KR20120014132A - 통합된 압력 균형을 갖는 트윈 파워 밸브 - Google Patents

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Abstract

트윈 파워 밸브 배열(12,14)을 갖는 단일 본체(16)를 갖는 유압식 브레이킹 시스템을 위한 트윈 파워 밸브 조립체(10)로서, 여기서 각각의 트윈 파워 밸브 배열은 브레이크에 적용된 압력의 조절을 제공하기 위한 종방향으로 연장되는 통로(36D,36D')를 갖는 스풀(36,36'), 및 두개의 브레이크가 적용되는 경우 좌측 및 우측 브레이크에 적용된 압력을 균등화시키는 본체(16) 내에 포함된 통합 균형 피스톤(60,60')을 갖는다.

Description

통합된 압력 균형을 갖는 트윈 파워 밸브{TWIN POWER VALVE WITH INTEGRATED PRESSURE BALANCE}
발명의 기술 분야
본 발명은 유압식 브레이킹 시스템(hydraulic braking system)용 파워 밸브, 및 특히 농업용 차량을 위한 유압식 브레이킹 시스템에서 사용하기 위한 통합된 압력 균형 조립체를 갖는 트윈 파워 밸브(twin power valve)에 관한 것이다.
발명의 배경
트랙터와 같은 농업용 차량은 전형적으로 우측 브레이크 페달 및 좌측 브레이크 페달이 장착된 한쌍의 브레이크화된 뒷 바퀴를 포함한다. 이러한 시스템에서, 우측 브레이크 페달은 단독으로 적용되어, 단지 우측 후면 브레이크가 적용되도록 하여, 유사하게 좌측 브레이크 페달이 단독으로 적용되어, 단지 좌측 브레이크가 적용되도록 한다. 우측 브레이크를 단지 적용하면서 동시에 앞바퀴를 완전히 우측으로 조종하면, 트랙터가 단독으로 운전하는 것 보다는 더 뚜렷하게 회전할 수 있도록 한다. 이는, 경작지의 가장자리(즉, 고랑의 끝부분 또는 울타리 부근의 쟁기질하지 않은 토지)에서 쟁기와 같은, 트랙터에 장착된 장치를 사용하여 트랙터를 회전시키는 경우 특히 유용할 수 있다. 정상적인 서비스 브레이킹을 위한 것과 같이, 후방 브레이크 둘 다를 동시에 맞물리게 하기 위하여, 우측 및 좌측 브레이크 페달을 동시에 적용한다.
상기한 유형의 농업용 브레이크 시스템의 문제점은, 브레이크 페달 둘 다가 동시에 적용되는 경우, 시스템은 우측 및 좌측 브레이크에 가해지는 압력을 균형시켜야 한다는 점이다. 이러한 시스템이 없는 경우, 하나의 측면에서의 브레이크 압력이 기타의 측면에서의 브레이크 압력에 비하여 증가하면, 두개의 브레이크가 적용되는 경우 차량을 의도하지 않게 회전시키게 된다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 좌측 및 우측 브레이크 둘 다에 균일한 압력을 적용하면서 두 개의 브레이크 페달이 동시에 적용되도록 하는 통합 압력 균형 배열을 포함하는 브레이킹 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 이제 첨부한 도면 및 상세한 설명을 참조로 하여, 단지 예로서, 기재할 것이다.
도면의 상세한 설명
도 1 내지 4를 참조하면, 좌측 파워 밸브 배열(12) 및 우측 파워 밸브 배열(14)을 포함하는 단일 본체(16)를 갖는 트윈 파워 밸브 조립체(10)가 도시된다. 좌측 파워 밸브 배열(12)은 우측 밸브 배열(14)의 성분들과 실질적으로 동일하며, 이와 같이, 단지 우측 파워 밸브 배열(14)이 상세히 기술될 것이다. 도 1을 참조로 하면, 우측 파워 밸브 배열(14)의 단면도를 도시한다.
본체(16)는 단일 성분으로서 형성되며, 기계가공된 캐스팅(machined casting)으로서 형성될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면, 본체(16)는 고체로부터 기계가공할 수 있었다. 본체(16)는 후면 단면(19), 중간 단면(20), 스풀 단면(spool section; 21) 및 균형 단면(22)을 갖는 단계형 보어(stepped bore; 18)를 포함한다. 균형 단면(22) 내로 연장되는 것은 본체(16)의 환형 돌출부(23)이다.
