KR101506744B1 - 건설기계의 재생밸브 조립체 - Google Patents

건설기계의 재생밸브 조립체 Download PDF

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    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits

Abstract

본 발명에 따른 건설기계의 재생밸브 조립체는 스풀(21)이 이동가능하게 설치되며, 상기 스풀(21)의 하부에 탱크 통로(22)가 형성되고, 상기 스풀(21)의 상부에 공급 유로(23)가 형성되며, 실린더(10)의 제 1 챔버(11)와 연통되고 상기 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)의 일측과 선택적으로 연통되는 제 1 포트(24)가 형성되고, 상기 실린더(10)의 제 2 챔버(12)와 연통되며 상기 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)의 타측과 선택적으로 연통되는 제 2 포트(25)가 형성된 밸브 본체(20); 상기 스풀(21)의 상부에 위치하고 상기 공급 유로(23)의 타측과 연통되도록 상기 밸브 본체(20)에 형성된 재생 유로(30); 및 상기 재생 유로(30)와 상기 탱크 통로(22)를 연결하도록 상기 밸브 본체(20)의 내부에 형성된 오리피스 유로(40)를 포함하며, 상기 스풀(21)이 상기 제 1 포트(24)와 상기 공급 유로(23)가 연통되는 위치로 변환되면, 상기 제 2 포트(25)는 상기 재생 유로(30)와 연통되어, 상기 제 2 포트(25)를 통해 상기 밸브 본체(20)로 유입된 작동유가 상기 재생 유로(30)와 상기 공급 유로(23)를 통해 상기 제 1 포트(24)로 공급됨과 아울러 상기 재생 유로(30)로 유입된 작동유의 일부는 상기 오리피스 유로(40)를 통해 상기 탱크 통로(22)로 배출된다.
재생밸브, 누유, 부품수, 조립성, 생산성

Description

건설기계의 재생밸브 조립체{HYDRAULIC OIL REGENERATION VALVE ASSEMBLY FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 굴삭기 등과 같은 건설기계에 관한 것으로서, 특히 붐 실린더나 암 실린더와 같이 작업기의 자중에 의해 고압이 형성되는 작동유를 재생하기 위한 건설기계의 재생밸브 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 굴삭기와 같은 건설기계의 작업기는 붐과 아암 및 버켓으로 구성된다. 상기 붐과 아암 및 버켓은 유압 실린더에 의해 구동되어 굴착 작업과 같은 작업을 수행한다.
상기 붐은 상부 선회체에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되고, 상기 아암은 상기 붐에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되며, 상기 버켓은 상기 아암에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치된다. 따라서, 상기 붐을 구동시키기 위한 붐 실린더는 상기 붐 자체의 자중 뿐만 아니라 상기 아암 및 버켓의 하중을 지지해야 한다.
따라서, 상기 붐 실린더가 신장되어 상기 붐을 상승시에 가장 많은 에너지가 소비된다. 반면, 상기 붐을 하강시에는 붐과 아암 및 버켓의 하중이 상기 붐 실린 더의 상승챔버의 압력을 매우 높게 상승시킨다. 이와 같이 상승챔버에 높게 형성된 압력은 붐의 급강하를 방지하기 위한 오리피스 등을 통과하면서 열 에너지 등으로 손실된다.
이와 같은 점을 고려하여, 최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 붐 하강시 붐 실린더의 상승챔버에 형성되는 고압을 재이용하여 동력의 손실을 최소화하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 일 예가 붐 하강시에 붐 실린더의 상승챔버의 작동유를 붐 실린더의 하강챔버에 공급하는 유량 재생 방법이다. 이와 같은 유량 재생 방법은 고압의 상승챔버의 작동유를 하강챔버에 공급함으로써 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량이 줄어들어 동력 손실을 줄인다. 이와 같은 유량 재생 방법은 암 실린더에도 동일하게 적용될 수 있으며, 재생밸브 조립체의 의해 구현되는 것이 일반적이다. 재생밸브 조립체의 일예가 일본공개특허 제2001-221351호에 개시된다.
