KR20000017715U - 가변길이 오리피스를 구비한 카운터 밸런스 밸브 및 이를 구비한 중장비 - Google Patents

Abstract

본 고안은 굴삭기나 크레인 등과 같은 선회체를 갖는 건설용 중장비에서 유압모터와 함께 사용되어 장비가 원활하게 작동할 수 있고 배압에 의해 유압 모터의 압력을 조절할 수 있는 카운터 밸런스 밸브 및 이를 구비한 중장비에 관한 것이다. 본 고안에 따른 카운터 밸런스 밸브는, 복수개의 유로가 형성된 밸브 본체; 상기 밸브 본체 내에서 이동하면서 상기 유로들의 접속을 절환시키며, 오일이 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 구성에 따라, 본 고안에 따른 카운터 밸런스 밸브는 중립위치로부터 이동할 때에는 오리피스의 길이가 길어 댐핑작용을 충분히 할 수 있지만, 중립위치로 이동할 때에는 오리피스의 길이가 작아, 배압에 의해 스풀이 급격히 이동하는 것을 방지한다.

Description

가변길이 오리피스를 구비한 카운터 밸런스 밸브 및 이를 구비한 중장비 {Counter balance valve comprising a variable orifice and heavy equipment comprising the same}

본 고안은 굴삭기나 크레인 등과 같은 선회체를 갖는 건설용 중장비에서 유압모터와 함께 사용되어 장비가 원활하게 작동할 수 있고 배압에 의해 유압 모터의 압력을 조절할 수 있는 카운터 밸런스 밸브 및 이를 구비한 중장비에 관한 것이다.

유압모터는 고속회전시, 예를 들면 펌프 토출량 이상의 스피드로 회전하면, 펌프로부터의 공급측 압력이 마이너스(-)가 되어 실속(stall)하거나 제어가 불가능한 상태가 야기될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 유압모터 내의 유압을 적절히 제어하기 위한 장치가 필요한 바, 이것이 바로 카운터 밸런스 밸브이다. 이는 브레이크 밸브라고 칭하기도 한다.

도 1 은 종래에 사용되고 있는 카운터 밸런스 밸브의 일례에 대한 도면이다. 일반적으로 카운터 밸런스 밸브는 블록 내에 스풀이 미끄러질 수 있도록 설치되어 있으며, 유압의 흐름에 따라 스풀(31)이 좌우로 이동한다. 유로(3,5)는 펌프 등 외부의 유압원과 연결되고, 유로(27, 29)는 도시되지 않은 유압모터에 접속되어 있다.

스풀의 중앙에는 관통공(23, 25)이 형성되어 있다. 유로(3,5)로부터 들어온 오일의 일부는 반경 방향 구멍을 따라 관통공(23, 25)으로 흘러들어가고 이를 통하여 오리피스(19, 21)로 흘러간다. 오리피스(19,21)를 통과한 오일은 이어서 메인 댐핑실(35, 37)로 들어간다. 메인 댐핑실(35,37)로 유입된 오일은 스풀이 이동할 때 완충작용을 한다.

스풀 단부 부재(34, 36)는 일면이 스풀(31)과 접하고 있고, 스풀(31)의 이동에 따라 밸브 블록의 정지점(16,18)과 스프링(16,17)에 의해 제한되는 범위 내에서 이동한다. 스풀 단부 부재(34, 36)와 커버 사이에는 스프링(15, 17)이 설치되어 있어, 스풀 단부 부재(34, 36)를 스풀(31)쪽으로 가압한다.

도 2 는 종래기술에서 왼쪽 스프링 단부 부재 부분을 확대한 도면이다. 본 도면에서 알 수 있듯이, 스풀 단부 부재(34)는 왼쪽으로 중앙에 공동(55)이 뚫려있는 중공 원통의 형상을 취하고 있으며, 스풀(31)과 접하는 오른쪽 플랜지(57)의 일면은 스프링(15)과 접하고 있다. 스풀 단부 부재(34)는 왼쪽을 향하는 면(59)과 스프링과 접하는 면을 통하여 유압을 받게 된다. 상기 공동(55)으로 연결되는 오리피스(19)가 플랜지(57)쪽의 관통공(23)으로부터 연장된다.

