KR101594074B1 - 중장비용 카운터 밸런스 밸브 - Google Patents

중장비용 카운터 밸런스 밸브 Download PDF

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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member

Abstract

본 발명은 유압펌프로부터 토출되어 유압모터로 전달되는 작동유의 흐름을 제어하는 중장비용 카운터 밸런스 밸브로서, 특히 저속 주행시에 중장비의 주행을 위한 출력을 안정적으로 유지할 수 있는 중장비용 카운터 밸런스 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 중장비용 카운터 밸런스 밸브는, 유압펌프와 유압모터를 연결하는 복수의 유로가 형성되고, 상기 유로와 연통되는 스풀장착부가 형성되며, 상기 스풀장착부 양측에 각각 댐핑실이 형성되어 있는 밸브본체; 상기 스풀장착부에 장착되어 축 방향으로 이동하면서 상기 유로를 개폐하여 상기 유로를 따라 흐르는 작동유의 흐름을 제어하고, 상기 유로와 댐핑실을 연통시키는 관통공이 형성되어 있는 스풀; 상기 댐핑실에 위치하고, 상기 관통공과 댐핑실을 연통시키는 제1 연결로가 형성되며, 상기 작동유가 수용되는 수용부가 형성되어 있는 댐핑부재; 및 상기 댐핑부재를 상기 스풀 방향으로 탄성지지하는 스프링을 포함하여 이루어지고, 상기 댐핑부재는 서로 결합하여 상기 수용부를 형성하는 제1 부재와 제2 부재를 포함하며, 상기 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나에는 상기 댐핑실과 연통되는 제1 오리피스가 형성되고, 다른 하나에는 상기 수용부와 연통되는 제2 오리피스가 형성되며, 상기 제1 부재와 제2 부재 사이에는 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스를 연결하여 상기 수용부로 상기 작동유가 유입되거나 상기 수용부로부터 상기 작동유가 배출되도록 하는 제2 연결로가 형성되고, 상기 작동유가 통과하는 상기 제2 연결로의 단면적은 상기 제1 오리피스 및 제2 오리피스의 단면적보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

중장비용 카운터 밸런스 밸브{Counter balance valve for heavy equipment}
본 발명은 유압펌프로부터 토출되어 유압모터로 전달되는 작동유의 흐름을 제어하는 중장비용 카운터 밸런스 밸브로서, 특히 저속 주행시에 중장비의 주행을 위한 출력을 안정적으로 유지할 수 있는 중장비용 카운터 밸런스 밸브에 관한 것이다.
일반적으로 카운터 밸런스 밸브는 굴삭기나 크레인 등과 같은 중장비에 설치되며, 유압모터로 전달되는 작동유를 제어하여 중장비의 유압장치나 주행장치를 원활하게 작동시키기 위한 것이다.
이러한 카운터 밸런스 밸브는 공개실용신안공보 제20-2000-0017715호에 개시되어 있다.
종래의 카운터 밸런스 밸브는, 복수개의 유로가 형성된 밸브 본체; 상기 밸브 본체 내에서 이동하면서 상기 유로들의 접속을 절환시키며, 작동유가 소통할 수 있는 관통공이 그 내부에 형성되어 있는 스풀; 상기 스풀의 단부에 설치되어 있으며, 상기 관통공과 소통하는 가변 길이 오리피스를 포함하는 스풀 단부 부재; 및 상기 스풀 단부 부재를 바이어스시키는 스프링을 구비한다.
이러한 카운터 밸런스 밸브는 중장비가 작동하거나 정지할 때 빠르게 반응하여 중장비의 주행 정지시 밀림을 최소화하고 캐비테이션 발생을 억제하여야 한다.
동시에 중장비의 주행 및 정지 또는 유압장치의 작동 및 정지시에 발생하는 충격을 감소시키고, 중장비의 주행이나 작업을 위하여 유압모터로부터 발생하는 출력을 안정적으로 유지할 필요가 있다.
그러나 종래의 카운터 밸런스 밸브는 중장비의 저속 주행을 위하여 작동될 때, 유압펌프로부터 유로로 작동유가 토출되면서 스풀을 중립 위치에서 어느 한 방향으로 이동시키고, 중장비의 출발 직전까지 유로의 유압이 상승하게 된다.
그리고 유압에 의한 구동력이 중장비의 정지상태를 유지하려는 힘보다 커지면 중장비가 출발하면서 유로의 유압이 급격히 떨어지게 되고, 스풀이 다시 중립 위치로 복귀하게 되어 작동유의 공급이 차단되면서 유압모터의 출력이 떨어지게 된다.
이에 따라 다시 유로의 유압이 급격히 증가하게 되고, 스풀이 이동하여 유로를 개방하면서 유압모터로 작동유가 전달된다.