도 1을 참조하면, 상기 일본공개특허에 개시된 재생밸브 조립체는 고압이 형성된 챔버로부터 배출되는 작동유의 일부를 오리피스(13)와, 홈부바닥(24) 및 유통로(25)를 통해 탱크 통로(3)로 배출시킨다. 그리고, 고압의 챔버로부터 배출되는 작동유의 나머지 일부는 체크밸브(11)를 통해 저압의 챔버로 공급되고, 이에 의해 고압의 챔버의 작동유가 재생된다.
그러나 전술한 바와 같은 재생밸브 조립체는 체크밸브(11)가 밸브 본체(1)의 하면에 설치되기 때문에 체크밸브(11)에 고장이 발생하는 경우, 재생밸브 조립체를 건설기계로부터 탈거한 후에 체크밸브(11)를 교환해야 한다. 따라서, 정비에 상당히 오랜 시간이 걸릴 뿐만 아니라 많은 공수가 투입되어야 하는 단점이 있다.
또한, 고압의 챔버로부터 배출되는 작동유의 유로를 좁여 유량을 줄이기 위한 오리피스(13)가 오리피스 유로가 형성된 볼트를 장착 구멍에 설치해야 하는 구조로 되어 있다. 따라서, 오리피스용 볼트라는 추가 부품이 사용되어야 하고 이로 인해 제조원가가 상승할 뿐만 아니라 밸브 조립체의 조립공정이 복잡해지는 단점이 있다.
또한, 오리피스(13)를 통과한 작동유는 홈부바닥(24)과 유통로(25)를 통해 탱크 통로(3)로 배출되나, 홈부바닥(24)은 밸브 본체(1)의 외면에 형성되어 인접하는 밸브 블록과 기밀링을 통해 기밀을 유지해야 완전한 유로가 형성될 수 있다. 따라서, 기밀링 등이 경화되거나 조립의 오차로 인해 누유가 발생할 가능성이 높을 뿐만 아니라 기밀링이 필수적으로 이용되어야 하기 때문에 조립공정이 복잡해지고 제조원가가 상승되는 단점이 있다.
한편, 홈부바닥(24)과 탱크 통로(3)를 연통시키는 유통로(25)가 스풀의 배치방향으로 형성되어 있기 때문에 가공이 어렵고 이로 인해 제조원가가 상승할 뿐만 아니라 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 부품수를 줄일 수 있고 제조 공정을 간소화하여 제조 원가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 정비성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 재생밸브 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 재생밸브 조립체는 스풀(21)이 이동가능하게 설치되며, 상기 스풀(21)의 하부에 탱크 통로(22)가 형성되고, 상기 스풀(21)의 상부에 공급 유로(23)가 형성되며, 실린더(10)의 제 1 챔버(11)와 연통되고 상기 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)의 일측과 선택적으로 연통되는 제 1 포트(24)가 형성되고, 상기 실린더(10)의 제 2 챔버(12)와 연통되며 상기 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)의 타측과 선택적으로 연통되는 제 2 포트(25)가 형성된 밸브 본체(20); 상기 스풀(21)의 상부에 위치하고 상기 공급 유로(23)의 타측과 연통되도록 상기 밸브 본체(20)에 형성된 재생 유로(30); 및 상기 재생 유로(30)와 상기 탱크 통로(22)를 연결하도록 상기 밸브 본체(20)의 내부에 형성된 오리피스 유로(40)를 포함하며, 상기 스풀(21)이 상기 제 1 포트(24)와 상기 공급 유로(23)가 연통되는 위치로 변환되면, 상기 제 2 포트(25)는 상기 재생 유로(30)와 연통되어, 상기 제 2 포트(25)를 통해 상기 밸브 본체(20)로 유입된 작동유가 상기 재생 유로(30)와 상기 공급 유로(23)를 통해 상기 제 1 포트(24)로 공급됨과 아울러 상기 재생 유로(30) 로 유입된 작동유의 일부는 상기 오리피스 유로(40)를 통해 상기 탱크 통로(22)로 배출된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 탱크 통로(22)는 상기 스풀(21)의 길이 방향으로 형성되며, 상기 오리피스 유로(40)는 상기 밸브 본체(20)의 하면으로부터 상기 탱크 통로(22)를 통해 상기 재생 유로(30)까지 홀 가공되어 형성된다.
