KR101761028B1 - 속도전환밸브 및 이를 포함하는 건설기계 - Google Patents

속도전환밸브 및 이를 포함하는 건설기계 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 작동유가 유출입되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되어 직선운동하며, 상기 하우징 내에서 일측에 위치할 때 작동유의 유동을 사판의 경전각을 변위시키기 위한 두 개의 2속 피스톤에 전달하고, 상기 하우징 내에서 타측에 위치할 때 작동유의 유동을 상기 2속 피스톤에 차단함과 동시에 상기 2속 피스톤에서 유동되는 작동유를 드레인으로 배출시키는 스풀 가이드; 및 상기 스풀 가이드의 일단에 형성된 중공부에 배치되어 상기 스풀 가이드가 상기 하우징 내에서 타측에 위치할 때 상기 2속 피스톤으로부터 유동되는 작동유를 드레인으로 배출시키는 스풀 가이드;를 포함하는 속도전환밸브 및 이를 포함하는 건설기계를 제공한다.

Description

속도전환밸브 및 이를 포함하는 건설기계{SPEED CHANGE VALVE AND CONSTRUCTION MACHINE HAVING THE SAME}
본 발명은 가변 용량형 주행 모터에 적용될 수 있는 속도전환밸브 및 이를 포함하는 건설기계에 관한 것이다.
이동수단의 경우 저속과 고속의 속도 전환 구조를 가지고 있다.
굴삭기와 같은 건설기계도 유압 작동 방식의 주행 모터를 포함하고 있으며, 이러한 건설기계는 저속과 고속 두 가지의 속도 전환 구조를 가지고 있다.
이러한 주행 모터의 속도 전환은 사판의 경전각을 변경하여 구현되며, 동일한 유량이 주행 모터에 공급된다고 가정할 경우, 상기 사판의 경전각은 경전 피스톤에 압력이 가해지면 상기 사판의 경전각이 감소함으로써 주행 모터의 속도가 상승하고, 경전 피스톤의 압력이 해제되면 상기 사판의 경전각이 다시 증가하여 주행 모터의 속도가 하강한다.
이러한 경전 피스톤에 압력 분배는 속도전환밸브에 의해 구현된다. 구체적으로, 속도전환밸브의 원 상태에서는 경전 피스톤의 유량이 드레인으로 방출되면서 사판이 원 상태의 경전각으로 복귀(경전각 증가)하면서 주행 모터 용적용량이 증가하여 속도가 감소한다. 이를 1속 전환 상태라고 한다.
속도전환밸브가 전환되면, 경전 피스톤으로 유량이 유입되어 사판의 경전각이 작아지면서 주행 모터의 용적용량이 감소하여 속도가 증가하는 것이다. 이를 2속 전환 상태라고 한다.
그러나, 이러한 종래의 속도전환밸브는 2속에서 1속 또는 1속에서 2속 변환시 전환시간이 짧음으로 인해 변속 충격 또는 진동이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 속도전환밸브의 구조를 개선하여 속도 변환 시 발생할 수 있는 변속 충격을 완화함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되어 직선 왕복 운동하며, 상기 하우징 내에서 일측에 위치할 때 작동유를 사판의 경전각을 줄이기 위해 두 개의 경전 피스톤에 전달하고, 상기 하우징 내에서 타측에 위치할 때 작동유를 상기 2개의 경전 피스톤으로부터 드레인으로 배출시키는 스풀; 및 상기 스풀의 일단에 형성된 중공부에 배치되어 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 위치할 때 상기 2개의 경전 피스톤 내부의 작동유가 합류된 이후에 드레인으로 배출시키는 스풀 가이드;를 포함하며, 상기 하우징은 작동유가 유입되는 제1 단자와, 작동유가 유입되는 제2 단자와, 상기 2개의 경전 피스톤 각각에 연통되는 제3 단자 및 제4 단자와, 드레인과 연통되는 드레인 단자를 포함하며, 상기 스풀은 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제1 단자와 제3 단자를 연통시키도록 외주면에 형성되는 제1 홈과, 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제2 단자와 제4 단자를 연통시키도록 외주면에 형성되는 제2 홈과, 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제3 단자를 중공부에 연통되도록 형성되는 제1 홀과, 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제4 단자를 중공부에 연통되도록 형성되는 제2 홀을 포함하는 속도전환밸브를 제공한다.
