KR20010009599A

KR20010009599A - 로직밸브

Info

Publication number: KR20010009599A
Application number: KR1019990028041A
Authority: KR
Inventors: 장달식; 강득수
Original assignee: 양재신; 대우종합기계 주식회사
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2001-02-05

Abstract

본 발명은 스풀과 슬리브의 길이를 동시에 줄일수 있어 밸브 자체가 소형이고 콤팩트하며, 차압이 일정하게 유지되는 작업속도 제어시스템용 로직밸브를 제공한다.

그 로직밸브는 2개의 유압펌프중 제 1유압펌프(1)의 사판(1a)을 제어하는 신호압(Pa)이 일측 수압부로 유입되는 제 1포트유로(24)와, 원주방향 일측에 부설되어 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)을 제어하는 신호압(Pb)이 유입되는 제 2포트유로 (26)와, 원주방향 타측에 부설되어 압유탱크와 연통하는 탱크포트유로(28)가 형성된 슬리브(10); 슬리브(10)에 왕복동가능하게 내설되며, 내부에 길이방향으로 형성된 제 1압유라인(32)과, 상기 제 1압유라인(32)의 일측에 연통형성되며 상기 슬리브(10)의 제 1포트유로(26)와 항상 연통하는 위치에 형성되는 제 2압유라인(34)과, 상기 제 1압유라인(32)의 타측에서 상기 슬리브(10)의 탱크포트유로(28)와 선택적으로 연통하는 제 3압유라인(36)이 형성된 스풀(30); 및 슬리브(10)의 타측 일단부에 부설되어 상기 슬리브(10)에 설정압을 형성하도록 탄성지지되는 스프링(44)으로 구성된다.

Description

로직밸브{LOGIC VALVE}

본 발명은 2개의 펌프를 합류시켜 작업속도를 증가시키는 제어시스템용 로직밸브(logic valve)에 관한 것으로로서, 보다 상세하게는 스풀과 슬리브의 길이를 줄일 수 있어 크기가 소형이고 콤팩트하게 형성되며 차압이 일정하게 되어 실용성이 향상된 로직밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기, 크레인 등과 같은 중장비에는 유압펌프의 유량을 제어하기 위한 작업속도 제어시스템이 설치되어 있다. 이와 같은 작업속도 제어시스템은 일반적으로 파일롯압력에 의해 제어되며, 또한 2개의 유압펌프를 구비하고 있어 저속 또는 낮은 동력이 요구되는 작동모드에서는 하나의 가변형의 유압펌프를 이용하여 액튜에이터 또는 작동실린더에 압유를 공급하는 반면, 고속 또는 높은 동력을 필요로 하는 경우에는 2개의 펌프 모두를 이용하여 그로부터의 압유를 합류시켜 2개의 작동실린더 모두에 소정의 압유를 공급함으로써 소정의 작업을 행할 수 있는 것이다.

이와 같은 작업속도 제어시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 유압펌프, 즉, 제 1유압펌프(1) 및 제 2유압펌프(2)를 포함한다. 각각의 유압펌프(1,2)에는 운전자 또는 작업자가 각각의 작업수단을 제어하기 위한 핸들, 조이스틱 등이 연결된 제어밸브(4)와 메인스풀과 보조스풀과 같은 2개의 밸브가 내장된 콘트롤밸브(3)가 연결되어 있다. 콘트롤밸브(4)에는 다양하게 구성될 수 있는 작업장치를 실제로 작동시키기 위한 적어도 2개의 액튜에이터(5,6)가 연결되어 있다. 한편, 각각의 유압펌프(1,2), 제어밸브(3) 및 콘트롤밸브(4)사이에는 그들 각각에 연계되는 로직밸브(7)가 설치되어 있다. 그 로직밸브(7)에는 도 2a에 도시된 바와 같이 각각의 유압펌프(1,2)에 설치된 사판(1a,2a)의 경사각을 제어하기 위한 스풀(8)이 내설되어 있다.

