KR101384752B1

KR101384752B1 - 유압 해머 장치

Info

Publication number: KR101384752B1
Application number: KR1020120130046A
Authority: KR
Inventors: 이일재
Original assignee: 이일재
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-04-14

Abstract

본 발명은 유압 해머 장치에 관한 것이다.
본 발명의 유압 해머 장치는, 밸브신호챔버와 저압챔버를 구비한 실린더와, 실린더 내에서 왕복 타격 운동을 하며, 양측에 상단부와 하단부가 각각 형성되어 있고, 상단부및 하단부에 비해 직경이 크며 상단부와 하단부 사이에 형성되어 있는 대경부를 구비한 피스톤과, 상기 피스톤의 왕복운동을 제어하기 위한 밸브와, 파쇄물을 파쇄하기 위한 치즐로 구성된 유압 해머 장치에 있어서, 상기 대경부에는 일측은 밸브신호챔버에 연통되고, 타측은 저압챔버에 연통되는 슬롯홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 피스톤과 실린더의 미끄럼 접촉 면적이 최대화되어 피스톤의 지지력이 증대되어 이물질 또는 작업 발생하는 진동과 횡력에 의한 실린더와 피스톤의 긁힘을 최소화할 수 있게 되고, 피스톤의 슬릿홈을 제외한 피스톤 외주면에 실린더 내면과 접촉면적이 크게 증대되어 불필요한 누설 유량이 적어져 작업 효율이 증대되며, 아울러, 밸브 제어용 누설 유량이 적어짐에 따라 밸브의 이동 시점을 정확하게 제어하여 시스템의 이상 작동을 방지할 수 있게 된다.

Description

유압 해머 장치{Hydraulic hammer}

본 발명은 유압 브레이커나 유압 착압기 등과 같은 유압 해머 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더와 피스톤의 미끄럼 접촉 면적을 최대화하여 피스톤의 지지력을 증대시킴으로써 이물질 또는 작업시 발생하는 진동과 횡력에 의한 실린더와 피스톤의 긁힘을 최소화할 수 있도록 한, 유압 해머 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유압 브레이커는 실린더 내부에서 왕복운동하는 피스톤에 의해 생성된 피스톤의 운동에너지가 치즐 타격 시 충격에너지로 변환되고, 이 충격에너지를 치즐 단부에 접촉된 피파쇄물에 전달시켜 피파쇄물을 파쇄한다.

도 1은 종래의 유압 브레이커의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 펌프(Pump)에서 토출된 작동유가 펌프와 실린더 하실(140)을 연통하는 제2유로(102)를 통하여 실린더 하실(140)에 공급되면, 실린더 하실(140)의 압력이 상승되어 피스톤(180)의 상승행정이 시작된다. 이때, 밸브상실(VA1)은 펌프로부터 공급된 고압의 작동유에 의해 고압이 형성되고, 밸브전환실(VA2)은 제7유로(107)에 의해 작동유 탱크(Tank)와 연결된 실린더 저압실(160)과 연통되어 저압이 형성됨에 따라 주밸브(100)의 위치는 VP1이 된다.

따라서, 실린더 상실(170)의 작동유는 제3유로(103)가 탱크와 연결된 제5유로(105)와 연통되어 저압이 유지된다.

이후, 피스톤(180)이 계속 상승하여 피스톤 하부 대단경(PL)의 하면이 실린더 전환실(150)에 이르면, 펌프와 연결된 실린더 하실(140)이 실린더 전환실(150)을 거쳐 제7유로(107)를 통해 밸브전환실(VA2)과 연통되고 밸브전환실(VA2)은 밸브상실(VA1)과 같은 고압이 형성된다. 이때, 밸브전환실(VA2)의 수압 면적이 밸브상실(VA1)보다 크므로 주밸브(100)가 전환되어 주밸브(100)의 위치는 VP2가 되므로 제1유로(101)와 제3유로(103)가 연통되고, 실린더 상실(170)에 실린더 하실(140)과 같은 고압이 형성된다. 이때, 피스톤 상부 대단경(PU)의 상면이 피스톤 하부 대단경(PL)의 하면보다 수압면적이 크기 때문에 피스톤(180)에 작용하는 상향력보다 하향력이 크게 되어 피스톤(180)의 상승행정이 중지되고 하강행정이 시작된다.

