가 공급포트(42)로 공급되며, 브레이커에서 배출된 작동유는 리턴포트(44)를 거쳐 오일탱크(95)로 회수되도록 구성된다.
그리고 브레이커 유압시스템(40)은 공급포트(42)로 도입된 작동유를 압송하기 위한 공급라인(46)과, 공급라인(46)으로부터 분지되는 제 1유압라인(47) 및 제 2유압라인(48)과, 브레이커로부터 배출되는 작동유를 리턴포트(44)로 배출시키는 리턴라인(49)을 갖는다. 특히, 제 1유압라인(47)은 실린더(10)의 실린더하실(13b)과 상시 연결되어 공급라인(46)의 압력이 피스톤하단수압면(22a)에 상시 가해지도록 한다. 그리고 제 2유압라인(48)은 제어밸브(50)가 제 2위치("Y")로 전환될 때 제어밸브(50)를 통해 실린더상실(13a)로 연결되어 공급라인(46)의 압력이 피스톤상단수압면(24a)에 가해지도록 한다.
피스톤(20)이 상승하기 위해서는, 실린더하실(13b)의 압력으로 인해 피스톤 (20)에 상향으로 가해지는 힘이 실린더가스실(16)의 압축가스와 실린더상실(13a)의 리턴라인(49) 압력에 의해 피스톤(20)에 하향으로 가해지는 힘에 피스톤 자중, 마찰력 등을 더한 합력보다 더 커야 하는데, 이와 같이 피스톤(20)을 상승시키기 위한 실린더하실(13b)의 최소압력을 "피스톤기동압력"이라 하며, 공급라인(46)의 압력이 상기 피스톤기동압력보다 높아지게 되면 피스톤(20)이 상승을 시작하게 된다.
한편, 브레이커 유압시스템(40)에는 실린더상실(13a)의 작동유의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(50)가 설치된다. 제어밸브(50)는 제 1위치("X")와 제 2위치 ("Y") 사이에서 왕복운동하는 것으로, 제 1위치("X")에서는 실린더상실(13a)과 제 2유압라인(48)과의 연결을 차단하면서 실린더상실(13a)을 리턴라인(49)에 연통시켜 피스톤상단수압면(24a)에 저압이 작용하도록 함으로써, 피스톤하단수압면(22a)에 상시 작용하는 고압에 의하여 피스톤(20)이 상승할 수 있도록 한다. 이때 실린더상실(13a)에서 배출되는 작동유는 제어밸브(50)를 통해 리턴라인(49)으로 배출된다. 그리고 제 2위치("Y")에서는 실린더상실(13a)과 리턴라인(49)의 연결을 끊고 실린더상실(13a)을 제 2유압라인(48)에 연결시켜 공급라인(46)의 압력이 피스톤상단수압면(24a)에 가해지도록 함으로써 피스톤(20)이 하강운동하도록 한다.
이 제어밸브(50)는 면적이 서로 다른 두 수압면, 즉, 제 1 및 제 2밸브수압면(52, 54)에 가해지는 압력으로 구동되는데, 제 1 밸브수압면(52)은 제어밸브(50)를 가압하여 제 1위치로("X")로 운동하게 하는 방향으로 설치되고, 제 2밸브수압면 (54)은 제 1밸브수압면(52)보다 더 큰 면적을 가지면서 제어밸브(50)를 제 2위치 ("Y")로 운동하도록 가압하는 방향으로 설치된다. 또한, 제 1밸브수압면(52)은 공급라인(46)으로부터 분지되는 제 1파이롯트라인(46a)과 상시 연결되어, 제 2밸브수압면(54)이 저압상태가 되면 공급라인(46)으로부터 형성되는 파이롯트 압력에 의해 제어밸브(50)가 제 1위치("X")로 운동하게 되며, 제 2밸브수압면(54)이 고압상태가 되면 제 2밸브수압면(54)의 면적이 제 1밸브수압면(52)보다 크므로 제어밸브(50)는 제 2위치("Y")로 운동하게 된다.
