KR101532684B1 - 이중 압축 유압식 속도발생장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

이중 압축 유압식 속도발생장치 및 그의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치는, 내부에 슬라이딩가능하게 설치된 제1가압피스톤(31)에 의해 서로 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제1가압실린더(10)와, 내부에 슬라이딩가능하고 상기 제1가압피스톤과 연동하는 제2가압피스톤(32)이 설치되고, 상기 제2가압피스톤에 의해 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제2가압실린더(20)와, 상기 제2가압실린더와 연통부(41)를 통하여 연통되고, 상기 제2가압실린더로부터 가압된 오일이 공급되면 전진하는 가속피스톤(35)이 설치되는 가속실린더(40)를 포함하고, 그 구동방법은, 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)에 가압된 가스를 정해진 압력으로 충전시키는 가스충전단계(S110)와, 상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 가압된 오일을 충전시키는 오일충전단계(S130)와, 제1가압실린더에 충전된 오일을 배출시켜 제1가압실린더의 압력을 낮추는 오일배출단계(S140)와, 상기 가속실린더로 가압된 오일을 공급하여 가속피스톤(35)을 전진시키기 시작하는 가속피스톤 구동단계(S150)와, 상기 가속피스톤(35)이 전진하여 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더가 연통되면서 상기 제2가압실린더에 충전된 오일이 상기 가속실린더로 공급되면서 상기 가속피스톤을 전진시켜 상기 가속피스톤이 질량체(M)를 가속시키는 가속단계(S160)를 포함한다.

Description

이중 압축 유압식 속도발생장치 및 그의 구동방법{Hydraulic actuator using double accumulating system and method for operating of the same}
본 발명은 충돌시험에서 질량체가 정해진 속도가 되도록 상기 질량체를 가속시키는 유압 속도발생장치 및 그의 구동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 충전된 오일을 가압된 가스에 의해 2중으로 압축하여 가속피스톤이 설치된 가압챔버로 공급함으로써, 상기 가속피스톤에 연결된 질량체를 빠르게 원하는 가속시킬 수 있는 이중 압축 유압식 속도발생장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
충격시험 등에서는 실제 환경을 모사하기 위하여 질량체를 단시간에 가속시키는 속도발생장치를 사용하고 있다.
예를 들어, 하우징의 내부에 슬라이딩 가능하게 피스톤을 설치하고, 상기 피스톤의 일측에 상기 질량체를 맞닿게 하는 구조를 갖는다. 이때, 상기 하우징의 내부로 유압을 작용시키면, 상기 피스톤이 신장되면서 피스톤이 상기 질량체를 밀어낸다.
이렇게 유압을 작용시켜 질량체를 밀어냄으로써, 상기 질량체를 일정한 속도가 되도록 가속시킬 수 있고, 이를 이용하여 실상황을 모사하여 충격시험을 진행할 수 있다.
이때, 질량체의 속도를 증가시키기 위해서는 피스톤의 속도는 높여야 되는데, 이는 공급되는 유압의 크기와, 피스톤을 밀어내는 시간에 해당하는 유량을 증가시켜야 한다.
그러나, 피스톤을 밀어내는 유체의 압력을 늘이는데 한계가 있으므로, 축압기의 용량을 확장하고, 실린더와 피스톤의 길이를 길게하는 것과 같은 방법이 적용되고 있다. 이러한 경우, 고중량의 질량체를 고속으로 움직이게 하기 위해서 많은 유량이 필요해지므로, 실린더와 피스톤의 크기와 길이가 길어지고, 대형의 축압기르 다수 사용해야 하는 문제점이 있으므로, 장비의 대형화가 불가피해진다.
한편, 하기의 선행기술문헌은 '충격시험기'에 관한 것으로서, 유압실린더를 이용하여 차체를 가속시키는 충격시험기가 개시되어 있다.
