KR101709517B1 - 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브 박스 내의 상시 고압실을 확장 가능하게 설계하여 더 많은 유체 유량을 고,저압 변환실로 빨리 전달할 수 있어 타격 행정 에너지 증대를 가능하게 하면서 타격 후 리턴되는 유체 유량을 밸브 저압실을 통해 지연 배출되게 함으로써 유압 축적이 가능하여 후속 타격 행정 효율을 증대시키도록 개선된 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체에 관한 것이다.

Description

유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체{Control valve assembly of hydraulic breaker}

본 발명은 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브 박스 내의 상시 고압실을 확장 가능하게 설계하여 더 많은 유체 유량을 고,저압 변환실로 빨리 전달할 수 있어 타격 행정 에너지 증대를 가능하게 하면서 타격 후 리턴되는 유체 유량을 밸브 저압실을 통해 지연 배출되게 함으로써 유압 축적이 가능하여 후속 타격 행정 효율을 증대시키도록 개선된 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 브레이커(BREAKER)는 유압 혹은 공압에 의한 동력이 피스톤의 상면에 단속(斷續)적으로 작용하여 일정영역 내에서 상하 왕복운동되는 피스톤이 치즐(CHISEL)의 두부를 타격하여 외부로 노출되어 있는 치즐의 선단으로 하여금 파쇄대상물이 접촉되어 있는 상태에서 이를 파쇄토록 하여 주는 기구이다.

이러한 종래 브레이커는 피스톤의 상단부에 형성된 가스실 내에 질소가스가 주입되고 피스톤의 하단에는 치즐의 두부가 상기 피스톤과 접촉가능하게 동축상에 장착되는 바, 그 작동관계는 피스톤 하부에 형성된 전실(前室)에 고압의 유체가 공급되면 상기 피스톤은 그 상단부의 가스실에 충전된 가스를 압축하면서 상승하여 상사점에 도달하게 되며 피스톤의 상사점 도달과 동시에 고압의 유체(작동유)는 대체로 실린더 몸체 중간부위에 형성된 컨트롤밸브의 밸브전환을 통해 피스톤 상단부에 형성된 후실을 고압측으로 전환시킨다.

이때, 상기 후실에 작용하는 고압은 상기 전실에 작용하는 고압을 해제시키게 되고 이어 압축되어 있던 가스실 내의 질소가스가 그 팽창력에 의해 상기 피스톤을 하향이동시켜 동일축선상에 위치된 치즐의 두부를 타격함으로써 상기 치즐의 선단에 접하고 있던 암반, 콘크리트 등의 경도성 파쇄대상물을 파쇄하게 된다.

그런데, 종래 컨트롤밸브 조립체는 밸브박스의 상시 고압실이 작기 때문에 고,저압 변환실로 유체(유량, 유압)를 단시간에 전달할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

뿐만 아니라, 타격 행정을 수행하고 난 유체(유량, 유압)가 단시간 내에 리턴되어 버리기 때문에 후속 타격시 유량, 유압 축적 효과가 없어 그 만큼 타격력이 저하되는 단점도 있다.

그럼에도 불구하고, 상시 고압실을 크게 설계할 수 없는 이유는 유압 브레이커의 컨트롤밸브 조립체는 밸브실 내부가 매우 복잡한 유압회로로 설계되어 있고 조그마한 설계 오차가 발생해도 유압 변화가 커 오랜 숙련가를 제외하고 이를 쉽게 변형시킬 수 없기 때문이다.

물론, 오랜 숙련가라도 유압회로 설계의 변경은 쉬운 것이 아니며, 무수히 많은 실험 반복을 통해 최종적으로 원하는 결과를 균일하게 얻었을 때라야만 가능하다.

참고로, 하기한 [선행기술문헌]은 본 출원인 또는 본 출원의 발명자가 개발하여 출원 등록한 특허기술이다.