그리고 유압시스템(40)은, 피스톤(20)이 상승위치("A")까지 상승하면, 실린더상실(13a)을 제 2유압라인(48)에 연결시킴으로써 피스톤(20)이 상승을 멈추고 하강하도록 상기 제어밸브(50)를 제 2위치("Y")로 전환시키는 제어밸브 전환수단(60)을 갖추고 있다. 제어밸브 전환수단(60)은 실린더 내경에 설치된 전환포트(62)와 이 전환포트(62)와 제어밸브(50)의 제 2밸브수압면(54)을 연결되는 제 2파이롯트라인(64)으로 구성된다. 이러한 제어밸브 전환수단(60)은 피스톤(20)이 상승위치 ("A")에 도달하여 실린더하실(13b)과 전환포트(62)가 서로 연통되면, 실린더하실 (13b)로 도입된 압유가 전환포트(62)를 거쳐 제 2파이롯트라인(64)으로 유입되어 제 2밸브수압면(54)을 가압할 수 있게 함으로써, 제 1위치("X")에 배치된 제어밸브 (50)를 제 2위치("Y")로 이동시킨다. 그 결과, 제 2위치("Y")로 전환된 제어밸브 (50)는 실린더상실(13a)과 제 2유압라인(48)을 연결시켜, 공급라인(46)의 압력이 피스톤상단수압면(24a)에 가해지도록 하여 피스톤(20)을 상승위치("A")에서 타격위치("B")로 하강하도록 한다.
그리고 유압시스템(40)은, 피스톤(20)이 타격위치("B")로 하강하게 되면, 실린더상실(13a)과 제 2유압라인(48)의 연결을 끊고 실린더상실(13a)을 다시 리턴라인(49)에 연결시킴으로써 피스톤(20)을 다시 상승시키도록 상기 제어밸브(50)를 제 1위치("X")로 복귀시키는 제어밸브 복귀수단(70)을 갖추고 있다. 제어밸브 복귀수단(70)은 피스톤(20)이 타격위치("B")까지 하강하면 실린더(20)의 환상홈(23)을 통하여 전환포트(62)와 연통되는 실린더(10)의 드레인포트(72) 및 드레인포트(72)와 리턴라인(49)을 서로 연결하는 드레인라인(74)으로 구성된다. 이러한 제어밸브 복귀수단(70)은 피스톤(20)이 타격위치("B")로 하강하여 실린더(10)의 환상홈(23)이 전환포트(62)와 드레인포트(72)가 서로 연통되도록 위치하게 되면, 제 2밸브수압면 (54)을 가압하던 압유가 전환포트(62)와 드레인포트(72)를 거쳐 리턴라인(49)으로 배출될 수 있게 한다. 따라서, 제 2밸브수압면(54)에 가해진 파이롯트 압력이 해소됨으로써, 제 2위치("Y")에 배치된 제어밸브(50)는 제 1밸브수압면(52)에 상시 작용하는 공급라인(46)의 압력에 의하여 제 1위치("X")로 이동하여 복귀하게 되므로, 제 2유압라인(48)과 연통되었던 실린더상실(13a)이 다시 리턴라인(49)으로 연결되고, 피스톤(20)은 다시 상승하게 되는 것이다.
이와 같은 구성에 의하여 브레이커의 피스톤(20)과 제어밸브(50)는 상호 순차적으로 상승과 하강을 반복하며 왕복운동하게 되며, 피스톤이 타격위치("B")로 하강할 때마다 치즐(30)을 타격하여 치즐(30)에 접촉된 피파쇄물을 반복 타격하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 유압브레이커의 공타방지장치는 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(20)이 공타위치("E")에 배치되었을 때, 피스톤(20)의 환상홈(23)을 통하여 드레인포트(72) 및 전환포트(62)와 연통되는 공타방지포트(80)와, 상기 공타방지포트(80)와 공급라인(46)을 연결하는 공타방지라인(82)과, 그리고 공타방지라인(82) 상에 설치된 흐름저항수단(102)을 구비한다.