이 같은 구성에 따른 작동을 살펴보면, 운전자 또는 작업자에 의해 제어밸브(3)로부터 콘트롤밸브(4)로 작동신호가 송신되면 그 콘트롤밸브(4)의 스풀이 작동된다. 이때, 콘트롤밸브(4)의 스풀이 각각의 유압펌프(1,2)에서 배출되는 압유를 합류시켜 2개의 액튜에이터(5,6)중 하나의 액튜에이터로 공급하는 경우에는, 2개의 스풀중 주스풀의 동작에 의해 하나의 액튜에이터가 저속모드를 유지하게 된다.

이후, 작업자가 액셀레이터 페달과 같은 증속수단을 계속적으로 조작하여 제어밸브(3)로부터 콘트롤 밸브(4)로 전달되는 신호압이 계속적으로 높아져 하나의 유압펌프(1)에 예컨대 최대로 설정된 설정압(Pset)을 초과하면, 도 2a 및 2b에 도시된 로직밸브(7)의 제 1포트유로로 입력되는 신호압(Pa)에 의해 로직밸브(7)의 스풀(8)이 작동되어 제 2포트유로에 도 3의 그래프에 나타난 바와 같은 제어 신호압(Pb)이 발생된다. 이와 같이 제 2포트유로에 제어 싱호압(Pb)이 발생하면 로직밸브(7)의 스풀(8)이 작동됨과 동시에 다른 하나의 유압펌프(2)의 사판(2a)의 경전각이 점진적으로 증가되어 그로부터의 유량이 증가하게 되는 것이며, 이에 따라, 하나의 유압펌프(1)에서 토출되는 그 펌프의 최대유량에 다른 하나의 유압펌프(2)로부터 토출되는 유량이 추가됨으로 인해 각각의 액튜에이터(5,6)로 공급되는 유량이 증가하게 되는 것이다.

결국, 로직밸브(7)는 저속 또는 저동력 모드에서는 하나의 스풀과 하나의 펌프만을 구동시키는 반면, 고속 또는 고동력 모드에서는 2개의 펌프 모두와 밸브스풀을 구동시킴으로써, 2단으로 구분된 제어시스템에서 연속적인 속도 또는 동력의 제어를 가능하게 하는 것이다. 즉, 속도 제어시스템에 로직밸브를 설치함으로써, 2개의 펌프를 동시에 제어하는 경우 다른 작동수단과의 복합동작에 의해 외란 및 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있을뿐 아니라 2개의 유압펌프에서 동시제어 특성을 획득할 수 있어 시스템 전체가 안정하게 유지될 수 있는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 로직밸브는 그 전체적인 형상이 블록형 또는 카트리지형으로 형성됨으로써, 각각의 유압펌프를 모두 외부에서 연결 또는 접속시켜야 하는 문제점이 있었다. 이에 따라, 로직밸브의 크기가 크게되는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상술된 문제점 및 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 불필요한 외부유로를 스풀과 슬리브를 이용해 내부유로화함으로써 배관요소를 간결하게 하였을뿐 아니라 전체적인 크기를 콤팩트하게 하였으며, 차압이 일정하게 유지되어 실용적으로 되는 작업속도 제어시스템용 로직밸브를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 작업속도 제어시스템의 일부를 보여주는 구성도.

도 2a 및 2b는 도 1의 로직밸브의 단면도 및 회로도.

도 3은 도 1의 작업속도 제어시스템에서의 2개의 유압펌프간의 압력관계를 보여주는 그래프.

도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 로직밸브의 단계별 작동상태를 각각 보여주는 단면도로서, 도 4a는 제 1유압펌프의 제어 신호압이 설정압 이하일 때의 작동상태도이고, 도 4b는 제 1유압펌프의 제어 신호압 과 제 2유압펌프의 제어 신호압과 설정압이 합해진 압력이 균형을 이룰 때의 작동상태도이며, 도 4c는 제 1유압펌프의 제어 신호압이 제 2유압펌프의 제어 신호압과 설정압이 합해진 압력을 초과할 때의 작동상태도.