피스톤(180)이 하강행정을 시작하여 치즐(110)과 접촉하기 직전까지 피스톤(180)에 작용하는 압력에너지는 운동에너지로 변환되고 피스톤(180)과 치즐(110)이 접촉하는 순간 피스톤(180)의 운동에너지는 충격에너지, 즉 타격력으로 변환되어 치즐(110)을 거쳐 피파쇄물에 전달된다. 이때, 피스톤 하부 대단경(PL)의 상면이 실린더 전환실(150)을 지나게 되면 밸브전환실(VA2)이 제7유로(107)에 의해 탱크와 연결된 실린더 저압실(160)과 연통되어 압력이 하강하여 주밸브(100)의 위치는 VP1으로 복귀하고 제3유로(103)가 탱크와 연결된 제5유로(105)와 연통되어 실린더상실(170)의 압력이 하강하기 때문에 피스톤(180)에 작용하는 상향력이 하향력보다 크게 되어 다시 피스톤(180)은 상승한다. 미설명된 부호 (120)은 치즐핀이고, (130)은 치즐핀 조립홈이며, (190)은 벡헤드이다.

유압 브레이커는 이와 같은 원리에 의해 상승 및 하강행정을 반복하면서 충격에너지를 타격물에 전달하여 피파쇄물을 파쇄시킨다.

그런데, 이러한 브레이커는 치즐(110)의 파쇄동작에 따른 극심한 진동을 유발하는 관계로, 피스톤(40)의 외면은 극심한 진동 등에 의해 쉽게 유막이 파괴되고 마모가 발생하게 되며, 이에 따라 피스톤의 유지 보수 비용이 증가하게 된다.

그 이유는 하부 대단경과 상부 대단경 사이의 중단경이 실린더 내경보다 작아 서로 지지하지 못하는 구조로 인한 것이며, 피스톤의 왕복 운동 중 횡하중에 의한 지지력이 부족해 긁힘이 발생하게 된다.

이처럼 실린더와 피스톤의 접촉 면적이 작아 누설 유량이 많아지게 되고, 이로 인해 작업 효율성 저화와 밸브의 이상 작동을 일으키게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 실린더의 접촉 면적을 늘리기 위해 피스톤의 길이를 연정하게 되면, 상대물인 실린더와 브라켓의 길이와 무게가 증가하여 제작 비용이 상승하게 되고, 작업 장치의 무게중심이 앞으로 이동하여 안정도가 낮아지게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 기술로, "유압브레이커용 로드씰구조"(한국 등록특허공보 제10-0993570호, 특허문헌 1)에는 로드씰을 피스톤과 실린더 사이에 설치하는 한편, 로드씰의 형상을 한정함으로써 로드씰의 기밀성을 높이고 마찰을 감소시키도록 하였다.

또, 기존에는 열처리 및 조도, 정밀가공 및 조립 틈새, 작동 메커니즘을 활용하여 이러한 마찰을 감소시키려 노력하였으나, 이러한 방식들은 근본적인 대책이 되지 못하고, 부가적인 구성요소들의 추가에 따라 장치가 복잡해지고 가격이 비싸지는 미봉책에 불과했다.

KR 10-0993570 (2010.1104)

본 발명의 유압 해머 장치는 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 피스톤을 상부 대단경과 하부 대단경과 같은 두 개의 대단경으로 나누어 구성하지 않고, 하나의 대단경으로 구성하거나, 두 대단경 사이의 거리를 최소화하는 한편, 실린더 내벽면에 형성되어 있는 밸브신호챔버에 연통되고, 타측은 저압챔버와 연통되는 슬릿홈을 피스톤의 외주면에 형성함으로써 피스톤과 실린더 사이의 미끄럼 접촉 면적을 증대시켜 실린더와 피스톤의 긁힘을 방지하려는 것이다.

아울러, 피스톤의 슬릿홈을 제외한 피스톤 외주면에 실린더 내면과 접촉면적이 크게 증대되어 불필요한 누설 유량이 적어져 작업 효율을 증대시키려는 것이다.