한편, 상기 재생밸브 조립체는 상기 밸브 본체(20)의 상면으로부터 상기 재생 유로(30)까지 형성된 장착 구멍(51)에 상기 밸브 본체(20)의 상면으로부터 삽입되어 상기 재생 유로(30)에 설치된 체크밸브(50)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 오리피스 유로가 재생 유로와 탱크 통로를 직접 연결하기 때문에 기존에 홈부바닥과 유통로를 생략할 수 있고, 이로 인해 가공 공정을 생략할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 밸브 본체 내부에 오리피스 유로가 형성됨으로써, 인접하는 밸브 조립체와의 기밀을 위한 기밀링 등을 생략할 수 있고, 이로 인해 부품수를 줄일 수 있고 조립공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 작동유가 누유되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
특히, 상기 오리피스 유로를 스풀의 하부에 스풀의 길이방향으로 형성된 탱크 통로를 통해 밸브 본체의 하면으로부터 홀 가공하여 형성함으로써 오리피스 유로의 가공을 용이하게 할 수 있어 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
반면, 재생유로에 설치되는 체크 밸브를 밸브 본체의 상면으로부터 가공된 장착 구멍에 장착함으로써, 체크 밸브에 고장이 발생하는 경우 밸브 조립체를 탈거하지 않고도 체크 밸브를 교환 및 정비할 수 있어 정비성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 재생밸브 조립체에 대하여 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 재생밸브 조립체는 밸브 본체(20)와, 재생 유로(30)와, 오리피스 유로(40)와, 체크밸브(50)를 포함한다.
상기 밸브 본체(20)의 상면에는 실린더(10)의 제 1 챔버(11)에 연통되는 제 1 포트(24)와, 실린더(10)의 제 2 챔버(12)에 연통되는 제 2 포트(25)가 형성된다. 또한, 상기 밸브 본체(20)에는 상기 제 1 및 제 2 포트(24)(25)를 따라 유동하는 작동유의 흐름 방향 및 유량 등을 조절하기 위한 스풀(21)이 좌우 방향으로 설치된다. 상기 스풀(21)의 하부에는 작동유를 드레인 탱크로 배출하기 위한 탱크 통로(22)가 스풀(21)의 길이 방향으로 형성되며, 상기 스풀(21)의 상부에는 작동유를 상기 제 1 및 제 2 포트(24)(25)에 공급하기 위한 공급 유로(23)가 형성된다.
이와 같은 구조에 의해 상기 스풀(21)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동함으로써, 상기 제 1 및 제 2 포트(24)(25) 중 어느 하나는 상기 탱크 통로(22)에 연통되고, 다른 어느 하나는 상기 공급 유로(23)에 연통되게 된다.
한편, 상기 공급 유로(23)와 스풀(21)의 사이에는 패러랠 피더(26)가 형성되며, 상기 패러랠 피더(26)와 상기 공급 유로(23)의 사이에는 로드체크(27)가 설치 된다. 상기 공급 유로(23)의 하측에는 센터바이 패스 통로라고 불리는 중립 유로(28)가 형성된다. 상기 중립 유로(28)는 작업기를 구동시키지 않은 상태에서 펌프로부터 토출되는 작동유가 통과하는 유로로서, 상기 패러랠 피더(26)와 상호 연통되어 있다. 따라서, 상기 중립 유로(28)가 스풀(21)에 의해 차단되면, 펌프의 작동유는 상기 패러랠 피더(26)로 공급되게 되고 이로 인해 상기 패러랠 피더(26)의 압력이 상승하게 된다. 패러랠 피더(26)의 압력이 상승하면, 상기 로드체크(27)가 상방으로 변환되면서 도 4a 및 도 4b와 같이 상기 패러랠 피더(26)와 상기 공급 유로(23)가 연통된다.
상기 스풀(21)에는 제 1 환상홈부(21a)와 제 2 환상홈부(21b)가 형성된다. 상기 제 1 환상홈부(21a)는 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)와 상기 제 1 포트(24)를 선택적으로 연통시키는 기능을 하며, 상기 제 2 환상홈부(21b)는 스풀(21)의 위치에 따라 공급 유로(23)와 상기 제 2 포트(25)를 선택적으로 연통시키는 기능을 한다.
