KR100999867B1 - 유압브레이커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기 등의 중장비에 장착되어 유압으로 구동되는 유압브레이커에 관한 것으로서, 밸브가 일정거리만큼 하강하였을 때부터 고압이 작용되는 실린더상실로부터 밸브전환실로 유량이 공급되도록 오리피스를 형성하여 밸브전환실의 압력강하를 방지함으로써, 유압브레이커의 효율 저하를 최소화하면서 피스톤이 치즐을 타격할 때까지 밸브가 상승하지 못하도록 하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 굴삭기 등의 중장비에 장착되어 유압으로 구동되는 유압브레이커에 있어서, 상기 밸브에 고압과 저압이 선택적으로 작용하는 밸브전환실에 형성되는 밸브전환수압면(V2)과 상시 고압이 작용하는 밸브고압수압면(V1)을 수압면적상 V1 < V2가 되도록 형성하고, 상기 밸브전환실에 저압 및 고압이 작용하여 실린더저압실과 연통될 때 밸브전환수압면에 저압이 형성되면 밸브가 상승하도록 하고 고압이 형성되면 밸브가 하강하도록 하며, 상기 밸브전환실 상부에는 상시 저압인 밸브상실을 형성하고, 밸브의 승강시 저압 및 고압이 작용하도록 실린더부쉬와 밸브, 실린더부쉬와 피스톤 사이에 형성되는 실린더상실을 밸브전환실의 하부에 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

유압브레이커{HYDRAULIC BREAKER}

본 발명은 굴삭기 등의 중장비에 장착되어 유압으로 구동되는 유압브레이커에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 밸브전환실의 상부에 저압유로와 연통된 밸브상실, 밸브전환실의 하부에 피스톤 상승시 저압유로에 연통되고 피스톤 하강시 고압유로에 연통되는 실린더상실을 배치하여, 밸브전환실이 고압유로와 연통됨으로써 밸브가 하강하기 시작하여 밸브가 일정거리만큼 하강하였을 때부터 고압이 작용되는 실린더 상실로부터 밸브전환실로 유량이 공급되도록 오리피스를 형성하여 밸브전환실의 압력강하를 방지함으로써, 유압브레이커의 효율 저하를 최소화하면서 피스톤이 치즐을 타격할 때까지 밸브가 상승하지 못하도록 하는 유압브레이커에 관한 것이다.

유압브레이커는 피스톤의 왕복운동시 발생된 운동에너지가 피스톤이 치즐을 타격하며 충격에너지로 변환되고 이 충격에너지를 치즐 끝단부에 접촉된 암반이나 콘크리트 등과 같은 피파쇄물에 전달시켜 피파쇄물을 파쇄하는 장치로서, 굴삭기의 유압동력원과 연결되어 굴삭기로부터 작동유를 공급받아 작동된다.

상기 유압브레이커를 크게 구분하면, 브레이커 몸체를 이루는 실린더와, 실 린더에 운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 피스톤에 의해 타격되도록 실린더 하부에 설치되는 치즐과, 실린더하실과 실린더상실에 압유를 선택적으로 공급하여 피스톤을 왕복운동시키기 위한 수단인 밸브로 구성된다.

상기 피스톤은 유압에 의해 구동되어 상사점과 하사점 사이를 왕복운동하는 것으로, 하사점에서 치즐을 타격하도록 구성된다. 치즐은 피스톤의 운동에너지를 충격에너지로 변환시키며 피파쇄물에 전달하는 것으로, 피스톤이 상사점으로부터 하사점으로 하강시 피스톤에 의해 타격된다.

그리고 밸브는, 일본 특허출원공개번호 특개평9-57649호 및 도 12 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 밸브하강행정에 대한 밸브전환수압면(V4)이 밸브상승행정에 대한 밸브고압수압면(V3)보다 하부에 위치하여 있으며, 밸브전환실(14c) 상,하부의 밸브저압실(14e), 밸브하실(14b)이 모두 저압유로(4)와 연통되어 있다.

이러한 유압브레이커는, 도 12에 도시한 바와 같이, 피스톤 상단부(PU)의 백헤드(10)에 형성된 가스실(15) 내에는 질소가스 등이 주입되고, 피스톤(P)의 하단에는, 치즐(13)이 피스톤(P)의 중심축선과 동축선상에 장착된다. 상기 유압브레이커가, 작동대기 상태에 있을 때, 피스톤(P)은 가스실(15) 내의 가스압력에 의하여 하향으로 가압되어 피스톤(P)은 치즐(13)과 접촉되어 있는 하사점에 있게 되고, 밸브(14)도 자중에 의하여 하강상태에 있게 된다.

또한, 상기한 유압브레이커는, 유입구에 고압의 작동유가 공급되면 고압유로(1)을 통하여 피스톤(P)의 하부대경부(P1)의 아랫면인 피스톤 하부수압면(PLA)와 피스톤(P)의 하부대경부(P1)과 실린더(11) 사이에 형성된 실린더하실(11b)에 공급 되며, 동시에 고압유로(1a)를 통하여, 도 12 및 도 16에 도시된 바와 같이, 밸브고압수압면(V3)에는 항상 고압이 작용하게 되고, 밸브(14)의 상,하단면은 모두 저압유로(4)에 연통되어 항상 저압이 작용하게 된다.

