KR200207509Y1

KR200207509Y1 - 가변 쿠션실린더

Info

Publication number: KR200207509Y1
Application number: KR2020000019692U
Authority: KR
Inventors: 김관혁
Original assignee: 주식회사와이에이치
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2000-12-15

Abstract

본 고안은 가변 쿠션실린더에 관한 것으로, 실린더 본체의 내부에 피스톤이 삽입되고, 실린더 본체의 상,하단부에는 상부 실링플레이트와 하부 실링플레이트가 고정되어 있으며, 피스톤의 중앙에 형성된 삽입공에는 피스톤 로드가 유동 가능하게 삽입되고, 피스톤 로드의 상측부에는 피스톤 누름부재가 위치 조절 가능하게 결합되어 있다. 그리고, 상기 실린더 본체의 하부 실링플레이트에는 유통공이 형성되어 이 유통공에 유압관의 일단부가 연결되고 유압관의 타단부에는 에어 하이드로 컨버터가 연결되며, 유압관의 중간부에는 속도조절밸브가 연결되어 있다. 이러한 본 고안은 밸브의 급폐 구간에서 기존의 가변 쿠션실린더에 비하여 속도가 빨라 역류 발생량을 줄여 수충격 발생량을 최소화하고, 댐핑량을 현장에서 현장 여건에 맞도록 임의로 조정 할 수 있으므로 펌프 정지시 수충격 발생을 최소화할 수 있다. 또, 댐핑시간을 수치적으로 현장 여건에 맞도록 정확하게 결정할 수 있고, 실린더의 최대 출력을 조정하여 댐핑 작용시 밸브디스크와 실린더의 연결부품, 즉 키와 축 등의 파손을 보호할 수 있으며, 일반 가변 쿠션실린더의 댐핑(쿠션) 부분은 금속 대 금속 실링을 해야 하므로 정밀가공을 하여야 하나 본 고안의 가변 쿠션실린더는 제작 가공성도 우수하다.

Description

가변 쿠션실린더{VARIABLE CUSHION CYLINDER}

본 고안은 가변 쿠션실린더에 관한 것으로, 특히 실린더의 피스톤에 피스톤 로드를 유동 가능하게 결합하고, 피스톤 로드에는 피스톤 누름부재를 위치 조절 가능하게 결합하여 밸브 폐쇄시의 댐핑력을 다양한 현장 여건에 따라 자유롭게 조절하여 사용할 수 있도록 한 가변 쿠션실린더에 관한 것이다.

일반적으로, 파워 실린더는 외부의 유량발생장치에서 만든 고압의 유압을 사용하여 실린더에서 힘을 발생시키는 반면 가변 쿠션실린더(댐핑 실린더, 대시포트 실린더)는 유량발생장치 없이 브레이크 역할을 하는 실린더이다.

따라서, 파워 실린더에서는 쿠션제외 구간을 사용하여 힘을 발생키키고 역지밸브 및 펌프제어밸브의 가변 쿠션실린더는 댐핑 쿠션 구간만을 사용하여 브레이크 역할을 한다.

일반 파워 실린더로 가변 쿠션실린더로 대용하는 경우 밸브가 급히 닫혀야 하는 구간에서 밸브의 닫힘 속도를 저하하여 역류속도가 늘어나는 역작용을 하므로 일반 파워 실린더를 가변 쿠션실린더로 사용하는 데는 댐핑량을 임의로 조정할 수 없고, 댐핑 시간의 조정이 어려운 문제점 등이 있어 개선이 필요하다.

도 1에는 종래에 이용되고 있는 가변 쿠션실린더의 일예를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 종래의 가변 쿠션실린더는 실린더 본체(1)에 피스톤(2)이 삽입되고, 피스톤(2)에 피스톤 로드(3)의 일단부가 고정 결합되어 있으며, 실린더 본체(1)의 상단부에는 상부 실링플레이트(4)가 고정되고, 하단부에는 댐핑 플레이트(5a)와 하부 실링플레이트(5)가 고정되어 있다.