대한민국 등록실용 제20-0202164호(2000.08.28.), '가스와 유압을 이용한 브레이커' 대한민국 등록실용 제20-0253891호(2001.10.30.), '공유압식 브레이커' 대한민국 등록특허 제10-1492238호(2015.02.04.), '유압브레이커의 컨트롤밸브'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 밸브 박스 내의 상시 고압실을 확장 가능하게 설계하여 더 많은 유체 유량을 고,저압 변환실로 빨리 전달할 수 있어 타격 행정 에너지 증대를 가능하게 하면서 타격 후 리턴되는 유체 유량을 밸브 저압실을 통해 지연 배출되게 함으로써 유압 축적이 가능하여 후속 타격 행정 효율을 증대시키도록 개선된 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 치즐을 타격하는 피스톤이 슬라이딩 가능하게 설치되는 실린더의 일측에 장착되어 상기 피스톤이 반복적으로 움직이도록 방향전환시키는 컨트롤밸브 조립체에 있어서; 상기 컨트롤밸브 조립체의 외형을 이루면서 일측이 개방된 중공형의 밸브실을 갖는 밸브박스; 상기 밸브박스에 삽입되어 슬라이딩될 수 있게 구성되는 밸브스플; 상기 밸브스플에 끼워지고 밸브스플보다 길게 형성되며, 일단에는 상기 밸브스플의 유동을 제한하는 플러그플랜지가 형성된 밸브플러그; 상기 밸브박스에 삽입되며, 상기 밸브플러그와 수평하게 배치되고 상기 플러그플랜지와 대향되는 슬리브플랜지를 갖는 밸브슬리브; 및 상기 밸브박스의 개방부에 고정되어 상기 밸브슬리브를 고정하는 밸브커버;를 포함하되, 상기 밸브스플의 외주면에는 둘레를 따라 요홈 형태를 갖는 다수개의 스플소잔류로가 더 형성되고, 상기 밸브플러그의 외주면에도 둘레를 따라 요홈 형태를 갖는 다수개의 플러그소잔류로가 더 형성되어 유체와 유압을 축적하도록 구성되는 것에 의해 상시고압실을 확장 형성한 것을 특징으로 하는 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체를 제공한다.

이때, 상기 밸브박스의 내경에는 둘레를 따라 제1,2,3,4,5,6박스유로가 형성되고; 상기 밸브스플의 외경에는 둘레를 따라 상기 제1,2,3,4,5,6박스유로 중 일부와 선택적으로 연통되는 제1,2,3스플유로가 형성되며; 상기 밸브플러그의 외주면에는 둘레를 따라 상기 제1,2스플유로와 선택적으로 연통되는 제1,2플러그유로가 형성되고; 상기 밸브슬리브의 외주면에는 상기 제1박스유로와 연통되는 슬리브유로가 형성되며; 상기 제1박스유로는 고저압변환유로와 연통되고, 상기 제2박스유로는 상실유로와 연통되며, 상기 제3박스유로는 상시고압유로와 연통되고, 상기 제4박스유로는 밸브저압유로와 연통되며, 상기 제5박스유로는 밸브실전환유로와 연통되고, 상기 제6박스유로는 하실유로와 연통된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제3스플유로는 관통공 형태인 제1,2스플유로와 달리 밸브스플의 둘레 일부만 절삭된 요홈 형태로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 밸브 박스 내의 상시 고압실을 확장 가능하게 설계하여 더 많은 유체 유량을 고,저압 변환실로 빨리 전달할 수 있어 타격 행정 에너지 증대를 가능하게 하면서 타격 후 리턴되는 유체 유량을 밸브 저압실을 통해 지연 배출되게 함으로써 유압 축적이 가능하여 후속 타격 행정 효율을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 유압브레이커의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 컨트롤밸브 조립체의 조립 상태를 보인 예시적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 밸브스플을 보인 예시적인 단면도이다.
도 4는 도 2의 밸브플러그를 보인 예시적인 단면도이다.
도 5는 도 2의 밸브슬리브를 보인 예시적인 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 컨트롤밸브 조립체의 동작 상태 및 이에 따른 치즐의 작동관계를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 유압브레이커(1)는 피스톤(20)이 슬라이딩 가능하게 내장되어 있는 실린더(10)와, 이 실린더(10)의 전방에 설치되는 치즐하우징(30)과, 상기 피스톤(20)에 의해 타격되며, 그 타격력을 작업대상물로 전달하는 치즐(40)을 포함한다.

그리고, 실린더(10)에는 상기 피스톤(20)을 전후방향으로 슬라이딩시키기 위해 작동유의 방향을 전환시키기 위한 컨트롤밸브 조립체(50)가 설치된다.

이때, 상기 컨트롤밸브 조립체(50)의 구동은 인접 설치된 가스헤드(60, 도 7 참조)의 질소가스압 변동에 의해 이루어지며, 이는 이미 선행기술들에 의해 공지된 사항이므로 구체적인 설명은 생략하고, 본 발명에 따른 컨트롤밸브 조립체에 집중하여 설명하기로 한다.