이러한 현상이 반복되면서 중장비의 저속 주행시에 중장비의 주행을 위한 출력이 안정적으로 유지되지 못하여 중장비를 정밀하고 부드럽게 제어하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중장비의 출발 및 정지 응답성을 향상시키면서 중장비의 저속 주행시에 중장비의 주행을 위한 출력을 안정적으로 유지할 수 있는 중장비용 카운터 밸런스 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 중장비용 카운터 밸런스 밸브는, 유압펌프와 유압모터를 연결하는 복수의 유로가 형성되고, 상기 유로와 연통되는 스풀장착부가 형성되며, 상기 스풀장착부 양측에 각각 댐핑실이 형성되어 있는 밸브본체; 상기 스풀장착부에 장착되어 축 방향으로 이동하면서 상기 유로를 개폐하여 상기 유로를 따라 흐르는 작동유의 흐름을 제어하고, 상기 유로와 댐핑실을 연통시키는 관통공이 형성되어 있는 스풀; 상기 댐핑실에 위치하고, 상기 관통공과 댐핑실을 연통시키는 제1 연결로가 형성되며, 상기 작동유가 수용되는 수용부가 형성되어 있는 댐핑부재; 및 상기 댐핑부재를 상기 스풀 방향으로 탄성지지하는 스프링을 포함하여 이루어지고, 상기 댐핑부재는 서로 결합하여 상기 수용부를 형성하는 제1 부재와 제2 부재를 포함하며, 상기 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나에는 상기 댐핑실과 연통되는 제1 오리피스가 형성되고, 다른 하나에는 상기 수용부와 연통되는 제2 오리피스가 형성되며, 상기 제1 부재와 제2 부재 사이에는 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스를 연결하여 상기 수용부로 상기 작동유가 유입되거나 상기 수용부로부터 상기 작동유가 배출되도록 하는 제2 연결로가 형성되고, 상기 작동유가 통과하는 상기 제2 연결로의 단면적은 상기 제1 오리피스 및 제2 오리피스의 단면적보다 작다.
그리고 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스는 상기 스풀의 축 방향으로 상호 이격되어 상기 제2 연결로에 의해 연결되고, 상기 수용부의 체적이 최소가 되면 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스가 직접 연통되며, 상기 수용부의 체적이 증가하면 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스가 서로 멀어지면서 상기 제2 연결로를 통해 상기 작동유가 상기 수용부로 유입된다.
그리고 상기 제2 부재는 상기 스풀에 의해 상기 제1 부재 방향으로 이동하여 상기 스프링을 압축시키고, 상기 스프링은 상기 스풀이 원위치로 복귀하도록 상기 제2 부재를 상기 스풀 방향으로 가압하며, 상기 수용부는 상기 제2 부재가 이동함에 따라 체적이 증가하거나 감소한다.
그리고 상기 스풀에는 상기 관통공을 통과하는 상기 작동유의 유량을 조절하는 체크밸브가 구비되고, 상기 체크밸브는 상기 관통공을 통해 상기 관통공과 연결되어 있는 유로로 상기 작동유가 배출될 때 상기 관통공을 차단하여 상기 작동유가 상기 체크밸브에 형성되어 있는 제3 오리피스를 통해 배출되도록 한다.
본 발명에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브는 다음과 같은 효과가 있다.
중장비의 출발 및 정지 응답성을 향상시켜 정지시에 중장비의 밀림 현상을 최소화하고 내부에 캐비테이션 발생을 억제하면서, 중장비의 저속 주행시에 제1 오리피스와 제2 오리피스를 연결하는 제2 연결로를 통해 작동유가 수용부로 유입되도록 하여 수용부로 유입되는 작동유의 유량을 조절함으로써 중장비의 주행을 위한 출력이 큰 폭으로 변동하는 것을 방지하여 중장비의 저속 주행이 부드럽고 안정적이며 정밀하게 중장비를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 댐핑부재를 확대하여 나타낸 확대도.
도 3은 중장비의 주행 상태에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도.
도 4는 중장비의 정지 상태에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도.
도 6은 중장비의 주행 상태에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도.
도 7은 도 6의 체크밸브를 확대하여 나타낸 확대도.
도 8은 중장비의 정지 상태에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도.
도 9는 도 8의 체크밸브를 확대하여 나타낸 확대도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 각 실시예에 따라 본 발명의 중장비용 카운터 밸런스 밸브에 대하여 상세히 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 댐핑부재를 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 2는 도 1에서 우측에 위치한 댐핑부재(400)를 확대하여 나타낸 도면이며, 제1 부재(410)에 대한 제2 부재(420)의 위치에 따라 도 2(a), 2(b), 2(c)로 각각 도시하였다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브본체(100), 유압밸브(201,202), 스풀(300), 댐핑부재(400) 및 스프링(500)으로 이루어진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밸브본체(100)는 유압펌프(P)와 유압모터(M) 사이에 설치되고, 밸브본체(100)에는 유압펌프(P)와 유압모터(M)를 연결하는 복수의 유로가 형성되어 있다.