이러한 본 발명의 공타방지장치는, 피스톤(20)이 타격위치("B")에서 치즐을 타격하지 못하여 공타위치("E")까지 하강하거나, 또는 브레이커를 예압하지 않고 브레이커를 작동 개시하게 되면, 피스톤(20)이 공타위치("E")에 배치되어 피스톤의 환상홈(23)을 통해 드레인포트(72)와 전환포트(62)와 공타방지포트(80)가 모두 연통되게 되므로, 공급라인(46)의 압유를 공타방지라인(82)과 드레인라인(74)을 거쳐 리턴라인(49)로 바이패스시킨다. 공타방지라인(82)상에 구비된 흐름저항수단(102)은 공타방지라인(80)을 통과하는 바이패스 유량에 소정의 흐름저항을 형성하는 것으로서, 흐름저항수단(102)의 입구부(103)과 출구부(104)에 일정한 압력차를 발생시킨다. 흐름저항수단(102)의 흐름저항이 커질수록 상기 입구부(102)와 연결된 공급라인(46)의 압력이 상기 출구부(104)에 연결된 제 2파이롯트라인(64) 및 드레인라인(74)의 압력보다 더욱 높아지게 된다. 제 2파이롯트라인(64)은 드레인라인(74)을 통해 리턴라인(49)과 연결되므로 저압상태가 되는 반면, 상기 흐름저항수단 (102)은 공급라인(46)의 압력이 제 2파이롯트라인(64)의 압력보다 높게, 정확하게는, 제 2밸브수압면(54)의 제 1밸브수압면(54)에 대한 면적비보다 높게 형성되도록 한다. 따라서, 제어밸브(50)가 제 1위치("X")로 제한되거나, 또는 제 2위치("Y")에 배치된 제어밸브(50)가 제 1위치("X")로 복귀되도록 하여, 실린더상실(13a)이 리턴라인(49)에 연결되어 피스톤(20)이 기계적인 외력에 의해 상승가능하도록 한다.
한편, 이와 같은 공타방지상태에서 상기 흐름저항수단(102)에 의하여 공급라인(46)의 압력이 전술한 피스톤기동압력보다 높아지게 되면 피스톤(20)이 상승하여 공타가 발생하게 되므로, 상기 흐름저항수단(102)은 공급라인(46)의 압력이 피스톤기동압력보다 낮게 형성되도록 구성된다. 즉, 본 발명의 흐름저항수단(102)은 공급라인(46)의 압력이 제어밸브(50)를 제 1위치("X")로 제한함과 동시에 피스톤(20)은 상승시키지 않는 적정한 흐름저항을 형성하도록 구성된다.
상기 흐름저항수단(102)은 주로 작은 내경을 가지는 오리피스(orifice)나 스프링을 이용한 시이퀀스밸브(sequence valve)등의 형태로 구성될 수 있으며, 통과유량에 흐름저항을 발생시켜 입구부와 출구부에 압력차를 형성하는 다른 장치로도 구성 가능하다.
따라서, 이와 같은 구성에 의하여, 피스톤(20)이 공타위치("E")에 배치되면, 공급라인(46)의 작동유를 흐름저항수단(102)을 구비한 공타방지라인(82)을 통해 리턴라인(49)으로 바이패스시키고, 흐름저항수단(102)에 의하여 공급라인(46)의 압력을 적절히 유지함으로써, 제어밸브(50)를 제 1위치("X")로 제한하여 기계적인 외력에 의하여 브레이커 예압이 가능하도록 하는 동시에 유압력에 의한 피스톤(20)의 상승을 방지하도록 구성하여, 결과적으로, 피스톤(20)의 공타를 방지함과 동시에 파쇄작업을 원활하게 재개할 수 있다.