JP 4352262 B2
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 유압을 가압된 가스가 2중으로 가압하여 공급되도록 함으로써, 적은 유량으로도 피스톤을 밀어내는 힘을 배가시켜 고중량의 질량체를 고속으로 밀어낼 수 있는 이중 압축 유압식 속도발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치는, 내부에 슬라이딩가능하게 설치된 제1가압피스톤에 의해 서로 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제1가압실린더와, 내부에 슬라이딩가능하고 상기 제1가압피스톤과 연동하는 제2가압피스톤이 설치되고, 상기 제2가압피스톤에 의해 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제2가압실린더와, 상기 제2가압실린더와 연통부를 통하여 연통되고, 상기 제2가압실린더로부터 가압된 오일이 공급되면 전진하는 가속피스톤이 설치되는 가속실린더를 포함하고, 상기 가속피스톤이 전진하기 시작하면, 상기 제2가압실린더의 내부에 충전된 오일의 압력이 상기 연통부를 통하여 상기 가속실린더의 내부로 전달되어 상기 가속피스톤을 전진시켜 상기 가속피스톤에 연결된 질량체를 가속시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더는 서로 직렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1가압실린더와 제2가압실린더는, 상기 제1가압실린더가 상부에 배치되고 상기 제2가압실린더가 하부에 배치되도록 서로 상하로 배열되고, 상기 제1가압실린더에서 상기 제1가압피스톤의 상부에는 가압된 가스가 충전되고, 상기 제1가압피스톤의 하부에는 가압된 오일이 충전되며, 상기 제2가압실린더에서 상기 제2가압피스톤의 상부에는 가압된 가스가 충전되고, 상기 제2가압피스톤의 하부에는 가압된 오일이 충전되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2가압실린더와 상기 가압실린더는 서로 수직하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1가압피스톤과 상기 제2가압피스톤의 사이에는 커넥팅로드가 설치되고, 상기 커넥팅로드의 양단이 각각 상기 제1가압피스톤과 상기 제2가압피스톤에 연결되어, 상기 제1가압피스톤과 상기 제2가압피스톤이 서로 연동되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에는 상기 가속실린더가 가까운 부위에 각각 오일출입구가 형성되고, 상기 제1가압실린더에서 상기 제1가압피스톤으로 분할되어진 영역중에서 상기 오일출입구가 형성되지 않은 영역과, 상기 제2가압실린더에서 상기 제2가압피스톤으로 분할되어진 영역중에서 상기 오일출입구가 형성되지 않은 영역에 각각 가스출입구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더는, 상기 가속실린더의 내부에서 상기 가속피스톤의 측면에 의해 개폐되되, 상기 가속피스톤이 전진하면 개방되는 연통부를 통해 서로 연통되는 것을 특징으로 한다.
상기 가속실린더의 일측에는 오일이 유입되는 오일입구와 오일이 배출되는 오일출구가 형성되며, 상기 오일입구로 가압된 오일이 공급되면 상기 가속피스톤이 전진하는 것을 특징으로 한다.
상기 가속실린더에서, 상기 오일입구과 상기 오일출구가 형성된 부위의 타측에는 상기 가속실린더를 복원시키기 위해 가압된 가스가 출입되는 복원가스출입구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1가압실린더의 내부에는 상기 제1가압실린더의 내부에 충전되는 오일의 압력을 제한하기 위해 상기 제1가압피스톤의 상승을 제한하는 축압제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2가압실린더의 내부에는 상기 제2가압실린더의 내부에 충전되는 오일의 압력을 제한하기 위해 상기 제2가압피스톤의 상승을 제한하는 축압제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 축압제한수단은, 상기 제1가압실린더의 상단으로부터 정해진 거리만큼 이격된 위치에서 상기 제1가압실린더의 내측면으로부터 돌출되게 형성되는 스토퍼이거나, 상기 제2가압실린더의 상단으로부터 정해진 거리만큼 이격된 위치에서 상기 제2가압실린더의 내측면으로부터 돌출되게 형성되는 스토퍼인 것을 특징으로 한다.
상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더의 사이에는 상단이 상기 제2가압실린더와 연통되고 하단이 상기 가속실린더와 연통되며, 내부에 오일이 충전되는 분배챔버와, 상기 분배챔버의 내부에는 슬라이딩가능하게 설치되는 슬라이더와, 상기 분배챔버의 하단에 형성되어 상기 분배챔버의 내부로 가압된 오일이 출입하는 오일출입구를 더 포함하고, 상기 제2가압실린더에서 가압된 오일이 상기 슬라이더를 상기 가속실린더쪽으로 슬라이딩하도록 작동시키면, 상기 슬라이더의 하부에 가압된 상태로 충전된 오일이 상기 가속실린더로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2가압실린더와 상기 분배챔버의 사이에서, 상기 제2가압실린더의 오일출입구보다 낮은 위치에 상기 제2가압피스톤의 하한을 제한하는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가속피스톤이 전진하면, 상기 가속피스톤에 연결된 상태로 작동로드를 매개로 하여 상기 질량체를 가속시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법은, 내부에 슬라이딩가능하게 설치된 제1가압피스톤에 의해 서로 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제1가압실린더와, 내부에 슬라이딩가능하고 상기 제1가압피스톤과 연동하는 제2가압피스톤이 설치되고, 상기 제2가압피스톤에 의해 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되며, 상기 제1가압실린더와 직렬로 설치되는 제2가압실린더와, 상기 제2가압실린더와 연통부를 통하여 연통되고, 상기 제2가압실린더로부터 가압된 오일이 공급되면 전진하는 가속피스톤이 설치되는 가속실린더를 포함하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법에 있어서, 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 가압된 가스를 정해진 압력으로 충전시키는 가스충전단계와, 상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 가압된 오일을 충전시키는 오일충전단계와, 제1가압실린더에 충전된 오일을 배출시켜 제1가압실린더의 압력을 낮추는 오일배출단계와, 상기 가속실린더로 가압된 오일을 공급하여 가속피스톤을 전진시키기 시작하는 가속피스톤 구동단계와, 상기 가속피스톤이 전진하여 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더 사이의 연통부를 폐쇄하고 있는 상기 가속피스톤이 상기 연통부로부터 이탈하면 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더가 연통되면서 상기 제2가압실린더에 충전된 오일이 상기 가속실린더로 공급되면서 상기 가속피스톤을 전진시켜 상기 가속피스톤이 질량체를 가속시키는 가속단계를 포함한다.