이 때, 밸브전환실(14c)은 밸브전환실오리피스(14d)와 전환실유로(8), 그리고 실린더 전환실(11c)을 거쳐 저압유로(4)에 연통되므로 밸브전환수압면(V4)에는 저압이 작용하여 밸브(14)는 상승하게 된다. 이로 인하여 실린더상실(11a)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 고압유로(1a)와 차단되며 동시에 실린더부쉬오리피스(11f)와 밸브저압실오리피스(14f)를 통하여 저압유로(4)와 연통되어 저압이 적용된다.

따라서, 실린더하실(11b)에 공급되는 고압의 작동유에 의하여 실린더하실(11b)의 압력이 상승되어 피스톤 하부수압면(PLA)에 작용하는 상향력이 가스실(15)에서 피스톤에 작용하는 하향력보다 커지면 피스톤(P)은 상승을 시작하여 상사점까지 상승하고, 동시에 가스압축실(15) 내의 가스가 압축되어 가스압력이 상승하게 된다.

이 때, 도 13에 도시된 바와 같이, 피스톤(P)의 상사점 도달과 동시에 실린더하실(11b)에 공급되는 작동유는, 실린더전환실(11c), 전환실유로(8) 및 밸브전환실오리피스(14d)를 거쳐 밸브전환실(14c)에 공급된다. 이에 따라, 밸브전환실(14c)은 고압이 작용하게 된다.

이 때, 밸브고압수압면(V3)과 밸브전환수압면(V4)의 면적은 V3 < V4인 관계가 되도록하며 따라서, 밸브고압수압면(V3)과 밸브전환수압면(V4)에 고압이 동시 작용하면, 밸브(14)에 작용하는 상향력보다 하향력이 더 커지게 되어, 도 14에 도 시된 바와 같이, 밸브(14)는 하강하게 된다.

상기 밸브(14)가 하강하게 되면 도 14, 18에 도시된 바와 같이, 실린더상실(11a)은 실린더부쉬오리피스(11f)와 밸브저압실오리피스(14f)를 통한 저압유로(4)와의 연결이 끊어짐과 동시에, 밸브고압오리피스(14g)와 실린더부쉬오리피스(11f)를 통하여 고압유로(1a)와 연통되어 실린더상실(11a)에 고압이 작용하게 된다.

이 때, 피스톤(P) 상, 하단의 수압면 PUA와 PLA 사이에는 PLA < PUA 의 관계가 되도록하며 따라서, 피스톤(P)에 작용하는 상향력보다 하향력이 더 커지게 되어 피스톤(P)은 하강운동을 하게 된다.

상기 피스톤(P) 하강시에는, 가스실(15)의 압축된 가스에 의한 하향력이 더해져 피스톤(P) 상승시보다 매우 빠른 속도로 하강하여, 피스톤(P)의 중심축선과 동축선상에 위치한 치즐(13)의 상단면을 타격하게 된다.

이렇게 치즐(13)의 선단부에 접하고 있는 견고한 지반이나 바위 등에 고속 충격에너지를 전달함으로써, 바위 등을 파쇄하게 된다.

상기 피스톤(P)의 하강이 완료되면, 도 15에 도시된 바와 같이, 밸브전환실(14c)이 밸브전환실오리피스(14d), 전환실유로(8) 및 실린더 전환실(11c)을 거쳐 저압유로(4)에 연통되어 저압이 작용하게 된다.

따라서, 상기 밸브(14)에 작용하는 하향력이 상향력보다 작아지므로 밸브(14)는 상승하게 되며, 위에서 언급된 피스톤(P)의 상승 및 하강 작동사이클은 '밸브 상승'→'피스톤 상승'→'밸브 하강'→'피스톤 하강'의 순으로 순환반복하며 작동된다.

이러한 유압브레이커는, 치즐(13)에 충격에너지를 발생시키는 피스톤(P)의 상하 반복운동을 위하여 피스톤(P) 외에 밸브(14)와 다수의 유로를 구비하고 있다.

상기 피스톤(P)과 밸브(14)의 위치에 따라, 유로를 유입구 또는 유출구에 선택적으로 연결시켜 고압 또는 저압 상태로 전환하여, 피스톤(P)과 밸브(14)가 상호 순차적으로 반복 운동하도록 구성한다.

유압브레이커 작업은, 처음에는 작동유의 온도가 상온인 상태에서 시작되지만 작업을 계속하게 되면, 피스톤(P)과 밸브(14)의 습동, 작동유가 굴삭기 등의 배관을 따라 유동할 때 발생되는 마찰 등에 의하여 작동유의 온도가 매우 높아지게 된다.

일반적으로 두 개 이상의 물체, 예를 들어 도 12 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 피스톤(P)과 밸브(14), 실린더부쉬(11e)가 습동하는 경우 습동면 사이에는 틈새가 존재하는데, 이 틈새에서 발생되는 누유는 온도가 높아질수록, 틈새가 클수록, 습동면의 길이가 짧을수록, 지름이 클수록 증가한다.

상기 도 12 내지 도 19에는 밸브(14)가 피스톤(P)보다 바깥쪽에 위치할 수 있을 정도로 크게 구성되어 있는데, 일반적으로 원할한 습동을 위하여 습동하는 물체의 지름이 커질수록 틈새도 커지게 된다.