상기 실린더 본체(1)의 하부 실링플레이트(5) 내측에 구비된 댐핑 플레이트(5a)에는 댐핑홈(6)이 형성되고, 댐핑홈(6)과 연통되는 제1유출로(7)가 형성됨과 아울러 댐핑 플레이트(5a)의 댐핑홈(6) 일측에는 제1유출로(7)와 연통되는 제2유출로(8)가 형성되어 있으며, 상기 피스톤(2)에는 하부 실링플레이트(5)의 댐핑홈(6)에 삽입되어 제1유출로(7)를 통한 작동유의 유출을 차단하기 위한 쿠션돌부(9)가 돌출 형성되어 있다.

상기 실린더 본체(1)의 상부 실링플레이트(4)에 형성된 유입로(10)와 하부 실링플레이트(5)의 제1유출로(7)는 작동유 탱크(11)에 상단부가 연결된 유압관(12)에 연결되어 작동유가 유입, 유출되도록 되어 있으며, 유압관(12)의 중간부에는 속도조절밸브(13)가 연결되어 있다.

이와 같은 종래의 가변 쿠션실린더는 예를들어 버터플라이밸브와 같은 차단밸브가 정전과 같은 비상시에 관로의 수압에 의해 폐쇄되어 관로를 차단하는 경우 피스톤(2)이 실린더 본체(1)의 내부에서 하측으로 이동하면서 실린더 본체(1) 내부의 작동유가 제1유출로(7)와 제2유출로(8)를 통하여 배출되고, 피스톤(2)의 쿠션돌부(9)가 댐핑 플레이트(5a)에 형성된 댐핑홈(6)에 삽입되면 댐핑홈(6)이 막혀 제1유출로(7)로의 유출이 차단되며, 이후에는 적은량의 작동유가 제2유출로(8)를 통하여 서서히 배출되고, 이에 따라 피스톤(2)이 서서히 움직이게 되므로 밸브가 댐핑력을 얻어 관로를 서서히 폐쇄하게 되며, 결국 수충격(water hammering)이 완충되면서 폐쇄되므로 밸브의 손상이 방지된다.

위에 설명한 바와 같이 역지밸브 및 펌프제어밸브에서의 가변 쿠션실린더는 밸브축 또는 디스크에 설치되며 이의 역할은 밸브디스크가 펌프 정지후 역류에 밀려 급격히 닫히는 경우 브레이크 작용을 하여 밸브의 닫힘 속도의 변화량을 최소화하므로 수충격(워터 해머)의 발생을 최소화하는 것이다.

대시포트의 완충작용에 있어 역류가 밸브디스크를 미는 힘 보다 가변 쿠션실린더의 힘이 작은 경우와 같이 완벽하지 못하거나 현장에 설치된 가변 쿠션실린더의 댐핑량이 현장 조건에 맞지 않아 댐핑 작용이 예상치 보다 늦거나 일찍 시작하는 경우에는 역류량이 증가하게 되고 수충격량이 증가하게 되는 역효과를 발생하게 된다.

만일 역지밸브와 펌프제어밸브를 설치한 후 수충격 시험 결과 가변 쿠션실린더의 댐핑량이 현장 실정에 맞지 않는 경우 댐핑량을 현장 실정에 맞도록 변경하여야 하고, 이 경우 쿠션 로드의 길이를 변경하여야 하며, 이 경우 쿠션 로드와 쿠션 벽의 가공 공차도 변경되어야 하므로 실린더를 새로 제작하여야 하며, 이미 설치된 가변 쿠션실린더는 사용하지 못하게 된다.

펌프장에서 수충격을 방지하기 위해서는 밸브본체의 제작도 현장 여건에 맞도록 설계 제작하여야 하지만 가변 쿠션실린더 역시 현장 여건에 정확히 맞도록 설계 제작하여야 한다. 물론 펌프장 설계시 수충격 해석을 하는 현장도 있으나, 그렇지 못한 현장이 많으며 수충격 해석이 없이는 밸브 닫힘시간, 댐핑량, 댐핑시간에 따른 정확한 설계치를 얻을 수 없으며, 대부분의 현장에서는 임의로 결정하고 있는 실정이다.