상기 가스충전단계에서 충전되는 가스의 압력보다 상기 오일충전단계에서 충전되는 오일의 압력이 더 높은 것을 특징으로 한다.
상기 가속단계가 실행된 이후에는, 상기 가속피스톤을 초기위치로 복귀시키는 가속피스톤 복원단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 오일충전단계 이전에 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더의 사이에 형성되는 분배챔버의 내부로 가압된 오일을 공급하여 가속실린더 내부의 유압을 높이는 분배챔버 충전단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스충전단계에서는, 상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 질소가스를 충전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 질량체의 속도는 상기 오일배출단계에서 상기 제1가압실린더에 충전된 오일을 배출하는 속도에 의해 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에 따르면, 질량체를 가속시키는 가속피스톤에 가해지는 유압을 2중으로 압축된 가스에 의해 가압하여 작용하게 할 수 있어서, 상기 가속피스톤이 질량체를 2배의 힘으로 밀어내게 되어 종래 기술의 유압식 속도발생장치에 비하여 질량체를 고속으로 가속시킬 수 있다.
또한, 유량은 동일하지만 유압을 증가시킴으로써, 각 실린더와 가압피스톤의 크기를 크게 하지 않고도, 상기 질량체의 가속도를 크게 할 수 있다.
아울러, 각 실린더와 가압피스톤의 크기가 커지지 않으면서도 가속피스톤이 질량체의 가속을 크게할 수 있어서, 장치의 크기를 줄일 수 있고, 가압피스톤의 길이가 짧아지게 되므로, 짧은 스트로크로 질량체를 고속을 가속시킬 수 있다.
가속피스톤이 전진함에 따라 제2가압실린더와 가속실린더를 연통하는 연통부가 개방되는 구조로 형성되어 제2가압실린더와 가속실린더가 직접 연통되는 구조를 갖고 있어서, 배관, 유로 등에 의해 실린더와 가속피스톤이 연결되는 구조에 비하여 압력손실이 적다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에 가압된 가스와 오일이 충전된 상태를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에서 가속피스톤이 전진하기 시작하는 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에서 가압된 오일이 가속실린더로 공급되어 가속피스톤이 질량체를 가속시키는 상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에서 복원가스가 공급되어 가속피스톤이 초기위치로 후진하는 상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에서 제1가압실린더에 충전된 오일의 배출속도에 따른 질량체의 속도분포를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 3이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치는, 내부에 슬라이딩가능하게 설치된 제1가압피스톤(31)에 의해 서로 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제1가압실린더(10)와, 내부에 슬라이딩가능하고 상기 제1가압피스톤(31)과 연동하는 제2가압피스톤(32)이 설치되고, 상기 제2가압피스톤(32)에 의해 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되며, 상기 제1가압실린더(10)와 직렬로 설치되는 제2가압실린더(20)와, 상기 제2가압실린더(20)와 연통부(41)를 통하여 연통되고, 상기 제2가압실린더(20)로부터 가압된 오일이 공급되면 전진하는 가속피스톤(35)이 설치되는 가속실린더(40)를 포함한다.
제1가압실린더(10)와 제2가압실린더(20)는 서로 상하로 배치되어 직렬로 연결된다.
제1가압실린더(10)는 내부에 가스와 오일이 충전될 수 있도록 통형(筒形)으로 형성된다.
상기 제1가압실린더(10)의 내부에는 슬라이딩 가능하게 제1가압피스톤(31)이 설치된다. 상기 제1가압실린더(10)의 내부에서 상기 제1가압실린더(10)를 중심으로 어느 일측에는 가압된 가스가 충전되고 다른 일측에는 오일이 충전된다. 예컨대, 제1가압실린더(10)가 상하로 배치되는 경우에는 상기 제1가압피스톤(31)을 중심으로 상기 제1가압피스톤(31)의 상방에는 가압된 가스가 충전되고, 하방에는 오일이 충전된다.
상기 제1가압실린더(10)에는 가압된 가스가 출입할 수 있도록 가스출입구(11)가 형성되고, 오일이 출입할 수 있도록 오일출입구(12)도 형성된다. 즉, 상기 제1가압실린더(10)의 상부에는 가스출입구(11)가 형성되고, 상기 제1가압실린더(10)의 하부에는 오일출입구(12)가 형성된다. 상기 제1가압실린더(10)에서 상기 제1가압피스톤(31)은 상기 가스출입구(11)와 상기 오일출입구(12) 사이에서 슬라이딩한다. 따라서, 상기 가스출입구(11)와 상기 오일출입구(12)는 상기 제1가압피스톤(31)에 대하여 서로 반대쪽에 형성된다. 즉, 상기 제1가압실린더(10)에서 가속실린더(40)가 가까운 부위에 오일출입구(22)가 형성되고, 상기 제1가압실린더(10)에서 제1가압피스톤(31)으로 분할되어진 영역중에서 상기 오일출입구(22)가 형성되지 않은 영역에 가스출입구(11)가 형성된다.
