KR20120079559A - 조이스틱 파일럿밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조이스틱 파일럿 밸브에 관한 것으로, 밸브바디(100)의 저면 중앙에 형성된 탱크로의 압유 귀환용 포트(T)가 연통되고 수직으로 밸브바디를 관통하는 홀(105)이 형성되고, 그 귀환용 홀(105)을 중심으로 방사상 외측에 형성되는 제 1 내지 4홀(111-114)들이 형성되며 상기 홀들은 밸브바디 저면의 제 1 내지 4 포트(161-164)들에 각각 연통되고, 보조펌프로 부터 공급되는 압유 공급용 포트(P)가 연통되는 홀(106)이 형성되고, 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들에는 스풀키트(131-134)가 상하 슬라이드가능하게 배치되고, 상기 홀들의 길이방향 중간부분에서 모두 연통되는 압유 배출 챔버(120)가 형성되고, 상기 압유 배출챔버 하측에서 상기 제 1 내지 4 홀들과 중앙의 홀(105)들이 모두 연통된 하나의 공간으로 성형된 다음 부싱(125)에 의해 환형으로 형성되는 압유 공급 챔버(121)가 형성된 조이스틱 파일럿 밸브에 있어서, 조이스틱 레버의 급격한 작동에 의한 스풀키트(131-134)의 급격한 동작을 완충시키도록 스풀키트의 하단부를 부분적으로 수용하고 오일이 충전된 완충챔버(126)가 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들 각각의 하단에 개별 공간으로 형성된
조이스틱 파일럿 밸브에 있어서, 조이스틱 레버의 급격한 작동에 의한 스풀키트(131-134)의 급격한 동작을 완충시키도록 스풀키트의 하단부를 부분적으로 수용하고 오일이 충전된 완충챔버(126)가 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들 각각의 하단에 개별 공간으로 형성된 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 홀들을 드릴 가공할 때 발생되는 칩이 용이하게 제거될 수 있고, 조이스틱 레버의 조작에 따른 스풀키트의 동작에 대하여 완충챔버에 수용된 오일에 의한 완충작용으로 동작부의 원활한 동작과 소음 저감 및 안전사고 발생 위험의 감소 효과가 있다.

Description

조이스틱 파일럿밸브{A JOISTIC PILOTVALVE}
본 발명은 건설중장비의 붐과 버킷과 같은 작업부의 제어에 사용되는 조이스틱 파일럿밸브에 관한 것으로, 특히 파일럿 밸브 바디의 가공 공정을 간소화하고 작동성능을 안정화할 수 있도록 개선된 구조의 조이스틱 파일럿밸브에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기나 로드와 같은 건설중장비서는 조이스틱으로 조작하는 파일럿밸브가 널리 사용되고 있으며, 운전자의 조이스틱 조작에 따라 스풀이 작동하여 발생되는 파일럿신호압에 응답하여 붐이나 버킷과 같은 작업기를 구동하는 액츄에이터가 작동하게 된다.
기존의 이러한 조이스틱 파일럿밸브는 도 1, 2에 개략적으로 도시된 바와같이, 작업자가 손으로 조작하는 조이스틱 레버(1)가 유니버셜 조인트(2)로 밸브바디(3)에 연결되고 밸브 바디의 상측에서 4개의 푸시로드(5)들이 돌출되게 배치되어 있어서 조이스틱 레버(1)의 조작에 따라 조이스틱 레버에 장착된 스와시 플레이트(6)가 상기 푸시로드들을 선택적으로 눌러서 푸시로드들의 하단에 연결된 스풀(7)들이 각각 밸브바디에서 관통하여 형성되는 홀(8)들에서 상하 이동하게 된다.
밸브바디(3)에는 귀환압유챔버(10)가 형성되고 중앙부에 형성된 홀(12)을 통하여 탱크로 압유가 귀환되며, 보조펌프로 부터 (도면에 도시되지 않은 통로를 통해) 공급압유챔버(15)로 공급된 압유가 홀(14)을 통하여 배출되어 작업기의 액츄에이터 신호압으로서 작용한다.
