KR100652875B1 - 유압 릴리프밸브 - Google Patents

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KR100652875B1
KR100652875B1 KR1020050086047A KR20050086047A KR100652875B1 KR 100652875 B1 KR100652875 B1 KR 100652875B1 KR 1020050086047 A KR1020050086047 A KR 1020050086047A KR 20050086047 A KR20050086047 A KR 20050086047A KR 100652875 B1 KR100652875 B1 KR 100652875B1
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정해균
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볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
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Abstract

본 발명은 메인 포펫을 관통하는 오리피스에 쉬프팅가능하게 파일럿 피스톤이 설치되는 피스톤 타입의 릴리프밸브에서, 상기 릴리프밸브를 실린더가 장착된 유압시스템에 사용할 경우에 실린더에 외력이 작용하여 수축하면서 유입되는 유량에 비하여 유출되는 유량이 많아 유출된 유량을 보충하는 메이크업(make-up) 기능의 향상을 위하여, 메인 포펫을 폐쇄하는 방향으로 탄성지지하는 스프링의 작용력을 상쇄시키는 스프링을 더 설치하는 구성에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 파일럿 피스톤의 외측에는 환형의 리브를 형성하며, 상기 오리피스 외주면에는 일부를 절삭하여 공간을 형성하며, 상기 밸브시트와 상기 리브의 외측면 사이에는 상기 메인 포펫을 폐쇄하는 외측 스프링을 설치하고, 상기 리브의 내측면과 상기 메인 포펫의 절삭면 사이에는 상기 외측 스프링의 작용력을 상쇄하는 내측 스프링을 설치한다. 본 발명의 구성에 의하면, 실린더에 외력이 작용하여 수축하면서 유출유량이 많아지더라도 내측 스프링에 의하여 메인 포펫을 폐쇄하는 외측 스프링의 탄성력이 상쇄되기 때문에 탱크측 압력이 높지 않게 되며 메이크업 기능이 향상되는 효과가 있다.
릴리프밸브, 메인 포펫, 파일럿 포펫, 파일럿 실린더, 스프링

Description

유압 릴리프밸브{A hydraulic relief valve}
도 1은 종래 기술에 의한 유압 릴리프밸브의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 유압 릴리프밸브의 구성을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 유압 릴리프밸브의 메인 포펫에 작용하는 힘의 변화를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 유압 릴리프밸브의 파일럿 피스톤에 작용하는 힘의 변화를 나타내는 그래프.
**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**
102: 고압측 유로 104: 탱크측 유로
110: 슬리브 112: 오리피스
120: 메인포펫 122: 배압실
130: 밸브시트 132: 드레인 유로
140: 파일럿 포펫 150: 메인스프링
160: 파일럿 피스톤 170: 외측 스프링
180: 내측 스프링 190: 조절플러그
본 발명은 유압 릴리프밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인 포펫을 관통하는 오리피스에 쉬프팅가능하게 파일럿 피스톤이 설치되는 피스톤 타입의 릴리프밸브를 실린더가 장착된 유압시스템에 사용할 경우에 실린더에 외력이 작용하여 수축하면서 유입되는 유량에 비하여 유출되는 유량이 많아 유량을 보충하는 메이크업(make-up) 기능의 향상을 위하여 메인 포펫을 폐쇄하는 방향으로 탄성지지하는 스프링의 작용력을 상쇄시키는 방향에서 스프링을 설치하는 구성에 관한 것이다.
도 1에는 종래 기술에 의한 유압 릴리프밸브의 구성이 단면도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 유압 릴리프밸브는, 일측에 펌프(P)에서 고압(P1)의 작동유가 통과하는 고압측 유로(2)가 형성되고, 외주면에 상기 고압측 유로(2)의 작동유가 탱크(T)로 드레인되는 탱크측 유로(4)가 형성되는 슬리브(sleeve: 10)와, 상기 슬리브(10)에 쉬프팅(shifting)가능하게 장착되고 슬리브의 교축부(a)를 개폐시켜 상기 탱크측 유로(4)의 귀환유를 제어하고 내측 중심에는 오리피스(12)가 형성되는 메인포펫(main poppet: 20)과, 상기 슬리브(10)의 타측에 설치되어 상기 메인포펫(20)과의 사이에 배압실(back chamber: 22)을 형성하는 밸브시트(valve seat: 30)와, 유압펌프(P)에서 상기 배압실(22)로 유입된 작동유의 압력(P2)이 기설정된 압력값을 초과하는 경우 드레인 유로(32)로 귀환하는 귀환유를 제어하는 파일럿 포펫(pilot poppet: 40)과, 압력값(F)을 설정하고 상기 파일럿 포펫(40)을 설정된 압력값 이내에서 탄성지지하는 압력설정용 메인 스프링(spring: 50)과, 상기 오리피스(12)에서 도면상 좌우로 이동가능한 파일럿 피스톤(pilot piston: 60)과, 상기 밸브시트(30)와 상기 메인 포펫(20) 사이에 장착되어 상기 메인 포펫(20)이 슬리브의 교축부(a)를 폐쇄하는 방향으로 지지하는 외측 스프링(70)과, 상기 밸브시트(30)와 상기 파일럿 피스톤(60) 사이에 장착되어 상기 파일럿 피스톤(60)이 오리피스(12)를 폐쇄하는 방향으로 지지하는 내측 스프링(80)을 포함하여 구성된다. 도면부호 90은 조절플러그이다.