따라서, 밸브(14)와 실린더부쉬(11e) 습동시 밸브(14)의 내,외경에서 누유량이 많게 되고, 밸브전환실(14c)의 상부의 밸브저압실(14e), 하부의 밸브하실(14b)이 모두 저압유로(4)에 연통되어 항상 저압이 작용하므로 밸브전환실(14c)에서 저 압유로(4)로 누설되는 누유량도 많아지게 된다.

상기 유압브레이커 작업을 계속하여 작동유가 80ㅀC 이상의 매우 고온상태가 되었을 때, 도 19에 도시된 바와 같이 피스톤(P)이 하강운동을 하는 경우, 피스톤(P)이 하강하는 과정에서 피스톤의 하부대경부(P1) 윗면이 실린더 저압실(11d)을 지나게 되면, 피스톤의 하부대경부(P1)와 실린더저압실(11d)와 실린더전환실(11c) 사이의 내주면과 이루는 습동면이 매우 짧아지게 되어, 전환실유로(8)에서 저압유로(4)와 연통된 실린더저압실(11d)로의 누유량이 증가하게 된다.

이것은 전환실유로(8)와 연통되어 있는 밸브전환실(14c)의 작동유가 누유로 인하여 저압유로(4)로 빠져나가는 것을 의미하고, 이것은 밸브전환실(14c)의 압력하강을 초래한다.

또한, 작동유가 고온상태이기 때문에 밸브전환실(14c)로부터 밸브전환실(14c)의 상,하부에 저압유로(4)와 연통된 밸브저압실(14f)과 밸브하실(14b)로의 누유량도 매우 많아지게 되고, 이것 역시 밸브전환실(14c)의 압력하강을 초래하게 된다. 결국 이러한 누유량으로 인하여 밸브전환실(14c)의 압력이 매우 낮아지게 되면, 밸브(14)는 하강상태를 유지하지 못하고 상승할 수 있다.

상기한 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격하기 전에 밸브(14)가 상승하게 되면, 고압유로(1a)로부터 실린더상실(11a)을 연통시키는 밸브고압오리피스(14g)의 개구면적이 작아지게 되고, 이로 인하여 고압유로(1a)로부터 실린더상실(11a)로 공급되는 작동유가 밸브(14)가 완전히 하강하는 경우보다 상대적으로 적어지게 된다.

이것은 결국 실린더상실(11a)의 압력하강을 초래하여 피스톤(P)의 충분한 하 강속도를 유지하지 못하게 되어, 치즐(13)에 전달하는 충격에너지가 줄어들게 되는 문제점이 있다.

또한, 밸브전환실(14c)의 압력하강이 아주 빠른 속도로 진행되어 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격하기 전에 밸브(14)가 매우 많이 상승하여 밸브고압오리피스(14g)가 닫히게 되어 고압유로(1a)로부터 실린더상실(11a)의 연결을 끊게 되는데 이 때, 피스톤(P)은 관성에 의해서 계속 하강하며 실린더하실(11b)에는 상시 작동유가 공급되므로, 실린더하실(11b)이 피스톤(P)에 의하여 압축되는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 상기 실린더하실(11b)의 압력상승으로 인하여, 피스톤(P)의 하강속도가 급격히 감소하여 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격하지 못하게 될 수도 있다. 또한, 실린더하실(11b)의 압력 상승이 과도하여 작동유를 공급하는 굴삭기 등의 펌프 압력보다 높아지는 압력역전현상이 발생되면, 펌프 등에 충격을 주게 되고 이러한 충격이 누적되면 굴삭기 등의 장비에 심각한 손상을 줄 수 있는 문제점이 있다.

이러한 밸브(14)의 조기 상승을 방지하기 위하여, 도 16에서 밸브(14) 내경 D6보다 D9을 더 작게 하여, 밸브(14)가 하강하더라도 고압유로(1a)와 실린더상실(11a)이 연통될 때 밸브내경수압면(V5)에 고압이 작용하도록 하여 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격하기 전까지는 밸브(14)가 상승하지 못하도록 할 수도 있다.

그러나, 밸브(14) 내경이 피스톤 대단경보다 크기 때문에 즉, 밸브 내경 수압면(V5)의 면적이 결코 작은 면적이 아니기 때문에, 피스톤(P) 하강시 피스톤(P) 하강속도를 증가시키는데 사용되어야 할 유량을 밸브(14)의 상승 지연에 과도하게 사용하게 되는 문제점이 있다.

이렇게 상기 밸브(14)의 상승 지연에 과도한 유량을 사용하게 되면, 피스톤(P)의 하강속도가 감소되어 유압브레이커의 효율이 저하되는 단점이 있다.

또한, 작동유의 온도가 80℃ 이상의 매우 고온상태가 되었을 경우, 피스톤(P)이 상사점을 향하여 상승하는 과정에서, 피스톤 하부대경부(P1)의 아랫면이 실린더전환실(11c)과 가까워질수록, 실린더하실(11b)과 실린더전환실(11c) 사이의 내주면과 피스톤 하부대경부(P1) 사이에서 형성되는 습동면은 점점 짧아지게 된다.

따라서, 피스톤 하부대경부(P1)과 실린더(11) 사이의 조립틈새를 통하여 실린더하실(11b)에서 실린더전환실(11c)로의 누유량이 증가한다.