도 5는 발명에 따른 로직밸브의 스풀을 상세히 보여주는 단면도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

1: 제 1유압펌프 2: 제 2유압펌프

10: 슬리브 12: 플러그

14,16,18: 오링 20: 조절너트

22: 가이드홈 24: 제 1포트유로

26: 제 2포트유로 28: 탱크포트유로

30: 스풀 32: 제 1압유라인

42: 스토퍼 44: 스프링

이 같은 목적은 중장비에서 2개의 유압펌프의 토출유량을 파일럿 압력으로 제어하기 위한 작업속도 제어시스템용 로직밸브에 있어서, 상기 2개의 유압펌프중 제 1유압펌프의 사판을 제어하는 신호압이 일측 수압부로 유입되는 제 1포트유로와, 원주방향 일측에 부설되어 제 2유압펌프의 사판을 제어하는 신호압이 유입되는 제 2포트유로와, 원주방향 타측에 부설되어 압유탱크와 연통하는 탱크포트유로가 형성된 슬리브; 상기 슬리브에 왕복동가능하게 내설되며, 내부에 길이방향으로 형성된 제 1압유라인과, 상기 제 1압유라인의 일측에 연통형성되며 상기 슬리의 제 1포트유로와 항상 연통하는 위치에 형성되는 제 2압유라인과, 상기 제 1압유라인의 타측에서 상기 슬리브의 탱크포트유로와 선택적으로 연통하는 제 3압유라인이 형성된 스풀; 및 상기 슬리브의 타측 일단부에 부설되어 상기 슬리브에 설정압을 형성하도록 탄성지지되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 로직밸브에 의해 달성될 수 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 작업속도 제어시스템용 로직밸브의 구성을 단면으로 보여주는 도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 로직밸브는 작업속도 제어시스템의 제어밸브에 연결되는 슬리브(10)를 구비한다. 슬리브(10)의 일측에는 그것을 시스템에 설치할 때 그 위치를 조절하기 위한 플러그(12)가 일체로 형성되어 있으며, 또한 그것의 둘레에는 해당몸체와의 액밀 또는 기밀관계를 유지함은 물론 견고한 결합을 위한 다수의 오링(O-ring)(14,16,18)이 설치되어 있다. 그리고, 슬리브(10)의 플러그(12)에는 후술되는 스풀의 압축력을 조절하기 위한 조절너트(20)가 스프링(44)을 개재하여 결합되어 있다.

또한, 슬리브(10)의 내측에는 그것의 종방향으로 형성된 가이드홈(22)이 형성되어 있다. 가이드홈(22)에는 제 1유압펌프(1)의 사판(1a)을 작동시키기 위한 신호압(Pa)이 입력되는 제 1포트유로(24)가 형성되며, 상기 슬리브(10)의 원주방향 일측에는 상기 제 1포트유로(24)와 선택적으로 연통하며 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)을 작동 및 제어하는 신호압(Pb)이 입력되는 제 2포트유로(26)가 형성된다. 또한, 슬리브(10)의 원주방향 타측에는 제 2포트유로(26)와 선택적으로 연통하며 압유탱크와 압유가 출입가능하게 연통하는 탱크포트유로(28)가 형성된다. 상기 유로들중 제 2포트유로(26) 및 탱크포트유로(28)는 그 사이에 원주방향의 오링(16)을 개재하되 스풀(30)의 길이를 짧게하기 위해 그 거리를 가능한 짧게 슬리브(10)의 외측에서 드릴링작업을 행하여 형성하며, 상기 스풀(30)의 길이를 더욱 짧게하기 위해 가이드홈(22)내측에서 상기 유로(26,28)과 연통하는 범위내에서 서로 가깝게 홈을 가공하는 방식으로 형성되는 것이 바람직 하다. 이에 따라, 제 1포트유로(26)는 외부에서 천공되는 드릴공(26a)과 가이드홈(22)측에서 가공된 상기 제 1포트유로(26)와 연통하는 홈(26b)과, 탱크포트유로(28)와 연통하는 드릴공(28a) 및 홈(28b)을 포함하는 것이다.

