KR101851248B1 - 양방향 피스톤펌프 습동부 압력평형 유지를 위한 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프는, 압유의 흡입 및 토출을 수행하는 흡입 및 토출구(100);와, 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 스풀(Spool)삽입부(200);와, 상기 스풀 삽입부(200)에 삽입되어, 상기 스풀 삽입부(200) 내를 좌우 이동하여 상기 흡입 및 토출구(100)의 유로를 개폐하는 스풀(Spool, 300);을 포함하는 커버(1000);와, 상기 커버(1000)의 스풀 삽입부(200)와 연통하여 개폐조작되는 압유를 유입하는 요크 가이드(400);와, 상기 요크 가이드(400)와 접하여 압유에 의한 각도 구동을 수행하는 요크(500);와, 상기 요크(500)에 피스톤슈를 밀착하여 요크(500)로 전달되는 압유로 구동하는 실린더 블록 앗세이(600);와, 상기 요크 가이드(400), 요크(500), 실린더 블록 앗세이(600)를 내장하고, 상기 커버(1000)와 결합하는 하우징(2000);을 포함하여 구성되고, 상기 스풀 삽입부(200)는 좌우 양측에 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 우회 유로(210)를 형성하고, 상기 스풀(300)은, 내부 양측에 압유 유로(310)를 형성하고, 상기 각각의 압유 유로(310)내에 유로를 개폐하는 볼(ball, 320)과 상기 볼(320)과 접하는 체크 오리피스(330)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 피스톤펌프 습동부 압력평형 유지를 위한 회로{TWO-WAY PISTON PUMP WHIT PRESSURE BALANCED EQUIPMENT SYSTEM}

본 발명은 지식경제부와 한국산업기술진흥원의“차세대 건설기계부품특화단지 조성사업”의 지원을 받아 수행된 연구결과이다.

본 발명은 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토출 방향이 수시로 변화함에 따라 습동부인 요크와 요크 가이드의 압력평형을 유지하기 위해 스풀(Spool)로 압력 및 유량을 제어하여 일정한 유막을 형성하는 양방향 피스톤펌프에 관한 것이다.

일반적으로 피스톤 펌프는 피스톤의 왕복 운동에 의한 용적변화를 이용하여 압유의 흡입과 토출을 행하는 방식으로서, 그 중 사판의 경사에 의해 피스톤이 왕복 운동을 하게 되어 흡입과 토출을 행하는 것이 사판식 피스톤펌프이다.

일반적으로 사판식 피스톤 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(10)과, 상기 하우징(10)을 관통하여 회전 가능하게 설치된 회전축(20)과, 상기 하우징(10)의 내부에 설치된 경사판(30)과, 상기 회전축(20)과 결합되어 함께 회전 가능하도록 상기 하우징(10)의 내부에 설치되고, 방사상 복수의 실린더(41)가 축방향으로 관통 형성되며, 상기 실린더(41) 각각의 내부로 압유가 공급 또는 토출되는 실린더블럭(40)과, 각각의 일단에 구형의 피스톤볼(51)이 상기 경사판(30)의 경사면(31)을 바라보도록 상기 실린더블럭(40)의 실린더(41) 각각에 축방향으로 왕복동 가능하게 삽입 설치되고, 타단으로부터 상기 피스톤볼(51)까지 축방향으로 압유이동홀(52)이 각각 관통형성된 복수의 피스톤(50)과, 각각의 일측에 소켓면(61)이 형성되어 상기 피스톤(50) 각각의 피스톤볼(51)과 볼조인트 결합되고, 각각의 타측에 습동면(62)이 형성되어 상기 경사판(30)의 경사면(31)에 접촉하여 습동하며, 상기 피스톤(50) 각각의 압유이동홀(52)과 연통되도록 각각의 상기 소켓면(61)으로부터 상기 습동면(62)까지 윤활이동홀(63)이 각각 관통 형성된 복수의 피스톤슈(60)를 포함하여 이루어진다.

이러한 사판식 피스톤 펌프의 경우 피스톤(50)과 실린더(41) 사이(왕복동면), 피스톤(50)과 피스톤슈(60) 사이(볼조인트면), 피스톤슈(60)와 경사판(30)의 경사면(31) 사이(접동면)와 같은 상대 운동부가 있다. 이러한 상대 운동부의 미소 간극은 10㎛ 이하이고, 유체윤활에서 혼합 윤활의 상태로 되기 쉬운데 그 경우 표면 거칠기, 압유의 윤활성, 습동부 재료 등이 마찰특성에 영향을 준다.