이 누유에 의하여 발생된 유량이 전환실유로(8)를 거쳐 밸브전환실(14c)로 유입되었을 때, 이 유량을 적절히 저압유로(4)로 배출하지 못하면, 밸브전환실(14c)의 압력 상승으로 밸브(14)에 작용하는 하향력이 증가하여 피스톤 하부대경부(P1)의 아랫면이 실린더전환실(11c)까지 상승하여 실린더하실(11b)과 실린더전환실(11c)을 연통시키지 못하였음에도 불구하고 밸브(14)가 하강하게 된다.

이때, 밸브(14)가 충분히 하강한다면 피스톤(P)은 정상적인 하강운동을 하여 치즐(13)을 타격하지만, 이러한 누유로 인한 유량에 의한 밸브전환실(14c)의 압력상승은 밸브(14)를 충분히 하강시키기에는 부족하다. 따라서, 밸브(14)가 완전하게 하강하지 못한 상태에서 피스톤(P)의 하강운동이 시작된다.

밸브(14)가 완전하게 하강하지 못하면, 밸브(14)가 완전하게 하강했을 경우와 비교하여 상대적으로 고압유로(1a)와 실린더상실(11a)을 연통시키는 밸브고압오 리피스(14g)의 개구면적이 작아지게 된다. 따라서, 피스톤(P) 하강운동시 고압유로(1a)로부터 실린더상실(11a)로의 충분한 유량이 공급되지 못하기 때문에 타격력이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 밸브가 충분히 하강하지 못하여 피스톤의 하강운동에 필요한 유량조차 공급하지 못하게 되면, 피스톤 상승이 정지된 상태에서 하강운동도 하지 못하는 즉, 유압브레이커의 작동이 정지되는 현상도 나타날 수 있는 문제점이 있다.

또한, 도 20에는 밸브(14)가 하강하는 순간에 작동유가 고압유로(1a)로부터 밸브(14)로 유입되는 경로가 간략하게 도시되어있다. 밸브(14)가 하강하는 매우 짧은 순간은 고압유로(1,1a)부터 밸브고압오리피스(14g)로 유입되면 고압유로(1a)와 연결된 부분은 고압이 작용되지만 고압유로(1a)와의 연결부 반대편은 상대적으로 연결부보다 압력이 낮게 된다. 따라서, 고압의 작동유가 고압유로(1a)와의 연결부 반대편까지 공급되기 전까지는 순간적으로 고압유로(1a)와의 연결부에서 고압유로(1a)와의 연결부 반대편 방향으로 밸브(14)를 조립틈새보다 적은 양만큼 밀어붙이게 된다.

상기한 고압 작동유가 순간적으로 발생한 매우 큰 힘으로 밸브(14)를 일시적으로 밀어붙이는 현상에 의해 밸브(14)와 실린더(11), 또는 밸브(14)와 실린더부쉬(11e) 사이에서 금속간 접촉이 발생하여 긁힘 현상이 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.

상기한 긁힘현상은, 유압브레이커의 비정상적인 작동의 가장 큰 원인이 된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 밸브가 하강하여 피스톤이 하강운동을 할때, 소량의 고압 작동유를 밸브전환실로 공급하여 밸브전환실의 누유로 인한 밸브전환실의 압력저하를 방지함으로써, 유압브레이커의 효율이 증대되도록 피스톤이 치즐을 타격할 때까지 밸브가 상승되지 않도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 밸브가 상승하여 피스톤이 상승운동을 할때, 누유로 인하여 밸브전환실로 유입되는 유량을 효과적으로 저압유로로 배출하여 밸브전환실의 압력상승를 방지함으로써, 유압브레이커의 효율이 향상되도록 피스톤이 상사점에 이를 때까지 밸브가 하강되지 않도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 피스톤의 하강운동을 위하여 밸브가 하강하는 순간 고압유로로부터 실린더상실로 유입되는 유로를 서로 대칭되도록 형성시킴으로써, 밸브가 편측으로 밀리는 현상을 방지하여 금속간 접촉을 방지하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압브레이커는, 브레이커 몸체를 이루는 실린더와, 실린더 상부에 가스실을 구비한 백헤드와 실린더에 운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 피스톤에 의해 타격되도록 실린더 하부에 설치되는 치즐과, 실린더하실과 실린더상실에 압유를 선택적으로 공급하여 피스톤을 왕복운동시키기 위한 밸브와, 상기 밸브에 실린더 상실을 고압유로와 저압유로에 각각 연통시키는 밸브고압오리피스 및 밸브저압실오리피스를 형성하고, 밸브의 상승 및 하강으로 실린더 상실이 고압유로와 저압유로에 선택적으로 연통되도록 하는 유압브레이커에 있어서, 상기 밸브에 고압과 저압이 선택적으로 작용하는 밸브전환실에 형성되는 밸브전환수압면(V2)과 상시 고압이 작용하는 밸브고압수압면(V1)을 수압면적상 V1 < V2가 되도록 형성하고, 상기 밸브전환실에 저압 및 고압이 작용하도록 하여 밸브전환실이 실린더저압실과 연통될 때 밸브전환수압면에 저압이 형성되면 밸브가 상승하도록 하고 고압이 형성되면 밸브가 하강하도록 하며, 상기 밸브전환실 상부에는 상시 저압인 밸브상실을 형성하고, 밸브의 승강시 저압 및 고압이 작용하도록 실린더부쉬와 피스톤 사이에 형성되는 실린더상실을 밸브전환실의 하부에 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브에는, 밸브가 일정 높이 이상 상승한 상태에서 밸브상실과 밸브전환실을 연통시키고, 일정높이 이상 상승하지 못한 상태에서는 밸브상실과 밸브전환실이 연통되지 않도록 하는 누유배출용오리피스가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더부쉬에는, 밸브가 일정거리 이상 하강한 상태에서 밸브전환실과 실린더상실을 연통시키고, 밸브가 일정거리만큼 상승시 밸브전환실과 실린더상실을 연통시키지 않도록 하는 하강유지용오리피스가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더에는, 피스톤 하강운동을 위하여 밸브가 하강하였을 때, 실린더상실로 유입되는 고압의 작동유에 의하여 밸브가 편측으로 밀리지 않도록, 고압유로에서 실린더상실로 유입되는 유로를 서로 대칭되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 밸브가 하강하여 피스톤이 하강운동을 할때, 소량의 고압 작동유를 밸브전환실로 공급하여 밸브전환실의 누유로 인한 밸브전환실의 압력저하를 방지함으로써, 피스톤이 치즐을 타격할 때까지 밸브가 상승되지 않도록 하여 유압브레이커의 효율을 저하시키지 않는 효과가 있다.