다음으로, 이러한 공타방지장치를 구비하는 브레이커의 구체적인 작동을 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 3a는 피스톤의 상승 초기의 상태를 나타내는 도면으로서, 브레이커 파쇄작업을 처음 시작할 때, 또는 브레이커 작동 도중 임의의 시점에서 피스톤과 제어밸브의 왕복운동이 한 사이클 순환된 후 피스톤이 재상승하기 시작할 때의 상태를 나타낸다. 치즐(30) 선단을 피파쇄물(T)에 접촉시키고 브레이커를 예압하면, 치즐(30)이 실린더(10) 내부로 밀려 올라가면서 피스톤(20)을 밀어 올려 피스톤 (20)을 타격위치("B")까지 이동시킨다. 치즐(30)은 그 선단이 피파쇄물(T)과 접촉되고, 실린더(10)의 치즐멈춤턱(18)에 의해 하향으로 가압되면서 예압위치("C")에 배치된 상태이고, 피스톤(20)은 치즐(30)에 의해 상승하여 타격위치("B")에 배치된 상태이다. 이때, 실린더(10)의 공타방지포트(80)는 피스톤(20)의 제 1대경부(22)에 의해 폐쇄된 상태가 된다.
이러한 상태에서 굴삭기의 브레이커 작동밸브(94)를 작동시키면, 즉 작동밸브(94)를 운전위치("O")로 전환하면, 유압펌프(92)로부터 토출되는 작동유는 유압시스템(40)의 공급포트(42)로 도입되고, 도입된 작동유는 공급라인(46)을 거쳐 제 1유압라인(47)과 제 1파이롯트라인(46a)으로 각각 유입되어, 실린더하실(13b)과 제 1밸브수압면(52)에 고압을 작용시킨다. 이때, 전환포트(62)와 드레인포트(72)는 피스톤(20)의 환상홈(23)에 의해 서로 연통되므로, 제 2밸브수압면(54)이 리턴라인 (49)으로 연결되어 저압상태가 됨에 따라, 제어밸브(50)는 제 1위치("X")를 유지하게 되고, 따라서, 제어밸브(50)는 실린더상실(13a)을 리턴라인(49)으로 연결시켜 피스톤상단수압면(24a)에 저압이 작용하도록 한다.
공급라인(46)의 압력이 증가하여 전술한 피스톤기동압력보다 높아지게 되면, 피스톤하단수압면(22a)에 작용하는 상향의 유압력이 피스톤상단수압면(24a)에 작용하는 하향의 유압력과 실린더가스실(16)의 가스압력으로 인한 하향의 공압력, 그리고 피스톤(20)의 자중과 피스톤(20) 습동면에 작용하는 마찰력 등을 이기고 피스톤 (20)을 상승시킨다. 피스톤(20) 상승에 따라 피스톤 제 2로드(28)는 실린더가스실 (16)에 충전된 압축가스를 압축하게 되고, 실린더가스실(16)의 가스압력이 증가함에 따라 공급라인(46)의 압력은 점점 증가하게 된다.
도 3b는 피스톤(20)이 상승위치("A")까지 상승된 상태를 도시한 것으로서, 도 3a에 도시된 피스톤 상승초기 상태로부터 피스톤(20)이 상승위치("A")까지 상승하여 피스톤 상승이 종료되고 제어밸브(50)가 제 2위치("Y")로 전환되기 시작하는 상태를 나타낸다. 피스톤(20)이 상승위치("A")에 도달하면, 피스톤하단수압면(22a)이 전환포트(62)가 개방되는 위치까지 상승하여 실린더하실(13b)과 전환포트(62)가 서로 연통되는데, 이때 실린더하실(13b)로 유입된 고압의 작동유는 전환포트(62)를 거쳐 제 2파이롯트라인(64)으로 유입되어 제어밸브(50)의 제 2밸브수압면(54)을 가압하게 되고, 제 2밸브수압면(54)이 제 1밸브수압면(52) 보다 큰 면적을 가지므로 면적차에 의한 유압력의 차이로 인해 제어밸브(50)는 제 1위치("X")에서 제 2위치 ("Y")로 운동하게 된다.