펌프장에 설치되는 역지밸브 및 펌프제어밸브에 의하여 펌프 정지시 밸브로 인한 2차 수충격을 방지하기 위하여서는 현장 실정에 맞는 댐핑 조건을 맞추어 주는 것이 중요하며 현장에서 밸브의 댐핑량 및 댐핑시간을 현장에서 즉시 실린더의 구조 변경 없이 조정할 수 있는 가변 쿠션실린더의 개발이 필요하다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 실린더의 피스톤에 피스톤 로드를 유동 가능하게 결합하고, 피스톤 로드에는 피스톤 누름부재를 위치 조절 가능하게 결합하여 밸브 폐쇄시의 댐핑력을 다양한 현장 여건에 따라 자유롭게 조절하여 사용할 수 있게 되는 가변 쿠션실린더를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 가변 쿠션실린더의 구성도.

도 2는 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 구성도.

도 3(a),(b),(c)은 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 일 실시형태를 보인 부분 절결정면도, 측면도 및 저면도.

도 4(a),(b),(c)는 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 작용 설명도.

도 5는 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 동작에 따른 시간-통과유량 그래프.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 실린더 본체 21 : 피스톤

23 : 상부 실링플레이트 24 : 하부 실링플레이트

25 : 삽입공 26 : 피스톤 로드

27 : 피스톤 누름부재 28 : 상측부

29 : 유통공 30 : 유압관

31 : 에어 하이드로 컨버터 32 : 속도조절밸브

33 : 체크밸브 34 : 스프링 와셔

35 : 잠금 너트 36 : 스톱 너트

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더는 실린더 본체의 내부에 피스톤이 삽입되고, 실린더 본체의 상,하단부에는 상부 실링플레이트와 하부 실링플레이트가 고정되며, 피스톤의 중앙에 형성된 삽입공에는 피스톤 로드가 유동 가능하게 삽입되고, 피스톤 로드의 상측부에는 피스톤 누름부재가 위치 조절 가능하게 결합되어 구성된다.

이러한 본 고안의 가변 쿠션실린더는 일단 실린더와 는 달리 피스톤과 피스톤 로드가 분리되고, 피스톤 로드에 피스톤 누름부재를 나사 결합시켜 그 위치를 자유롭게 설정하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 피스톤 로드는 밸브 축과 연동되어 밸브가 열리면 열림 방향으로 이동하고 밸브가 닫히면 닫힘 방향으로 이동하게 된다.

상기 실린더에는 속도조절밸브가 내장되어 이의 오리피스의 개도를 조정함으로써 실린더 내부의 유압 작동유의 배출속도(댐핑속도)를 조정할 수 있게 된다. 작동유가 이동되는 유압관의 단부에는 에어 하이드로 컨버터(air hydro converter)가 연결되며, 이 에어 하이드로 컨버터는 공기압을 유압으로 변환시키는 장치로서 이는 밸브가 열릴 때 실린더 내부에 피스톤 크랙킹(cracking) 압력을 가하여 피스톤이 댐핑 시작 위치로 이동시키는 데 필요한 양의 유압을 발생시키게 되고, 필요한 공기압은 별도의 공기압축기를 사용하여 얻게 된다.

그리고 피스톤에 설치되는 공기빼기부재는 실린더 설치시 그 내부의 작동유를 공기빼기 구멍을 통하여 오버 프로우시킴으로써 완전히 제거할 수 있으며, 공기를 완전히 제거한 후에는 공기빼기 구멍에 볼트를 체결한다.

이하, 이와 같은 본 고안의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 구성도를 보인 것이고, 도 3(a),(b),(c)은 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 일 실시형태를 보인 부분 절결정면도, 측면도 및 저면도를 각각 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더는 실린더 본체(20)의 내부에 피스톤(21)이 삽입되고, 실린더 본체(20)의 상,하단부에는 상부 실링플레이트(23)와 하부 실링플레이트(24)가 고정되어 있으며, 피스톤(21)의 중앙에 형성된 삽입공(25)에는 피스톤 로드(26)가 유동 가능하게 삽입되고, 피스톤 로드(26)의 상측부(28)에는 피스톤 누름부재(27)가 위치 조절 가능하게 결합되어 있다.

그리고, 상기 실린더 본체(20)의 하부 실링플레이트(24)의 내측에 결합되는 댐핑 플레이트(22)에는 유통공(29)이 형성되어 이 유통공(29)에 유압관(30)의 일단부가 연결되고 유압관(30)의 타단부에는 에어 하이드로 컨버터(31)가 연결되며, 유압관(30)의 중간부에는 속도조절밸브(32)가 연결되어 있다. 상기 유압관(30)에는 속도조절밸브(32)와 체크밸브(33)를 병열로 연결한다.

