KR20010110609A - 접촉부의 내마모성, 내식성, 내구성, 윤활성능 등을향상시킨 고속·고압·고효율의 사판식 유압 액셜형피스톤 펌프 및 모터 - Google Patents

접촉부의 내마모성, 내식성, 내구성, 윤활성능 등을향상시킨 고속·고압·고효율의 사판식 유압 액셜형피스톤 펌프 및 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉부의 재질 및 베어링 형상의 변경을 통하여 내마모성, 내식성, 내구성, 윤활성능 등을 향상시킴으로써 고효율화를 이룩한 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터에 관한 것으로서, 특히 실린더 보어와 피스톤 사이, 실린더 블록과 밸브 플레이트 사이 접촉부의 재질변경을 통하여 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성 등을 증가시키고, 밸브 플레이트와 슈의 정압베어링 형상를 변경함으로써 윤활성능을 향상시켜 이 접촉부에서 발생하는 마찰을 감소시킴으로써 고속·고압·고효율의 사판식 유압 액셜 피스톤 펌프 및 모터를 제공하기 위하여,
상기 펌프 및 모터의 실린더 내부에 청동주물(LBC3∼6상당)을 삽입하여 피스톤이 삽입된 청동주물(LBC3∼6상당)과 접촉하도록 구성하며, 또한, 실린더 블록과 접촉하는 강재의 밸브 플레이트 면에도 청동주물(LBC3∼6상당)을 용착(溶着) 접합하여 실린더 블록이 접합된 청동주물(LBC3∼6상당)과 접촉하면서 운동하도록 함으로써 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성을 등을 증가시키고, 밸브 플레이트 외주에는 베어링 면인 내·외부 실 랜드(seal land) 외에 추가 베어링 패드면를 설계하고, 사판과 접촉하는 슈(shoe)의 압력 포켓 형상을 변경하여 실 랜드(seal land)의 내·외부에 보조면을 설계하는 것 등에 의하여 이 접촉부에서의 윤활성능이 향상되고 마찰이 감소함으로써 기계효율이 증가되어 고속·고압·고효율화를 이룰 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터의 주요 접촉부 재질변경을 통한 각 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성의 증가 및 베어링 형상의 변경을 통한 윤활성능의 향상을 도모함으로써 고속·고압화를 이룰 수 있고, 접촉부의 마찰감소로 기계효율을 증가시킬 수 있기 때문에 기존의 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터보다 고효율화를 이룰 수 있는 매우 유용한 것이다.

Description

접촉부의 내마모성, 내식성, 내구성, 윤활성능 등을 향상시킨 고속·고압·고효율의 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터{.}
본 발명은 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터에 관한 것으로서, 특히 펌프 및 모터의 실린더 내부에 청동주물(LBC3∼6상당)을 삽입하여 피스톤이 삽입된 청동주물(LBC3∼6상당)과 접촉하도록 구성하며, 또한, 실린더 블록과 접촉하는 강재의 밸브 플레이트 면에도 청동주물(LBC3∼6상당)을 용착(溶着) 접합하여 실린더 블록이 접합된 청동주물(LBC3∼6상당)과 접촉하면서 운동하도록 함으로써 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성을 등을 증가시키고, 밸브 플레이트 외주에는 베어링 면인 내·외부 실 랜드(seal land) 외에 추가 베어링 패드면를 설계하고, 사판과 접촉하는 슈(shoe)의 압력 포켓 형상을 변경하여 실 랜드(seal land)의 내·외부에 보조면을 설계하는 것 등에 의하여 이 접촉부에서의 윤활성능이 향상되고 마찰이 감소함으로써 기계효율이 증가되어 고속·고압·고효율화를 이룰 수 있는 각 접촉부의 내마모성, 내식성, 내구성, 윤활성능 등을 향상시킨 고속·고압·고효율의 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터에 관한 것이다.