또한, 슬릿홈을 형성함에 따라 밸브의 이동 시점을 정확하게 제어하여 시스템의 이상 작동을 방지할 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 유압 해머 장치는 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 밸브신호챔버와 저압챔버를 구비한 실린더와, 실린더 내에서 왕복 타격 운동을 하며, 양측에 상단부와 하단부가 각각 형성되어 있고, 상단부및 하단부에 비해 직경이 크며 상단부와 하단부 사이에 형성되어 있는 대경부를 구비한 피스톤과, 상기 피스톤의 왕복운동을 제어하기 위한 밸브와, 파쇄물을 파쇄하기 위한 치즐로 구성된 유압 해머 장치에 있어서, 상기 대경부에는 일측은 밸브신호챔버에 연통되고, 타측은 저압챔버에 연통되는 슬롯홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 대경부는, 상기 하단부와 연결되어 있는 1차대경부와; 상기 상단부와 연결되어 있는 2차대경부와; 상기 1차대경부와 2차대경부 사이에 1차대경부 및 2차대경부보다 외경이 작으며, 길이가 상기 밸브신호챔버와 저압챔버 사이의 길이보다 작은 중단부;로 이루어져 있으며, 상기 슬롯홈은 일측이 2차대경부에 형성되어 있고, 타측은 중단부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 상기 대경부에는 원주 방향의 라비린스 홈이 다수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1차대경부와 2차대경부에 라비린스 홈이 다수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 슬롯홈은 대경부의 외주면에 다수 개가 형성되어 있되, 대경부 중심을 기준으로 등각 분할되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 피스톤과 실린더의 미끄럼 접촉 면적이 최대화되어 피스톤의 지지력이 증대되어 이물질 또는 작업 발생하는 진동과 횡력에 의한 실린더와 피스톤의 긁힘을 최소화할 수 있게 된다.

또, 피스톤의 슬릿홈을 제외한 피스톤 외주면에 실린더 내면과 접촉면적이 크게 증대되어 불필요한 누설 유량이 적어져 작업 효율이 증대된다.

아울러, 밸브 제어용 누설 유량이 적어짐에 따라 밸브의 이동 시점을 정확하게 제어하여 시스템의 이상 작동을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 브레이커를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 유압 해머 장치의 일 실시예를 나타낸 개략도.
도 3 및 도 4는 도 2의 유압 해머 장치의 작동 상태를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 유압 해머 장치의 또다른 실시예를 나타낸 개략도.

본 발명의 유압 해머 장치는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 밸브신호챔버(13)와 저압챔버(12)를 구비한 실린더(10)와, 실린더(10) 내에서 왕복 타격 운동을 하며, 양측에 상단부(22)와 하단부(21)가 각각 형성되어 있고, 상단부(22)및 하단부(21)에 비해 직경이 크며 상단부(22)와 하단부(21) 사이에 형성되어 있는 대경부(23)를 구비한 피스톤(20)과, 상기 피스톤(20)의 왕복운동을 제어하기 위한 밸브(30)와, 파쇄물을 파쇄하기 위한 치즐(80)로 구성된 유압 해머 장치에 있어서,

상기 대경부(23)에는 일측은 밸브신호챔버(13)에 연통되고, 타측은 저압챔버(12)에 연통되는 슬롯홈(25)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

도면을 보면, 슬롯홈(25)은 대경부(23)의 외주면을 따라 다수 개가 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.

이때, 다수 개의 슬롯홈(25)은 대경부(23) 중심을 기준으로 등각 분할되도록 배치되어 균형을 유지할 수 있도록 함이 바람직하다.

또, 대경부(23)에는 도시된 바와 같이 원주 방향의 라비린스홈(28)이 다수 개 형성됨이 바람직하다.

이처럼, 본 발명에서는 종래의 피스톤과 달리 두 개의 대경부를 하나로 통합하거나, 두 대경부 사이의 거리를 최소화하는 한편, 대경부(23) 또는 중단부(24)에 다수 개의 슬롯홈(25)이 형성됨에 따라 전체적인 대경부(23)의 표면적이 증가하게 되고, 이에 의해 동일한 피스톤(20) 크기를 기준으로 피스톤(20)과 실린더(10)의 미끄럼 접촉 면적이 증대되는 것이다.

이에 따라 피스톤(20)의 지지력이 증대되게 되고, 이물질이나 작업 중 발생하는 진동과 횡력에 의해 실린더(10)와 피스톤(20)이 긁히는 현상을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 피스톤(20)의 슬릿홈을 제외한 피스톤(20) 외주면에 실린더(10) 내면과 접촉면적이 크게 증대됨에 따라 불필요한 누설 유량이 적어져 작업 효율이 증대된다.

아울러, 밸브 제어용 누설 유량이 적어짐에 따라 밸브(30)의 이동 시점을 정확하게 제어하여 시스템의 이상 작동을 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2에는 브레이커의 일 실시예가 도시되어 있다.