제2가압실린더(20)도 상기 제1가압실린더(10)와 마찬가지로, 내부에서 가스와 오일이 충전될 수 있도록 통형으로 형성되고, 상기 제2가압실린더(20)의 내부에 제2가압피스톤(32)이 슬라이딩한다. 상기 제2가압실린더(20)에도 상기 제1가압실린더(10)와 마찬가지로 상기 제2가압피스톤(32)을 중심으로 서로 반대편에 각각 가스출입구(21)와 오일출입구(22)가 형성되어, 가압된 가스와 오일이 각각 충전된다. 상기 제2가압실린더(20)에는 충전되는 가스와 오일의 배치는 상기 제1가압실린더(10)에 충전된 가스와 오일의 배치와 동일하다. 상기 제2가압실린더(20)에도 가스의 출입을 위해 가스출입구(21)가 형성되고, 오일의 출입을 위해 오일출입구(22)가 형성되며, 상기 제2가압실린더(20)에서 상기 제2가압피스톤(32)은 상기 가스출입구(21)과 상기 오일출입구(22)의 사이에서 슬라이딩한다.
상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)는 서로 연통하도록 직렬로 배치되는데, 바람직하게는 상기 제1가압실린더(10)가 상부에 배치되고, 상기 제1가압실린더(10)의 하부에 제2가압실린더(20)가 배치되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1가압피스톤(31)과 제2가압피스톤(32)은 서로 연동하도록 커넥팅로드(33)를 통하여 일체로 연결된다. 상기 제1가압피스톤(31)과 상기 제2가압피스톤(32)이 일체로 연결되므로, 상기 제1가압실린더(10)에서 작용하는 압력을 제2가압실린더(20)로 전달함으로써, 상기 제2가압실린더(20)에서 작용하는 압력을 배가시켜 가속실린더(40)로 전달할 수 있다.
가속실린더(40)는 상기 제2가압실린더(20)에 연통되게 설치된다. 상기 가속실린더(40)는 상기 제2가압실린더(20)와 수직하게 배치된다. 가속실린더(40)도 통형구조로 형성되고, 내부에 가속피스톤(35)이 슬라이딩가능하게 설치되고, 상기 가속실린더(40)의 내부에서 상기 가속피스톤(35)을 중심으로 일측에는 오일이 충전되고, 반대쪽에는 가스가 충전된다. 즉, 상기 가속실린더(40)에서 상기 제2가압실린더(20)와 연통되는 부분에는 오일이 충전되고, 그 반대쪽에는 가스가 충전된다. 상기 가속피스톤(35)은 작동로드(36)를 통하여 가속시켜야 할 질량체(M)와 연결된다. 상기 가속실린더(40)의 일측에는 상기 가속실린더(40)의 내부로 오일을 공급하기 위한 오일입구(42)와 내부의 오일을 배출하기 위한 오일출구(43)가 형성되고, 그 반대편에는 가속피스톤(35)을 초기위치로 복원시키기 위한 가스가 출입되는 복원가스출입구(44)가 형성된다.
상기 가속실린더(40)는 상기 제2가압실린더(20)와 연통부(41)를 통해 오일이 유입된다. 상기 연통부(41)는 상기 제2가압실린더(20)의 하단과 상기 가속실린더(40)의 측면이 만나는 곳에서 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)를 연통하도록 형성되므로, 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)는 서로 수직하게 배치된다. 상기 연통부(41)는 상기 가속피스톤(35)에 의해 선택적으로 개폐된다. 상기 가속실린더(40)가 초기위치에서는 상기 가속피스톤(35)의 측면이 상기 연통부(41)를 폐쇄하고 있다. 하지만, 상기 가속피스톤(35)이 전진하기 시작하면, 상기 가속피스톤(35)은 상기 연통부(41)가 형성된 부분을 지나가면서, 상기 연통부(41)를 개방시킨다. 아울러, 상기 연통부(41)의 개방정도는 상기 가속피스톤(35)의 전진량에 비례한다. 상기 연통부(41)가 개방되면, 상기 연통부(41)를 통하여 상기 제2가압실린더(20)에 있던 오일이 상기 가속실린더(40)로 유입되면서 상기 가속피스톤(35)을 밀어낸다. 상기 연통부(41)의 개방과 상기 가속피스톤(35)의 전진은 서로 연쇄적으로 작용하면서 상기 제2가압실린더(20)에 충전된 오일이 상기 가속실린더(40)로 이동하여, 상기 가속피스톤(35)이 가속시켜야 할 질량체(M)를 빠른 시간내에 고속으로 가속시킬 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치와 같이, 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)에는 그 내부의 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지하기 위한 축압제한수단이 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 축압제한수단은 상기 제1가압실린더(10) 또는 상기 제2가압실린더(20)의 내측벽으로부터 돌출되는 스토퍼(13)(23)가 될 수 있다. 예컨대, 상기 제1가압실린더(10)의 상단으로부터 정해진 거리만큼 이격된 위치에 상기 내측벽으로부터 돌출되도록 스토퍼(13)를 형성함으로써, 상기 제1가압실린더(10)의 하부에 가압된 오일이 충전될 때, 상기 제1가압실린더(10)의 내부에서 상기 제1가압피스톤(31)이 스토퍼(13)가 형성된 위치까지만 상승하도록 하여, 상기 제1가압실린더(10)의 내부가 과도한 압력으로 가스 또는 오일이 충전되는 것을 방지한다.