도 1은 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터의 단면도를 보여주고 있으며, 주요 구성부품으로는 피스톤(14), 실린더 블록(15), 밸브 플레이트(16),슈(13), 사판(12), 구동축(11)등이 있다. 피스톤은 한쪽이 진원통형이고 다른 쪽은 구면형으로 이루어져 있다. 실린더 블록은 피스톤이 삽입되는 곳으로 7-11개의 실린더 구멍이 일정한 간격으로 동일 피치원상에 가공되어 있다. 밸브 플레이트는 펌프 후면 케이싱에 고정되며 그 위를 실린더 블록이 고속으로 회전하고, 흡입 및 토출 포트가 설계되어 있다. 슈는 피스톤 구부와 구면베어링으로 연결되어 고정된 사판위를 고속으로 회전하게 된다. 사판은 구동축에 일정한 각도를 가지고 기울어져있으며 이 사판 각도에 의해 피스톤 펌프의 토출유량이 결정된다. 구동축은 일반적으로 사판식에서는 실린더 블록의 중심과 스풀라인으로 결합되게 되어있다. 사판식 피스톤 펌프의 작동원리를 살펴보자. 먼저 구동축(11)이 회전하면 구동축과 연결된 실린더 블록(15)이 회전하게 된다. 실린더 블록의 회전에 의해 피스톤(14)은 구면베어링으로 연결된 슈(13)를 통해 기울어진 사판(12) 면에 접하면서 회전하고 동시에 실린더 내를 왕복운동하게 된다. 사판식 피스톤 모터의 경우는 이와 반대로 실린더 내부로 들어온 고압유가 피스톤을 밀면 피스톤 구부가 기울어진 사판면 위를 접하면서 회전하게 되고 그에 따라 실린더 블록이 구동축과 함께 회전하게 된다. 실린더 블록이 1회전할 때 피스톤은 흡입 및 토출 행정을 한번씩 행하게 된다. 즉, 피스톤이 실린더 내부로부터 빠져나오는 반회전 구간에서는 흡입행정이 이루어지고, 피스톤이 실린더 안쪽으로 들어가는 쪽으로 움직이는 반회전 구간에서는 토출행정이 이루어진다. 이러한 흡입·토출은 밸브 플레이트에 설계된 흡입·토출 포트를 통해 반복적으로 이루어진다. 펌프의 경우 토출행정, 모터의 경우 흡입행정에서 피스톤은 유압력에 의해 사판으로 밀어 붙여지지만, 그 반대의 경우는 실린더 블록내의 스프링력이 spherical washer를 통해 피스톤 슈를 사판쪽으로 밀어 붙이기 때문에 슈는 항상 사판면 위를 접하면서 운동하게 된다
종래의 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터의 실린더 블록, 밸브 플레이트, 피스톤의 재질은 보통 강재를 열처리 및 표면처리하여 사용하고 있다. 이중에서 실린더 보어와 피스톤 사이의 상대운동은 작동유를 흡입·토출하는 피스톤 펌프 및 모터의 기본이 되는 것으로서 이 접촉부의 간극은 수십㎛으로 매우 가혹한 조건이며, 고속·고압화의 최근 추세에 따라 내마모성, 내식성, 내구성 등이 실린더 블록에 요구되어지고 있다. 그리고, 실린더 블록과 밸브 플레이트 사이는 고정된 밸브 플레이트 위를 실린더 블록이 고속으로 회전하면서 밸브 플레이트의 흡입·토출포트를 통하여 작동유를 흡입·토출시키기 때문에 이 접촉부의 윤활 및 마찰특성이 바로 펌프 및 모터의 성능과 직결되고 있다. 따라서 펌프 및 모터의 고효율화를 이루기 위해서는 이 접촉부의 윤활성능의 향상을 꾀하여야 한다. 또한, 슈(shoe)는 고정된 사판위를 고속으로 접촉하면서 회전운동하기 때문에 최적의 윤활성능을 확보하기 위해 사판과 접촉하는 슈의 부분에 압력 포켓를 설계하여 토출압력을 이곳으로 유도하여 일정한 압력이 이 압력포켓에 형성되도록 하는 정압베어링이 설계되어 있다. 그러나 계속된 고속·고압화의 추진에 따라 슈와 사판의 고체접촉 현상 및 슈의 이탈현상을 방지하고 좀더 확실한 윤활성능의 확보가 요구되어지고 있다.
결국, 종래의 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터는 각 접촉부의 내마모성, 내식성, 내구성, 윤활적인 문제 등으로 인하여 고속·고압 운전시 마찰·마모의 증가로 소음이 커지고 수명이 단축되어 구조적으로 고속·고압화 하기에는 한계를 가지고 있다. 따라서 현재의 사판식 피스톤 펌프 및 모터에 요구되고 있는 고속·고압·고효율화를 이루기 위해서는 각 접촉부의 재질성능 및 윤활성능의 향상을 도모하기 위한 새로운 방식의 접근이 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 특히 피스톤과 접촉하는 실린더 내부에 청동주물(LBC3∼6상당)을 삽입하고, 실린더 블록과 접촉하는 밸브 플레이트 면에도 청동주물(LBC3∼6상당)을 용착(溶着) 접합하며, 밸브 플레이트의 외주에 베어링 패드면를 추가 설계하고, 슈의 압력 포켓과 실 랜드(seal land) 내·외부에 보조면을 설계하여 각 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성 등의 증가를 도모하고, 윤활성능의 향상을 통한 마찰의 감소로 펌프 및 모터의 기계효율이 향상시킴으로써 고속·고압·고효율화를 이룰 수 있는 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터를 제공하는데 있다.