상기 도면에서 작동유가 인입되는 라인은 미도시된 펌프와 연결되고, 작동유가 배출되는 라인은 작동유탱크와 연결된다.

펌프(Pump)에서 토출된 작동유가 펌프와 고압챔버(14)를 연통하는 제3고압유로(42)를 통하여 고압챔버(14)에 공급되면, 고압챔버(14)의 압력이 상승되어 피스톤(20)의 상승행정이 시작된다.

이때, 밸브상실(31)은 펌프로부터 공급된 고압의 작동유가 제1고압유로(40)에 의해 공급되어 고압이 형성되고, 밸브전환실(32)은 밸브전환유로(70)에 의해 작동유 탱크(Tank)와 제2저압유로(51)에 의해 연결된 저압챔버(12)와 연통되어 저압이 형성됨에 따라 밸브(30)의 위치는 도면과 같이 된다.

따라서, 피스톤상부챔버(11)의 작동유는 피스톤전환유로(60)가 탱크와 연결된 제1저압유로(50)와 연통되어 저압이 유지된다.

이후, 피스톤(20)이 계속 상승하여 피스톤하단수압면(26)이 도 3에 도시된 바와 같이 밸브신호챔버(13)에 이르면, 펌프와 제3고압유로(42)에 의해 연결된 고압챔버(14)가 밸브신호챔버(13)를 거쳐 밸브전환유로(70)를 통해 밸브전환실(32)과 연통되고, 밸브전환실(32)은 밸브상실(31)과 같은 고압이 형성된다.

이때, 밸브하단수압면(34)은 밸브상단수압면(33)보다 크기 때문에 밸브(30)가 전환되어 밸브(30)의 위치가 도 3과 같이 변경된다.

이에 따라 제2고압유로(41)와 피스톤전환유로(60)가 연통되고, 피스톤상부챔버(11)에 고압챔버(14)와 같은 고압이 형성된다.

이때, 피스톤상단수압면(27)이 피스톤하단수압면(26)보다 크기 때문에 피스톤(20)에 작용하는 상향력보다 하향력이 크게 되어 피스톤(20)의 상승 행정이 중지되고, 하강 행정이 시작하게 된다.

피스톤(20)이 하강행정을 시작하여 치즐(80)과 접촉하기 직전까지 피스톤(20)에 작용하는 압력에너지는 운동에너지로 변환되고 피스톤(20)과 치즐(80)이 접촉하는 순간 피스톤(20)의 운동에너지는 충격에너지, 즉 타격력으로 변환되어 치즐(80)을 거쳐 피파쇄물에 전달된다.

이때, 슬롯홈(25) 하부가 밸브신호챔버(13)를 지나게 되면 밸브전환실(32)이 밸브전환유로(70)에 의해 탱크와 연결된 저압챔버(12)와 연결되어 압력이 하강하여 밸브(30)의 위치는 도 2와 같이 복귀하고, 피스톤전환유로(60)가 탱크와 연결된 제1저압유로(50)와 연통되어 피스톤상부챔버(11)의 압력이 하강하기 때문에 피스톤(20)에 작용하는 상향력이 하향력보다 크게 되어 다시 피스톤(20)은 상승하게 된다.

치즐(80)이 파쇄물을 파쇄할 때는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 치즐핀(81)이 홈에 걸릴 정도까지 전진하게 되는데, 이때 밸브의 원활한 작동을 위하여 밸브전환실(32)은 저압과 연통할 수 있어야 한다.

이에 따라 도시된 바와 같이 상기 슬롯홈(25)에는 대경부(23)가 하향 이동하여 대경부(23) 하단이 고압챔버(14) 하단까지 이른 상태에서 슬롯홈(25)이 밸브신호챔버(13) 및 저압챔버(12)와 연통된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위해 도시된 바와 같이 상방향으로 폐쇄방지확장부(25a)가 형성되도록 함이 바람직하다.

한편, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 상기 대경부(23)를 구성함에 있어서, 종래와 같이 하단부(21)와 연결되어 있는 1차대경부(23a)와; 상단부(22)와 연결되어 있는 2차대경부(23b)와; 상기 1차대경부(23a)와 2차대경부(23b) 사이에 1차대경부(23a) 및 2차대경부(23b)보다 외경이 작은 중단부(24)를 형성할 수 있다.