또한, 상기 밸브가 상승하여 피스톤이 상승운동을 할때, 누유로 인하여 밸브전환실로 유입되는 유량을 효과적으로 저압유로로 배출하여 밸브전환실의 압력상승를 방지함으로써, 피스톤이 상사점에 이를 때까지 밸브가 하강되지 않도록 하여 유압브레이커의 효율을 저하시키지 않는 효과가 있다.

또한, 상기 피스톤의 하강운동을 위하여 밸브가 하강하는 순간 고압유로로부터 실린더 상실로 유입되는 유로를 서로 대칭되도록 위치시킴으로써, 밸브가 편측으로 밀리지 않아 유압브레이커의 이상작동 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다(종래기술과 동일한 구성요소는 동일한 부호를 부여한다).

본 발명에 따른 유압브레이커는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 브레이커 몸체를 이루는 실린더(11)와, 실린더(11)에 운동 가능하게 설치되는 피스톤(P)과, 피스톤(P)에 의해 타격되도록 실린더(11) 하부에 설치되는 치즐(13)과, 실린더하실(11b)과 실린더상실(11a)에 압유를 선택적으로 공급하여 피스톤(P)을 왕복운동시키기 위한 밸브(14)로 구성된다.

상기한 유압브레이커는, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 피스톤 상단부(PU)의 백헤드(10)에 형성된 가스실(15) 내에 질소 가스 등이 주입되고 치즐(13)이 피스톤(P)의 중심축선과 동축선상에서 작동대기 상태에 있을 때 피스톤(P)은 가스실(15) 내의 가스압력에 의하여 하향으로 가압되어 피스톤 하단부(PL)가 치즐(13)과 접촉되어 있는 하사점에 있게 되며, 밸브(14)도 자중에 의하여 하강상태에 있게 된다.

그러나, 제 1도에 도시된 바와 같이, 유압브레이커가 작동되어 유입구에 고압의 작동유가 공급되면 고압유로(1)을 통하여 피스톤(P)의 하부대경부(P1)의 아랫면인 피스톤 하단수압면(PLA)과 피스톤의 하부대경부(P1)과 실린더 사이에 형성된 실린더 하실(11b)에 공급되며, 동시에 고압유로(1a)를 통하여, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브고압수압면(V1)에는 항상 고압이 작용하게 되고, 밸브(14)의 상,하단면은 모두 저압유로(4)에 연통되어 항상 저압이 작용하게 된다.

이때, 밸브전환실(14c)은, 밸브전환실오리피스(14d)와 전환실유로(3), 그리고 실린더전환실(11c)을 거쳐 저압유로(4)에 연통되므로, 밸브전환수압면(V2)에는 저압이 작용하여 밸브(14)는 상승하게 된다. 이로 인하여 실린더상실(11a)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 고압유로(1a)와 차단되며 동시에 실린더부쉬오리피스(11f)와 밸브저압실오리피스(14f)를 통하여 저압유로(4)와 연통되어 저압이 적용된다.

따라서, 실린더하실(11b)에 공급되는 고압의 작동유에 의하여 실린더하실(11b)의 압력이 상승되어 피스톤 하단수압면(PLA)에 작용하는 상향력이 가스실(15)에서 피스톤(P)에 작용하는 하향력보다 커지면 피스톤(P)은 상승하기 시작하 여 상사점까지 상승하고, 동시에 가스실(15) 내의 가스가 압축되어 가스압력이 상승하게 된다. 이 때 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(P)의 상사점 도달과 동시에 실린더하실(11b)에 공급되는 작동유는, 실린더전환실(11c)과 전환실유로(3)과 밸브전환실오리피스(14d)를 거쳐 밸브전환실(14c)에 공급되어, 밸브전환실(14c)에는 고압이 작용하게 된다.

이 때, 밸브 고압수압면(V1)과 밸브전환수압면(V2)의 면적은 V1 < V2인 관계가 있으므로, 밸브 고압수압면(V1)과 밸브전환수압면(V2)에 동시에 고압이 작용하면, 밸브(14)에 작용하는 상향력보다 하향력이 더 커지게 되어, 도 3에 도시된 바와 같이 밸브(14)는 하강하게 된다.