스풀의 작동에 따른 유로의 접속관계는 다음과 같다. 스풀(31)이 왼쪽으로 이동하면, 스풀의 왼쪽에 형성된 스풀 노치(11)와 블록의 왼쪽에 형성된 블록 노치(7)가 서로 중첩되어 오일이 소통된다. 이에 따라, 유로(3)로부터 유입된 오일은 유로(27)와 소통된다. 이때 오른쪽 스풀 노치(13)와 블록 노치(9)는 서로 떨어져 있으므로 유로(5)와 유로(29)는 소통되지 않는다. 반대로, 스풀이 오른쪽으로 이동하면 왼쪽의 스풀 노치(11)와 블록 노치(7)는 서로 떨어져서 유로(3)와 유로(27)가 차단되는 반면, 오른쪽의 스풀 노치(13)와 블록 노치(9)는 서로 중첩되어 유로(5)와 유로(29)가 소통된다.

그러나, 이와 같은 종래의 카운터 밸런스 밸브에서는 스풀(31)이 중립위치에서 절환위치로 이동할 때에는 오리피스(19,21) 때문에 스풀(31)의 이동 속도가 제한되지만, 절환위치에서 중립위치로 스풀(31)이 이동할 때에는 댐핑실(35,37)내의 유압이 스풀 단부 부재에 작용하게 되므로 스풀(31)이 급격하게 움직인다는 문제점이 있었다.

본 고안은 절환위치에서 중립위치로 스풀이 이동할 때뿐만 아니라, 중립위치에서 절환위치로 스풀이 이동할 때에도, 스풀이 원활하게 이동할 수 있는 카운터 밸런스 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은 또 스풀의 이동에 따라 오리피스의 길이를 조절하여, 스풀의 급격한 이동을 제한하면서 응답성을 향상시킨 카운터 밸런스 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 는 종래의 카운터 밸런스 밸브에 대한 단면도이다.

도 2 는 도 1 의 스풀 단부 부재 부분에 대한 확대도이다.

도 3 은 본 고안에 따른 카운터 밸런스 밸브의 일 실시예에 대한 단면도이다.

도 4 는 도 3 의 스풀 단부 부재 부분에 대한 확대도이다.

도 5 는 도 4의 A-A' 단면을 따라 취한 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명〉

3, 5: 유압원으로부터의 유로 7, 9: 블록 노치

11, 13: 스풀 노치 15, 17: 스프링

19, 21: 오리피스 23, 25: 관통공

27, 29: 유로 31: 스풀

34, 36: 스풀 단부 부재 35, 37: 메인 댐핑실

45, 47: 피스톤 부재 49, 51: 슬리브 부재

이와 같은 본 고안의 목적은, 펌프와 유압 모터의 사이에 설치되는 카운터 밸런스 밸브에 있어서, 복수개의 유로가 형성된 밸브 본체; 상기 밸브 본체 내에서 이동하면서 상기 유로들의 접속을 절환시키며, 오일이 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 구비하는 카운터 밸런스 밸브에 의해 달성된다.

이와 같은 가변 길이 오리피스를 형성하기 위해서, 바람직하게 상기 스풀 단부 부재는 스풀과 접하는 슬리브 부재와 이 슬리브 부재에 단부가 삽입되는 피스톤 부재로 구성되고, 이 슬리브 부재와 피스톤 부재의 사이에 가변 길이 오리피스가 형성된다.

더욱 바람직하게, 상기 피스톤 부재는 상기 스프링과 접하는 플랜지부, 상기 플랜지와 상기 피스톤 단부 사이를 연결하며 상기 단부보다 작은 외경을 갖는 로드부로 구성되며, 상기 플랜지 단부는 외주의 일면이 평평한 원통형이다. 그러나, 피스톤 부재의 단부는 직사각형 등의 단면을 갖고, 상기 슬리브 부재는 이에 대응되는 형상을 취할 수도 있다.

또한, 상기 슬리브 부재는 상기 스풀과 일면이 접하고 반대면은 상기 스프링과 접하는 플랜지부, 상기 피스톤 부재 단부가 삽입되며 상기 피스톤 부재 단부의 외경보다 큰 내경을 가져서 상기 피스톤 부재 단부와 함께 가변길이 오리피스를 형성하는 수용부, 및 상기 수용부보다 내경이 크고 상기 수용부와 상기 플랜지부를 연결하는 연결부로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 수용부의 내경은 스파이럴 가공될 수도 있다.