상기 재생 유로(30)는 상기 밸브 본체(20)의 우측에 배치되고 스풀(21)의 상부에 배치된다. 이와 같은 재생 유로(30)는 공급 유로(23)와 연결되어 상기 제 2 포트(25)를 통해 배출되는 작동유의 일부를 상기 공급 유로(23)를 통해 상기 제 1 포트(24)에 제공하는 기능을 한다. 이로 인해 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량을 줄일 수 있어 에너지를 절감할 수 있게 된다. 일 예로, 암 실린더(10)는 암이 하강시 암 및 버켓의 자중에 의해 로드챔버(12)에 고압이 형성되고 헤드챔버(11)에 저압이 형성된다. 따라서, 상기 로드챔버(12)로부터 배출되는 작동유의 유량이 급 작스럽게 증가하게 되는 반면, 상기 헤드챔버(11)에 공급되는 유량이 부족하게 된다. 이를 해결하기 위해 오리피스 유로(40)를 통해 상기 로드챔버(12)로부터 탱크 통로(22)로 배출되는 유량을 줄이고, 줄어든 작동유의 유량을 헤드챔버(11)로 공급하여 유량을 재생하게 된다. 이하, 상기 헤드챔버(11)는 제 1 챔버(11)라 하고, 로드챔버(12)는 제 2 챔버(12)라 한다.
본 실시예에서는 암 실린더(10)를 예시하였으나, 붐 실린더도 동일한 원리로 유량을 재생하게 되며, 본 발명의 사상은 붐 실린더에도 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 붐 실린더의 경우, 상기 제 1 챔버(11)가 로드챔버가 되고 상기 제 2 챔버(12)가 헤드챔버가 될 것이다.
상기 오리피스 유로(40)는, 전술한 바와 같이, 제 2 챔버(12)로부터 탱크 통로(22)로 배출되는 작동유의 유량을 줄여 제 1 챔버(11)로 공급하기 위한 것이다. 이와 같은 오리피스 유로(40)는 밸브 본체(20)의 내부에 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 오리피스 유로(40)는 밸브 본체(20)의 하면으로부터 탱크 통로(22)를 통해 홀을 가공하여 형성한다. 그리고 밸브 본체(20)의 하면에 형성된 가공홀(41)은 플러그(42)에 의해 외부와 차단된다. 이와 같이, 오리피스 유로(40)를 밸브 본체(20)의 내부에 직접 형성함으로써, 기존에 유로가 형성된 볼트를 장착구멍에 장착하는 방식과 비교하면, 제조 공정이 대폭 간소화될 뿐만 아니라 유로가 형성된 기존의 오리피스용 볼트를 생략할 수 있어 부품수를 줄일 수 있게 된다. 한편, 상기 오리피스 유로(40)를 직접 탱크 통로(22)와 연결함으로써, 기존에 홈부바닥이나 유통로의 가공을 생략할 수 있고 이로 인해 제조 공정이 더욱 간소화될 뿐만 아니 라 홈부바닥과 기밀을 유지하기 위한 기밀링과 같은 부재가 경화되거나 조립 오차로 인해 작동유가 누유되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.
상기 체크밸브(50)는 상기 공급 유로(23)의 작동유가 재생 유로(30)로 역류하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 체크밸브(50)는 상기 밸브 본체(20)의 상면으로부터 상기 재생 유로(30)까지 형성된 장착 구멍(51)에 상기 밸브 본체(20)의 상면으로부터 삽입되어 상기 재생 유로(30)에 설치된다. 이와 같이 체크밸브(50)가 밸브 본체(20)의 상면에 설치됨으로써, 밸브 조립체를 건설기계로부터 탈거하지 않고도 상기 체크밸브(50)를 정비 및 교환할 수 있어 정비성을 향상시킬 수 있다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 가지는 재생밸브 조립체가 작동유의 흐름 방향을 제어하는 동작에 대하여 설명한다.
도 4a는 제 2 챔버(12)에 작동유가 공급되도록 스풀(21)이 이동한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4a를 참조하면, 중립 유로(28)가 차단됨과 동시에 패러랠 피더(26)에는 고압이 형성되고, 이로 인해 로드체크(27)가 상방으로 변환된다. 이에 의해 패러랠 피더(26)를 통해 공급된 작동유는 공급 유로(23)와 제 2 환상홈부(21b)와 제 2 포트(25)를 순차적으로 통과하여 실린더(10)의 제 2 챔버(12)에 공급된다. 반면, 제 1 챔버(11)의 작동유는 제 1 포트(24)와, 제 1 환상홈부(21a) 및 탱크 통로(22)를 순차적으로 통과하여 드레인된다.