밀봉부(25)를 갖는 폐쇄 플랜지(closing flange; 24)는 보어(18)의 후면 단면(19) 내에 접수되고 이를 폐쇄시킨다. 본원에서 사용된 바와 같이, "후면"은 도면에서 관찰하는 경우 우측을 나타내며, "전면"은 도면에서 관찰하는 경우 좌측을 나타낸다. 폐쇄 플랜지(24)는 볼트(27)에 의해 적소에 지지되며, 밀봉부(29)를 갖는 플랜지 보어(26)를 포함하며, 여기서 플랜지 보어(26)는 플런저(28)를 미끄러지게 접수한다. 플런저 캡(40)은 플런저(28)의 전면에 고정시킨다. 공지된 방법으로 폐쇄 플랜지(24) 위에 고정시키는 것은, 플랜지 보어(26)를 통해 플런저(28)를 맞물리는 푸쉬로드 조립체(pushroad assembly; 30)이다. 스프링(42)은 도 1, 1a, 1b 및 1c를 관찰하는 경우 플런저(28)를 우측으로 바이어싱(biasing)하는 작용을 하며, 단계형 보어(18) 및 플런저 캡(40)의 후면 단면의 환형 영역(19A)에 대하여 반응한다. 본체(16)의 전면에 있는, 단계형 보어(18)의 균형 단면(22)은 밀봉부(33)을 갖는 플러그(32)에 의해 폐쇄된다.
보어(18)의 중간 단면(20) 및 스풀 단면(20)에는 스풀(36)을 포함하는 스풀 조립체(34), 및 스풀(36)의 후면을 맞물리는 스풀 플레이트(38)를 포함하는 스풀 조립체(34)가 미끄러지게 접수된다. 스풀(36)은 리딩 에지(leading edge)에서 스풀 단면(21)의 직경보다 약간 작고 트레일링 에지(trailing edge)에서 스풀 단면과 실질적으로 동일한 직경인 테이퍼화된 직경을 갖는 확대된 직경의 후면부(36A), 스풀 단면(21)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 확대된 직경 전면부(36B), 및 감소된 직경 협소 중앙부(36C)를 포함한다. 종방향 통로(36D)는 스풀(36)의 전면 말단으로부터 연장되고 중앙부(36C)에서 형성된 방사상 오일 통로(36E)와 교통한다. 한쌍의 스프링(43,44)은 이하에 추가로 설명할 것인 바와 같이 스풀 플레이트(38) 및 플런저 캡(40)에 작용한다.
압력 포트(50)는 교차하고 스풀 보어(21)와 유체 교통상태에 있다. 압력 포트(50)의 후방으로 위치하는 브레이크 포트(52)는 마찬가지로 교차하고 스풀 보어(21)와 유체 교통상태에 있다. 그러나, 탱크 포트(54)는 좌측 및 우측 파와 밸브 배열(도 2 및 3에 가장 잘 나타낸 바와 같음) 사이에 위치하며, 단계화된 보어(18)의 후면 단면(19)에 홀(55)에 의해 유체적으로 연결되며, 또한 홀(55')에 의해 후방 단면(19')(나타내지 않음)에 유체적으로 연결된다. 홀(55) 및 (55')의 상부 말단은 탱크 포트(54)의 기저부에서 종결되는 데, 이 탱크 포트는 본체(16) 내에 형성되며 본체의 단지 탱크 포트이다. 유리하게는, 이는, 탱크 체임버(나타내지 않음)에 홀(55) 및 (55')을 연결하기 위해 본체에 단지 단일 연결이 필요하다는 것을 의미한다.
단계형 보어(18)의 균형 단면(22)에 미끄러지게 접수되고 본체(16)의 환형 돌출부(23) 위에 미끄러지게 위치하는 것은, 환형 균형 피스톤(60)이다. 함께, 플러그(32), 균형 보어(22) 및 균형 피스톤(60)은 제1의 균형 체임버(41)를 형성한다. 균형 피스톤(60)은 외경을 따라 이격된 관계로 2개의 피스톤 랜드(60A) 및 (60B), 및 내경을 따라 하나의 피스톤 랜드(60C)를 포함한다. 랜드(60A)는 밀봉부(64A)를 포함하고, 랜드(60B)는 밀봉부(64B)를 포함하며, 랜드(60C)는 밀봉부(64C)를 포함한다. 밀봉부(64A)와 밀봉부(64) 사이에는, 시스템이 도 1 및 1a에 도시된 바와 같은 이의 수동형 위치에 있는 경우, 통로(69)와 유체 교통상태에 있는 방사상 홀(68)이 존재한다. 통로(69)는, 궁극적으로 제2 균형 체임버(70; 도 3에 가장 잘 나타냄)와 유체 교통상태에 있다. 스프링(62)은 도 1, 1a, 1b 및 1c에서 관찰하는 경우 균형 피스톤(60)을 좌측으로 바이어싱(biasing)시키고, 보어(18)의 균형 단면(22)의 환형 영역(22A) 및 균형 피스톤(60)에 대하여 반응하도록 작용한다. 균형 피스톤(60)과 환형 영역 사이의 어떠한 압력도 트래핑(trapping)하는 것을 방지하기 위하여, 이 영역을 탱크로 배기시키는 홀(나타내지 않음)이 제공된다.