이때, 중단부(24)는 그 길이가 종래에 비해 최소화되어 피스톤(20)과 실린더(10)의 미끄럼 접촉 면적을 최소화함이 바람직하다.

아울러, 중단부(24)의 최대 길이는 밸브신호챔버(13)와 저압챔버(12) 사이의 길이가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이에 따라 상기 슬롯홈(25)은 도시된 바와 같이 일측이 2차대경부(23b)에 형성되어 있고, 타측은 중단부(24)와 연통되어 중단부(24)와 일체로 이루어지게 된다.

아울러, 대경부(23)를 1차대경부(23a), 2차대경부(23b)로 나뉘어 형성될 때도 1차대경부(23a) 및 2차대경부(23b)에 라비린스홈(28)이 다수 개 형성되는 것이 바람직하다.

도면에서 미설명된 부호 15는 가스챔버이다.

본 발명의 유압 해머 장치는 브레이커, 유압 착압기 뿐만 아니라, 실린더(10)와 실린더(10) 내에서 왕복 이동하는 피스톤(20)과, 피스톤(20)의 이동을 제어하기 위해 설치되는 밸브(30)로 구성되며, 실린더(10) 내벽면에 밸브(30) 및 저압 라인과 연결되는 밸브신호챔버(13)와 저압챔버(12)를 구비하는 다양한 유압 장치에 적용되어 피스톤(20)과 실린더(10)의 미끄럼 접촉 면적을 증가시키는데 적용될 수 있다 할 것이다.

10 : 실린더 11 : 피스톤상부챔버
12 : 저압챔버 13 : 밸브신호챔버
14 : 고압챔버 15 : 가스챔버
20 : 피스톤 21 : 하단부
22 : 상단부 23 : 대경부
23a : 1차대경부 23b : 2차대경부
24 : 중단부 25 : 슬롯홈
25a : 폐쇄방지확장부 26 : 피스톤하단수압면
27 : 피스톤상단수압면 28 : 라비린스홈
30 : 밸브 31 : 밸브상실
32 : 밸브전환실 33 : 밸브상단수압면
34 : 밸브하단수압면 40 : 제1고압유로
41 : 제2고압유로 42 : 제3고압유로
50 : 제1저압유로 51 : 제2저압유로
60 : 피스톤전환유로 70 : 밸브전환유로
80 : 치즐 81 : 치즐핀

Claims

밸브신호챔버(13)와 저압챔버(12)를 구비한 실린더(10)와, 실린더(10) 내에서 왕복 타격 운동을 하며, 양측에 상단부(22)와 하단부(21)가 각각 형성되어 있고, 상단부(22)및 하단부(21)에 비해 직경이 크며 상단부(22)와 하단부(21) 사이에 형성되어 있는 대경부(23)를 구비한 피스톤(20)과, 상기 피스톤(20)의 왕복운동을 제어하기 위한 밸브(30)와, 파쇄물을 파쇄하기 위한 치즐(80)로 구성된 유압 해머 장치에 있어서,
상기 대경부(23)에는 일측은 밸브신호챔버(13)에 연통되고, 타측은 저압챔버(12)에 연통되는 슬롯홈(25)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
유압 해머 장치.
제 1항에 있어서,
상기 대경부(23)는,
상기 하단부(21)와 연결되어 있는 1차대경부(23a)와;
상기 상단부(22)와 연결되어 있는 2차대경부(23b)와;
상기 1차대경부(23a)와 2차대경부(23b) 사이에 1차대경부(23a) 및 2차대경부(23b)보다 외경이 작으며, 길이가 상기 밸브신호챔버(13)와 저압챔버(12) 사이의 길이보다 작은 중단부(24);로 이루어져 있으며,
상기 슬롯홈(25)은 일측이 2차대경부(23b)에 형성되어 있고, 타측은 중단부(24)로 이루어진 것을 특징으로 하는,
유압 해머 장치.
제 1항에 있어서,
상기 대경부(23)에는 원주 방향의 라비린스홈(28)이 다수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
유압 해머 장치.
제 2항에 있어서,
상기 1차대경부(23a)와 2차대경부(23b)에 라비린스홈(28)이 다수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
유압 해머 장치.
제 1항에 있어서,
상기 슬롯홈(25)은 대경부(23)의 외주면에 다수 개가 형성되어 있되, 대경부(23) 중심을 기준으로 등각 분할되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
유압 해머 장치.