그리고 밸브본체(100)에는 유로와 연통되는 밸브장착부(110)가 형성되어 있다.
밸브장착부(110)는 밸브본체(100)의 두 부분에 형성되어 있으며, 각각에 유압밸브가 장착된다.
또한, 밸브본체(100)에는 유로와 연통되는 스풀장착부(120)가 형성되어 있고, 스풀장착부(120) 양측에 각각 댐핑실(131,132)이 형성되어 있다.
스풀장착부(120)에는 스풀(300)이 장착되고, 댐핑실(131,132)에는 댐핑부재(400) 및 스프링(500)이 장착된다.
밸브본체(100)에 형성되어 있는 유로는 제1 내지 제6 유로(101,102,103,104,105,106)로 이루어져 있으며, 유압펌프(P)에서 유압모터(M)로 또는 유압모터(M)에서 유압펌프(P)로 작동유가 흐를 수 있도록 연결되어 있다.
제1 유로(101)와 제2 유로(102)는 유압펌프(P)와 연결되고, 각각 스풀장착부(120)를 가로지르도록 형성되어 있다.
제3 유로(103)와 제4 유로(104)는 유압모터(M)와 연결되고, 각각 밸브장착부(110)와 스풀장착부(120)를 가로지르도록 형성되어 있다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브본체(100)에는 제3 유로(103)와 스풀장착부(120)가 교차하는 부분에 제1 노치(111)가 형성되어 있고, 제4 유로(104)와 스풀장착부(120)가 교차하는 부분에 제2 노치(112)가 형성되어 있다.
제1 노치(111) 및 제2 노치(112)에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
제5 유로(105)는 제1 유로(101)와 제3 유로(103)를 연결하고, 유압밸브(201)에 의해 개폐된다.
또한, 제6 유로(106)는 제2 유로(102)와 제4 유로(104)를 연결하고, 유압밸브(202)에 의해 개폐된다.
유압밸브는 밸브장착부(110)에 장착되어 유로를 개폐시킨다.
구체적으로 유압밸브는 제1 유압밸브(201)와 제2 유압밸브(202)로 구성되고, 제1 유압밸브(201)는 제3 유로(103)와 교차하는 밸브장착부(110)에 장착되어 제5 유로(105)를 개폐시키며, 제2 유압밸브(202)는 제4 유로(104)와 교차하는 밸브장착부(110)에 장착되어 제6 유로(106)를 개폐시킨다.
이러한 제1 유압밸브(201)와 제2 유압밸브(202)는 제5 유로(105) 및 제6 유로(106)를 차단하고 있다.
이때, 작동유가 제1 유로(101)를 통해 제5 유로(105)로 유입되면 상기 작동유의 유압에 의해 제1 유압밸브(201)가 후퇴하면서 제5 유로(105)가 개방되어 제5 유로(105)로 유입된 작동유가 제3 유로(103)를 통해 유압모터(M)로 유입된다.
반면, 작동유가 제3 유로(103)를 따라 흐를 때는 제1 유압밸브(201)가 제5 유로(105)를 차단한 상태로 유지된다.
그리고 작동유가 제2 유로(102)를 통해 제5 유로(105)로 유입되면 상기 작동유의 유압에 의해 제2 유압밸브(202)가 후퇴하면서 제6 유로(106)가 개방되어 제6 유로(106)로 유입된 작동유가 제4 유로(104)를 통해 유압모터(M)로 유입된다.
반면, 작동유가 제4 유로(104)를 따라 흐를 때는 제2 유압밸브(202)가 제6 유로(106)를 차단한 상태로 유지된다.
스풀(300)은 스풀장착부(120)에 장착되어 축 방향으로 이동하면서 유로를 개폐하여 유로를 따라 흐르는 작동유의 흐름을 제어한다.
구체적으로 스풀(300)은 제1 유로(101), 제2 유로(102), 제3 유로(103) 및 제4 유로(104)와 각각 교차하는 스풀장착부(120)에 장착되어 중립 위치에서 제1 유로(101)와 제3 유로(103)를 차단하고, 제2 유로(102)와 제4 유로(104)를 차단한다.
이러한 스풀(300)에는 유로와 댐핑실을 연통시키는 관통공이 형성되어 있다.