우측 파워 밸브 배열(14)의 작동시, 가압된 유압식 유체를 압력 포트(50)에 공급한다. 도 1 및 1a는, 파워 밸브 배열이 수동 상태에 있는 경우, 즉 브레이크가 적용되지 않은 경우 각종 성분들의 위치를 나타낸다. 이 상태에서, 스풀(36)의 확대된 전면부(36B)는 압력 포트(50) 및 스풀 보어(21)의 교차점 위에 위치하여 가압된 유체가 압력 포트(50)에서 브레이크 포트(52)로 유동하지 못하도록 한다. 이 보다는, 수동형 상태에서, 브레이크 포트(52)는 스풀 보어(21)를 통해 스풀(36)의 확대된 후면부(36A) 주변으로 탱크 포트(54)를 배기시킨다.
우측 브레이크 페달(나타내지 않음)을 단독으로, 예를 들면, 브레이크 페달을 부분적으로 밟음으로써, 푸쉬 로드 조립체(30)가 도 1 및 1a에서 관찰하는 경우 좌측으로 운동하도록 하여 플런저(28)가 좌측으로 운동하고 스프링(42, 43 및 44)이 압축되도록 한다. 그러나, 스프링(43) 및 (44)의 압축은 스풀 플레이트(38)에서 반응하여, 스풀(36)을 좌측으로 이동시킨다. 스풀(36)이 좌측(도 3c에서 가장 잘 알 수 있음)으로 운동함에 따라, 협소한 중앙부(36C)가 압력 포트(50)와 스풀 보어(21) 사이의 교차점 내로 운동하며, 스풀 보어(21)를 압력 포트(50)와 유체 교통상태로 위치시킨다. 이는 궁극적으로 브레이크 포트(52)를 압력 포트(50)와 유체 교통상태로 위치시키며 우측 브레이크가 적용되도록 한다. 그러나, 푸쉬 로드 조립체가 단지 부분적으로 밟아지는 경우, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 압력 포트(50)로부터의 가압된 유체는 또한 확대된 후면부(36a) 주변으로 통과할 수 있으며 홀(55)을 통해 탱크 포트(54)로 부분적으로 벗어날 수 있으며, 이에 따라 브레이크 포트(50)에 교통하는 압력을 저하시킨다. 이는 또한, 브레이크 포트(52) 내의 여압(pressurisation)이 방사상 오일 통로(36E)를 통해 전달되며 통로(36D)를제1 균형 체임버(41)로 종방향으로 연장시킨다. 제1 균형 체임버(41) 내의 압력은 스풀(36)에서 작용하며, 스프링(37)과 조합하여, 스풀(36)이, 스풀(36)에 작용하는 힘이 균형되는 시간까지 우측으로 운동하여 압력이 브레이크 포트(52)로 조절되도록 한다.
그러나, 우측 브레이크 페달이 완전히 밟아지는 경우, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 스풀 플레이트(38)가 보어(18)의 중간부(20)의 후면(20A)과 접촉하고 후면부(36A)는 스풀 단면(21)에서 완전히 접수되어 스풀 보어(21)로 공급되는 가압된 유체가 스풀 보어(21)로부터 탱크 포트(54)로 배기되는 것을 방지한다. 브레이크 포트(52)는 이후에 압력 포트(50)로부터의 완전 압력을 접수하고, 이에 따라 우측 브레이크가 완전히 적용될 것이다.