특히, 이들 각각의 유로(26,28)와 가이드홈(22)간의 연접부에는 후술되는 스풀의 왕복동시 압유의 유동을 제어하는 경계부들이 형성되는 바, 즉, 가이드홈(22)과 제 2포트유로(26)의 연접부에는 제 1경계부(27)가 형성되며, 마찬가지로 가이드홈(22)과 탱크포트유로(28)와의 연접부에는 제 2경계부(29)가 형성된다. 물론, 이들 각각의 경계부(27,29)는 모서리형태를 이루고 있다.

한편, 슬리브(10)의 가이드홈(22)에는 스풀(30)이 왕복동가능하게 내설된다. 스풀(30)은 도 5에 상세히 도시된 바와 같이, 그 것의 종방향으로 일정길이로 형성되는 제 1압유라인(32)과, 그 제 1압유라인(32)에 각각 연통하는 제 2압유라인(34) 및 제 3압유라인(36)이 형성된다. 또한, 스풀(30)에는 제 1포트유로(24)로부터의 제 1펌프의 제어 신호압(Pa)이 선택적으로 인가되는 랜드부(38)가 형성되어 있다. 그리고, 스풀(30)에는 슬리브(10)의 제 1경계부(27)와의 접촉 또는 그로부터의 이탈에 의해 제 1포트유로(24)와 제 2포트유로(26)와의 연통을 개폐하기 위한 제 1모서리(39)와, 제 2경계부(29)와의 접촉 또는 그로부터의 이탈에 의해 제 3압유라인(36)과의 연통을 개폐하기 위한 제 2모서리(40)가 형성된다.

또한, 슬리브(10)의 가이드홈(22)의 내측, 보다 상세하게는 제 1포트유로(24)측에는 스풀(30)의 이동을 한정하기 위한 스토퍼(42)가 형성되어 있으며, 가이드홈(22)의 타측, 즉, 제 1포트유로(24)의 반대측에는 제 2펌프(2)의 사판(2a)의 제어 신호압(Pb)과 상기 스풀(30)에 설정압(Pset)에 상당하는 예압을 가하기 위한 스프링(44)이 내설되어 있다. 물론, 이 스프링(44)의 압축력 또는 예압은 상술된 플러그(12)에 제공된 조절너트(20)에 의해 조절된다.

이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명에 따른 로직밸브의 작동 및 작용효과에 대해 상세히 설명한다.

먼저 도 4a의 상태는 제 1포트유로(24)로부터 유입되는 유압, 즉 제 1유압펌프(1)의 사판(1a)을 제어하기 위해 송신되는 신호압(Pa)은 제 1포트유로(24)를 통해 스풀(30)의 일측 가압부에 가해지지만 설정압(Pset) 이하인 상태를 보여주는 것으로써, 그 신호압(Pa)은 스프링(44)의 압력보다 작게 유지되고 있다. 이때 제 2포트유로(26)는 스풀(30)의 내부에 형성된 제 1, 2 및 3압유라인(32,34,36)에 의해 압유탱크유로(28)와 연통하게됨으로써, 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)의 제어 신호압(Pb)은 탱크포트유로(28)에 연결된 상태가 되어 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)은 최소 경전 상태로 유지된다.