도 2에 따르면, 본 발명의 컨트롤밸브 조립체(50)는 밸브박스(100)를 포함한다.

상기 밸브박스(100)는 컨트롤밸브 조립체(50)의 외형을 이루는 부재로서, 내경, 즉 밸브실(VR)에는 다수의 유체 유로가 형성되며, 또한 실린더(10) 내부와 연통되게 구성된다.

뿐만 아니라, 상기 밸브박스(100)의 일단에는 밸브커버(200)가 고정된다.

또한, 상기 밸브실(VR)에는 밸브스플(300), 밸브플러그(400)와 밸브슬리브(500)가 차례로 삽입된다.

이때, 상기 밸브스플(300)은 밸브플러그(400)의 길이보다 짧게 형성되어 왕복운동할 수 있도록 구성되며, 상기 밸브플러그(400)와 밸브슬리브(500)는 동일 직경을 갖고 수평하게 삽입 설치된다.

즉, 밸브스플(300)은 상기 밸브플러그(400)의 외주면에 끼워진 상태에서 상기 밸브박스(100)의 내경, 다시 말해 밸브실(VR) 내부에 삽입되며, 상기 밸브플러그(400)의 일단은 플랜지 형태로 더 큰 직경의 플러그플랜지(402)를 갖고, 상기 밸브슬리브(500)도 슬리브플랜지(502)를 갖는 형태지만 서로 대향되게 배치되며, 상대적으로 밸브플러그(400)에 비해 길이가 짧게 형성된다.

여기에서, 밸브플러그(400)와 밸브슬리브(500)의 대향배치는 플러그플랜지(402)와 슬리브플랜지(502)가 맞닿도록 배치됨을 의미하며, 밸브커버(200)가 개방된 상태에서 밸브플러그(400)와 밸브슬리브(500)를 차례로 삽입한 다음 밸브커버(200)를 닫아 고정하면 이들은 상기 밸브실(VR)내에 정확히 일치되는 길이를 유지하면서 배치 고정된다.

한편, 상기 밸브박스(100)의 내경에는 밸브커버(200)로부터 반대단을 향해 간격을 두고 제1박스유로(110), 제2박스유로(120), 제3박스유로(130), 제4박스유로(140), 제5박스유로(150), 제6박스유로(160)가 순차 형성된다.

아울러, 상기 제1박스유로(110)는 도 2 및 도 7에서와 같이, 고저압변환유로(PC)와 연통되고, 상기 제2박스유로(120)는 상실유로(PR1)와 연통되며, 상기 제3박스유로(130)는 상시고압유로(PH)와 연통되고, 상기 제4박스유로(140)는 밸브저압유로(PL)와 연통되며, 상기 제5박스유로(150)는 밸브실전환유로(PA)와 연통되고, 상기 제6박스유로(160)는 하실유로(PR2)와 연통된다.

또한, 실린더(10) 내부는 피스톤(20)의 유동(위치)에 따라 상기 제1,2,3,4,5,6박스유로(110,120,130,140,150,160)와의 연통 또는 밀폐관계가 바뀌게 되는데 이를 위해 피스톤(20)의 외주면에는 적정 간격을 두고 다수의 턱이 요철형태로 형성되어 상술한 유로들과의 연통 및 밀폐가 가능하도록 구성된다.

특히, 상기 실린더(10) 내부는 상기 박스유로들의 배치에 맞춰 고저압변환실, 실린더상실, 상시고압실, 밸브저압실, 밸브전환실, 실린더하실로 구획할 수 있는데, 이것은 완전히 구획된 별개의 실(room)로서 확연하게 나뉘는 것이 아니라 설계상 구간별로 그렇게 구분하기로 한 것에 지나지 않는다.

그리고, 상기 밸브스플(300)은 도 3의 예시와 같이, 제1,2스플유로(310,320)가 서로 간격을 두고 형성되며, 또한 제2스플유로(320)와 간격을 두고 제3스플유로(330)가 형성되는데, 상기 제3스플유로(330)는 제1,2스플유로(310,320)가 관통공 형태임에 반해, 밸브스플(300)의 둘레 일부만 절삭된 요홈 형태로 이루어진다는 점에서 차이가 있다.