댐핑실은 제1 댐핑실(131)과 제2댐핑실로 구분되며, 관통공은 제1 유로(101)와 제1 댐핑실(131)을 연통시키는 제1 관통공(301)과, 제2 유로(102)와 제2 댐핑실(132)을 연통시키는 제2 관통공(302)으로 구분될 수 있다.
스풀(300)은 유압펌프(P)로부터 제1 관통공(301)과 제2 관통공(302) 중 어느 하나로 작동유가 유입되면 중립 위치에서 축 방향으로 이동한다.
그리고 스풀(300)에는 도 1에 도시된 바와 같이 제3 노치(303) 및 제4 노치(304)가 형성되어 있다.
제3 노치(303)는 스풀(300)이 중립 위치에서 제1 댐핑실(131) 방향으로 이동하면 제1 노치(111)와 중첩되고, 제4 노치(304)는 스풀(300)이 중립 위치에서 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동하면 제2 노치(112)와 중첩된다.
이와 같이 제1 노치(111)와 제3 노치(303)가 중첩되면 제1 유로(101)와 제3 유로(103)가 연결되어 제3 유로(103)에서 제1 유로(101)로 작동유가 흐르게 된다.
그리고 제2 노치(112)와 제4 노치(304)가 중첩되면 제2 유로(102)와 제4 유로(104)가 연결되어 제4 유로(104)에서 제2 유로(102)로 작동유가 흐르게 된다.
댐핑부재(400)는 스풀(300)의 양측에 형성되어 있는 댐핑실(131,132)에 각각 위치하고, 댐핑부재(400)에는 관통공과 댐핑실을 연통시키는 제1 연결로(421) 및 작동유가 수용되는 수용부(430)가 형성되어 있다.
구체적으로 댐핑부재(400)는 제1 부재(410)와 제2 부재(420)로 구성되고, 제1 부재(410)와 제2 부재(420) 사이에 스프링(500)이 배치된다.
스프링(500)은 제2 부재(420)를 스풀(300) 방향으로 탄성지지하며, 스풀(300)이 어느 한 방향으로 이동하면 스풀(300)이 원위치로 복귀하도록 제2 부재(420)를 스풀(300) 방향으로 가압한다.
이러한 댐핑부재(400) 및 스프링(500)은 제1 댐핑실(131)과 제2 댐핑실(132)에 각각 위치하여, 스풀(300)이 중립 위치에서 축 방향의 어느 한 방향으로 이동하거나 중립 위치로 복귀할 때 발생하는 충격을 흡수하여 감소시킨다.
더욱 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 부재(410)와 제2 부재(420)는 서로 결합하여 수용부(430)를 형성하며, 수용부(430)에는 작동유가 충전된다.
제1 부재(410)는 댐핑실에 고정 장착되며, 제1 부재(410)에는 댐핑실과 연통되는 제1 오리피스(411)가 형성되어 있다.
제2 부재(420)는 댐핑실 내부에서 스풀(300)과 제1 부재(410) 사이에 배치되고, 외주면이 제1 부재(410)의 내주면과 마주하도록 제1 부재(410)의 내부에 결합된다.
그리고 제2 부재(420)에는 관통공과 댐핑실을 연통시키는 제1 연결로(421)가 형성되어 있다.
제2 부재(420)는 댐핑실의 내부를 분할하며, 댐핑실 내부에서 스풀(300)의 축 방향으로 이동함에 따라 제2 부재(420)에 형성되어 있는 제1 연결로(421)를 통해 작동유가 이동한다.
또한, 제2 부재(420)에는 수용부(430)와 연통되는 제2 오리피스(422)가 형성되어 있다.
제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)는 제2 부재(420)가 제1 부재(410) 방향으로 이동하여 수용부(430)의 체적이 최소인 상태를 제외하고 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이 스풀(300)의 축 방향으로 상호 이격되며, 도 2(c)에 도시된 바와 같이 수용부(430)의 체적이 최소가 되면 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)의 위치가 일치하여 직접 연통된다.
제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)는 스풀(300)의 축 방향으로 상호 이격되어 있더라도 일부가 중첩되어 연통될 수 있다.
수용부(430)의 체적이 최소인 상태란, 제2 부재(420)가 제1 부재(410) 방향으로 최대한 이동하여 수용부(430)의 체적이 최소인 상태일 수도 있지만, 수용부(430)의 체적이 물리적으로 가능한 최소의 체적에 도달하지 않더라도 유효 작동 범위 내에서 제1 부재(410)와 제2 부재(420)에 의해 형성되는 수용부(430)의 체적이 최소일 때를 포함할 수 있다.
그리고 제1 부재(410)와 제2 부재(420) 사이에는 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)를 연결하여 수용부(430)로 작동유가 유입되거나 수용부(430)로부터 상기 작동유가 배출되도록 하는 제2 연결로(431)가 형성된다.