상기와 같은 구성에 의한 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 릴리프밸브의 설정 압력(F)보다 유압시스템의 작용압력보다 높은 경우이다. 상기 조절플러그(90)에 의하여 설정된 메인스프링(50)의 작용력(F)이 고압측 유로(2)에 작용하는 작동유의 압력(P1)보다 높을 경우에는 메인 포펫(20)의 단면적 차이에 따라 시팅(seating)되는 방향으로 메인 포펫(20)이 작용된다.
즉, 고압측 유로의 압력(P1)과 배압실의 압력(P2)이 동일한 조건하에서, 메인 포펫(20)의 도면상 우측 수압부의 지름(D1)에 의한 단면적과 비교하여 메인 포펫의 도면상 좌측 수압부의 지름(D2)에 의한 단면적이 크고, 외측 스프링(70)의 탄성력이 부가되기 때문에, 슬리브의 교축부(a)를 폐쇄하는 방향으로 시팅되고, 따라서 상기 고압측 유로(2)의 유량은 탱크측 유로(4)로 유출되지 않고 중립상태를 유지하게 된다.
반면, 릴리프밸브의 설정 압력(F)보다 유압시스템의 작용압력이 높은 경우이다. 상기 배압실(22)의 압력(P2)이 파일럿 포펫(40)을 탄성지지하는 압력설정용 메인 스프링(50)의 탄성계수를 초과하게 되면, 파일럿 포펫(40)은 도면상 좌측으로 쉬프팅되고 배압실(22) 내 고압의 작동유는 밸브시트(30)의 교축부(b)와 드레인 유로(32)를 경유하여 유압탱크(T)로 드레인된다.
또한, 고압의 작동유가 상기 오리피스(12)를 통과함에 따라 압력 손실이 발생하고, 고압측 유로(2)에 작용하는 작동유의 압력(P1)이 배압실의 압력(P2)보다 크게 되면서 파일럿 피스톤(60)에 작용하는 유압력이 내측 스프링(80)의 탄성력보다 크게 되며, 상기 파일럿 피스톤(60)은 상기 파일럿 포펫(40)과 접촉하여 배압실(22)의 작동유가 유출됨에 따라 압력 손실은 더욱 증가되어 메인 포펫(20)은 개방방향(도면상 좌측방향)으로 이동하게 된다. 따라서 유량을 탱크(T)로 배출함으로써 유압시스템의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 릴리프밸브를 실린더가 장착된 유압시스템에 사용할 경우, 실린더에 외력이 작용하여 수축하면 유입유량에 비하여 유출유량이 많아져서 유량을 보충해야 할 필요가 있게 된다. 즉, 굴삭기의 암 인(arm in)이나 버킷 인(bucket in) 혹은 붐 다운(boom down)시 유입되는 유량에 비하여 유출되는 유량이 많아 유량을 보충하는 메이크업(make-up)기능이 요구된다.
전술한 바와 같이, 유입 유량이 유출 유량보다 적을 경우 탱크측 유로(4)의 압력이 고압측 유로(2)의 압력보다 높기 때문에, 상기 고압유의 압력은 메인 포펫(20)의 수압부 단면적에 작용하는 힘과, 메인 포펫(20)에 작용하는 외측 스프링(70)의 탄성력 그리고 파일럿 피스톤(60)에 작용하는 내측 스프링(80)의 탄성력의 합력보다 커서, 메인 포펫(20)을 개방하는 방향(도면상 좌측방향)으로 이동시키며, 탱크측 유로(4)의 유량이 고압측 유로(2)의 유량을 보충하게 되어 실린더 내에 유 량 부족에 의한 캐비테이션(cavitation)을 방지할 수 있게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술의 유압 릴리프밸브에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
상술한 메이크업 기능을 수행할 경우 스프링의 탄성력이 외측 스프링(70)과 내측 스프링(80)의 합력으로 작용함으로써 스프링의 탄성력이 증대되고, 유량 부족으로 인한 유량 보충을 수행하는 탱크측 유로(4)의 압력이 증대되기 때문에 메이크업 성능이 자연히 저하되게 된다.