도 3c는 제어밸브(50)가 제 2위치("Y")로 전환되어 피스톤(20)이 하강하는 상태를 도시한 단면도로서, 피스톤(20)이 하강하여 치즐(30)을 타격하기 직전의 상태를 나타낸 것이다. 제어밸브(50)가 제 1위치("X")에서 제 2위치("Y")로 전환됨에 따라 실린더상실(13a)이 제 2유압라인(48)을 통해 공급라인(46)으로 연결된다. 따라서, 공급라인(46)의 압유가 실린더상실(13a)로 공급되어, 실린더상실(13a)은 실린더하실(13b)과 같이 고압 상태가 된다. 피스톤상단수압면(24a)은 피스톤하단수압면(22a)보다 더 큰 면적을 가지므로, 피스톤하단수압면(22a)에 작용하는 상향의 힘보다 피스톤상단수압면(24a)에 작용하는 하향의 힘이 더 크게 되고, 더욱이 피스톤 (20)이 상승함에 따라 피스톤(20) 하강시보다 더 높은 압력으로 압축된 실린더가스실(16)의 가스압력에 의해 피스톤(20)에 추가적인 하향의 힘이 더해지므로, 결국, 피스톤(20)에 작용하는 하향의 합력은 피스톤(20)을 큰 가속도로 하강운동시키게 된다. 피스톤(20)이 하강함에 따라 실린더하실(13b)로부터 배출되는 압유는 유압펌프(92)로부터 토출되는 압유와 합쳐져서 제 2유압라인(48)을 통해 실린더상실(13a)로 공급된다.
도 3d는 도 3c에 연이어 피스톤(20)이 치즐(30)을 타격하는 순간의 상태를 나타낸 것이다. 피스톤(20)이 상승위치("A")로부터 고속으로 하강하여 타격위치 ("B")에 도달하게 되면, 타격실(14)내의 피스톤 제 1로드(26)의 하단면이 치즐(30)의 상단면을 타격하게 된다. 이때, 치즐(30)은 예압위치("C")에 배치되어 치즐(30) 선단은 피파쇄물(T)과 접촉되고, 단차부(31)는 치즐멈춤턱(18)에 접촉되어, 브레이커로부터 하향의 예압력이 가해지는 상태이며, 피스톤(20)과의 충돌로 인해 치즐 (30) 몸통에 발생된 충격파가 피파쇄물(T)에 전달되어 피파쇄물(T)이 파쇄되게 된다.
피스톤(20)이 타격위치("B")로 하강하면 피스톤 제 1대경부(22)에 의해 폐쇄되었던 전환포트(62)가 다시 열리게 되고 피스톤(20)의 환상홈(23)을 통해 드레인포트(72)와 다시 연통되게 되므로, 제 2밸브수압면(54)을 가압하던 고압의 작동유가 제 2파이롯트라인(64)과 드레인라인(74)을 거쳐 리턴라인(49)으로 배출된다. 제어밸브(50)의 제 1밸브수압면(52)은 제 1파이롯트라인(46a)을 통해 상시 공급라인 (46)의 고압이 작용하므로, 제 2밸브수압면(54)이 저압으로 바뀜에 따라 제어밸브 (50)는 제 1밸브수압면(52)에 가해지는 유압력에 의해 제 1위치("X")로 이동하게 된다. 따라서, 브레이커는 도 3a의 상태로 다시 복귀하게 되어, 피스톤(20)이 다시 상승하게 되는 상태가 된다.
이상과 같이 피스톤(20)과 제어밸브(50)는 상호 순차적으로 상승과 하강을 반복하며 도 3a의 상태에서 도 3d의 상태로 이어지는 일련의 작동과정을 반복 순환하면서 연속 동작하게 되는 것이다.