마찬가지로 상기 제2가압실린더(20)에서도 상기 제2가압실린더(20)의 상단으로부터 정해진 거리에 상기 내측벽으로 돌출되게 스토퍼(23)가 형성되어 있어서, 상기 제2가압실린더(20)로 가압된 오일이 충전될 때, 상기 제2가압피스톤(32)이 상기 피스톤(23)에 걸려 가스와 오일이 과도한 압력으로 충전되지 않도록 한다.
한편, 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치에 대하여 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 이중 압축 유압식 속도발생장치는 기본적인 구조는 앞에서 설명한 실시예와 동일하나, 제2가압실린더(20)와 가속실린더(40) 사이에 설치되는 분배챔버(20')를 더 포함한다.
상기 분배챔버(20')의 내부에는 슬라이딩가능하게 슬라이더(26)가 구비되어, 상기 분배챔버(20')의 내부의 공간을 상부와 하부로 분할하되, 슬라이더(26)의 상부와 하부에는 모두 오일이 충전된다. 따라서, 상기 슬라이더(26)의 상부에 충전된 오일의 압력이 상기 슬라이더(26)의 하부에 충전된 오일로 전달될 수 있고, 그 역도 가능하다.
한편, 분배챔버(20')가 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)의 사이에 형성됨으로써, 상기 가속실린더(40)로 유입되는 오일의 유량을 제한할 수 있다. 상기 가속실린더(40)로 공급되어 상기 가속피스톤(35)을 밀어내는 유량은 상기 제2가압실린더(20)에 충전된 유량에 의해 결정되는 바, 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)의 사이에 분배챔버(20')가 형성된다. 따라서, 상기 분배챔버(20')의 상부에 충전된 오일은 압력을 유지하는 기능을 하고, 상기 분배챔버(20')의 하부에 충전된 오일은 상기 가속실린더(40)로 공급될 유량이 되는 것으로서, 상기 슬라이더(26)의 하부에 충전된 오일이 가속실린더(40)로 유입되면서 상기 가속피스톤(35)을 가압시킨다.
상기 제2가압실린더(20)와 상기 분배챔버(20')의 사이에는 상기 제2가압실린더(20)의 내부에 설치된 제2가압피스톤(32)의 하한을 제한하는 스토퍼(25)가 형성될 수 있다. 상기 스토퍼(25)는 상기 제2가압실린더(20)에 형성된 오일배출구(22)보다 낮은 위치에 형성되도록 함으로써, 상기 제2가압실린더(20)와 상기 분배챔버(20')의 경계가 되고, 상기 스토퍼(25)에 의해 제2가압피스톤(32)의 하단이 제한된다.
아울러, 상기 분배챔버(20')의 하단에는 상기 분배챔버(20')로 가압된 오일을 공급하거나, 분배챔버(20')의 내부에 충전된 오일을 배출하기 위한 오일출입구(27)가 형성된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법은, 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)에 가압된 가스를 정해진 압력으로 충전시키는 가스충전단계(S110)와, 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)에 가압된 오일을 충전시키는 오일충전단계(S130)와, 제1가압실린더(10)에 충전된 오일을 배출시켜 제1가압실린더(10)의 압력을 낮추는 오일배출단계(S140)와, 상기 가속실린더로 가압된 오일을 공급하여 가속피스톤(35)을 전진시키기 시작하는 가속피스톤 구동단계(S150)와, 상기 가속피스톤(35)이 전진하여 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)가 연통되면서 상기 가속실린더(40)가 질량체(M)를 가속시키는 가속단계(S160)를 포함한다.
가스충전단계(S110)는 서로 직렬로 배치된 제1가압실린더(10)와 제2가압실린더(20)의 상부로 각각 가압된 가스를 충전시킨다(도 2의 ① 참조). 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)의 상부에 형성된 가스출입구(11)(21)를 통하여 외부로부터 가압된 가스를 충전시킨다. 여기서, 상기 가스는 질소가스인 것이 바람직하다.