뿐만 아니라, 상기 밸브스플(300)의 외주면에는 다수의 스플소잔류로(340)가 더 형성되는데, 이는 상기 제3스플유로(330)와 마찬가지로 밸브스플(300)의 둘레 일부만 반원형상으로 요입 형성된 형태를 갖는다.

이렇게 다수의 스플소잔류로(340)를 형성하는 이유는 고압, 저압 변환시 타격 후 리턴되는 유량과 유압을 최대한 잔류시켜 후속 타격시 효율을 높이기 위해 유량, 유압을 일정량 잔류, 즉 축적시키기 위함이다.

또한, 상기 밸브플러그(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1,2플러그유로(410,420)를 구성하되, 이들은 둘레를 따라 일정길이 요홈 형태로 형성된 상태에서 일부 지점에서 내부와 연통되도록 통공을 갖는 형태가 바람직하다.

그러면, 유체가 둘레를 따라 채워지다가 통공을 만나면 연통되면서 흘러나가거나 흘러들어오게 된다.

뿐만 아니라, 상기 밸브플러그(400)의 외주면에도 다수의 플러그소잔류로(430)가 형성되는데 이는 앞서 설명한 스플소잔류로(340)와 동일한 이유로 형성되며, 필요에 따라 형상을 변형시켜 축적되는 양을 더 늘릴 수도 있다.

아울러, 상기 밸브슬리브(500)는 도 5의 도시와 같이, 둘레에 슬리브유로(510)가 형성된다.

이와 같은 구성을 갖게 되면 유체 축적 기능이 가능하기 때문에 도 6의 도시와 같이 상시고압실과 연통되는 상시고압유로(PH)을 길게 설계할 수 있으므로 사실상 상시고압실의 길이를 증대시킬 수 있게 된다.

다시 말해, 상시고압실을 확장할 수 있게 되므로 결국 유량, 유압을 고저압변환실로 최대한 빨리 전달할 수 있게 되어 타격 행정시 에너지 증가에 기여하게 되며, 타격 행정 후 리턴되는 유량, 유압이 밸브저압실로 빠져나갈 때 이를 최대한 지연시킬 수 있게 되고, 이것은 곧 유압, 유체의 축적과 연관되는 것이므로 후속 타격시 타격효율을 높이게 된다.

상술한 구성에 의한 피스톤(20)의 실제적인 타격-후퇴 동작은 도 7과 같이 이루어진다.

이때, 피스톤(20)의 위치를 전환시키기 위한 컨트롤밸브 조립체(50)의 동작은 도 6과 같다.

먼저, 피스톤(20)의 상승 및 초기단계를 살펴보면, 유압브레이커의 구동을 위해 도 7의 (4)와 같은 상태에서 유압공급라인(SP)을 통해 유압이 공급된다.

그러면, 상시고압유로(PH)를 통해 고압의 유체가 제3박스유로(130)를 거쳐 제1스플유로(310) 까지 채워지며, 또한 가스헤드(60)로 공급되면서 가스헤드(60)에 채워진 질소가스를 압축하게 된다.

동시에, 피스톤(20)의 하측 부근에 형성된 요철형 턱 부분에 고압이 차게 되므로 피스톤(20)은 상측의 비어 있는 공간인 압축실(도면번호 생략)을 향해 이동하면서 상승하게 된다.

이때, 나머지 유로들과 연결된 제1,2,4,5,6박스유로(110,120,140,150,160) 및 제2스플유로(320), 그리고 밸브실(VR) 내부는 저압 상태로 유지된다.

때문에, 피스톤(20)의 유동은 매우 원활하다. 더구나, 피스톤(20)이 상승하면서 제1박스유로(110) 및 슬리브유로(510)와 연통되는 피스톤(20)의 외주면서 실린더(10) 사이의 공간은 점점 확장되므로 압이 더 떨어지게 되어 상승하는데 장애요인이 없게 된다.

그러다가, 피스톤(20)의 상단이 압축실 내부로 최대한 진입하여 상사점에 이르면 더 이상 견디지 못하고 과도하게 팽창하면서 피스톤(20)을 밀어 내게 된다.

이때, 도 7의 (2)와 (3)에 예시한 것처럼 단타와 장타의 조절은 실린더(10) 내부에 내장된 실린더 어저스트 밸브(미도시)에 의해 이루어지는데, 실린더 어저스트 밸브는 수동조작되며, 열면 단타가 되고 닫으면 장타가 된다.