또한, 작은 공간에서 외측 스프링(70)과 내측 스프링(80)이 이중으로 장착되기 때문에 그 구성이 대단히 복잡해지고, 조립이 어려우며, 상기 스프링 상호 간의 간섭에 의하여 작동상 장애가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 릴리프밸브를 실린더가 장착된 유압시스템에 적용할 경우, 굴삭기의 암 인, 버킷 인 혹은 붐 다운시 유입되는 유량에 비하여 유출되는 유량이 많아 유량을 보충하는 메이크업(make-up)기능을 향상시키는 유압 릴리프밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 릴리프밸브 내의 좁은 공간에서도 외측 스프링과 내측 스프링의 조립성을 개선하고, 상기 내, 외측 스프링 상호 간의 간섭을 해소할 수 있는 유압 릴리프밸브를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 일측에 펌프(P)에서 고압의 작동유가 통과하는 고압측 유로가 형성되고 외주면에 상기 고압측 유로의 작동유가 탱크(T)로 드레인되는 탱크측 유로가 형성되는 슬리브와, 상기 슬리브에 쉬프팅가능 하게 장착되고 슬리브의 교축부를 개폐시켜 상기 탱크측 유로의 귀환유를 제어하며 내측 중심에는 오리피스가 형성되는 메인포펫과, 상기 슬리브의 타측에 설치되어 상기 메인포펫과의 사이에 배압실을 형성하는 밸브시트와, 유압펌프(P)에서 상기 배압실로 유입된 작동유의 압력이 기설정된 압력값을 초과하는 경우 드레인 유로로 귀환하는 귀환유를 제어하는 파일럿 포펫과, 상기 파일럿 포펫을 설정된 압력값 이내에서 탄성지지하는 압력설정용 메인 스프링과, 상기 오리피스에서 좌우로 이동가능한 파일럿 피스톤과, 상기 밸브시트에 지지되어 상기 메인 포펫이 슬리브의 교축부를 폐쇄하는 방향으로 작동하는 외측 스프링을 포함하여 구성되는 릴리프밸브에 있어서, 상기 외측 스프링의 탄성력과 상쇄되는 방향으로 내측 스프링이 더 장착된다.
상기 파일럿 피스톤의 외측에는 환형의 리브가 형성되며, 상기 오리피스 외주면에는 일부가 절삭되어 공간이 형성되며, 상기 밸브시트와 상기 리브의 외측면 사이에는 상기 외측 스프링이 설치되고, 상기 리브의 내측면과 상기 메인 포펫의 절삭면 사이에는 내측 스프링이 설치된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 유압 릴리프밸브에 의하면 스프링 의 조립이 간편해지고 메이크업의 성능이 향상되는 잇점이 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 유압 릴리프밸브의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 유압 릴리프밸브의 구성이 단면도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 릴리프밸브는, 일측에 펌프(P)에서 고압(P1)의 작동유가 통과하는 고압측 유로(102)가 형성되고, 외주면에 상기 고압측 유로(102)의 작동유가 탱크(T)로 드레인되는 탱크측 유로(104)가 형성되는 슬리브(110)와, 상기 슬리브(110)에 쉬프팅가능하게 장착되고 슬리브의 교축부(a)를 개폐시켜 상기 탱크측 유로(104)의 귀환유를 제어하고 내측 중심에는 오리피스(112)가 형성되는 메인포펫(120)과, 상기 슬리브(110)의 타측에 설치되어 상기 메인포펫(120)과의 사이에 배압실(122)을 형성하는 밸브시트(130)와, 유압펌프(P)에서 상기 배압실(122)로 유입된 작동유의 압력(P2)이 기설정된 압력값을 초과하는 경우 드레인 유로(132)로 귀환하는 귀환유를 제어하는 파일럿 포펫(140)과, 압력값(F)을 설정하고 상기 파일럿 포펫(140)을 설정된 압력값 이내에서 탄성지지하는 압력설정용 메인 스프링(150)으로 구성되는 점에서는 종래의 구성과 동일하다.
본 발명은 상기 오리피스(112)에서 도면상 좌우로 쉬프팅되는 파일럿 피스톤(160)이 설치되는 파일럿 피스톤 타입의 릴리프밸브에 관한 것이다. 본 발명에서 메인 포펫(120)이 슬리브의 교축부(a)를 폐쇄하는 방향으로 지지하는 외측 스프링(170)은 상기 밸브시트(130)와 상기 파일럿 피스톤(160) 사이에 설치된다.