한편, 예압위치("C")에서 피스톤(20)에 의해 타격된 치즐(30)은 피파쇄물(T)을 파쇄하면서 점차 하강하게 되는데, 치즐(30)이 피스톤(20)에 의해 타격될 수 있는 일정한 위치를 지나 자유위치("D")에 도달하게 되면, 피스톤(20)이 치즐(30)을 타격하지 못하고 실린더하실(13b)의 하단벽을 직접 타격하게 되는 공타가 발생하게 된다. 운전자는 공타가 발생되지 않도록 브레이커를 지속적으로 예압함으로써, 치즐(30)이 피파쇄물(T)을 파고 들면서 하강하는 만큼 브레이커 몸체를 치즐을 따라 계속 하강시켜 치즐(30)이 항상 예압위치("C")에서 타격되도록 운전하게 되는데, 파쇄가 진행되는 도중 어느 한순간 피파쇄물(T)이 완전히 파쇄되면서 치즐(30)이 자유위치("D")로 빠져나오거나, 또는 치즐(30)만 피파쇄물(T)을 뚫고 들어가고 브레이커 몸체는 피파쇄물(T)에 막혀 더 이상 치즐(30)을 예압하지 못하게 되면 공타가 발생하게 된다.
도 3e는 피파쇄물(T)이 완전히 파쇄되어 치즐(30)이 자유위치("D")까지 하강함에 따라, 피스톤(20)이 공타위치("E")까지 하강한 상태를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 공타방지기능이 작동되는 상태를 나타낸다.
도 3e에 도시된 바와 같이 피스톤(20)이 타격위치("B")를 벗어나 공타위치 ("E")로 하강하면 피스톤(20)의 제 1대경부(22)가 공타방지포트(80)보다 아래로 배치되게 되어 공타방지포트(80)가 개방되고, 피스톤(20)의 환상홈(23)이 드레인포트 (72)와 전환포트(62)와 공타방지포트(80)를 모두 연통시키도록 배치되게 된다. 따라서, 공급라인(46)의 작동유가 공타방지라인(82)으로 바이패스되어 환상홈(23)과 드레인라인(74)을 거쳐 리턴라인(49)으로 배출되게 함으로써 피스톤(20)의 재상승을 방지하여 브레이커 작동을 정지시키는 공타방지 기능이 작동하게 되는 것이다.
공타방지라인(82)을 거쳐 리턴라인(49)으로 바이패스되는 작동유는 공타방지라인(82)에 형성된 흐름저항수단(102)에 의하여 저항을 받게 되므로, 흐름저항수단 (102)의 입구부(103)의 압력이 출구부(104)의 압력보다 높게 형성된다. 즉, 흐름저항수단(102)을 경계로 입구부(103)와 연결되는 공급라인(46)과 제 1파이롯트라인 (46a), 제 1 및 제 2유압라인(47, 48)의 압력이 출구부(104)와 연결되는 공타방지라인(82) 및 제 2파이롯트라인(64), 드레인라인(74)과 리턴라인(49)의 압력보다 높게 형성된다.
상기 흐름저항수단(102)에 의한 공급라인(46)과 리턴라인(49)간의 압력차 즉, 제 1파이롯트라인(46a)과 제 2파이롯트라인(64)의 압력차이는 제 1밸브수압면 (52)의 압력이 제 2밸브수압면(54)의 압력보다 면적비(="제 2밸브수압면적"/"제 1밸브수압면적")의 배율 이상 높게 형성되도록 구성되어 제어밸브(50)를 제 2위치 ("Y")에서 제 1위치("X")로 이동시킨 후 제 1위치("X")를 유지하도록 한다. 따라서, 실린더상실(13a)이 리턴라인(49)으로 연결됨에 따라 피스톤상단수압면(24a)이 저압 상태가 되므로 피스톤(20)이 기계적인 외력에 의하여 상승 가능한 상태를 유지하게 된다. 그러므로, 전술한 바와 같이 종래의 공타방지장치의 문제점인, 공타방지상태에서 피스톤(20)이 기계적인 외력으로 상승이 불가능해지는 단점과 제어밸브(50)가 제 2위치("Y")로 전환되어 유압시스템이 폐쇄되는 단점을 없앤 공타방지장치를 구성한다.