상술한 사판식 피스톤 펌프의 상대 운동부 중 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤슈(60)와 경사판(30)의 경사면(31) 사이의 경우 경사면(31) 위를 피스톤슈(60)가 일종의 정압베어링(hydrostatic bearing) 원리에 의해 습동하고 있어, 이 부분에서의 접동면 사이로 공급되는 압유의 양과 압력, 틈새 간극으로부터의 누설 등 여러 가지 다양한 윤활 특성을 지니게 된다.

상기 피스톤슈(60)와 경사면(31) 사이의 정압베어링 원리를 도 2를 참조하여 살펴보면, 사판식 피스톤 펌프는 왕복동하는 피스톤(50)에 의해 전달되는 실린더(41)의 체적유동을 활용한 펌프로서, 피스톤(50)은 왕복 운동에 따라 압력을 받게 되고, 경사판(30)과 마찰하게 된다. 이때 경사판(30)과 피스톤(50) 사이에 피스톤슈(60)가 개재되어 피스톤(50)의 왕복운동을 쉽게 유지하고, 실린더(41) 내부에 수용된 압유 중 일정량을 피스톤(50)의 압유이동홀(52) 및 피스톤슈(60)의 윤활이동홀(63)을 통해 피스톤슈(60)의 습동면(62)과 경사판(30)의 경사면(31) 사이로 유동시켜 베어링으로서 기능을 수행한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(50)의 압유이동홀(52)을 통해 피스톤슈(60)의 윤활이동홀(63)로 압유가 누설됨에 따라 생성되는 유막으로 피스톤(50)의 압력을 받는 피스톤슈(60)는 경사판(30)으로부터 떠있는 상태로 유지된다. 바꿔말해서, 피스톤슈(60)의 윤활이동홀(63)에 모여있는 작동유가 습동면(62)의 외주 끝단으로 흐르면서 생성하는 유막에 의해 동작하게 된다. 따라서, 실린더(41)에 대한 피스톤(50)의 왕복동에 따라 일정한 유막을 유지하는 것이 중요하다.

이때, 습동면(62)의 외주 끝단으로 흐르는 압유는 피스톤슈(60)와 경사판(30)사이를 흐르는 오리피스 유동으로 가정할 수 있고, 이러한 오리피스 유동을 유지하기 위해서는 피스톤슈(60)의 윤활이동홀(63) 내의 압력을 일정하게 유지하는 것이 필요하다.

KR 등록특허공보 10-1433835 B1

KR 등록특허공보 10-0486655 B1

KR 등록특허공보 10-0859332 B1

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 토출 방향이 수시로 변화함에 따라 습동부인 요크와 요크 가이드의 압력평형을 유지하기 위해 스풀(Spool)로 압력 및 유량을 제어하여 일정한 유막을 형성하는 양방향 피스톤펌프를 제공할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프는, 압유의 흡입 및 토출을 수행하는 흡입 및 토출구(100);와, 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 스풀(Spool)삽입부(200);와, 상기 스풀 삽입부(200)에 삽입되어, 상기 스풀 삽입부(200) 내를 좌우 이동하여 상기 흡입 및 토출구(100)의 유로를 개폐하는 스풀(Spool, 300);을 포함하는 커버(1000);와, 상기 커버(1000)의 스풀 삽입부(200)와 연통하여 개폐조작되는 압유를 유입하는 요크 가이드(400);와, 상기 요크 가이드(400)와 접하여 압유에 의한 각도 구동을 수행하는 요크(500);와, 상기 요크(500)에 피스톤슈를 밀착하여 요크(500)로 전달되는 압유로 구동하는 실린더 블록 앗세이(600);와, 상기 요크 가이드(400), 요크(500), 실린더 블록 앗세이(600)를 내장하고, 상기 커버(1000)와 결합하는 하우징(2000);을 포함하여 구성되고, 상기 스풀 삽입부(200)는 좌우 양측에 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 우회 유로(210)를 형성하고, 상기 스풀(300)은, 내부 양측에 압유 유로(310)를 형성하고, 상기 각각의 압유 유로(310)내에 유로를 개폐하는 볼(ball, 320)과 상기 볼(320)과 접하는 체크 오리피스(330)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 양방향 사판식 피스톤 펌프에 있어서, 토출 방향이 수시로 변화함에 따라 요크(500)와 요크 가이드(400) 두 습동부품의 압력평형을 유지하기 위해 스풀(300)로 압력 및 유량을 제어하여 일정한 유막을 형성시키는 효과를 가진다.