작동유가 통과하는 제2 연결로(431)의 단면적은 제1 오리피스(411) 및 제2 오리피스(422)의 단면적보다 작기 때문에 제2 연결로(431)를 통과하는 작동유의 유량은 제한된다.
상술한 바와 같은 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)는 상호 이격되어 있는 상태에서 제2 연결로(431)에 의해 연결되어 작동유가 수용부(430)로 유입되거나 수용부(430)로부터 배출되고, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 제2 부재(420)가 제1 부재(410) 방향으로 이동하면 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422) 사이의 거리가 좁혀지면서 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)를 연결하는 제2 연결로(431)의 길이가 짧아진다.
그리고 제2 부재(420)가 제1 부재(410) 방향으로 이동하여 수용부(430)의 체적이 최소가 되면 도 2(c)에 도시된 바와 같이 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)가 직접 연통되어 상호 연통된 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)를 통해 작동유가 수용부(430)로 유입되거나 수용부(430)로부터 배출되게 되고, 이때 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)를 통해 수용부(430)로 유입되거나 수용부(430)로부터 배출되는 작동유의 유량은 제2 연결로(431)를 통해 수용부(430)로 유입되거나 수용부(430)로부터 배출되는 유량보다 많다.
제2 연결로(431)는 서로 결합하는 제1 부재(410)와 제2 부재(420) 사이의 미세한 간극으로서, 제2 부재(420)가 이동하면서 수용부(430)의 체적이 변화함에 따라 소량의 작동유가 제2 연결로(431)를 통과하여 수용부(430)로 유입되거나 수용부(430)로부터 배출될 수 있다.
경우에 따라 제2 연결로(431)를 통과하는 작동유의 유량을 증가시키기 위하여 상호 마주하는 제1 부재(410) 또는 제2 부재(420)의 표면에 제2 연결로(431)를 가공하여 형성할 수도 있다.
도 2에서는 제2 연결로(431)를 나타내기 위하여 제2 부재(420)의 표면에 제2 연결로(431)가 홈으로 가공된 상태로 도시하였다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 제2 부재(420)가 제1 부재(410)의 내측에 결합되지만, 제2 부재(420)가 제1 부재(410)의 외측에 결합되도록 할 수도 있다.
이때는 제1 부재(410)에 제2 오리피스(422)가 형성되고, 제2 부재(420)에 제1 오리피스(411)가 형성된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 작동과정에 대하여 설명한다.
도 3은 중장비의 주행 상태에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도이고, 도 4는 중장비의 정지 상태에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 스풀(300)의 중립상태에서는, 스풀(300)에 의해 제1 유로(101)와 제3 유로(103)가 차단되고, 제2 유로(102)와 제4 유로(104)가 차단된다.
또한, 제1 유압밸브(201)에 의해 제3 유로(103)와 제5 유로(105)가 차단되고, 제2 유압밸브(202)에 의해 제4 유로(104)와 제6 유로(106)가 차단된다.
이와 같이 중장비가 정지해 있는 상태에서, 도 3에 도시된 바와 같이 유압펌프(P)로부터 제1 유로(101)로 작동유가 토출되면 작동유 중 일부가 제1 관통공(301)으로 유입되고, 제1 관통공(301)을 통해 제1 댐핑실(131)에 위치한 댐핑부재(400)와 스풀(300) 사이로 작동유가 유입되면서 유압에 의해 스풀(300)이 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동한다.
이에 따라 스풀(300)은 제2 댐핑실(132)에 위치한 댐핑부재(400)를 밀어 가압하며, 제2 댐핑실(132) 및 수용부(430)에 충전되어 있는 작동유와 스프링(500)이 완충작용을 하여, 중장비가 출발할 때나 정지할 때 스풀(300)이 이동함에 따라 발생하는 충격을 흡수한다.
구체적으로 스풀(300)은 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동하여 단부가 제2 댐핑실(132)로 진입하게 되고, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 부재(420)는 스풀(300)에 의해 제1 부재(410) 방향으로 이동하며, 스프링(500)은 제2 부재(420)에 의해 제1 부재(410)와 제2 부재(420) 사이에서 압축된다.
이와 동시에 수용부(430)에 충전되어 있는 작동유는 제2 오리피스(422), 제2 연결로(431) 및 제1 오리피스(411)를 통해 제2 댐핑실(132)로 배출되고, 제2 댐핑실(132)에 충전되어 있는 작동유는 제1 연결로(421) 및 제2 관통공(302)을 통해 제2 유로(102)로 배출된다.
이때, 스풀(300)이 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동함에 따라 제2 노치(112)와 제4 노치(304)가 중첩되면서 제2 유로(102)와 제4 유로(104)가 연통된다.