또한, 상기 제1 홀은 상기 제1 홈과 연통되고, 상기 스풀 가이드는 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제1 홀을 폐쇄하고, 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제1 홀을 개방하도록 형성되며, 상기 제2 홀은 상기 제2 홈과 연통되고, 상기 제2 홈은 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제2홀을 폐쇄하고, 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제2 홀을 개방하도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 스풀과 스풀 가이드 사이에는 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 배치되도록 복귀력을 제공하는 스프링이 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징에는 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측으로 이동되도록 작동유가 유입되는 제5 단자가 형성되며, 상기 스풀의 외주면에는 상기 제5 단자와 연통되는 제3 홈이 형성되며, 상기 제3 홈은 상기 스풀이 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 커짐으로 인해 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 단자 및 제4 단자와 각각의 경전 피스톤 사이에 오리피스가 배치될 수 있다.
또한, 상기 스풀의 타단에는 상기 스풀의 직선 구동력을 제공하는 유체유입구가 형성될 수 있다.
본 발명은 하우징, 스풀 가이드 또는 오리피스의 구조를 개선하여 저속과 고속의 전환시에 스풀 가이드의 이동을 천천히할 수 있게 함으로써, 급격한 변속시 발생할 수 있는 충격 또는 진동을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 구조를 단순화하여, 생산성 향상, 조립시간 감소 및 가격 경쟁력이 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 속도전환밸브의 1속 변환 상태를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 상태에 따른 사판의 경사각.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 속도전환밸브의 2속 변환 상태를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 상태에 따른 사판의 경사각.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 속도전환밸브의 1속 변환 상태를 도시한 도면, 도 2는 도 1의 상태에 따른 사판의 경사각, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 속도전환밸브의 2속 변환 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 상태에 따른 사판의 경사각이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 속도전환밸브(100)는 크게 하우징(110), 스풀(120) 및 스풀 가이드(130)를 포함할 수 있다.
이러한 속도전환밸브(100)는 경전 피스톤에 의해 모터 용량이 변경됨으로써, 저속 회전을 행하는 저속 모드와 고속 회전을 행하는 고속 모드의 어느 한쪽으로 전환되는 가변 모터에 적용될 수 있으며, 이러한 가변 모터는 실시예에서 건설기계에 적용되는 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하우징(110)은 가변 모터의 사판(10) 경전각을 변위시키기 위한 작동유를 후술할 경전 피스톤(140)에 유출입 시키기 위해 배치된다.
여기서, 경전 피스톤(140)이란, 가변 모터의 사판(10) 경전각을 변위시키기 위한 피스톤으로서, 본 발명에서는 두 개 이상의 경전 피스톤이 적용되는 것을 기본으로 하되 본 실시예에서는 경전 피스톤이 2개인 것을 예시로 한다.
경전 피스톤(140)은 속도전환밸브(100)로부터 작동유를 공급받아서 사판(10)의 경전각을 줄이거나, 실시예의 속도전환밸브(100)를 통해 작동유를 드레인으로 배출함으로써 사판(10)의 경전각을 증가시킨다.
구체적으로, 상기 하우징(110)은 작동유가 유동하는 제1 단자(111)와, 제2 단자(112)와, 제3 단자(113)와, 제4 단자(114)와, 드레인과 연통되는 드레인 단자(115)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 경전 피스톤과 제3 단자 사이, 제2 경전 피스톤과 제4 단자 사이에는 오리피스(150)가 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징(110)에는 후술할 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 일측에서 타측으로 이동되도록 파일럿압이 유입되는 제5 단자(116)가 형성될 수도 있다.
상기 스풀(120)은 상기 하우징(110)의 내부에 수용되어 직선운동한다.
상기 스풀(120)은 평상시에 상기 하우징(110)의 타측(도 1의 스풀 위치)에 배치되며, 상기 하우징(110)과 스풀(120) 사이 제2 단자(112)에 유입되는 유압에 의해 상기 하우징(110)의 일측(도 3의 스풀 위치)으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 상기 스풀(120)은 상기 하우징(110) 내에서 일측에 위치할 때 작동유의 유동을 사판(10)의 경전각을 변위시키기 위한 두 개의 경전 피스톤(140)에 전달하고, 상기 하우징(110) 내에서 타측에 위치할 때 작동유의 상기 경전 피스톤(140)으로의 유입을 차단함과 동시에 상기 경전 피스톤(140)으로부터 유출되는 작동유를 드레인으로 배출할 수 있다.
상기 스풀(120)의 이러한 구동력을 구현하기 위해, 상기 하우징(110)과 스풀(120) 일단 사이에 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 타측에 배치되도록 복귀력을 제공하는 스프링(160)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징(110) 양단과 각각 상기 스풀(120)의 타측에는 상기 스풀(120)에 대해 직선 구동력을 제공하는 유체유입구(117)가 형성되어 유체가 유입됨에 따라 상기 스풀(120)을 일측으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 스풀(120)의 외주면에는 상기 제5 단자(116)와 연통되는 제3 홈(123)이 형성되어, 상기 제5 단자(116)로부터 유입되는 유체의 압력에 따라 상기 하우징(110) 내에서 일측으로부터 타측으로 이동될 수도 있다.