상기 스풀의 이동에 따라 해당 유로를 소통시킬 수 있도록, 일반적인 카운터 밸런스 밸브와 마찬가지로 상기 스풀과 상기 밸브 본체에는 노치가 형성될 수 있다. 또한, 상기 스풀이 상기 스풀 단부 부재를 압축하는 방향으로 이동할 때에는 상기 가변 오리피스의 길이가 길지만, 반대 방향으로 이동할 때에는 오리피스의 길이가 짧도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 스풀 단부 부재를 압축하는 방향으로 이동할 때 오리피스의 길이가 길면 이를 통해서 충분한 완충작용을 하게 되는 반면, 반대 방향으로 이동할 때 오리피스의 길이가 짧으면, 이 오리피스를 통해 오일이 더 쉽게 소통되므로 종래기술과 같이 댐핑실의 압력에 의하여 스풀이 급격하게 이동하는 것이 방지된다. 특히 바람직하기로는, 상기 가변 오리피스의 길이가 상기 스풀이 이동하는 길이만큼 변화한다.

또한, 본 고안의 목적은, 펌프를 통하여 오일을 유압 모터에 공급하는 중장비에 있어서, 복수개의 유로가 형성된 밸브 본체; 상기 밸브 본체 내에서 이동하면서 상기 유로들의 접속을 절환시키며, 오일이 소통할 수 있는 관통공이 형성되어 있는 스풀; 상기 스풀의 단부에 설치되어 있으며, 상기 관통공과 소통하는 가변길이 오리피스를 포함하는 스풀 단부 부재; 및 상기 스풀 단부 부재를 바이어스시키는 스프링을 구비하는 카운터 밸런스 밸브가 상기 펌프와 상기 유압 모터 사이에 설치되어 있는 중장비에 의해 달성된다. 바람직하게, 상기 중장비는 굴삭기이지만, 본 고안은 유압 모터를 사용하는 크로울러, 지게차 등 유압 모터와 유압 펌프를 구비하는 어떠한 유압 장치에도 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 고안의 일 실시예를 첨부한 도면과 관련하여 설명하도록 하지만, 본 고안이 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

도 3 는 본 고안에 따른 카운터 밸런스 밸브의 일 실시예를 나타내고 있다. 도 3 의 구성요소 대부분은 도 1 과 일치하는 바, 도 1 과 일치하는 부분에 대해서는 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

도 3 의 실시예에서 스풀(31)의 양쪽 단부에 스풀 단부 부재들이 설치되어 있다. 이러한 스풀 단부 부재는 피스톤 부재(45,47)와 슬리브 부재(49,51)로 구성되어 있고, 피스톤 부재(45,47)와 슬리브 부재(49,51)의 사이에는 스프링(15,17)이 설치되어 있어, 슬리브 부재(49,51)를 스풀(31)쪽으로 가압한다. 스풀(31)이 설치되어 있는 밸브 본체의 양쪽으로는 한 쌍의 커버(44,46)가 설치되어 있어, 피스톤 부재(45)가 지지된다.

도 4 는 도 3의 외쪽의 스풀 단부 부재에 대한 부분확대도이다. 본 도면에서 알 수 있듯이, 피스톤 부재(45)는 단부(69), 플랜지부(68), 및 이들을 연결하는 로드부(67)로 구성되어 있다. 슬리브 부재(53)도 역시 스풀과 접하는 플랜지부(73), 단부(69)가 삽입되는 수용부(71), 이 플랜지부(73)와 수용부(71)를 연결하는 연결부로 구성되어 있다. 도면에서 알 수 있듯이, 수용부(71)와 피스톤 부재의 단부(69) 사이에 오리피스(65)가 형성된다. 피스톤 로드부(67)의 직경이 단부(69)보다 작기 때문에 피스톤 단부(69)가 오른쪽으로 이동하면 이동하는 길이만큼 이에 대응해서 오리피스(65)의 길이가 감소한다.

따라서, 피스톤 부재가 중립 위치에서 있을 때에는 오리피스의 길이가 최대이므로 충분한 완충작용을 하게 되지만, 스풀(31)이 왼쪽으로 이동한 상태에서는 오리피스(65)의 길이가 작아지기 때문에, 오일이 이 오리피스(65)를 통해 유로로 빠져나간다. 따라서, 스풀이 왼쪽으로 절환위치에서 중립위치로 이동할 때에는 메인 댐핑실(41)로부터 슬리브 부재(53)가 받는 압력이 줄어든다. 즉, 스풀(31)은 원만한 속도로 중립위치로 복귀된다.