상기 피스톤 로드(26)에 피스톤 누름부재(27)를 결합함에 있어서는 예를들어 피스톤 로드(26)의 상측부(28)의 외주면과 피스톤 누름부재(27)의 내주면에 나사를 형성하여 피스톤 누름부재(27)를 피스톤 로드(26)의 상측부에 나사 결합하고, 피스톤 누름부재(27)의 상측부에 잠금 너트(34)를 체결하여 고정한다.

상기 속도조절밸브(32)에는 니들밸브(needle valve)가 이용되고 가변 쿠션실린더(A)에서 유출되는 작동유의 양을 조절함으로써 댐핑시간의 조정이 가능하며, 밸브의 열림을 많이 하면 댐핑시간이 짧아지고 열림을 적게 하면 댐핑시간이 길어진다.

상기 에어 하이드로 컨버터(31)에서 실린더 본체(20)로 유입되는 작동유는 체크밸브(33)를 통하여 실린더 본체(20)로 유입되고 실린더 본체(20) 내부의 작동유는 속도조절밸브(32)를 통하여 유출된다.

상기 에어 하이드로 컨버터(31)는 가변 쿠션실린더(A)의 피스톤(21)이 피스톤 로드(26)와 분리되어 있으므로 펌프제어밸브 열림시 실린더 본체(20)의 내부로 작동유를 유입시켜 펌프제어밸브가 닫힐때에 댐핑작용을 할 수 있도록 한다.

도 4(a),(b),(c)는 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 작용 설명도를 보인 것이며, 도 5는 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더의 동작에 따른 시간-통과유량 그래프를 보인 것으로, 이하 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 설명하면, 상기한 바와 같은 본 고안에 의한 가변 쿠션실린더는 버터플라이밸브, 역지밸브, 펌프제어밸브와 같은 밸브가 정전과 같은 비상시에 관로의 수압에 의해 관로를 차단하는 경우에는 피스톤 로드(26)가 디스크의 회전력에 의해 도 2에 화살표로 표시한 닫힘방향으로 이동하고, 이와 같이 이동하는 초기, 즉 도 4의 (a)와 같이 피스톤 로드(26)에 고정된 피스톤 누름부재(27)가 피스톤(21)를 누르전 까지는 피스톤 로드(26)가 신속하게 하향 이동하게 되며, 피스톤(21)은 움직이지 않는다. 이후 피스톤 로드(26)와 함께 이동하는 피스톤 누름부재(27)가 도 4의 (b)와 같이 피스톤(21)를 누르게 되면 이때 부터 피스톤(21)이 하측으로 이동하고 실린더 본체(20) 내부의 작동유가 하부 실링플레이트(24)에 형성된 작은 직경의 유통공(29)과 실린더 본체(20) 내부의 속도조절밸브(32)을 통하여 유압관(30)으로 유출되므로 피스톤(21), 피스톤 누름부재(27) 및 피스톤 로드(26)는 이동속도가 느려져 서서히 이동하는 댐핑작용이 행하여진다. 이어서, 도 4의 (c)와 같이 피스톤(21)이 실린더 본체(20)의 내측 하단부에 도달하면 유통공(29)이 막히게 되어 이동이 정지된다.

그리고 속도조절밸브(32)를 열고 닫음으로써 오리피스 면적을 조절하면 기름의 통과량을 제어할 수 있으며, 이에 의해 피스톤(21)의 이동속도를 조절할 수 있다. 이때 속도조절밸브(32)는 압력 보상형으로 실린더 본체(20)의 내부압력에 무관하게 설정량의 작동유를 배출하도록 하여야 한다.