제1 균형 체임버(41) 내의 압력은 또한 균형 피스톤(60)에 작용하여, 균형 피스톤(60)이 우측으로 운동하도록 한다는 것을 인지할 것이다. 이는 궁극적으로, 압축된 스프링(62)으로부터의 힘이 균형 피스톤(60)에서의 압력에 의해 유발된 힘을, 스프링(62)의 스프링 상수를 기준으로 한 공지된 값으로 균형을 맞출 때까지 스프링(62)을 압축한다. 제1 균형 체임버(41) 내의 압력이, 스프링(62)의 공지된 스프링 상수를 기준으로 하여, 소정의 수준에 도달하는 경우, 밀봉부(60A)는 홀(68) 위로 통과하여 홀(68)을 제1 균형 체임버(41)과 유체 교통상태에 있도록 위치시킬 것이다. 이후에, 균형 체임버(41) 내의 압력은 홀(68) 및 통로(69)를 통해 제2 균형 체임버(70)로 전달된 다음, 좌측 파워 밸브 배열(12) 내의 통로(69') 및 홀(68')로 전달된다. 좌측 브레이크 페달이 밟아지지 않는 경우, 또는 밀봉부(60A')가 홀(68') 위로 통과하도록 하기에 충분히 밟아지지 않는 경우, 우측 제1 균형 체임버(31)로부터 제2 균형 체임버(70)로 전달된 압력은 홀(68')을 통해 좌측 제1 균형 체임버(31')로 전달되지 않으며, 우측 및 좌측 파워 밸브 배열(12,14)은 서로 유압적으로 분리된다.
그러나, 좌측 및 우측 브레이크 페달 둘 다가 밀봉부(60A)를 홀(68) 및 밀봉부(68A') 위로 통과시켜 홀(68') 위로 통과하도록 하기에 충분하게 밟아지는 경우, 우측 제1 균형 체임버(41) 및 좌측 제1 균형 체임버(41')는 제2 균형 체임버(70)와 유체 교통상태에 있을 것이다. 결과적으로, 제1 균형 체임버(41) 및 (41') 각각에서의 압력은 동일할 것이며, 우측 브레이크 포트(52) 및 좌측 브레이크 포트(52')에서의 압력은 동일할 것이며, 좌측 및 우측 브레이크에 가해진 압력은 또한 동일할 것이다.
다시 말해서, 제1 균형 체임버(41,41') 둘 다 내의 압력이 스프링(62,62')의 스프링 상수를 극복하기에 충분한 소정의 수준을 초과하는 경우, 우측 및 좌측 파워 브레이크 배열(12,14)은 유체 교통상태에 있을 것이며 동일한 압력이 두개의 브레이크 포트(52,52')에 제공된다. 한편, 제1 균형 체임버(41,41') 중의 어느 하나에서의 압력이 스프링(62,62')의 스프링 상수를 극복하기에 충분한 소정의 수준을 초과하지 않는 경우, 우측 및 좌측 파워 브레이크 배열(12,14)은 서로 유압적으로 분리될 것이다.
따라서, 트윈 파워 밸브 조립체는 작동자가 우측 브레이크 또는 좌측 브레이크에 선택적으로 적용하도록 하지만, 이는 또한 두개의 브레이크가 적용되는 경우, 동일한 압력이 두개의 브레이크에 적용되어 의도하지 않은 회전 또는 동일하지 않은 브레이킹을 방지함을 보장한다.
균형 피스톤(30)을 포함시키는 것은 또한, 하나의 브레이크 회로가 실패한 경우 안정성 특징을 제공한다. 좌측 및 우측 브레이크가 브레이크들 사이의 영구적인 유체 교통을 통해 균형되는 유압식 시스템에서, 회로들 중의 하나의 실패는 둘 다의 실패를 일으키며, 이는 활성 회로 내의 유체가 실패한 회로를 통한 유체 연결을 통해 배기될 것이기 때문이다. 그러나, 본 시스템에서, 좌측 파워 밸브 배열(12)과 같은, 하나의 브레이크 회로가 실패하면, 제1 균형 체임버(41') 내의 압력은 대기압, 즉 탱크 포트 압력에서 유지될 것이며, 스프링(62')의 스프링 상수를 극복하기에 필요한 소정의 수준 이하가 될 것이다. 균형 피스톤(60')은 따라서 좌측 파워 밸브 배열(12)을 우측 파워 밸브 배열(14)과 분리시키는 수동적 위치에서 잔류하게 될 것이다. 각각의 좌측 및 우측 파워 밸브 정렬(12,14)이 각각 독립적인 압력 포트(50) 및 (50')를 갖기 때문에, 하나의 브레이크 회로가 실패하는 경우, 다른 회로가, 이동 통로(68)가 실패된 측면에서 피스톤 밀봉부(64A) 및 (64B)에 의해 밀볼 될 것이기 때문에 계속해서 작동하게 됨으로써, 작동 측면으로부터의 가압된 오일이 실패된 회로 밖으로 누출되는 것을 방지한다.