상기 밸브 바디(3)에는 도면에 도시되지 않았지만 통상적으로 저면에 6개의 (도 3에 표시된) 포트, 즉 도 3에 도시된 포트(20,21,22,23, T, P)가 형성되며 포트(20,21,22,23)가 연결되는 4개의 스풀용 홀(8)들이 관통하여 형성되고(단면도에는 2개의 홀만 도시됨), 각각의 홀(8)에 스풀(7)들의 선택적인 작동에 따라 유로가 개폐되어 공급압유챔버로 부터 압유가 밸브바디의 저면에 형성된 포트(20,21,22,23)들을 통해 선택적으로 공급됨으로써 붐과 버킷과 같은 작업기를 구동하는 액츄에이터 구동 신호압을 발생시킨다. 포트(P)는 보조펌프로 부터 압유가 공급되는 공급포트이고, 포트(T)는 탱크로 압유가 귀환하는 귀환포트이다.
도 3에 도시된 상기한 종래 파일럿 밸브의 유압회로도는 공급포트(P)로 부터의 유로가 폐쇄되고 4개의 포트(20,21,22,23)가 모두 귀환챔버에 연통되어 작업기는 작동하지 않는 상태이며, 이 상태에서 운전자의 조이스틱 레버 조작으로 동작되는 스풀에 의해 공급챔버와 포트(20,21,22,23)들중에서 선택된 포트를 개방하여 유로가 개방되면 개방된 포트를 통한 신호압이 액츄에이터로 공급되어 예를들어 붐이 신축되거나 버킷이 작동하게 된다.
이러한 종래의 밸브바디(10)는 4개의 스풀용 홀(14)들을 드릴과 리밍 작업에 의해 가공하며, 종래에는 이러한 홀들은 가공작업시 발생되는 칩에 의해 정밀가공의 어려움이 있으며, 이러한 정밀가공의 어려움을 감소시키도록 가공 편의상 밸브바디를 관통하도록 형성한 다음 도 1의 단면도에 도시된 바와같이 플러그(25)로 저면측의 구멍을 막도록 하였다.
그러나, 이와 같이 홀의 개방단부가 플러그로 막는 구조의 종래 밸브바디(3)에서는 급격한 작동시의 스풀에 의해 홀내에서의 작동유의 압력의 급격한 상승으로 플러그가 변형될 수 있고, 이 경우 홀 내부의 공간이 변화됨에 따라 홀 내부에서의 스풀의 동작이 변화됨에 따라 조이스틱 조작에 대한 응답이 불균일하게 되는 문제가 있었으며, 이에 따라 안정적인 작동성능을 위한 밸브바디에 대한 구조개선이 요망되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 홀(14)들을 밸브 바디의 상측에서 하방으로 막힌 구멍 형태로 드릴 가공하는 것은, 가공후 홀에 배치되는 스풀의 행정거리 확보를 위한 높은 정밀도를 필요로 하여 드릴 가공공정의 어려움이 따르고, 드릴가공시 칩 배출이 원활하지 않아 정밀한 홀 가공이 어려움이 보다 근본적인 해결책이 요망되었다.
본 발명은 상기한 종래 조이스틱 파일럿밸브에 대한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 밸브바디의 스풀용 홀을 저면에서 가공하지 않아 별도의 플러그가 필요치 않고 홀의 가공공정을 단축할 수 있으며, 스풀이 안정되고 원활하게 작동하도록 개선된 조이스틱 파일럿밸브의 제공을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 조이스틱 파일럿 밸브는, 밸브바디의 저면 중앙에 형성된 탱크로의 압유 귀환용 포트(T)가 연통되고 수직으로 밸브바디를 관통하는 홀이 형성되고, 그 귀환용 홀을 중심으로 방사상 외측에 형성되는 제 1 내지 4홀들이 형성되며 상기 홀들은 밸브바디 저면의 제 1 내지 4 포트들에 각각 연통되고, 보조펌프로 부터 공급되는 압유 공급용 포트(P)가 연통되는 홀이 형성되고, 상기 제 1 내지 4 홀들에는 스풀키트가 상하 슬라이드가능하게 배치되고, 상기 홀들의 길이방향 중간부분에서 모두 연통되는 압유 배출 챔버가 형성되고, 상기 압유 배출챔버 하측에서 상기 제 1 내지 4 홀들과 중앙의 홀들이 모두 연통된 하나의 공간으로 성형된 다음 부싱에 의해 환형으로 형성되는 압유 공급 챔버가 형성된 조이스틱 파일럿 밸브에 있어서, 조이스틱 레버의 급격한 작동에 의한 스풀키트의 급격한 동작을 완충시키도록 스풀키트의 하단부를 부분적으로 수용하고 오일이 충전된 완충챔버가 상기 제 1 내지 4 홀들 각각의 하단에 개별 공간으로 형성된다.