또한, 밸브의 디스크가 개방된는 경우에는 피스톤 로드(26)가 피스톤(21)과는 별개로 도 2에 화살표로 표시한 열림방향으로 이동하고, 피스톤 로드(26)에 결합된 피스톤 누름부재(27)가 피스톤(21)에서 분리되어 피스톤(21)을 더 이상 누르지 않게 되면 실린더 본체(20)의 외부에 있는 에어 하이드로 컨버터(31)에서 크랙킹 압력이 실린더 본체(20)의 내부로 유입되고 이에의해 실린더 본체(20) 내부의 피스톤(21)은 에어 하이드로 컨버터(31)에 의해 작용되는 압유에 의해 원위치, 즉 댐핑 시작위치로 복귀하고 정지하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 본 고안은 피스톤 로드(26)에 고정된 피스톤 누름부재(27)가 피스톤(21)에 접촉될 때 까지는 신속하게 움직여 그 구간에서는 디스크가 신속하게 닫히게 되고, 피스톤 누름부재(27)가 피스톤(21)에 접촉된 이후에는 피스톤 로드(26)에 댐핑력이 작용하여 이동속도가 감소되고, 이에 따라 디스크의 닫힘속도도 감소되므로 수충격에 의한 손실을 방지할 수 있게 된다.

그리고 댐핑량 조절은 피스톤 로드(26)에 결합된 피스톤 누름부재(27)의 위치를 조절하여 피스톤 누름부재(27)가 피스톤(21)을 누르는 시점을 조절함에 의해 매우 간편하게 조절할 수 있으며, 피스톤 누름부재(27)의 위치를 아래로 내리면 댐핑이 일찍 시작하게 되고, 피스톤 누름부재(27)의 위치를 올리면 댐핑이 늦게 시작하게 되는 것으로, 이와 같이 피스톤 누름부재(27)와 피스톤(21) 사이의 스트로크를 조절하여 신속 닫힘구간과 댐핑력에 의한 완속 닫힘구간의 시간을 조절할 수 있으므로 다양한 현장 여건에 자유롭게 맞추어 간편 용이하게 시공 설치 및 유지 관리할 수 있다.

이상의 설명에서 본 고안은 주로 버터플라이밸브, 역지밸브, 펌프제어밸브와 같은 관로를 개폐하기 위하여 사용되는 밸브에 적용된 경우를 예로들어 설명하였으나, 본 고안의 가변 쿠션실린더는 이에 한정되지 않고 다양한 용도로 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 고안은 밸브의 급폐 구간에서 기존의 가변 쿠션실린더에 비하여 속도가 빨라 역류 발생량을 줄여 수충격 발생량을 최소화하고, 댐핑량을 현장에서 현장 여건에 맞도록 임의로 조정 할 수 있으므로 펌프 정지시 수충격 발생을 최소화할 수 있다. 또, 댐핑시간을 수치적으로 현장 여건에 맞도록 정확하게 결정할 수 있고, 실린더의 최대 출력을 조정하여 댐핑 작용시 밸브디스크와 실린더의 연결부품, 즉 키와 축 등의 파손을 보호할 수 있으며, 일반 가변 쿠션실린더의 댐핑(쿠션) 부분은 금속 대 금속 실링을 해야 하므로 정밀가공을 하여야 하나 본 고안의 가변 쿠션실린더는 제작 가공성도 우수하다.

지금까지 본 고안의 실시예에 대하여 설명하였으나 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러가지 실시형태는 본 고안의 보호 범위에 속하는 것임을 이해하여야 할 것이다.

Claims

실린더 본체의 내부에 피스톤이 삽입되고, 상기 피스톤의 중앙에 형성된 삽입공에는 피스톤 로드가 유동 가능하게 삽입되며, 피스톤 로드의 상측부에는 피스톤 누름부재가 위치 조절 가능하게 결합되어 상기 피스톤과 피스톤 누름부재 사이의 스트로크를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 가변 쿠션실린더.
제 1 항에 있어서, 상기 실린더 본체의 하부 실링플레이트에는 유통공이 형성되어 이 유통공에 유압관의 일단부가 연결되고 유압관의 타단부에는 에어 하이드로 컨버터가 연결되며, 유압관의 중간부에는 속도조절밸브와 체크밸브가 병열로 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 가변 쿠션실린더.
제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 로드의 상측부의 외주면과 상기 피스톤 누름부재의 내주면에 나사를 형성하여 상기 피스톤 누름부재를 상기 피스톤 로드의 상측부에 나사 결합하며, 상기 피스톤 누름부재의 상측부에 스프링 와셔를 개재하고 잠금 너트로 체결하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 쿠션실린더.