오일충전단계(S130)는 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)의 나머지 부분, 즉 제1가압실린더(10)와 제2가압실린더(20)의 하부에 가압된 오일을 충전시킨다(도 2의 ② 참조). 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)의 하부에 충전되는 오일의 압력은 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)의 상부에 충전되는 가스의 압력보다 높게 충전되도록 함으로써, 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)의 내부의 가스가 충분히 가압되도록 한다. 예컨대, 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)에 가스가 100bar로 충전된 상태에서 오일이 150bar로 충전된다면, 상기 오일의 압력이 상기 제1가압피스톤(31)을 통하여 가스로 전달됨으로써, 상기 제1가압실린더(10)의 내부 전체가 150bar로 충전된 상태가 되도록 한다.
상기 오일충전단계(S130)를 통하여 상기 제1가압실린더(10)와 상기 제2가압실린더(20)에 오일이 충분히 충전되도록 함으로써, 가속실린더(40)의 가속피스톤(35)을 밀어낼 유량을 확보한다. 특히, 상기 제2가압실린더(20)에 충전되는 오일이 상기 가속피스톤(35)을 밀어내는데 직접적으로 사용된다.
오일배출단계(S140)는 상기 제1가압실린더(10)에 충전된 오일을 외부로 배출시킨다(도 3의 ③ 참조). 상기 제1가압실린더(10)에 충전된 오일이 상기 가압실린더(10)에 충전된 가스를 가압시킨 후, 상기 오일을 배출시킴으로써, 상기 제1가압실린더(10)에 충전된 오일에 의해 제1가압피스톤(31)이 이동시 저항이 제거되도록 한다.
가속피스톤 구동단계(S150)는 상기 가속실린더(40)의 내부로 유압을 작용시켜, 상기 가속실린더(40)의 내부에 설치된 가속피스톤(35)을 초기 기동시키도록 한다. 여기서, 가속피스톤 구동단계(S150)에서 가속피스톤(35)을 초기 기동시키는 것은 상기 가속피스톤(35)에 연결된 질량체(M)를 가속하기 위한 것이 아니라, 상기 가속피스톤(35)이 전진하여 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)를 연통시키는 연통부(41)를 개방하기 위함이다. 상기 가속피스톤 구동단계(S150)에서는 상기 가속실린더(40)의 외부로부터 가압된 오일을 상기 가속실린더의 일측에 형성된 오일입구(42)를 통하여 상기 가속실린더(40)의 내부로 초기에 상기 가속피스톤(35)을 구동시키기 위한 오일을 공급한다(도 3의 ④). 상기 가속실린더(40)로 가압된 오일이 공급되기 시작하면 상기 가속피스톤(35)은 도 3의 화살표 F1방향으로 슬라이딩하기 시작한다. 상기 가속피스톤 구동단계(S150)는 상기 오일배출단계(S140)가 수행되기 시작하면 곧바로 이어서 수행되기 시작한다.
가속단계(S160)는 상기 가속피스톤(35)이 전진하기 시작하여, 상기 가속피스톤(35)이 폐쇄하고 있던 연통부(41)가 개방되기 시작하면, 상기 연통부(41)를 통하여 상기 제2가압실린더(20)에 충전된 오일이 상기 가속실린더(40)로 유입됨으로써, 실질적으로 가속피스톤(35)을 가속시켜, 상기 가속피스톤(35)이 질량체(M)를 가속시킨다.
즉, 상기 가속피스톤(35)이 전진하기 시작하여 상기 연통부(41)의 일부가 개방되면, 개방된 부분을 통하여 상기 제2가압실린더(20)에 충전된 오일이 상기 가속실린더(40)로 유입되어 상기 가속피스톤(35)을 가속된 상태로 전진시키기 시작하면서 상기 연통부(41)는 더 개방되고, 더 개방된 연통부(41)를 통하여 다 많은 오일이 가속실린더(40)로 유입되어 상기 가속피스톤(35)을 가속시키는 과정이 연쇄적으로 일어난다. 여기서 상기 연통부(41)가 개방정도가 증가되는 것과 가압된 오일이 유입량을 증가되는 것이 서로 상호작용에 의해 실제로는 매우 짧은 시간에 일어나므로, 짧은 시간에 가속피스톤(35)을 전진시켜, 상기 질량체(M)는 도 4에 도시된 F2의 방향으로 가속시킨다.
가속피스톤 복원단계(S170)는 상기 가속실린더(40)에 충전된 오일을 모두 외부로 배출시킴으로써, 상기 가속피스톤(35)이 초기위치로 복귀하도록 한다.
즉, 상기 가속실린더(40)의 타측으로 가압된 가스를 공급하면서, 상기 가속실린더(40)의 오일출구(43)를 개방시켜 가속실린더(40)에 충전된 오일을 배출하면서, 가속실린더(40)를 초기위치, 즉 연통부를 폐쇄하는 위치로 복원되도록 한다(도 5의 화살표 F3 참조).