의문을 피하기 위하여, 용어 "좌측" 및 "우측"은 유사한 성분들을 단순히 구별하기 위해 사용하며, 하나의 성분을 다른 것에 대한 특별한 공간적 관계로 정의하는 것으로 간주하여서는 안된다.
본 발명에 따르면, 좌측 및 우측 브레이크 둘 다에 균일한 압력을 적용하면서 두 개의 브레이크 페달이 동시에 적용되도록 하는 통합 압력 균형 배열을 포함하는 브레이킹 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 도 3의 선 X-X을 따라 취한, 본 발명에 따르는 트윈 파워 밸브 조립체의 우측 파워 밸브의 단면도이다.
도 1a는 이의 수동 위치에서 조립체를 갖는 도 1의 부분의 확대도이다.
도 1b는 완전히 적용된 위치 및 균형된 우측 및 좌측 브레이크에서 조립체를 갖는 도 1의 일부의 다른 확대도이다.
도 1c는 조절된 위치 및 균형된 우측 및 좌측 브레이크에서 조립체를 갖는 도 1의 다른 확대도이다.
도 2는 도 1의 트윈 파워 밸브 조립체의 평면도이다.
도 3은 도 1에서 W로 표지된 단면에서 취한 절단도를 추가로 포함하는 도 1의 트윈 파워 밸브 조립체의 말단부 도면이다.

Claims (5)

  1. 우측 제1 균형 체임버, 및 좌측 제1 균형 체임버를 갖는 좌측 파워 밸브 배열을 갖는 본체 내에 포함된 우측 파워 밸브 배열;
    본체 내에 포함된 압력 포트;
    압력 포트를 우측 브레이크 포트와 유체 교통하도록 선택적으로 위치시키기 위한 본체 내에 포함된 우측 스풀 조립체(right hand spool assembly), 및 압력 포트를 좌측 브레이크 포트와 유체 교통하도록 선택적으로 위치시키기 위한 본체 내에 포함된 좌측 스풀 조립체; 및
    우측 제1 균형 체임버와 유체 교통하도록 본체 내에 포함된 우측 브레이크 포트, 및 좌측 제1 균형 체임버와 유체 교통하도록 본체 내에 포함된 좌측 브레이크 포트; 및
    제2 균형 체임버, 우측 제1 균형 체임버 내의 압력이 소정의 값을 초과하는 경우 우측 제1 균형 체임버를 제2 균형 체임버와 유체 교통되도록 위치시키고 우측 제1 균형 체임버 내의 압력이 소정의 값 미만인 경우 우측 제1 균형 체임버를 제2 균형 체임버와 유압적으로 분리시키는 우측 밸브, 및 좌측 제1 균형 체임버 내의 압력이 소정의 값을 초과하는 경우 좌측 제1 균형 체임버를 제2 균형 체임버와 유체 교통되도록 위치시키고 우측 제1 균형 체임버 내의 압력이 소정의 값 미만인 경우 좌측 제1 균형 체임버를 제2 균형 체임버와 유압적으로 분리시키는 좌측 균형 밸브를 갖는 본체 내에 포함된 균형 밸브 배열을 포함하는 단일 본체를 갖는 트윈 파워 밸브 조립체(twin power valve assembly).
  2. 제1항에 있어서, 우측 압력 포트, 우측 압력 포트를 우측 브레이크 포트와 유체 교통되도록 위치시키기 위한 우측 스풀 조립체, 및 좌측 압력 포트, 좌측 압력 포트를 좌측 브레이크 포트와 유체 교통되도록 위치시키기 위한 좌측 스플 조립체가 존재하는 트윈 파워 밸브 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 우측 밸브 및 좌측 밸브가 스프링에 의해 폐쇄된 위치를 향하여 바이어싱된 위치를 포함하는 트윈 파워 밸브 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 좌측 제1 균형 체임버와 우측 제1 균형 체임버가, 본체내에 형성된 각각의 좌측 및 우측 통로에 의해 제2 균형 체임버와 유체 교통되는 트윈 파워 밸브 조립체.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 우측 브레이크 포트가, 우측 스풀 조립체 내에 형성된 통로에 의해 우측 제1 균형 체임버와 유체 교통되고, 좌측 브레이크 포트가 좌측 스풀 조립체 내에 형성된 통로에 의해 좌측 제1 균형 체임버와 유체 교통되는 트윈 파워 밸브 조립체.
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