본 공타방지장치에 의하여 브레이커 작동이 정지한 상태에서 브레이커 작동을 재개하고자 할 경우, 기계적인 외력을 가하여, 즉 굴삭기로 브레이커를 눌러 치즐(30)을 예압위치("C")로 상승시키면 피스톤(20)이 치즐(30)에 의해 타격위치 ("B")로 밀려 올라가면서 피스톤(20)의 제 1대경부(22)가 공타방지포트(80)를 막게 되므로, 공타방지라인(82)을 통해 형성된 바이패스 유로가 차단되어 공급라인(46)의 압력이 피스톤기동압력보다 높게 상승하게 되고, 따라서, 공급라인(46)의 압유가 제 1유압라인(47)을 통해 실린더하실(13b)로 공급되어 피스톤(20)이 상승하면서 브레이커 작동이 재개될 수 있는 것이다.
한편, 공급라인(46)의 압력이 전술한 피스톤기동압력보다 높아지게 되면 피스톤(20)이 상승하게 되므로, 상기 흐름저항수단(102)은 공급라인(46)의 압력이 피스톤기동압력보다 낮게 형성되도록 구성된다. 따라서, 전술한 공타방지상태에서, 흐름저항수단(102)에 의해 리턴라인(49)보다 높게 형성된 공급라인(46)의 압력은 제 1유압라인(47)을 통해 실린더하실(13b)내에도 유입되어 피스톤하단수압면(22a)에 상승력을 발생시키게 되지만, 이 상승력은 실린더가스실(16)의 압축가스와 피스톤(20)의 자중 등 피스톤(20)에 작용하는 하향의 힘보다 작게 형성되므로 결국 피스톤(20)을 밀어올리지 못하게 된다.
이러한 공타방지장치는 전술한 바와 같이, 브레이커 작동 도중 어느 순간 피파쇄물이 완전히 파쇄됨에 따라 피스톤(20)이 공타위치("E")로 하강하여 공타발생상태가 형성되는 경우 뿐만아니라, 브레이커 작동에 앞서 치즐(30)을 피파쇄물에 접촉시켜 누르지 않고 브레이커를 작동시키려 하는 경우 즉, 브레이커를 예압하지 않고 작동하려 하는 경우에도 도 3e에 도시한 바와 동일한 공타방지회로가 구성되므로 브레이커가 공타상태로 운전되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 브레이커가 작동되는 도중이든지 또는 브레이커가 작동되기 전 상태이든지에 관계없이 피스톤이 공타위치("E")에 배치되어 공타가 발생될 수 있는 상황에 이르면 본 공타방지장치가 기능을 하게 되어 브레이커 작동이 멈추도록 구성된다. 그러므로, 공타로 유발될 수 있는 피스톤과 실린더의 손상을 방지하여 브레이커의 수명을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 공타방지장치는 제어밸브(50)를 제 1위치("X")로 제한하여 피스톤(20)이 기계적인 외력에 의해 상승될 수 있도록 구성하므로써, 전술한 종래의 공타방지장치에서와 같이 공타방지상태에서 유압시스템이 폐쇄됨에 따라 브레이커 작동 재개시 일정한 시간지연이 발생하고, 브레이커를 하향자세로 유지하여야 하는 문제점을 해소하여 원활한 파쇄작업이 이루어지도록 하고, 또한, 종래의 공타방지장치에서와 같이 짧은 시간내에 브레이커 재작동이 가능하도록 하기 위하여 브레이커 내부 운동부품의 습동틈새를 크게 유지하여야 할 필요가 없으므로, 상기 운동부품의 습동틈새를 최소화 하여 누유에 따른 동력손실을 줄임으로써 브레이커의 타격효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 공타방지장치의 기능을 활성화 또는 비활성화, 즉, ON 또는 OFF 상태로 선택적으로 전환시키는 밸브장치를 추가하여 구성한 단면도로서, 상기 공타방지장치의 공타방지라인(82) 상에 흐름저항수단(102)을 대체하여, 연결위치("W")와 차단위치("U")의 두가지 위치를 가지는 공타방지선택밸브(100)를 추가한 것이다. 이 공타방지선택밸브(100)는 운전자에 의해 연결위치("W") 또는 차단위치("U")로 선택적으로 수동 전환할 수 있도록 구성된 밸브장치로서, 연결위치("W")에서는 흐름저항수단(102)을 통해 공타방지라인(82)이 연결되므로 상기 공타방지기능이 활성화(ON)되어 전술한 바와 같은 공타방지기능이 작동 가능하게 되며, 차단상태 ("U")에서는 공타방지라인(82)이 차단됨에 따라 공타방지기능이 비활성화(OFF)되므로 전술한 공타방지기능이 작동하지 않게 된다.