그리고 스풀(300)이 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동함에 따라 제2 부재(420)가 제1 부재(410) 방향으로 이동하여 수용부(430)의 체적이 최소가 되면 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)의 위치가 일치하여 직접 연통된다.
한편, 유압펌프(P)로부터 제1 유로(101)로 토출된 작동유는 일부가 제1 관통공(301)으로 유입되어 스풀(300)을 이동시키고, 나머지 작동유는 제5 유로(105)로 유입된다.
제5 유로(105)로 유입된 작동유는 제1 밸브를 후퇴시켜 제5 유로(105)가 개방되도록 하여 제3 유로(103)를 통해 유압모터(M)로 전달된다.
이와 같이 유압모터(M)로 전달된 작동유는 유압모터(M)를 작동시킨 후 제4 유로(104)로 토출된다.
이때, 제6 유로(106)는 제2 유압밸브(202)에 의해 차단되어 있으며 작동유에 의해 개방되지 않는다.
이에 따라 작동유는 제4 유로(104)를 따라 흐르고, 전술한 바와 같이 제2 노치(112)와 제4 노치(304)가 중첩되어 제2 유로(102)와 제4 유로(104)가 연통되기 때문에 제2 유로(102)로 유입된다.
또한, 제2 유로(102)에는 제2 관통공(302)을 통해 제2 댐핑실(132)에 충전되어 있는 작동유가 유입되고, 제4 유로(104) 및 제2 관통공(302)을 통해 제2 유로(102)로 유입된 작동유는 다시 유압펌프(P)로 전달된다.
그리고 유압펌프(P)가 정지하면, 제1 유로(101)로 작동유가 토출되지 않고, 제1 유로(101)의 압력이 떨어지면서 스풀(300)을 제2 댐핑실(132) 방향으로 가압하는 유압이 소멸된다.
이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 댐핑실(132)에서는 압축되어 있는 스프링(500)이 제2 부재(420)를 스풀(300) 방향으로 밀어내고, 스풀(300)은 제2 부재(420)에 의해 제1 댐핑실(131) 방향으로 이동하여 중립 위치로 복귀하게 된다.
이때, 제2 부재(420)가 스풀(300) 방향으로 이동함에 따라 수용부(430)의 체적이 증가하게 되고, 서로 연통되어 있는 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)를 통해 수용부(430)로 작동유가 유입된다.
이 후, 제2 부재(420)가 스풀(300) 방향으로 이동하면서 수용부(430)의 체적이 증가함에 따라 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)가 서로 멀어지게 되고, 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)를 연결하는 제2 연결로(431)를 통해 작동유가 수용부(430)로 유입된다.
도면을 참고하면 도 2의 역순과 같다.
작동유가 통과하는 제2 연결로(431)의 단면적은 제1 오리피스(411) 및 제2 오리피스(422)의 단면적보다 작기 때문에, 제2 연결로(431)를 통해 수용부(430)로 유입되는 작동유의 유량은 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422)가 직접 연통되어 수용부(430)로 유입되기 시작할 때의 유량보다 적다.
이에 따라 수용부(430)에는 음압(negative pressure)이 형성되어 스풀(300)을 중립 위치로 복귀시키기 위하여 작용하는 스프링(500)의 힘에 대항하게 된다.
스풀(300)을 중립 위치로 복귀시키는 힘은 압축되어 있는 스프링(500)의 탄성력에 의해 발생하며, 스프링(500)에 의해 제2 부재(420)가 스풀(300) 방향으로 이동하면서 수용부(430)가 팽창될 때 제2 연결로(431)를 통해 작동유가 수용부(430)로 유입될 경우 수용부(430)로 유입되는 작동유의 유량은 제한된다.
이 경우, 중장비의 정지시 스풀(300)의 응답성이 떨어질 수 있지만, 중장비의 저속 주행시에 중장비의 주행을 위한 출력을 안정적으로 유지할 수 있다.
특히, 제1 오리피스(411)와 제2 오리피스(422) 사이가 멀수록 작동유가 통과하는 제2 연결로(431)의 길이가 증가하게 되고 제2 부재(420)가 제1 부재(410)로부터 스풀(300) 방향으로 이동하는데 시간이 더 소요되기 때문에, 중장비의 저속 주행을 위하여 중립 위치로부터 스풀(300)의 이동거리가 짧을 경우, 즉 유압펌프(P)로부터 토출되는 작동유의 유압이 낮고 제2 연결로(431)의 길이가 길게 형성될 경우 유로의 유압이 급격히 떨어져도 스풀(300)이 중립 위치로 즉각 복귀하여 유로를 차단하지 않고 유지됨으로써, 유압모터(M)의 출력을 일정하게 유지할 수 있고, 저속에서도 중장비를 안정적이고 정밀하게 제어할 수 있다.