상기 밸브(14)가 하강하게 되면, 도 3, 8에 도시된 바와 같이 실린더상실(11a)은 실린더부쉬오리피스(11f)와 밸브저압실오리피스(14f)를 통한 저압유로(4)와의 연결이 끊어짐과 동시에, 밸브 고압오리피스(14g)와 실린더부쉬오리피스(11f)를 통하여 고압유로(1a)와 연통되어 실린더상실(11a)에 고압이 작용하게 된다.

이 때, 피스톤(P) 상, 하단의 수압면 PUA와 PLA 사이에는 PLA < PUA 의 관계가 되도록하며 따라서, 피스톤(P)에 작용하는 상향력보다 하향력이 더 커지게 되어 피스톤(P)은 하강운동을 하게 된다.

상기 피스톤(P)의 하강시에는, 가스실(15)의 압축된 가스에 의한 하향력이 더해져 피스톤(P) 상승시보다 매우 빠른 속도로 하강하여 피스톤(P)의 중심축선과 동축선상에 위치한 치즐(13)의 상단면을 타격하게 된다. 이로 인해 치즐(13)의 선 단부에 접하고 있는 견고한 지반이나 바위 등에 고속 충격 에너지를 전달함으로써, 바위 등을 파쇄하도록 한다.

상기한 피스톤(P)의 하강이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브전환실(14c)이 밸브전환실오리피스(14d)와 전환실유로(3), 그리고 실린더전환실(11c)을 거쳐 저압유로(4)에 연통되어 저압이 작용하게 되어 밸브(14)에 작용하는 하향력이 상향력보다 작아지므로 밸브(14)는 상승하게 된다. 위에서 언급된 피스톤(P)의 상승 및 하강 작동사이클은 '밸브 상승'→'피스톤 상승'→'밸브 하강'→'피스톤 하강'의 순으로 순환을 반복하며 작동된다.

이러한 유압브레이커에는, 치즐(13)에 충격에너지를 발생시키는 피스톤(P)의 상하반복운동을 위하여 피스톤(P) 외에 밸브(14)와 다수의 유로가 형성되어 있다.

상기한 피스톤(P)과 밸브(14)의 위치에 따라, 유로는 유입구 또는 유출구에 선택적으로 연결되어 고압 또는 저압 상태가 되도록 전환된다. 이에 따라, 피스톤(P)과 밸브(14)는 상호 순차적으로 반복 운동하도록 구성된다.

상기한 유압브레이커 작업을 계속하여 작동유가 80℃ 이상의 매우 고온상태가 되었을 때, 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(P)이 하강운동을 하는 경우, 피스톤(P)이 하강하는 과정에서 피스톤의 하부대경부(P1) 윗면이 실린더저압실(11d)을 지나게 되면, 피스톤의 하부대경부(P1)와 실린더저압실(11d)과 실린더전환실(11c) 사이의 내주면과 이루는 습동면이 매우 짧아지게 되어 전환실유로(3)에서 저압유로(4)와 연통된 실린더저압실(11d)로의 누유량이 증가하게 된다. 이것은 상기 전환실유로(3)와 연통되어 있는 밸브전환실(14c)의 작동유가 누유로 인하여 저압유로(4)로 빠져나가는 것을 의미하고 이것은 밸브전환실(14c)의 압력하강을 초래한다.

또한, 작동유가 고온상태이기 때문에 밸브전환실(14c)로부터 밸브전환실(14c)의 상부에 저압유로(4)와 연통된 밸브상실(14a)로의 누유량도 매우 많아지게 되고, 이것 역시 밸브전환실(14c)의 압력하강을 초래하게 된다.

결국 이러한 누유량으로 인하여 밸브전환실(14c)의 압력이 매우 낮아지게 되면, 밸브(14)는 하강상태를 유지하지 못하고 상승할 수 있다.

이러한 현상을 방지하기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 하강유지용오리피스(6)를 형성한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤(P) 상승시에 밸브(14)가 상승한 경우에, 하강유지용 오리피스(6)는 밸브(14) 내경에 의하여 차단되어 실린더상실(14a)과 밸브전환실(14c)이 연통되지 못하도록 한다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이 피스톤(P) 하강을 위하여 밸브(14)가 하강한 경우, 실린더상실(11a)은 고압유로(1a)와 연통되어 고압이 적용되며, 도 7에 도시된 일정거리(M) 이상 밸브(14)가 하강하면, 비로소 하강유지용오리피스(6)에 의하여 밸브전환실(14d)과 실린더상실(11a)이 연통되어, 고압의 실린더상실(11a)로부터 밸브전환실(14c)로 유량이 공급된다.

이러한 실린더상실(11a)로부터 밸브전환실(14c)로의 유량공급을 통하여, 누유에 의해 밸브전환실(14c)로부터 빠져나가는 유량을 보충함으로써 밸브전환실(14c)의 압력강하를 방지하여, 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격하기 전에 밸브(14)가 상승되는 문제점을 해결할 수 있다.

상기, 하강유지용 오리피스(6)는, 피스톤의 대경부(P1) 윗면이 실린더전환실(14c)을 지나 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격하는 동안의 아주 짧은 시간 동안만 밸브전환실(14c)의 압력강하를 방지하기 위한 것으로, 그 단면 직경은 매우 작게 가공된다.