상기 완충챔버는 중앙의 압유 귀환용 포트(T)용 홀에 연통되게 성형한 다음 상기 제 1 내지 4 홀들이 부싱에 의해 귀환용 홀과 차단되도록 하여 상기 제 1 내지 4 홀들 각각의 하단부에 개별공간으로서 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 스풀키트가 각각 슬라이드가능하게 배치되는 제 1 내지 4홀들의 하단부에 개별적인 공간으로 완충챔버를 형성함으로써, 상기 홀들을 드릴 가공할 때 발생되는 칩이 용이하게 제거될 수 있어 가공 편의성이 향상되고, 조이스틱 레버의 조작에 따른 스풀키트의 동작에 대하여 완충챔버에 수용된 오일의 미소한 압축성에 따른 완충작용으로 액츄에이터에 의한 건설기계의 붐이나 버킷등의 동작이 부드럽게 되고, 덜컹거림의 소음 저감 및 안전사고 발생 위험의 감소 효과가 있다.
도 1은 종래 조이스틱 파일럿 밸브의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 조이스틱 파일럿 밸브의 개략적인 단면도.
도 3은 조이스틱 파일럿 밸브의 유압 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 조이스틱 파일럿 밸브바디의 사시도.
도 5는 도 4의 밸브바디의 종단면도.
도 6은 도 5에서 선A-A에 의한 횡단면도로서 밸브바디 저면에 형성된 포트들을 보여준다.
도 7은 도 5에서 선B-B에 의한 횡단면도로서 각 홀에 개별적으로 형성되는 댐핑챔버를 보여준다.
도 8은 도 5에서 선C-C에 의한 횡단면도로서 밸브바디의 저면에 형성된 포트들이 홀에 연통되는 것을 보여준다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도 4 내지 도 11을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 따른 조이스틱 파일럿밸브의 밸브바디(100)가 도시되어 있고 도 5에는 도 4의 파일럿 밸브의 종단면도이다.
도 4와 도 5에 있어서, 밸브바디(100)에는 중앙에 수직으로 밸브바디를 관통하는 압유 귀환용 홀(105)이 형성되고, 상기 홀(105)을 중심으로 방사상 외측에 제 1홀(111)이 형성되고 그 양측으로 제 2 홀(112)과 제4 홀(114)이 형성되며, 상기 제 1 홀(111)에 대향된 위치에 제 3 홀(113)이 형성되어 있다. 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들은 그 길이의 중간부분에서 모두 연통되는 압유 배출 챔버(120)가 형성되고 그 보다 아래쪽에는 상기 제 1 내지 4 홀들과 중앙의 귀환용 포트(T)에 대응된 홀(105)들이 모두 연통된 하나의 공간으로 성형된 다음 부싱(125)에 의해 환형으로 형성되는 압유 공급 챔버(121)가 형성되며, 하단에는 제 1 내지 4 홀(111-114)들 각각이 중앙의 압유 귀환용 포트(T)용 홀(105)에 연통되게 성형된 다음 상기 부싱(125)에 의해 밀폐되어 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들 각각의 하단부로서의 개별 공간으로 형성되는 댐퍼 챔버(126)가 형성된다(도 7 횡단면도 참조).
상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들에는 각각 스풀키트(131-134)들이 끼워지며, 상기 스풀키트들 각각의 상부는, 상기 밸브바디(100)의 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들의 개방된 상부에 고정되어 밀폐하는 플러그(130)들에 형성된 구멍들에서 슬라이드되게 끼워진 푸시로드(135)들의 하단부에 연결된다.
이때, 상기 각각의 플러그(130)들의 저면측에는 각각의 푸시로드(135)들의 하단부와 연결된 스프링시트(136)가 배치되고, 상기 스프링시트의 저면에는 각각의 스풀키트(131-134)들 각각을 중심으로 동심원적으로 제 1 스프링(140)과 그 외측의 제 2 스프링(141)의 일단부가 고정되는 한편 상기 제 1 스프링(140)의 타단부는 푸시로드의 중간부에 직경이 확대되어 형성된 단턱부(143)의 상면에 고정되고 제 2 스프링(141)의 타단부는 푸시로드가 끼워지는 홀들에서 직경이 확대되어 형성되는 단턱부(144)에 배치되어 두 개의 스프링들이 제공된다.