다만, 스풀(300)의 이동속도가 느릴 경우 응답성이 떨어져 중장비의 정지시 밀림 현상이 발생하거나 유로에 캐비테이션이 발생할 수 있기 때문에, 제2 연결로(431)의 단면적 및 길이 그리고 스프링(500)의 탄성력을 조절하여 스풀(300)의 응답성과 유압모터(M)의 출력 안정성을 적절히 유지하여야 할 것이다.
한편, 스풀(300)을 중립 위치에서 어느 한 방향으로 이동시킬 때도, 스풀(300)이 제2 부재(420)를 제1 부재(410) 방향으로 가압하여 수용부(430)에 충전되어 있는 작동유가 제2 연결로(431)를 통해 배출되지만, 이때 스풀(300)의 응답성은 유압펌프(P)로부터 토출되는 작동유의 유압에 의해 가장 큰 영향을 받기 때문에 제2 연결로(431)를 통해 수용부(430)로부터 배출되는 작동유의 유량을 고려하지 않아도 된다.
반면, 스풀(300)이 중립 위치로 복귀할 때는, 스프링(500)의 탄성력의 영향을 받게 되고, 스프링(500)의 탄성력은 스프링(500) 특성에 의해 정해지며 유압펌프(P)로부터 토출되는 유압에 비해 그 힘이 작고 제한적이기 때문에, 제2 연결로(431)를 통과하는 작동유의 유량은 스풀(300)이 복귀할 때의 응답성에 영향을 미치게 된다.
최초 유압펌프(P)로부터 토출되는 작동유는 제1 유로(101) 또는 제2 유로(102)로 토출될 수 있으며, 작동유가 토출되는 유로에 따라 중장비의 주행 방향이 결정된다.
앞서, 작동유가 유압펌프(P)로부터 제1 유로(101)로 토출되는 경우에 대하여 설명하였으며, 작동유가 제2 유로(102)로 토출되는 경우에도 스풀(300)의 이동방향이 다를 뿐 작동원리는 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
제2 실시예
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도이고, 도 6은 중장비의 주행 상태에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도이며, 도 7은 도 6의 체크밸브를 확대하여 나타낸 확대도이고, 도 8은 중장비의 정지 상태에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브의 단면도이며, 도 9는 도 8의 체크밸브를 확대하여 나타낸 확대도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 중장비용 카운터 밸런스 밸브는 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 밸브본체(100), 유압밸브, 스풀(300), 댐핑부재(400) 및 스프링(500)으로 이루어지며, 스풀(300)에 구비되는 체크밸브(310)를 더 포함하여 이루어진다.
밸브본체(100), 유압밸브, 스풀(300), 댐핑부재(400) 및 스프링(500)은 제1 실시예와 동일하다.
체크밸브(310)는 스풀(300)에 구비되어 관통공을 통과하는 작동유의 유량을 조절한다.
이러한 체크밸브(310)는 관통공을 통해 관통공과 연결되어 있는 유로로 작동유가 배출될 때 상기 관통공을 차단하여 상기 작동유가 체크밸브(310)에 형성되어 있는 제3 오리피스(311)를 통해 배출되도록 한다.
구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 유압펌프(P)로부터 제1 유로(101)로 작동유가 토출되면, 제1 관통공(301)으로 작동유가 유입되고, 이러한 작동유는 도 7(a)에 도시된 바와 같이 제1 관통공(301)에 설치되어 있는 체크밸브(310)를 밀어 제1 관통공(301)과 체크밸브(310) 사이를 통과하고 제1 댐핑실(131)과 스풀(300) 사이로 유입된다.
이에 따라 스풀(300)은 작동유에 의해 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동하게 된다.
이와 같이 스풀(300)이 제2 댐핑실(132) 방향으로 이동하면서, 제2 댐핑실(132)의 제2 부재(420)는 스풀(300)에 의해 제1 부재(410) 방향으로 이동하게 되고, 수용부(430) 및 제2 댐핑실(132)에 충전되어 있는 작동유가 제1 연결로(421)를 통해 제2 관통공(302)으로 유입된다.
이때, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 작동유가 체크밸브(310)를 밀어 제2 관통공(302)이 체크밸브(310)에 의해 차단되고, 제2 관통공(302)으로 유입된 작동유는 체크밸브(310)에 형성되어 있는 제3 오리피스(311)를 통해 제2 관통공(302)을 통과하여 제2 유로(102)로 배출된다.
이와 반대로, 도 8에 도시된 바와 같이 스풀(300)이 중립 위치로 복귀할 때는, 제2 유로(102)의 작동유가 제2 관통공(302)으로 유입되고, 이러한 작동유는 도 9(b)에 도시된 바와 같이 체크밸브(310)를 밀어 제2 관통공(302)과 체크밸브(310) 사이를 통과하여 제2 댐핑실(132) 및 수용부(430)로 유입된다.