도 4b는 제 1 챔버(11)에 작동유가 공급되도록 스풀(21)이 이동한 상태를 개략적으로 나타낸 것으로서, 이와 같은 상태에서 유량 재생이 발생한다.
도 4b를 참조하면, 패러랠 피더(26)를 통해 공급된 작동유는 공급 유로(23) 와 제 1 환상홈부(21a) 및 제 1 포트(24)를 순차적으로 통과하여 제 1 챔버(11)에 공급된다. 반면, 제 2 챔버(12)이 작동유는 제 2 포트(25)와 제 2 환상홈부(21b)를 통해 유동하며, 상기 제 2 환상홈부(21b)를 통과한 작동유의 일부는 오리피스 유로(40)를 통해 탱크 통로(22)로 드레인된다. 또한, 상기 제 2 환상홈부(21b)를 통과한 작동유의 나머지 일부는 재생 유로(30)를 통해 유동하면서 상기 체크밸브(50)를 상부로 변환시켜 공급 유로(23)로 공급된다. 공급 유로(23)로 공급된 재생 작동유는 제 1 환상홈부(21a)와 제 1 포트(24)를 통해 상기 제 1 챔버(11)로 공급된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 종래의 재생밸브 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재생밸브 조립체를 개략적으로 나타낸 평면도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절개한 단면도,
도 4a 및 도 4b는 도 2의 재생밸브 조립체에 의해 작동유의 흐름 방향이 제어되는 것을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10; 실린더 11; 제 1 챔버
12; 제 2 챔버 20; 밸브 본체
21; 스풀 22; 탱크 통로
23; 공급 유로 24, 25; 제 1 및 제 2 포트
30; 재생 유로 40; 오리피스 유로
50; 체크 밸브

Claims (3)

  1. 스풀(21)이 이동가능하게 설치되며, 상기 스풀(21)의 하부에 탱크 통로(22)가 형성되고, 상기 스풀(21)의 상부에 공급 유로(23)가 형성되며, 실린더(10)의 제 1 챔버(11)와 연통되고 상기 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)의 일측과 선택적으로 연통되는 제 1 포트(24)가 형성되고, 상기 실린더(10)의 제 2 챔버(12)와 연통되며 상기 스풀(21)의 위치에 따라 상기 공급 유로(23)의 타측과 선택적으로 연통되는 제 2 포트(25)가 형성된 밸브 본체(20);
    상기 스풀(21)의 상부에 위치하고 상기 공급 유로(23)의 타측과 연통되도록 상기 밸브 본체(20)에 형성된 재생 유로(30); 및
    상기 밸브 본체(20)의 내부에 형성되어 상기 재생 유로(30)와 상기 탱크 통로(22)를 연통시키는 오리피스 유로(40)를 포함하며,
    상기 탱크 통로(22)는 상기 스풀(21)의 길이 방향으로 형성되고,
    상기 오리피스 유로(40)는 상기 밸브 본체(20)의 하면으로부터 상기 탱크 통로(22)를 통해 상기 재생 유로(30)까지 홀 가공되어 형성되며,
    상기 스풀(21)이 상기 제 1 포트(24)와 상기 공급 유로(23)가 연통되는 위치로 변환되면, 상기 제 2 포트(25)는 상기 재생 유로(30)와 연통되어, 상기 제 2 포트(25)를 통해 상기 밸브 본체(20)로 유입된 작동유가 상기 재생 유로(30)와 상기 공급 유로(23)를 통해 상기 제 1 포트(24)로 공급됨과 아울러 상기 재생 유로(30)로 유입된 작동유의 일부는 상기 오리피스 유로(40)를 통해 상기 탱크 통로(22)로 배출되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 재생밸브 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 본체(20)의 상면으로부터 상기 재생 유로(30)까지 형성된 장착 구멍(51)에 상기 밸브 본체(20)의 상면으로부터 삽입되어 상기 재생 유로(30)에 설치된 체크밸브(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 재생밸브 조립체.
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