도 1은 일반적인 사판식 피스톤 펌프의 일 실시예를 도시한 측단면도이다;
도 2는 일반적인 사판식 피스톤 펌프의 피스톤, 피스톤슈 및 경사판을 도시한 요부 측단면도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프의 전체 구성도이다;
도 4는 기존 및 본 발명의 실시예에 따른 습동부 압유 회로를 비교한 비교도이다;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 습동부 압력평형 회로의 작동 예시도이다;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스풀의 작동 예시도이다;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프는, 압유의 흡입 및 토출을 수행하는 흡입 및 토출구(100);와, 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 스풀(Spool)삽입부(200);와, 상기 스풀 삽입부(200)에 삽입되어, 상기 스풀 삽입부(200) 내를 좌우 이동하여 상기 흡입 및 토출구(100)의 유로를 개폐하는 스풀(Spool, 300);을 포함하는 커버(1000);와, 상기 커버(1000)의 스풀 삽입부(200)와 연통하여 개폐조작되는 압유를 유입하는 요크 가이드(400);와, 상기 요크 가이드(400)와 접하여 압유에 의한 각도 구동을 수행하는 요크(500);와, 상기 요크(500)에 피스톤슈를 밀착하여 요크(500)로 전달되는 압유로 구동하는 실린더 블록 앗세이(600);와, 상기 요크 가이드(400), 요크(500), 실린더 블록 앗세이(600)를 내장하고, 상기 커버(1000)와 결합하는 하우징(2000);을 포함하여 구성되고, 상기 스풀 삽입부(200)는 좌우 양측에 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 우회 유로(210)를 형성하고, 상기 스풀(300)은, 내부 양측에 압유 유로(310)를 형성하고, 상기 각각의 압유 유로(310)내에 유로를 개폐하는 볼(ball, 320)과 상기 볼(320)과 접하는 체크 오리피스(330)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 도 4에서 보는 바와 같이 기존의 습동부 압유 회로의 경우, 흡입 및 토출구(100)로 유입되는 압유가 직접적으로 요크 가이드(400)로 이송되는 구성을 가져 습동부의 압력구배에 따라 압유의 제어가 진행되지 않는 구조를 취하고 있다.

반면 본 발명의 경우, 흡입 및 토출구(100)로 유입되는 압유가 직접적으로 요크 가이드(400)로 전달되는 것이 아닌, 중간에 스풀(300)을 경유하게 된다.

즉, 도 5 및 도 6을 참고하면, 우측으로 토출하는 중앙 예시의 경우, 흡입 및 토출구(100) 중, 토출측의 고압으로 상기 스풀(300)을 좌측으로 밀어준다. 이때, 스풀(300)이 개도 되면서, 토출측의 압유는 요크 가이드(400)의 우측으로 고압이 형성되고, 상기 스풀(300)내 체크 오리피스(330)를 통과 하면서 감압된 압유가 요크 가이드(400)의 좌측으로 형성된다.

또한, 상기 요크(500)는 양단에 상기 요크 가이드(400)로부터 이송되는 압유를 수용하는 두개의 포켓(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 포켓은 동일한 면적으로 형성되어 있어, 상기 요크 가이드(400)를 통과한 압유의 압력이 큰 곳은 상대적으로 큰힘이 발생하고, 작은 곳은 작은 힘이 발생하게 된다.

따라서, 상기 요크(500)를 눌러주는 실린더 블록 앗세이(600)의 흡입측에는 작은힘을, 토출측에는 큰힘을 분포시켜, 최종적으로는 요크(500)와 요크 가이드(400) 습동부 사이의 압력평형이 유지되어, 일정한 유막을 형성한다.

이 때, 상기 스풀 삽입부(200) 및 스풀(300)은, 상기 스풀(300)의 양단에 스프링 고정을 위한 홈을 형성하고, 상기 홈에 탄성력을 가진 스프링을 결합하여 상기 스풀 삽입부(200) 내로 삽입되고, 상기 우회 유로(210)가 상기 스풀(300)의 양단을 향하여 연통되어 압유의 압력으로 상기 스풀(300)이 상기 스풀 삽입부(200)내를 좌우 이동하고, 압력이 제거되면 상기 스프링의 탄성력으로 원위치 하는 기능을 수행하도록 한다.

또한, 상기 스풀(300)은, 상기 스풀 삽입부(200) 내면과의 마찰저항 감소를 위하여 표면에 다수의 미세 그루브 패턴 또는 요홈을 형성하여 작동 효율을 향상시킬 수 있으며, 이 외에, 오일링을 상기 스풀(300)의 외면에 장착하거나, 상기 스풀 삽입부(200) 내면과 직접적으로 접하는 면에 마찰계수가 낮은 합성수지재의 슬라이드바를 추가로 장착하는 것이 가능하다.