한편, 상기 오일충전단계(S130) 이전에 상기 제2가압실린더(20)와 상기 가속실린더(40)의 사이에 형성되는 분배챔버(20')의 내부로 가압된 오일을 공급하여 가속실린더(40) 내부의 유압을 높이는 분배챔버 충전단계(S120)가 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2가압실린더(20)와 가속실린더(30)의 사이에 분배챔버(20')가 더 형성되는 경우에는 상기 가속실린더(30)로 보내어진 오일이 상기 분배챔버(20')의 내부로 충전되도록 하여 유량을 확보하는 것이 바람직하다.
도 8에는 본 발명에 따른 이중 압축 유압식 속도발생장치 및 그 구동방법에서 제1가압실린더(10)에 충전된 오일의 배출속도에 따른 질량체의 속도분포가 도시되어 있다.
그래프에 도시된 바와 같이, 제1가압실린더(10)에 충전된 오일을 배출시키는 속도를 빨리함으로써, 질량체(M)를 더 높은 가속도로 가속시켜 더 빠른 속도를 갖도록 한다.
즉, 'test1'으로 도시된 바와 같이, 제1가압실린더(10)에 충전된 오일의 배출속도가 빠른 경우, 질량체(M)의 가속구간(a)의 경사도가 높아 가속도가 크고, 등속구간(b)에서의 속도가 큰 것으로 나타난다. 이에 비하여 'test2', 'test3'에서는 상대적으로 제1가압실린더(10)에 충전된 오일의 배출속도가 늦어지게 되므로, 가속구간의 경사도도 낮고, 등속구간에서의 속도도 작아지는 것으로 나타난다.
따라서, 질량체(M)의 속도를 조절하기 위해서는 상기 오일배출단계(S140)에서 상기 제1가압실린더(10)에 충전된 오일을 배출하는 속도에 의해 제어할 수 있다.
10 : 제1가압실린더 11 : 가스출입구
12 : 오일출입구 13 : 스토퍼
20 : 제2가압실린더 20' : 분배챔버
21 : 가스출입구 22 : 오일출입구
23 : 스토퍼 25 : 스토퍼
26 : 슬라이더 27 : 오일출입구
31 : 제1가압피스톤 32 : 제2가압피스톤
33 : 커넥팅로드 35 : 가속피스톤
36 : 작동로드 40 : 가속실린더
41 : 연통부 42 : 오일입구
43 : 오일출구 44 : 복원가스출입구
S110 : 가스충전단계 S120 : 분배챔버 충전단계
S130 : 오일충전단계 S140 : 오일배출단계
S150 : 가속피스톤 구동단계 S160 : 가속단계
S170 : 가속피스톤 복원단계

Claims (21)

  1. 내부에 슬라이딩가능하게 설치된 제1가압피스톤에 의해 서로 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제1가압실린더와,
    내부에 슬라이딩가능하고 상기 제1가압피스톤과 연동하는 제2가압피스톤이 설치되고, 상기 제2가압피스톤에 의해 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제2가압실린더와,
    상기 제2가압실린더와 연통부를 통하여 연통되고, 상기 제2가압실린더로부터 가압된 오일이 공급되면 전진하는 가속피스톤이 설치되는 가속실린더를 포함하고,
    상기 가속피스톤이 전진하기 시작하면, 상기 제2가압실린더의 내부에 충전된 오일의 압력이 상기 연통부를 통하여 상기 가속실린더의 내부로 전달되어 상기 가속피스톤을 전진시켜 상기 가속피스톤에 연결된 질량체를 가속시키고,
    상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더는, 상기 가속실린더의 내부에서 상기 가속피스톤의 측면에 의해 개폐되되, 상기 가속피스톤이 전진하면 개방되는 연통부를 통해 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더는 서로 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1가압실린더와 제2가압실린더는,
    상기 제1가압실린더가 상부에 배치되고 상기 제2가압실린더가 하부에 배치되도록 서로 상하로 배열되고,
    상기 제1가압실린더에서 상기 제1가압피스톤의 상부에는 가압된 가스가 충전되고, 상기 제1가압피스톤의 하부에는 가압된 오일이 충전되며,
    상기 제2가압실린더에서 상기 제2가압피스톤의 상부에는 가압된 가스가 충전되고, 상기 제2가압피스톤의 하부에는 가압된 오일이 충전되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2가압실린더와 상기 가압실린더는 서로 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1가압피스톤과 상기 제2가압피스톤의 사이에는 커넥팅로드가 설치되고, 상기 커넥팅로드의 양단이 각각 상기 제1가압피스톤과 상기 제2가압피스톤에 연결되어, 상기 제1가압피스톤과 상기 제2가압피스톤이 서로 연동되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에는 상기 가속실린더가 가까운 부위에 각각 오일출입구가 형성되고,
    상기 제1가압실린더에서 상기 제1가압피스톤으로 분할되어진 영역중에서 상기 오일출입구가 형성되지 않은 영역과, 상기 제2가압실린더에서 상기 제2가압피스톤으로 분할되어진 영역중에서 상기 오일출입구가 형성되지 않은 영역에 각각 가스출입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가속실린더의 일측에는 오일이 유입되는 오일입구와 오일이 배출되는 오일출구가 형성되며,
    상기 오일입구로 가압된 오일이 공급되면 상기 가속피스톤이 전진하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가속실린더에서,