즉, 상기 파일럿 피스톤(160)의 외측에는 환형의 리브가 형성되며, 메인 포펫(120)의 내측 중심에 형성된 오리피스(112) 외주면에는 일부가 절삭되어 공간이 형성된다. 따라서, 상기 밸브시트(130)와 상기 리브의 외측면 사이에는 외측 스프링(170)이 설치되고, 상기 리브의 내측면과 상기 메인 포펫(120)의 절삭면 사이에는 내측 스프링(180)이 설치된다.
이와 같이, 상기 외측 스프링(170)과 내측 스프링(180)이 작용하는 탄성력이 작용방향을 서로 달리하여 설치하는데 본 발명의 특징이 있다. 따라서, 메이크업 기능을 수행할 때는 상기 내측 스프링(180)의 탄성력이 작용하지 않게 되어, 종래와 같이 상기 밸브시트(30)와 상기 메인 포펫(20) 사이에 장착되는 외측 스프링(70)과 상기 밸브시트(30)와 상기 파일럿 피스톤(60) 사이에 장착되는 내측 스프링(80)이 동시에 작용하여 메이크업 기능을 저하시켰던 문제점을 해결하였던 것이다.
본 발명에 의한 메인 포펫(120)에 작용하는 작용력과 파일럿 피스톤(160)에 작용하는 작용력을 각각 종래 기술의 기능과 대비하여 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 메인 포펫(120)에 작용하는 스프링력이 안정되어 있음을 알 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 파일럿 피스톤(160)에 작용하는 스프링력은 상기 내외측 스프링(170,180)이 서로 반대되게 설치되는 관계로 경우에 따라서는 감소되는 경향이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 메인 포펫을 관통하는 오리피스에 쉬프팅가능하게 파일럿 피스톤이 설치되는 피스톤 타입의 릴리프밸브를 실린더가 장착된 유압시스템에 사용함에 있어서, 메인포펫을 폐쇄하는 외측 스프링과 대항되게 내측 스프링을 설치함으로써 암 인 혹은 붐 다운과 같이 실린더에 외력이 작용하면 발생되는 고압측 유로의 유량을 효과적으로 보충하고, 메이크업 기능을 향상시키는 구성을 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 릴리프밸브를 실린더가 장착된 유압시스템에 적용할 경우, 굴삭기의 암 인, 버킷 인 혹은 붐 다운시 유입되는 유량에 비하여 유출되는 유량이 많더라도 메인 포펫을 폐쇄하는 외측 스프링의 탄성력을 상쇄하는 내측 스프링의 작용력으로 인하여 탱크측 압력이 높지 않게 되어 메이크업 기능이 향상되는 효과가 기대된다.
둘째, 상기 외측 스프링과 내측 스프링을 서로 대항되게 설치함으로써 슬리브 내부의 좁은 공간에도 불구하고 스프링의 조립이 간편해지는 효과가 기대된다.

Claims (2)

  1. 일측에 펌프(P)에서 토출된 고압의 작동유가 통과하는 고압측 유로가 형성되고, 외주면에 상기 고압측 유로의 작동유가 탱크(T)로 드레인되는 탱크측 유로가 형성되는 슬리브와,
    상기 슬리브에 쉬프팅가능 하게 장착되고 슬리브의 교축부를 개폐시켜 상기 탱크측 유로의 귀환유를 제어하며 내측 중심에는 오리피스가 형성되는 메인포펫과,
    상기 슬리브의 타측에 설치되어 상기 메인포펫과의 사이에 배압실을 형성하는 밸브시트와,
    유압펌프(P)에서 상기 배압실로 유입된 작동유의 압력이 기설정된 압력값을 초과하는 경우 드레인 유로로 귀환하는 귀환유를 제어하는 파일럿 포펫과,
    상기 파일럿 포펫을 설정된 압력값 이내에서 탄성지지하는 압력설정용 메인 스프링과,
    상기 오리피스에서 좌우로 이동가능한 파일럿 피스톤과, 상기 밸브시트에 지지되어 상기 메인 포펫이 슬리브의 교축부를 폐쇄하는 방향으로 작동하는 외측 스프링을 포함하여 구성되는 릴리프밸브에 있어서,
    상기 외측 스프링의 탄성력과 상쇄되는 방향으로 내측 스프링이 더 장착됨을 특징으로 하는 유압 릴리프밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일럿 피스톤의 외측에는 환형의 리브가 형성되며, 상기 오리피스 외주면에는 일부가 절삭되어 공간이 형성되며, 상기 밸브시트와 상기 리브의 외측면 사이에는 상기 외측 스프링이 설치되고, 상기 리브의 내측면과 상기 메인 포펫의 절삭면 사이에는 상기 내측 스프링이 설치됨을 특징으로 하는 유압 릴리프밸브.
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