상기 제5 단자(116)에 유입되는 유체는 주행 모터의 정/역 회전 방향에 따라 제1 단자 또는 제2 단자에 유입되는 유체가 유입된다.
즉, 제5 단자(116)에 유입되는 유체는 주행 모터를 통과하기 전 유체인 Input 유체가 유입된다. 만일, 주행 모터의 작동 부하가 높은 경우에는 제5 단자(116)에 가해지는 Input 유체의 압력도 증가하며, 상기 제3 홈(123)에 가해지는 압력이 마찬가지로 증가하게 되어 상기 스풀(120)을 타측 방향으로 절환시킬 수 있게 된다.
실시예에 따른 스풀(120)은 하우징(110) 내에 유입되는 작동유를 상기 경전 피스톤(140)으로 유입시키거나 상기 경전 피스톤(140) 내의 작동유를 드레인으로 배출하기 위해, 상기 하우징(110)의 타측에서 일측으로 또는 일측에서 타측으로 이동하면서 상기 하우징(110)의 단자들과 선택적으로 연통될 수 있다.
구체적으로, 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 일측에 배치될 때 상기 제1 단자(111)와 제3 단자(113)를 연통시키도록 외주면에 형성되는 제1 홈(121)과, 상기 제2 단자(112)와 제4 단자(114)를 연통시키도록 외주면에 형성되는 제2 홈(122)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스풀(120)은 상기 하우징(110) 내에서 타측에 배치될 때 상기 제3 단자(113)를 중공부(126)에 연통되도록 형성되는 제1 홀(124)과, 상기 하우징(110) 내에서 타측에 배치될 때 상기 제4 단자(114)를 중공부(126)에 연통되도록 형성되는 제2 홀(125)을 포함할 수 있다.
즉, 도 1과 같이, 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 타측에 배치되면, 제1 단자(111)와 제2 단자(112)는 상호 간에 유동이 차단되거나 극히 미세하게 유동되며, 제3 단자(113)와 제4 단자(114)가 중공부(126)에 연통되어 후술할 스풀 가이드(130)를 통해 드레인 단자(115)로 작동유가 배출된다.
이러한 도 1과 같은 상태를 1속으로 전환되는 상태라고 하며, 상기 경전 피스톤(140)으로부터 작동유가 배출되므로 사판(10)의 경전각이 커져서 용적용량이 커지며, 이는 가변 용량의 주행 모터를 저속으로 구동하게 한다.
한편, 도 3과 같이 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 일측에 배치되면, 상기 제1 단자(111)와 제3 단자(113)가 제1 홈(121)에 의해 연통되고, 상기 제2 단자(112)와 제4 단자(114)가 제2 홈(122)에 의해 연통되어, 작동유가 경전 피스톤(140)으로 유입될 수 있다.
이러한 도 3과 같은 상태는 2속으로 전환되는 상태라고 하며, 상기 경전 피스톤(140)에 작동유가 유입되어 사판(10)의 경전각이 작아져서 용적용량이 작아지며, 이는 가변 용량의 주행 모터를 고속으로 구동하게 한다.
일례로, 상기 제1 홀(124)은 상기 제1 홈(121)과 연통되게 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 스풀 가이드(130)는 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 타측에 배치될 때 상기 제1 홀(124)을 개방하고, 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 일측에 배치될 때 상기 제1 홀(124)을 폐쇄하도록 상기 중공부(126)에 배치되는 길이로 형성될 수 있다.
상기 스풀 가이드(130)는 단일 오리피스로 형성될 수 있으며, 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 타측에 위치할 때 상기 경전 피스톤(140)으로부터 배출되는 작동유를 드레인으로 배출할 수 있다.
즉, 실시예는 1속으로 전환되는 상태에서, 경전 피스톤(140)으로부터의 작동유를 스풀 가이드(130)를 통해 드레인으로 배출하기 때문에 경전 피스톤(140)에서 작동유가 배출되는 속도가 늦춰지게 되고, 이러한 배출 늦춤은 결국 경전 피스톤(140)의 1속으로의 복귀를 천천히 시키게 하고, 이는 사판(10)의 경전각 증가가 천천히 일어나게 하여 변속으로 인한 충격과 진동이 감소될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 상기 제3 단자(113)와 제4 단자(114)에는 각각의 오리피스가 연결되어 있으나, 결국 중공부(126) 내부에 작동유가 합쳐져서 스풀 가이드(130)로써 드레인으로 배출되기 때문에, 2속 피스톤(140) 각각의 움직임을 동일하게 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 스풀(120)은 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 커지도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 스풀(120)에 제5 단자(116)를 설치하여 상기 제5 단자를 통해 유입되는 작동유가 제3 홈(123)에 압력을 가할 수 있으므로, 주행 모터의 부하 상태에 따라 2속에서 1속으로 자동 절환되게 하는 자동절환 기능을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명은 1속에서 2속 변화시에도 발생할 수 있는 충격과 진동을 방지하기 위한 구조를 구현할 수 있다.