도 1은 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터의 단면도,
도 2는 본 발명의 실린더 블록의 단면도
도 3은 종래의 밸브 플레이트와 본 발명 밸브 플레이트의 비교 설명도
도 4는 종래의 슈(shoe)와 본 발명의 슈(shoe)의 비교 설명도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 사판식 피스톤 펌프 및 모터 11 : 구동축
12 : 사판 13 : 슈(shoe)
14 : 피스톤 15 : 실린더 블록
16 : 밸브 플레이트 21 : 본 발명의 실린더 블록
22 : 청동주물(LBC3∼6상당) 31 : 종래의 밸브 플레이트
32 : 본 발명의 밸브 플레이트 33 : 실린더 블록
34 : 밸브 플레이트 35 : 실린더
36 : 흡· 토출 포트 37 : 외부 실 랜드
38 : 내부 실 랜드 39 : 베어링 패드
40 : 청동주물(LBC3∼6상당) 41 : 종래의 슈(shoe)
42 : 본 발명의 슈(shoe) 43 : 압력 포켓
44 : 실 랜드 45 : 기름 구멍
46 : 보조면
피스톤은 펌프에서는 고압의 작동유를 토출하고, 모터에서는 유압력에 의한 추력으로 실린더 블록에 회전력을 발생시키는 기본 기능을 담당하기 때문에 실린더와의 사이에서 누설과 마찰이 중요한 특성이 된다. 피스톤의 접촉 운동속도는 사판식의 경우 최고속도로 회전시에 2.5∼4m/s에 달하여 이 접촉부에서의 냉각과 효율유지를 위하여 필요한 최소한의 간극으로 설계하는 것이 핵심이 된다. 특히, 사판식 모터의 경우 저속운전시에 이 접촉부의 윤활상태가 혼합윤활상태로 되는 것을 피할 수 없는 사실로 되어 있다. 따라서 본 발명에서는 도 2에서 처럼 실린더 보어내부에 청동주물(LBC3∼6상당)을 삽입하여 실린더 블록의 모재인 강재와 접합시킴으로써 피스톤과 접합된 청동주물(LBC3∼6상당)이 접촉하면서 운동하도록 구성하여 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성 등을 향상시켜 일부의 고체 접촉이 발생하는 혼합윤활 상태에서도 고속·고압화를 이룰 수 있도록 구성하였다.
또한, 실린더 블록이 밸브 플레이트 위에서 회전하는 최고 미끄럼 속도는 펌프 및 모터에서 과급한 경우 16∼23m/s에 달한다. 또한, 실린더 블록을 밸브 플레이트 쪽으로 밀어붙이는 힘(압착력=고압측에 있는 피스톤수 ×피스톤 단면적 ×압력)에 대해 95%정도는 밸브 플레이트의 고압포트와 실 랜드(seal land)부 압력(분리력)으로 지지되고, 나머지는 유체막의 동력효과로서 지지된다. 결국, 실린더 블록과 밸브 플레이트는 매우 가혹한 조건에서 접촉하면서 밸브 플레이트의 흡입·토출포트를 통해 작동유를 흡입·토출시키기 때문에 이 접촉부에서의 누설 및 마찰특성은 펌프 및 모터의 성능을 직접 좌우할 만큼 매우 중요하다. 따라서 본 발명에서는 도 3에서 처럼 강재의 밸브 플레이트중 실린더 블록과 접촉하는 부분에 청동주물(LBC3∼6상당)을 용착(溶着) 접합시킴으로써 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성등을 증가시키고, 외부 실 랜드(seal land)의 바깥쪽에 베어링 패드면를 추가 설계하여 유체막에 의한 베어링 기능을 첨가함으로써 보다 원활한 윤활성능을 확보하여 마찰을 감소시킴으로써 고속·고압의 조건에서도 기계효율이 저하되지 않도록 구성하였다.