상기 제 1 스프링(140)은 인장스프링이고, 제 2 스프링(141)은 압축스프링으로서, 푸시로드의 하강시 스풀키트가 하강한 다음 푸시로드에 작용하는 힘이 제거되면 제 1 스프링(140)의 탄성력에 스풀키트가 푸시로드 하측의 일정거리, 즉 제 1 스프링에 의한 간격이 유지되게 원위치로 복귀되게 하고, 조이스틱 레버에 의해 푸시로드에 작용하는 하방으로의 힘이 없어질 때 푸시로드가 제 2 스프링(141)의 탄성력으로 상승하여 원위치로 복귀하게 된다.
이러한 푸시로드의 작동은 4개의 홀들에 배치된 푸시로드들에 대하여 선택적으로 접촉가능한 위치에 배치된 스와시 플레이트(150)가 하단부에 장착된 조이스틱 레버(151)를 운전자가 조작함으로써 이루어진다.
상기 조이스틱 레버의 하단부에는 또한 중심방향으로 하방으로 돌출되게 유니버셜 조인트(152)의 일단부가 장착되는 한편, 상기 유니버셜 조인트의 타단부는 상기 파일럿 밸브 바디(100)의 중앙의 관통된 홀(105)에 배치되는 피스톤(155)에 결합되어 배출챔버(120)의 상측을 형성한다.
상기 조이스틱 레버(151)를 조작함에 따라 그 하단에 장착된 스와시 플레이트(150)의 상하 변위에 따라 하강하는 스와시 플레이트와 접촉하는 푸시로드에 연동하여 스풀키트가 이동하면서 압유 배출 챔버(120)와 상기 제 1 내지 4 홀들중 해당 스풀키트가 배치된 홀들을 통하여 압유 공급 챔버(121)와의 유로가 개폐됨으로써 밸브바디(100)의 저면에 형성된 도 6에 도시된 제 1 내지 4 포트(161 -164)들을 통해 배출된다.
즉, 도 6과 도 8의 횡단면도들에서 볼 수 있듯이 중앙에 형성된 포트(T)는 압유 귀환용 홀(105)에 연통되고, 제 1 포트(161) 내지 제 4포트(164)는 배출챔버(120) 위쪽에서 제 1홀(111) 내지 제 4 홀(114)들에 각각 연통되어 제 1 - 4 홀(111-114)들에 배치된 스풀키트들의 동작에 따라 배출챔버의 압유가 개방되는 포트들을 통해 건설중장비 예를들어 굴삭기의 붐 또는 버킷의 동작을 위한 신호압으로서 액츄에이터를 작동하게 한다. 예를들어, 제 1 포트(161)는 버킷 인(bucket in) 작동용 포트이고 그에 대향된 위치의 제 3 포트(163)는 버킷 아웃(bucket out) 작동용 포트이며, 또한, 상기 포트(161)의 옆에 위치하는 제 2 포트(162)는 붐 다운(boom down) 작동용 포트이고 그에 대향된 위치의 제 4 포트(164)는 붐 업(boom up) 작동용 포트로 될 수 있다.
사용자가 조이스틱 레버를 조작함에 따라 동작하는 스풀키트들에 의해 상기 홀(111-114)들과 배출챔버(120) 및 댐핑챔버(126)에 채워진 오일이 가압될 때, 오일은 실제적으로 100kg/cm2의 작용압력에 대하여 0.7%의 체적 감소를 나타내는 압축 특성을 보이고 있다.
이러한 파일럿밸브의 홀 및 챔버들에서의 오일의 압축성은 조이스틱 레버의 급격한, 또는 돌발적인 조작에 의한 스풀키트의 움직임을 완충하여 응답 작용을 완화시키고 최종적으로는 작업기의 동작을 부드럽게 하는 작용을 하게 되는데, 종래 댐핑 챔버가 없는 경우 상기 스풀키트가 배치된 홀의 막힌 하단부의 공간에 수용된 오일만으로는 댐핑 효과가 매우 낮아 조이스틱 레버의 조작에 즉각적으로 붐이나 버킷등의 작업장비의 응답이 초래되어 동작이 부드럽지 못하여 덜컹거리고 돌발적인 작업기의 동작에 따른 산재발생의 문제가 있었으나, 본 발명에 따라 각각의 홀(111-114)들의 하단부에 댐핑챔버(126)들을 개별적으로 형성함으로써(도 7 참조) 수용되는 오일의 량이 종래 구조와 비교하여 크게 증가되므로 작업장비의 응답 특성에 있어서 실질적인 댐핑효과를 얻을 수 있게 된다.