이러한 직경의 차이 및 중공부(126) 형성에 따라, 상기 스풀(120)이 상기 하우징(110) 내에서 타측으로부터 일측으로 복귀할 때, 즉, 2속 상태로 전환될 때, 중공부(126)와 스풀 가이드(130) 사이의 공간이 줄어들고, 중공부(126) 내부에 존재하는 작동유의 일부는 스풀 가이드(130)를 통해 빠져나가야 하는데, 스풀 가이드(130)의 존재로 인해 스풀(120)의 이동이 느리게 감속되어 절환되게 된다.
즉, 작동유에 의한 압력 및/또는 상기 스풀(120)의 직경 차이로 인한 마찰력에 의해 상기 스풀(120)의 이동속도가 느리게 될 수 있다.
이러한 실시예의 구조는 저속에서 고속으로 변속시 발생할 수 있는 진동을 저감시킬 수 있다.
또한, 이러한 실시예에 따른 속도전환밸브(100)는 하우징(110)에 복수의 오리피스를 직접 가공하는 종래에 비해 개별적인 스풀 가이드(130)를 삽입함으로써 조립시간 단축 및 구조의 단순화를 꾀할 수 있다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 속도전환밸브 110: 하우징
111: 제1 단자 112: 제2 단자
113: 제3 단자 114: 제4 단자
115: 드레인 단자 116: 제5단자
117: 유체유입구 120: 스풀
121: 제1 홈 122: 제2 홈
123: 제3 홈 124: 제1 홀
125: 제2 홀 126: 중공부
130: 스풀 가이드
140: 경전 피스톤 150: 오리피스
160: 스프링

Claims (6)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 수용되어 직선 왕복 운동하며, 상기 하우징 내에서 일측에 위치할 때 작동유를 사판의 경전각을 줄이기 위해 두 개의 경전 피스톤에 전달하고, 상기 하우징 내에서 타측에 위치할 때 작동유를 상기 2개의 경전 피스톤으로부터 드레인으로 배출시키는 스풀; 및
    상기 스풀의 일단에 형성된 중공부에 배치되어 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 위치할 때 상기 2개의 경전 피스톤 내부의 작동유가 합류된 이후에 드레인으로 배출시키는 스풀 가이드;를 포함하며,
    상기 하우징은 작동유가 유입되는 제1 단자와, 작동유가 유입되는 제2 단자와, 상기 2개의 경전 피스톤 각각에 연통되는 제3 단자 및 제4 단자와, 드레인과 연통되는 드레인 단자를 포함하며,
    상기 스풀은 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제1 단자와 제3 단자를 연통시키도록 외주면에 형성되는 제1 홈과, 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제2 단자와 제4 단자를 연통시키도록 외주면에 형성되는 제2 홈과, 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제3 단자를 중공부에 연통되도록 형성되는 제1 홀과, 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제4 단자를 중공부에 연통되도록 형성되는 제2 홀을 포함하는 속도전환밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀은 상기 제1 홈과 연통되고,
    상기 스풀 가이드는 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제1 홀을 폐쇄하고, 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제1 홀을 개방하도록 형성되며,
    상기 제2 홀은 상기 제2 홈과 연통되고,
    상기 제2 홈은 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 일측에 배치될 때 상기 제2홀을 폐쇄하고, 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 배치될 때 상기 제2 홀을 개방하도록 형성되는 속도전환밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스풀과 스풀 가이드 사이에는 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측에 배치되도록 복귀력을 제공하는 스프링이 배치되는 속도전환밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 스풀이 상기 하우징 내에서 타측으로 이동되도록 작동유가 유입되는 제5 단자가 형성되며,
    상기 스풀의 외주면에는 상기 제5 단자와 연통되는 제3 홈이 형성되며, 상기 제3 홈은 상기 스풀이 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 커짐으로 인해 형성되는 것을 특징으로 하는 속도전환밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단자 및 제4 단자와 각각의 경전 피스톤 사이에 오리피스가 배치되는 속도전환밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스풀의 타단에는 상기 스풀의 직선 구동력을 제공하는 유체유입구가 형성되는 속도전환밸브.
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