도 5는 도 4의 A-A'선을 따라 취한 단면도이다. 본 단면도에서 알 수 있듯이, 피스톤 부재의 단부(69)는 위쪽 면이 평평하게 형성되어 있으므로, 슬리브 부재(53)의 수용부(71)와 함께 길이가 변화될 수 있는 오리피스(65)를 형성한다. 본 실시예에서는 수용부(71)의 내면을 스파이럴 가공해서, 댐핑효과를 증대시켰다.

본 실시예에서는 커버에 피스톤 부재(45)의 플랜지가 접하고, 이 플랜지의 타면이 스프링(15)과 접하도록 구성되었지만, 부품의 수를 줄이고 제조원가를 절감하기 위해서 피스톤 부재가 커버(44)에 일체가 되도록 구성할 수도 있을 것이다. 한편, 본 실시예에서는 피스톤 단부의 윗면이 평평하도록 설계하였지만, 피스톤 단부의 외경이 슬리브 부재(65)의 수용부(71) 내경보다 작도록 하여, 단부(69)와 수용부(71)의 틈새 단면이 도넛 형태를 이루도록 구성할 수도 있다.

본 고안에 따른 카운터 밸런스 밸브는 중립위치로부터 이동할 때에는 오리피스의 길이가 길어 댐핑작용을 충분히 할 수 있지만, 중립위치로 이동할 때에는 오리피스의 길이가 작아, 배압에 의해 스풀이 급격히 이동하는 것을 방지한다. 이에 따라, 본 고안에 따른 카운터 밸런스 밸브는 종래의 것보다 응답성이 우수하면서도 완충작용이 원활하다는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 펌프와 유압 모터의 사이에 설치되는 카운터 밸런스 밸브에 있어서,

   복수개의 유로가 형성된 밸브 본체;

   상기 밸브 본체 내에서 이동하면서 상기 유로들의 접속을 절환시키며, 오일이 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 구비하는 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀 단부 부재는 스풀과 접하는 슬리브 부재와 이 슬리브 부재에 단부가 삽입되는 피스톤 부재로 구성되며, 상기 슬리브 부재와 상기 피스톤 부재의 사이에 가변 길이 오리피스가 형성되는 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 피스톤 부재는 상기 스프링과 접하는 플랜지부, 상기 플랜지와 상기 단부 사이를 연결하며 상기 단부보다 작은 외경을 갖는 로드부로 구성되며, 상기 플랜지 단부는 외주의 일면이 평평한 원통형인 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
4. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 슬리브 부재는 상기 스풀과 일면이 접하고 반대면은 상기 스프링과 접하는 플랜지부, 상기 피스톤 부재의 단부가 삽입되며 상기 피스톤 부재 단부의 외경보다 큰 내경을 가져서 상기 피스톤 부재의 단부와 함께 가변길이 오리피스를 형성하는 수용부, 및 상기 수용부보다 내경이 크고 상기 수용부와 상기 플랜지부를 연결하는 연결부로 구성되는 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 수용부의 내경은 스파이럴 가공된 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스풀과 상기 밸브 본체에는 각각 노치가 형성되어 있어, 상기 스풀의 이동에 따라 해당 유로를 소통시키는 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀이 상기 스풀 단부 부재를 압축하는 방향으로 이동할 때에는 상기 가변 오리피스의 길이가 길지만, 반대 방향으로 이동할 때에는 오리피스의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 가변 오리피스의 길이는 상기 스풀이 이동하는 길이만큼 변화하는 것을 특징으로 하는 카운터 밸런스 밸브.
9. 펌프를 통하여 오일을 유압 모터에 공급하는 중장비에 있어서,

   복수개의 유로가 형성된 밸브 본체; 상기 밸브 본체 내에서 이동하면서 상기 유로들의 접속을 절환시키며, 오일이 소통할 수 있는 관통공이 형성되어 있는 스풀; 상기 스풀의 단부에 설치되어 있으며, 상기 관통공과 소통하는 가변길이 오리피스를 포함하는 스풀 단부 부재; 및 상기 스풀 단부 부재를 바이어스시키는 스프링을 구비하는 카운터 밸런스 밸브가 상기 펌프와 상기 유압 모터 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중장비.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 중장비는 굴삭기인 것을 특징으로 하는 중장비.