브레이커를 이용한 파쇄작업 중 일부 특수한 상황에서는 브레이커를 공타 발생이 가능한 상태로 가동하여야 하는 경우가 있다. 예를 들면, 석산에서의 암석소할(小割) 작업과 같이 피파쇄물이 작고 편평하지 않은 경우, 피파쇄물이 구르기 쉬운 형상이어서 브레이커를 예압하기가 용이하지 않으므로 공타방지기능이 있으면 오히려 작업능률이 저하된다. 또한, 제강공장에서 용광로(furnace)나 래들(ladle)에 고착된 슬래그(slag) 제거 작업을 하는 경우, 용광로나 래들에 큰 힘을 가하거나 슬래그 파쇄시 로의 내벽을 손상시키지 않도록 하기 위하여, 브레이커의 타격력을 낮게하고 치즐을 예압하지 않고 공타상태로 표면의 슬래그만 조금씩 파쇄하여야 한다. 이와 같이, 작업 특성상 어쩔 수 없이 공타가 발생하는 상태로 브레이커를 가동해야만 하는 경우에는 공타방지기능이 작동되지 않게 하여야 하므로, 상기와 같이 공타방지기능을 비활성화시킬 수 있도록 공타방지선택밸브가 필요하게 된다. 이와 같이 브레이커를 공타발생 상태로 작동시켜야만 하는 작업에는 대부분 큰 타격력이 요구되지 않으므로, 공타에 의한 브레이커 내부 부품 손상을 방지하기 위해 실린더가스실(16)의 압축가스의 충전압력을 낮추어 브레이커의 타격력을 낮추어서 사용한다.
따라서, 이와 같이 공타방지기능을 활성화 또는 비활성화시킬 수 있는 선택수단을 제공함으로써, 피파쇄물의 여건상 브레이커 예압이 어려운 경우나 브레이커를 공타발생상태로 운전하여야 하는 경우, 공타방지기능이 작동되지 않도록 하여 브레이커 파쇄작업의 능률을 향상시키고 작업안전성을 확보할 수 있게 되는 것이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 공타방지선택밸브의 바람직한 실시예의 단면도로서, 도 5a는 도 4에서 공타방지선택밸브(100)을 연결위치("W")로 선택 전환한 상태, 즉, 공타방지기능을 활성화(ON)시킨 상태를 도시한 것이며, 도 5b는 공타방지선택밸브(100)를 차단위치("U")로 전환하여 공타방지기능을 비활성화(OFF)시킨 상태를 나타낸다.
공타방지라인(82)을 연결하거나 차단하는, 즉, 흐름저항수단(102)을 통과하여 유로가 연결되도록 하거나 또는 유로를 완전히 차단하는 선택적 전환수단을 구성하기 위하여 도 5a에 도시된 바와 같이 오리피스형태의 흐름저항수단(102)를 갖는 공타방지선택밸브(100)를 공타방지라인(82)이 형성된 실린더(10)에 조립하도록 구성된다. 그런 다음, 플러그(10b)로 조립구멍(10a)을 폐쇄함으로써 상기 실린더 (10)에 공타방지선택밸브(100)가 고정적으로 조립된다. 또한, 필요에 따라 도 5b와 같이 공타방지선택밸브(100)는 실린더(10)의 조립구멍(10a)에 도 5a와 반대방향으로 뒤집어 끼워져 조립됨에 따라 상기 공타방지라인(82)을 차단하여 공타방지기능을 비활성화시킬 수 있도록 구성된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.