이후, 신호압(Pa)이 증가되어 제 1포트유로(24)를 통해 계속적으로 유입됨으로써 스풀(30)에 설정압으로 작용하는 스프링(44)의 예압력을 극복하게 되면, 스풀(30)은 도면에서 볼 때 우측으로 이동하게 된다. 스풀(30)이 계속적으로 이동하여 도 4b에 도시된 바와 같은 상태로 되면, 스풀(30)의 제 3압유라인(36)이 슬리브(10)의 압유탱크유로(28)와의 연통이 차단되어 상기 슬리브의 제 2포트유로(26)와 스풀 내부의 각각의 압유라인(32,34,36)을 통해 탱크로 배출되던 제 2유압펌프(2)의 신호압(Pb)은 증가하기 시작한다. 이에 따라, 제 2펌프(2)의 사판(2a)의 경전각이 증가하기 시작하여 제 2펌프(2)의 토출유량 또한 증가하기 시작하는 것이다. 한편, 이때의 제 1유압펌프(1)의 사판(1a)의 제어 신호압(Pa)은 제 2포트유로(26)로 유입되는 신호압(Pb)과 우측의 스프링(44)의 예압력과의 합력과의 차압의 크기에 따라 스풀(30)을 지속적으로 우측으로 가압할지 또는 좌측으로 이동되어 또다시 스풀(30)의 제 3압유라인(36)과 압유탱크유로(28)를 연통시킬지가 결정되어 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)의 경전각이 제어된다. 그러나, 이때의 제 1유압펌프(1)는 그것의 사판(1a)이 최대로 경전되어 최대의 유량을 콘트롤밸브(4)를 통해 작업장치의 작동실린더로 공급하는 것이다.

이후, 계속적으로 증가되는 신호압(Pa)이 제 1포트유로(24)를 통해 계속적으로 공급되어 스풀(30)이 도 4c에 도시된 바와 같이 더욱 우측으로 이동하면, 슬리브(10)의 압유탱크유로(28)와 스풀(30)의 제 3압유라인(36)은 연통이 차단된 상태가 지속되어 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)을 제어하는 신호압(Pb)은 최대상태가 되어, 제 1 및 제 2유압펌프 모두가 최대의 압유를 토출하는 상태가 되는 것이다. 이때, 스풀(30)의 좌측 랜드부(38)와 슬리브의 제 2포트유로(26)가 연통상태가 되어 제 1포트유로(24)로 공급되는 제 1유압펌프(1)의 신호압(Pa)이 스풀의 제 1 및 2압유라인(32,34)으로 유입되어 제 2유압펌프의 신호압(Pb) 및 스프링(44)과 함께 제 1유압펌프(1)의 신호압(Pa)에 해당하여 반력으로 작용하게 된다. 따라서, 이들 압력의 차이에 따라 제 2유압펌프(2)의 신호압(Pb)이 상승 또는 하강하게 된다. 물론, 이때 그 신호압(Pb)이 하강하면 그 신호압은 압유탱크유로(28)와 연통하게 된다. 이 같은 스풀(30)의 작동에 따라, 제 1펌프(1)는 설정압(Pset)에 상응하게 최대로 압유를 토출하며, 이에 더하여 제 2펌프(2)의 사판(2b)이 스풀(30)의 이동량에 비례하게 경전되어 그 제 2펌프(2)로부터 압유가 토출됨에 따라 작동실린더(5,6)가 고속으로 또는 높은 동력으로 작동될 수 있는 것이다.

즉, 제 2포트유로(26)로부터의 신호압(Pb)이 스풀(30)이 균형을 이룰 때의 압력보다 높게되면 스풀(30)은 도면에서 볼 때 좌측으로 이동하게 된다. 이후, 슬리브(10)의 제 2포트유로(26)는 스풀(30)의 제 1압유라인(32)을 통해 탱크포트유로 (28)와 연통하게 되어 제 2포트유로(26)의 신호압(Pb)이 하강된 평형상태를 유지하게 된다. 한편, 제 2포트유로(26)로 유입되는 제 2유압펌프(2)의 신호압(Pb)이 스풀(30)이 평형을 이루는 압력보다 낮아지게 되면 다시 제 1유압펌프(1)의 신호압(Pa)이 스풀을 우측으로 밀게되어 제 2유압펌프(2)의 신호압(Pb)이 상승하게 되며 이에 따라 제 2유압펌프가 지속적으로 많은 압유를 토출하게 되는 것이다. 결국, 제 2포트유로(26)의 신호압(Pb)은 제 1포트유로(24)의 신호압(Pa)보다 항상 작게 유지되는 바, 이는 제 1포트유로(24)의 신호압(Pa)과 제 2포트유로(26)로부터의 신호압(Pb)의 차압을 스프링(44)이 보상하기 때문이다.