밸브전환실(14c)과 실린더전환실(11c)을 연통시키는 전환실유로(3)의 단면직경, 그리고 실린더전환실(11c)과 실린더저압실(11d) 사이에서 형성되는 단면직경은 하강유지용오리피스(6)보다 매우 크기 때문에, 피스톤(P)이 치즐(13)을 타격한 후 밸브전환실(14c)의 작동유가 실린더전환실(11c)과 실린더저압실(11d)을 거쳐 저압유로(4)로 배출되는 유량이, 하강유지용오리피스(6)을 통해 유입되는 유량보다 매우 많게 된다. 따라서, 하강유지용오리피스(6)를 통해 유입되는 유량에 의하여 밸브전환실(14c)이 고압을 지속적으로 유지하는 상황은 발생되지 않는다.

또한, 하강유지용오리피스(6)를 통하여 밸브전환실(14c)로 유입되는 유량은 누유에 의한 유량손실만큼만 보충해주는 것이기 때문에 매우 작은 양이다. 따라서 이로 인해 피스톤(P) 하강속도가 줄어들어 유압브레이커의 효율이 저하되는 상황은 발생되지 않는다.

도 9 및 도 10은 하강유지용오리피스(6)의 또 다른 실시예를 보여주고 있다. 도 5, 7, 8에서는 하강유지용오리피스(6)가 홈 또는 슬롯이 도시되어 있으나, 도 9 및 도 10에서는 실린더상실(11a)과 밸브전환실(14c)을 연통시키는 매우 작은 관통구멍인 하강유지용오리피스(6a)가 형성되어 있다. 그러나, 밸브전환실(14c)에 고압이 작용하여 밸브(14)가 일정거리 이상 하강시 실린더상실(11a)과 밸브전환실(14c) 을 연통시켜 실린더상실(11a)로부터 밸브전환실(14c)로 고압의 작동유를 공급하고, 일정거리만큼 상승시에는 실린더상실(11a)과 밸브전환실(14c)연통시키지 않는 것은 같은 기능을 하는 것이며, 따라서 홈, 슬롯, 관통구멍의 가공방법이나 모양만 다를 뿐 모두 하강유지용오리피스(6) 기능을 하는 것이다.

본 발명에서는 도 5, 도 7, 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브(14)에 누유배출용오리피스(5)가 형성되어 있다.

작동유의 온도가 80℃ 이상의 매우 고온상태에서, 실린더하실(11b)에 고압의 작동유가 공급되어 실린더하실(11b)의 압력이 상승하고, 이로 인해 피스톤(P)이 상사점을 향하여 상승하는 과정에서, 피스톤 하부대경부(P1)의 아랫면이 실린더전환실(11c)과 가까워질수록 실린더하실(11b)과 실린더전환실(11c) 사이의 내주면과 피스톤 하부대경부(P1) 사이에서 형성되는 습동면은 점점 짧아지게 된다. 이에 따라 피스톤 하부대경부(P1)와 실린더(11) 사이의 조립틈새를 통하여 실린더하실(11b)에서 실린더전환실(11c)로의 누유량이 증가된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 이 누유에 의하여 발생된 유량이 전환실유로(3)를 거쳐 밸브전환실(14c)로 유입된다 하더라도, 누유에 의한 유량은 누유배출용오리피스(5)를 통하여 밸브상실(14a)로 배출되고 이와 연통된 저압유로(4)로 배출되므로, 밸브전환실(14c)의 압력상승을 방지하여 밸브(14)가 조기상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 누유로 인한 타격력 저하 및 유압브레이커의 효율저하를 방지할 수 있다.

그리고 도 11은, 도 1에 나타낸 밸브의 양측에 고압유로가 형성됨을 도시한 개략도로, 밸브(14)는, 실린더하실(11b)을 통하여 서로 반대되는 위치에 고압유로(1a) 및 고압유로(1c)가 서로 연통되어 있어 항상 고압이 작용하도록 되어있다.

이로 인하여 밸브(14)가 하강하는 매우 짧은 순간 고압유로(1a)와 반대편의 고압유로(1c)를 통하여 고압의 작동유가 동시에 공급된다. 이에 따라, 밸브(14)는, 순간적으로 고압이 가해지더라도 편측으로 밀리지 않게 된다. 즉, 밸브(14)가 실린더(11) 또는 실린더부쉬(11e)와 금속간 접촉이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 4는, 본 발명에 따른 유압브레이커로서, 밸브전환실에 저압과 고압이 선택적으로 작용하여 밸브가 상승과 하강함에 따라 피스톤이 상승 및 하강운동을 하는 유압브레이커의 작동에 대해 도시한 도면.

도 5는, 도 1에 나타낸 밸브로, 누유배출용오리피스가 형성된 것을 도시한 도면.

도 6은, 도 1에 나타낸 실린더 부쉬로, 하강유지용오리피스가 형성됨을 도시한 도면.

도 7은, 도 1에 나타낸 밸브 상승시 도 5에 나타낸 밸브의 누유배출용오리피스를 통하여 밸브전환실로부터 저압유로로 작동유가 배출됨과 동시에 도 6에 나타낸 실린더 부쉬의 하강유지용오리피스를 통한 실린더 상실로부터 밸브전환실로의 작동유 공급이 차단됨을 도시한 도면.

도 8은, 도 6에 나타낸 하강유지용오리피스에 의하여 밸브의 조기 상승이 방지되는 경우를 도시한 도면.