또한, 상기 스풀(300)의 양단에 스프링 고정을 위한 홈의 경우, 상기 우회 유로(210)로부터 전달되는 압유에 의한 맥동 저감을 위하여 압력을 일부 상쇄 시킬 수 있도록 탄성력을 가진 합성수지재나, 스프링 삽입 분할 구조를 취하도록 하여 과도한 압력에 의한 맥동을 감소시키는 부가 구성이 가능하다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참고하면, 좌측으로 토출하는 우측 예시의 경우, 흡입 및 토출구(100) 중 토출측의 고압으로 상기 스풀(300)을 우측으로 밀어준다. 이 때, 스풀(300)이 개도 되면서 토출측의 압유는 요크 가이드(400)의 좌측으로 고압이 형성되고, 상기 스풀(300)내 체크 오리피스(330)를 통과하면서 감압된 압유가 요크 가이드(400)의 우측으로 형성된다.

즉, 중앙 예시의 경우와 동일한 원리로써 압력평형을 유지하여 일정한 유막을 형성하도록 하는 것이다.

따라서, 양방향 사판식 피스톤 펌프에 있어서, 토출 방향이 수시로 변화함에 따라 요크(500)와 요크 가이드(400) 두 습동부품의 압력평형을 유지하기 위해 스풀(300)로 압력 및 유량을 제어하여 일정한 유막을 형성시키는 것을 본 발명의 주 기능적 특징이라 할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

10 : 하우징 20 : 회전축
30 : 경사판 31 : 경사면
40 : 실린더 블럭 41 : 실린더
50 : 피스톤 51 : 피스톤볼
52 : 압유이동홀 60 : 피스톤슈
61 : 소켓면 62 : 습동면
63 : 윤활이동홀 100 : 흡입 및 토출구
200 : 스풀(Spool)삽입부 210 : 우회 유로
300 : 스풀 310 : 압유 유로
320 : 볼(ball) 330 : 체크 오피리스
400 : 요크 가이드 500 : 요크
600 : 실린더 블록 앗세이 1000 : 커버
2000 : 하우징

Claims (3)

1. 압유의 흡입 및 토출을 수행하는 흡입 및 토출구(100);와,
   상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 스풀(Spool)삽입부(200);와,
   상기 스풀 삽입부(200)에 삽입되어, 상기 스풀 삽입부(200) 내를 좌우 이동하여 상기 흡입 및 토출구(100)의 유로를 개폐하는 스풀(Spool, 300);을 포함하는 커버(1000);와,
   상기 커버(1000)의 스풀 삽입부(200)와 연통하여 개폐조작되는 압유를 유입하는 요크 가이드(400);와,
   상기 요크 가이드(400)와 접하여 압유에 의한 각도 구동을 수행하는 요크(500);와,
   상기 요크(500)에 피스톤슈를 밀착하여 요크(500)로 전달되는 압유로 구동하는 실린더 블록 앗세이(600);와,
   상기 요크 가이드(400), 요크(500), 실린더 블록 앗세이(600)를 내장하고, 상기 커버(1000)와 결합하는 하우징(2000);을 포함하여 구성되고,
   상기 스풀 삽입부(200)는 좌우 양측에 상기 흡입 및 토출구(100)와 연통되는 우회 유로(210)를 형성하고,
   상기 스풀(300)은 내부 양측에 압유 유로(310)를 형성하고, 상기 각각의 압유 유로(310)내에 유로를 개폐하는 볼(ball, 320)과 상기 볼(320)과 접하는 체크 오리피스(330)를 구비하는 것을 특징으로 하는 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스풀 삽입부(200) 및 스풀(300)은, 상기 스풀(300)의 양단에 스프링 고정을 위한 홈을 형성하고, 상기 홈에 탄성력을 가진 스프링을 결합하여 상기 스풀 삽입부(200) 내로 삽입되고, 상기 우회 유로(210)가 상기 스풀(300)의 양단을 향하여 연통되어 압유의 압력으로 상기 스풀(300)이 상기 스풀 삽입부(200)내를 좌우 이동하고, 압력이 제거되면 상기 스프링의 탄성력으로 원위치 하는 것을 특징으로 하는 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스풀(300)은, 상기 스풀 삽입부(200) 내면과의 마찰저항 감소를 위하여 표면에 다수의 미세 그루브 패턴 또는 요홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 습동부 압력평형 유지를 위한 회로를 구비한 양방향 피스톤펌프.

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