이로써, 종래 작업자가 실수로 조이스틱 레버를 건드리는 경우 이에 응답하여 스풀키트가 동작하여 건설기계의 붐이나 버킷에 의해 안전사고가 발생되거나 덜컹거리는 등의 동작의 불안정 또는 소음이 발생되는 문제점이, 본 발명에 따른 완충챔버에 의해 조이스틱 레버의 돌발적인 움직임에 대한 스풀키트의 즉각적인 동작이 완화되므로 동작이 부드럽게 이루어지고 안전사고의 발생이 방지될 수 있게 된다.
또한, 밸브바디(100)에서 홀(111-114)들과 압유 공급챔버, 압유 배출챔버 및 하단부에 형성되는 댐핑챔버들은 코아 금형으로 대략적인 형상 구조로 성형한 다음 드릴과 리밍 작업으로 정밀가공하게 되는데, 본 발명에 따라 밸브바디(100)에서 상기 홀(111-114)들의 하단부에서 중앙의 압유 귀환용 홀(105)에 연통되게 댐핑챔버(126)를 형성하여 4개의 스풀키트용 홀(111-114)들을 드릴과 리밍 작업에 의해 가공할 때 발생되는 칩이 하단부에 형성된 댐핑챔버(126)와 압유 귀환용 홀(105) 및 귀환 포트(T)를 통해 용이하게 배출될 수 있어서 높은 조도가 요구되는 정밀가공작업을 매우 용이하게 그리고 정확히 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 조이스틱 파일럿밸브는 건설기계 등에서 사용되는 기존의 파일럿 밸브 구조의 큰 변경 없이도 밸브 작동의 신뢰도를 향상시키도록 간편하게 적용할 수 있다.
100 : 밸브바디 105-106, 111 - 114 : 홀
120 : 압유 배출 챔버 121 : 압유 공급 챔버
125 : 부싱 126 : 완충챔버
131-134 : 스풀키트 161-164 : 포트

Claims (2)

  1. 밸브바디(100)의 저면 중앙에 형성된 탱크로의 압유 귀환용 포트(T)가 연통되고 수직으로 밸브바디를 관통하는 홀(105)이 형성되고, 그 귀환용 홀(105)을 중심으로 방사상 외측에 형성되는 제 1 내지 4홀(111-114)들이 형성되며 상기 홀들은 밸브바디 저면의 제 1 내지 4 포트(161-164)들에 각각 연통되고, 보조펌프로 부터 공급되는 압유 공급용 포트(P)가 연통되는 홀(106)이 형성되고, 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들에는 스풀키트(131-134)가 상하 슬라이드가능하게 배치되고, 상기 홀들의 길이방향 중간부분에서 모두 연통되는 압유 배출 챔버(120)가 형성되고, 상기 압유 배출챔버 하측에서 상기 제 1 내지 4 홀들과 중앙의 홀(105)들이 모두 연통된 하나의 공간으로 성형된 다음 부싱(125)에 의해 환형으로 형성되는 압유 공급 챔버(121)가 형성된 조이스틱 파일럿 밸브에 있어서, 조이스틱 레버의 급격한 작동에 의한 스풀키트(131-134)의 급격한 동작을 완충시키도록 스풀키트의 하단부를 부분적으로 수용하고 오일이 충전된 완충챔버(126)가 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들 각각의 하단에 개별 공간으로 형성된 것을 특징으로 하는 조이스틱 파일럿밸브.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 완충챔버(126)는 중앙의 압유 귀환용 포트(T)용 홀(105)에 연통되게 성형한 다음 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들이 부싱(125)에 의해 귀환용 홀(105)과 차단되도록 하여 상기 제 1 내지 4 홀(111-114)들 각각의 하단부에 개별공간으로서 형성된 것을 특징으로 하는 조이스틱 파일럿 밸브.
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