도 9, 10은, 도 6, 7, 8에 나타낸 실린더부쉬의 하강방지용오리피스의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도 11은, 도 1에 나타낸 밸브에 서로 대칭되는 양측에 고압유로가 형성됨을 도시한 개략도.

도 12는, 종래기술에 따른 유압브레이커를 도시한 도면.

도 13은, 도 12에 나타낸 피스톤의 상사점 도달시 실린더 하실을 통과한 고 압 작동유가 밸브전환실에 작용됨을 도시한 도면.

도 14는, 도 12에 나타낸 밸브가 고압 작용시 면적차이(V₃<V₄)로 하강됨을 도시한 도면.

도 15는, 도 12에 나타낸 밸브가 하강하여 피스톤이 하강운동을 하여 치즐을 타격할 때 밸브전환실이 저압유로와 연동됨을 도시한 도면.

도 16은, 도 12에 나타낸 밸브를 도시한 도면.

도 17은, 도 12에 나타낸 실린더 부쉬 오리피스와 밸브 저압실 오리피스의 연통되어 실린더상실이 저압유로와 연통됨을 도시한 도면.

도 18은, 도 17에 나타낸 밸브와 실린더 부쉬의 습동시 밸브의 하강을 도시한 도면.

도 19는, 도 12에 나타낸 피스톤의 하부대경부의 윗면이 실린더저압실을 지나면 피스톤의 하부대경부와 실린더의 내주면이 이루는 습동면의 길이가 짧아짐을 도시한 도면.

도 20은, 도 12에 나타낸 밸브에 유입되는 고압유로가 일측에만 있는 경우를 설명하기 위한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

V1,V3: 밸브 고압 수압면 V2,V4: 밸브 전환 수압면

V5: 밸브 내경 수압면 P: 피스톤

1,1a: 고압유로 3: 전환실유로

4,9: 저압유로 11: 실린더

11a: 실린더상실 11b: 실린더하실

11c: 실린더전환실 11d: 실린더저압실

12: 프런트헤드(Frant Head) 13: 치즐(Chisel)

14: 밸브(Valve) 14a: 밸브상실

14b: 밸브하실 14c: 밸브전환실

14d: 밸브전환실오리피스(Orifice) 14e: 밸브저압실

14f: 밸브저압실오리피스 14g: 밸브고압오리피스

Claims (6)

1. 브레이커 몸체를 이루는 실린더(11)와, 실린더(11) 상부에 가스실(15)을 구비한 백헤드(10)와, 실린더(11)에 운동 가능하게 설치되는 피스톤(P)과, 피스톤(P)에 의해 타격되도록 실린더(11) 하부에 설치되는 치즐(13)과, 실린더하실(11b)과 실린더상실(11a)에 압유를 선택적으로 공급하여 피스톤(P)을 왕복운동시키기 위한 밸브(14)와, 상기 밸브(14)에 실린더하실(11b)이 고압유로에 연통되고, 실린더상실(11a)을 고압유로와 저압유로에 각각 연통시키는 밸브고압오리피스(14g) 및 밸브저압실오리피스(14f)를 포함하여 이루어지고, 상기 밸브(14)의 상승 및 하강으로 실린더상실(11a)이 저압유로와 고압유로에 선택적으로 연통되도록 하는 유압브레이커에 있어서,

   상기 밸브(14)에 고압과 저압이 선택적으로 작용하는 밸브전환실(14c)에 형성되는 밸브전환수압면(V2)과 상시 고압이 작용하는 밸브고압수압면(V1)을, 수압면적상 V1 < V2가 되도록 형성하고,

   상기 밸브전환실(14c)에 저압 및 고압이 선택적으로 작용하도록 구성하며, 밸브전환수압면(V2)에 저압이 형성되면 밸브(14)가 상승하도록 하고, 고압이 형성되면 밸브(14)가 하강하도록 하며,

   상기 밸브전환실(14c) 상부에는 상시 저압인 밸브상실(14a)을 형성하고, 밸브(14)의 승강시 저압 및 고압이 작용하도록, 실린더부쉬와 피스톤 사이에 형성되는 실린더상실(11a)을 밸브전환실(14c)의 하부에 형성하는 것을 특징으로 하는 유압브레이커.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브(14)에는, 밸브(14)가 일정 높이 이상 상승한 상태에서 밸브상실(14a)과 밸브전환실(14c)을 연통시키고, 일정높이 이상 상승하지 못한 상태에서는 밸브상실(14a)과 밸브전환실(14c)이 연통되지 않도록 하는 누유배출용오리피스(5)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압브레이커.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더부쉬(11e)에는, 밸브(14)가 일정거리 이상 하강한 상태에서 밸브전환실(14c)과 실린더상실(11a)을 연통시키고, 밸브(14)가 일정거리만큼 상승시 밸브전환실(14c)과 실린더상실(11a)을 연통시키지 않도록 하는 하강유지용오리피스(6)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압브레이커.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더(11)에는, 피스톤(P) 하강운동을 위하여 밸브(14)가 하강하였을 때, 실린더상실(11a)로 유입되는 고압의 작동유에 의하여 밸브(14)가 편측으로 밀리지 않도록, 고압유로에서 실린더상실(11a)로 유입되는 유로(1,1a)를 서로 대칭되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유압브레이커.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 누유배출용오리피스(5)는, 홈 또는 슬롯 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유압브레이커.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 하강유지용오리피스(6)는, 홈, 슬롯 또는 관통구멍 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유압브레이커.

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