아울러, 상기 피스톤(20)이 상사점에 이른 시점은 가스헤드(60) 내부에서도 질소가스가 최대로 압축된 상태가 되며, 피스톤(20)이 하강하면서 질소가스도 급격히 팽창하게 된다.

그 순간, 즉 피스톤(20)이 상사점에 이른 순간 도 7의 (3)장타에서 도시하고 있는 것처럼 실린더(10)와 피스톤(20) 사이의 하측 고압 공간이 점점 커지다가 밸브실전환유로(PA)와 연통되면서 고압의 유체가 밸브실(VR)로 급속히 이동하게 되므로 실린더(10) 하측은 상대적으로 압축실에 비해 현저히 낮은 압력이 유지되게 되어 피스톤(20)은 신속히 하강하게 된다.

그 과정에서, 고압의 유체는 밸브실(VR)을 채운 다음 제1박스유로(110)를 거쳐 고저압변환유로(PC)를 통해 피스톤(20)의 상단부 외주면을 가압하게 되므로 강한 타격력을 행사하게 된다.

이후, 피스톤(20)이 하사점에 이르면 앞서 설명한 바와 같은 동작을 반복하면서 피스톤(20)의 치즐 타격이 반복 수행된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 유압 브레이커는 유체, 유압의 축적이 가능하도록 설계되었기 때문에 상시고압실, 상시고압유로를 확장할 수 있어 타격력을 증대시킬 뿐만 아니라, 특히 후속 타격을 위해 상승할 때 신속한 동작이 이루어지며, 후속 타격과 동시에 축적된 압이 부가적으로 가미되기 때문에 타격효율도 향상시키는 장점을 갖는다.

덧붙여, 도면중 미설명 부호 'DR'은 유압배출라인이다.

100: 밸브박스 200: 밸브커버
300: 밸브스플 400: 밸브플러그
500: 밸브슬리브

Claims (3)

1. 삭제
2. 치즐을 타격하는 피스톤이 슬라이딩 가능하게 설치되는 실린더의 일측에 장착되어 상기 피스톤이 반복적으로 움직이도록 방향전환시키는 컨트롤밸브 조립체에 있어서;
   상기 컨트롤밸브 조립체의 외형을 이루면서 일측이 개방된 중공형의 밸브실을 갖는 밸브박스; 상기 밸브박스에 삽입되어 슬라이딩될 수 있게 구성되는 밸브스플; 상기 밸브스플에 끼워지고 밸브스플보다 길게 형성되며, 일단에는 상기 밸브스플의 유동을 제한하는 플러그플랜지가 형성된 밸브플러그; 상기 밸브박스에 삽입되며, 상기 밸브플러그와 수평하게 배치되고 상기 플러그플랜지와 대향되는 슬리브플랜지를 갖는 밸브슬리브; 및 상기 밸브박스의 개방부에 고정되어 상기 밸브슬리브를 고정하는 밸브커버;를 포함하되,
   상기 밸브스플의 외주면에는 둘레를 따라 요홈 형태를 갖는 다수개의 스플소잔류로가 더 형성되고, 상기 밸브플러그의 외주면에도 둘레를 따라 요홈 형태를 갖는 다수개의 플러그소잔류로가 더 형성되어 유체와 유압을 축적하도록 구성되는 것에 의해 상시고압실을 확장 형성하고;
   상기 밸브박스의 내경에는 둘레를 따라 제1,2,3,4,5,6박스유로가 형성되고; 상기 밸브스플의 외경에는 둘레를 따라 상기 제1,2,3,4,5,6박스유로 중 일부와 선택적으로 연통되는 제1,2,3스플유로가 형성되며; 상기 밸브플러그의 외주면에는 둘레를 따라 상기 제1,2스플유로와 선택적으로 연통되는 제1,2플러그유로가 형성되고; 상기 밸브슬리브의 외주면에는 상기 제1박스유로와 연통되는 슬리브유로가 형성되며; 상기 제1박스유로는 고저압변환유로와 연통되고, 상기 제2박스유로는 상실유로와 연통되며, 상기 제3박스유로는 상시고압유로와 연통되고, 상기 제4박스유로는 밸브저압유로와 연통되며, 상기 제5박스유로는 밸브실전환유로와 연통되고, 상기 제6박스유로는 하실유로와 연통된 것을 특징으로 하는 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제3스플유로는 관통공 형태인 제1,2스플유로와 달리 밸브스플의 둘레 일부만 절삭된 요홈 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 유압식 브레이커의 컨트롤밸브 조립체.

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