피스톤과 구면베어링으로 결합된 슈(shoe)는 피스톤에 작용하는 유압력, 피스톤과 실린더 블록의 운동에 의한 횡력, 구면베어링부의 마찰력등 대단히 복잡한 변동하중이 작용하는 윤활면이다. 회전수에 의해 유막두께 뿐만아니라 슈의 사판에 대한 기울기도 복잡하게 변화한다. 슈에 작용하는 모멘트(moment)는 피스톤의 구면베어링부의 마찰력에 기인하는 모멘트와 원심력에 의한 모멘트가 있으며, 전자는 저속시에, 후자는 고속시에 지배적으로 된다. 특히, 저압·고속의 경우 슈의 경사각도가 증가하여 사판과의 금속접촉이 이루어지며, 고압·고속 영역에서도 흡입행정에서 토출행정으로 전환되는 과정에서 발생하는 급격한 압력변동에 의해 슈가 사판에 충돌하여 금속접촉이 발생하게 된다. 일반적으로 사판식에서는 전효율 저하부분의 30%가 슈와 사판 사이의 누설과 마찰손실에 의해 발생하고 있다. 따라서 이 접촉부에서 윤활성능 확보를 위해 사판과 접촉하는 슈 부분에 압력 포켓을 설계하여 토출압력을 유도함으로써 압력 포켓내에 항상 일정한 압력이 형성되도록 정압베어링을 설계하고 있다. 본 발명에서는 이러한 기존의 압력 포켓의 형상을 도 4에서처럼 변경하여, 실 랜드의 내·외부에 보조 베어링면을 추가시킴으로써 고속·고압의 운전조건하에서 금속접촉의 발생가능성을 감소시킴으로써 기계효율의 저하를 방지하고, 윤활성능의 향상을 도모하여 펌프 및 모터의 고효율화를 이룰 수 있도록 구성하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터 접촉부중 피스톤과 접촉하는 실린더 및 실린더 블록과 접촉하는 밸브 플레이트 면에 청동주물(LBC3∼6상당)을 접합시킴으로써 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성등을 향상시키고, 밸브 플레이트 및 슈의 정압베어링 면 형상을 고속·고압의 조건에서도 원활한 윤활성능을 확보할 수 있도록 변경 설계함으로써 접촉부의 마찰을 감소시켜 기계효율이 증대되어 종래의 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터보다 고속·고압·고효율화 할 수 있는 매우 유용한 것이다.

Claims (3)

  1. 구동축(11)이 회전하면 구동축(11)과 연결된 실린더 블록(15)이 회전하게 된다. 실린더 블록(15)의 회전에 의해 피스톤(14)은 구면베어링으로 연결된 슈(13)를 통해 기울어진 사판(12) 면에 접하면서 회전하고 동시에 실린더 내를 왕복 운동하게 된다. 모터의 경우는 이와 반대로 실린더 내부로 들어온 고압유가 피스톤을 밀면 피스톤 구부가 기울어진 사판면 위를 접하면서 회전하게 되고 그에 따라 실린더블록이 구동축과 함께 회전하게 되는 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터(1)에 있어서
    상기 실린더 블록(21)의 실린더 내부에 청동주물(LBC3∼6상당)(22)을 삽입하여 접합시키고 피스톤이 이 청동주물(LBC3∼6상당)(22)과 접촉하면서 운동하도록 구성하여 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성 등을 향상시킴으로써 고속·고압·고효율화를 이룰 수 있는 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    실린더 블록과 접촉 운동하는 밸브 플레이트(32)면에 청동주물(LBC3∼6상당)(40)을 용착(溶着)접합시킴으로써 이 접촉부에서의 내마모성, 내식성, 내구성 등의 향상을 도모하고, 밸브 플레이트(32)의 내·외부 실 랜드(seal land)(37)(38)이외에 외부 실 랜드(37) 바깥쪽에 추가 베어링 패드면(39)을 설계하여 마찰감소 및 윤활성능의 향상을 이룩함으로써 고속·고압·고효율화를 이룰 수 있는 것을 특징으로 하는 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터.
  3. 제 1항에 있어서,
    사판면에 접하면서 고속으로 회전 운동하는 슈(42)에 설계된 압력 포켓(43)의 형상중 실 랜드(44)의 내·외부에 보조 베어링면(46)을 추가시킴으로써 고속·고압의 조건에서 순간적인 금속접촉이 발생하여 기계효율이 저하되는 현상을 방지하고, 윤활성능의 향상을 도모함으로써 고속·고압·고효율화를 이룰 수 있는 것을 특징으로 하는 사판식 유압 액셜형 피스톤 펌프 및 모터.
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KR (1) KR20010110609A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100745192B1 (ko) * 2006-06-30 2007-08-01 동명모트롤 주식회사 사판식 액셜 피스톤 유압 펌프의 사판 지지부
KR20180107842A (ko) * 2017-03-23 2018-10-04 두산인프라코어 주식회사 유압 피스톤 펌프용 피스톤 슈 및 슈 플레이트

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