결국, 상술된 바와 같은 스풀의 작동에 따라, 제 1포트유로를 통해 유입되는 신호압(Pa)의 크기가 예컨대 제 1펌프의 최대 토출유량에 상응하는 설정압(Pset)보다 작거나 같은 경우에는 그 제 1펌프만이 작동되어 압유가 해당 액튜에이터로 공급되어 그 것이 저속으로 또는 소정의 속도로 작동되는 반면, 신호압(Pa)이 설정압(Pset)보다 크게되면 스풀의 작동에 의해 제 2파일럿압에 사응하는 신호압이 생성되어 제 2펌프의 사판이 스풀의 작동에 비례하게 경전되어 제 1펌프로부터 토출되는 최대 유량에 더하여 제 2펌프로부터 토출되는 유량이 추가되어 액튜에이터로 공급됨으로써 그 것이 고속으로 또는 높은 동력으로 작동될 수 있는 것이다. 또한, 이와 같은 연속적인 스풀의 작동에 의해 2개의 유압펌프를 연속적이고 자동적으로 제어 및 작동시킬 수 있는 것이며, 상술된 도 3에 도시된 그래프와 같은 결과를 획득할 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 작업속도 제어시스템용 로직밸브에 의하면, 슬리브의 적정위치에 다수의 오링을 설치하고, 각각의 포트유로를 내부스풀을 통해 형성하고 또한 외부에서 드릴링하고 내부에서 홈을 가공하는 방식으로 슬리브를 형성하여 스풀과 슬리브의 길이를 동시에 줄일수 있으므로 밸브 자체가 소형이고 콤팩트하게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims

중장비에서 2개의 유압펌프의 토출유량을 파일럿 압력으로 제어하기 위한 작업속도 제어시스템용 로직밸브에 있어서,

상기 2개의 유압펌프중 제 1유압펌프(1)의 사판(1a)을 제어하는 신호압(Pa)이 일측 수압부로 유입되는 제 1포트유로(24)와, 원주방향 일측에 부설되어 제 2유압펌프(2)의 사판(2a)을 제어하는 신호압(Pb)이 유입되는 제 2포트유로(26)와, 원주방향 타측에 부설되어 압유탱크와 연통하는 탱크포트유로(28)가 형성된 슬리브(10);

상기 슬리브(10)에 왕복동가능하게 내설되며, 내부에 길이방향으로 형성된 제 1압유라인(32)과, 상기 제 1압유라인(32)의 일측에 연통형성되며 상기 슬리브(10)의 제 1포트유로(26)와 항상 연통하는 위치에 형성되는 제 2압유라인(34)과, 상기 제 1압유라인(32)의 타측에서 상기 슬리브(10)의 탱크포트유로(28)와 선택적으로 연통하는 제 3압유라인(36)이 형성된 스풀(30); 및

상기 슬리브(10)의 타측 일단부에 부설되어 상기 슬리브(10)에 설정압을 형성하도록 탄성지지되는 스프링(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로직밸브.
제 1항에 있어서, 상기 슬리브(10)의 타측 일단부에 부설된 상기 스프링(44)은 예압력을 조절하기 위한 조절너트(20)가 나사결합된 플러그(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 로직밸브.
제 1항에 있어서, 상기 슬리브(30)의 원주방향 일측에 형성되는 제 2포트유로(26)와 탱크포트유로(28)는 그 사이에 원주방향으로 오링(16)을 개재하되 상기 유로(26,28)사이의 간격을 가능한한 짧게 형성하기 위해 상기 슬리브(10)의 가이드홈(22) 내측에서 상기 유로(26,28)와 서로 인접하는 방향으로 연결되는 홈(26b,28b)을 형성하는 것을 특징으로 하는 로직밸브.