동시에 제1 댐핑실(131)과 스풀(300) 사이로 유입된 작동유는 제1 관통공(301)으로 유입되고, 이러한 작동유는 도 9(a)에 도시된 바와 같이 체크밸브(310)를 밀어 제1 관통공(301)을 차단하며 체크밸브(310)에 형성되어 있는 제3 오리피스(311)를 통해 제1 관통공(301)을 통과하여 제1 유로(101)로 배출된다.
이에 따라 스풀(300)의 응답성을 높이면서 스풀(300)이 빠르게 이동함에 따라 발생하는 충격에 대한 완충효과를 높일 수 있다.
전술한 사항 이외에는 제1 실시예와 동일한바 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명인 중장비용 카운터 밸런스 밸브는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100 : 밸브본체, 110 : 밸브장착부, 111 : 제1 노치, 112 : 제2 노치, 120 : 스풀장착부, 131 : 제1 댐핑실, 132 : 제2 댐핑실
101 : 제1 유로, 102 : 제2 유로, 103 : 제3 유로, 104 : 제4 유로, 105 : 제5 유로, 106 : 제6 유로,
201 : 제1 유압밸브, 202 : 제2 유압밸브,
300 : 스풀, 301 : 제1 관통공, 302 : 제2 관통공, 303 : 제3 노치, 304 : 제4 노치, 310 : 체크밸브, 311 : 제3 오리피스,
400 : 댐핑부재, 410 : 제1 부재, 411 : 제1 오리피스, 420 : 제2 부재, 421 : 제1 연결로, 422 : 제2 오리피스, 430 : 수용부, 431 : 제2 연결로,
500 : 스프링,

Claims (4)

  1. 유압펌프와 유압모터를 연결하는 복수의 유로가 형성되고, 상기 유로와 연통되는 스풀장착부가 형성되며, 상기 스풀장착부 양측에 각각 댐핑실이 형성되어 있는 밸브본체;
    상기 스풀장착부에 장착되어 축 방향으로 이동하면서 상기 유로를 개폐하여 상기 유로를 따라 흐르는 작동유의 흐름을 제어하고, 상기 유로와 댐핑실을 연통시키는 관통공이 형성되어 있는 스풀;
    상기 댐핑실에 위치하고, 상기 관통공과 댐핑실을 연통시키는 제1 연결로가 형성되며, 상기 작동유가 수용되는 수용부가 형성되어 있는 댐핑부재; 및
    상기 댐핑부재를 상기 스풀 방향으로 탄성지지하는 스프링을 포함하여 이루어지고,
    상기 댐핑부재는 서로 결합하여 상기 수용부를 형성하는 제1 부재와 제 2부재를 포함하며,
    상기 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나에는 상기 댐핑실과 연통되는 제1 오리피스가 형성되고, 다른 하나에는 상기 수용부와 연통되는 제2 오리피스가 형성되며,
    상기 제1 부재와 제2 부재 사이에는 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스를 연결하여 상기 수용부로 상기 작동유가 유입되거나 상기 수용부로부터 상기 작동유가 배출되도록 하는 제2 연결로가 형성되고,
    상기 작동유가 통과하는 상기 제2 연결로의 단면적은 상기 제1 오리피스 및 제2 오리피스의 단면적보다 작으며,
    상기 제1 오리피스와 제2 오리피스는 상기 스풀의 축 방향으로 상호 이격되어 상기 제2 연결로에 의해 연결되고,
    상기 수용부의 체적이 최소가 되면 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스가 직접 연통되며,
    상기 수용부의 체적이 증가하면 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스가 서로 멀어지면서 상기 제2 연결로를 통해 상기 작동유가 상기 수용부로 유입되는 것을 특징으로 하는 중장비용 카운터 밸런스 밸브.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 부재는 상기 스풀에 의해 상기 제1 부재 방향으로 이동하여 상기 스프링을 압축시키고,
    상기 스프링은 상기 스풀이 원위치로 복귀하도록 상기 제2 부재를 상기 스풀 방향으로 가압하며,
    상기 수용부는 상기 제2 부재가 이동함에 따라 체적이 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 중장비용 카운터 밸런스 밸브.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스풀에는 상기 관통공을 통과하는 상기 작동유의 유량을 조절하는 체크밸브가 구비되고,
    상기 체크밸브는 상기 관통공을 통해 상기 관통공과 연결되어 있는 유로로 상기 작동유가 배출될 때 상기 관통공을 차단하여 상기 작동유가 상기 체크밸브에 형성되어 있는 제3 오리피스를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 중장비용 카운터 밸런스 밸브.
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