    상기 오일입구과 상기 오일출구가 형성된 부위의 타측에는 상기 가속실린더를 복원시키기 위해 가압된 가스가 출입되는 복원가스출입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1가압실린더의 내부에는 상기 제1가압실린더의 내부에 충전되는 오일의 압력을 제한하기 위해 상기 제1가압피스톤의 상승을 제한하는 축압제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2가압실린더의 내부에는 상기 제2가압실린더의 내부에 충전되는 오일의 압력을 제한하기 위해 상기 제2가압피스톤의 상승을 제한하는 축압제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 축압제한수단은,
    상기 제1가압실린더의 상단으로부터 정해진 거리만큼 이격된 위치에서 상기 제1가압실린더의 내측면으로부터 돌출되게 형성되는 스토퍼이거나,
    상기 제2가압실린더의 상단으로부터 정해진 거리만큼 이격된 위치에서 상기 제2가압실린더의 내측면으로부터 돌출되게 형성되는 스토퍼인 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더의 사이에는 상단이 상기 제2가압실린더와 연통되고 하단이 상기 가속실린더와 연통되며, 내부에 오일이 충전되는 분배챔버와,
    상기 분배챔버의 내부에는 슬라이딩가능하게 설치되는 슬라이더와,
    상기 분배챔버의 하단에 형성되어 상기 분배챔버의 내부로 가압된 오일이 출입하는 오일출입구를 더 포함하고,
    상기 제2가압실린더에서 가압된 오일이 상기 슬라이더를 상기 가속실린더쪽으로 슬라이딩하도록 작동시키면, 상기 슬라이더의 하부에 가압된 상태로 충전된 오일이 상기 가속실린더로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2가압실린더와 상기 분배챔버의 사이에서, 상기 제2가압실린더의 오일출입구보다 낮은 위치에 상기 제2가압피스톤의 하한을 제한하는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 가속피스톤이 전진하면, 상기 가속피스톤에 연결된 상태로 작동로드를 매개로 하여 상기 질량체를 가속시키는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치.
  16. 내부에 슬라이딩가능하게 설치된 제1가압피스톤에 의해 서로 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되는 제1가압실린더와, 내부에 슬라이딩가능하고 상기 제1가압피스톤과 연동하는 제2가압피스톤이 설치되고, 상기 제2가압피스톤에 의해 분리된 공간에 각각 가압된 가스와 오일이 충전되며, 상기 제1가압실린더와 직렬로 설치되는 제2가압실린더와, 상기 제2가압실린더와 연통부를 통하여 연통되고, 상기 제2가압실린더로부터 가압된 오일이 공급되면 전진하는 가속피스톤이 설치되는 가속실린더를 포함하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법에 있어서,
    제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 가압된 가스를 정해진 압력으로 충전시키는 가스충전단계와,
    상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 가압된 오일을 충전시키는 오일충전단계와,
    제1가압실린더에 충전된 오일을 배출시켜 제1가압실린더의 압력을 낮추는 오일배출단계와,
    상기 가속실린더로 가압된 오일을 공급하여 가속피스톤을 전진시키기 시작하는 가속피스톤 구동단계와,
    상기 가속피스톤이 전진하여 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더 사이의 연통부를 폐쇄하고 있는 상기 가속피스톤이 상기 연통부로부터 이탈하면 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더가 연통되면서 상기 제2가압실린더에 충전된 오일이 상기 가속실린더로 공급되면서 상기 가속피스톤을 전진시켜 상기 가속피스톤이 질량체를 가속시키는 가속단계를 포함하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스충전단계에서 충전되는 가스의 압력보다 상기 오일충전단계에서 충전되는 오일의 압력이 더 높은 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 가속단계가 실행된 이후에는,
    상기 가속피스톤을 초기위치로 복귀시키는 가속피스톤 복원단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 오일충전단계 이전에 상기 제2가압실린더와 상기 가속실린더의 사이에 형성되는 분배챔버의 내부로 가압된 오일을 공급하여 가속실린더 내부의 유압을 높이는 분배챔버 충전단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 가스충전단계에서는, 상기 제1가압실린더와 상기 제2가압실린더에 질소가스를 충전시키는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 질량체의 속도는 상기 오일배출단계에서 상기 제1가압실린더에 충전된 오일을 배출하는 속도에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 압축 유압식 속도발생장치의 구동방법.
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