KR20130086119A - 압력제어밸브 - Google Patents

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KR20130086119A
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hydraulic
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김진욱
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

본 발명은 유압펌프측 작동유 압력이 설정압력 이상으로 상승될 경우 고압 유량을 유압탱크측으로 귀환시켜 유압시스템을 보호할 수 있는 것으로,
본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브는,
작동유가 유입되는 유입구와 유압탱크와 연통되는 저압통로가 형성되는 슬리브와, 유입구에 대해 저압통로를 개폐시키는 메인 포펫과, 메인 포펫을 가압하여 유입구에 대해 저압통로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 메인 포펫 스프링과, 압력실에 설정압력을 초과하는 압력이 발생되어 밸브시트의 내부 유로를 개방시킬 경우 밸브시트에 습동상태를 유지하면서 압력을 제어할 수 있도록 오리피스 유로가 형성되는 파일럿 포펫과, 파일럿 포펫을 가압하여 밸브시트의 내부 유로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 파일럿 포펫 스프링을 포함한다.

Description

압력제어밸브{PRESSURE CONTROL VALVE}
본 발명은 건설장비용 압력제어밸브에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 유압펌프측 작동유 압력이 설정압력 이상으로 상승될 경우 절환되어 유압펌프측 고압 유량을 유압탱크측으로 귀환시켜 유압시스템을 보호할 수 있도록 한 파일럿 포펫형 압력제어밸브에 관한 것이다.
도 1에 도시된 종래 기술의 압력제어밸브는,
유압펌프(P)로부터 고압의 작동유가 유입되는 유입구(1)와, 유압탱크(T)와 연통되는 저압통로(2)가 형성되는 슬리브(3)와,
슬리브(3)에 착탈되어(seat/unseat) 유입구(1)에 대해 저압통로(2)를 개폐시키는 메인 포펫(4)과,
메인 포펫(4)에 슬라이딩 가능하게 결합되고 피스톤 스프링(5)에 의해 탄성지지되는 피스톤(6)과,
메인 포펫(4)을 가압하여 유입구(1)에 대해 저압통로(2)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 메인 포펫 스프링(7)과,
슬리브(3) 내에 메인 포펫(4)과 대향되게 설치되어 압력실(8)을 형성하는 밸브시트(9)와,
밸브시트(9)에 착탈되고(seat/unseat), 압력실(8)에 설정압력을 초과하는 압력 발생시 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 개방시키는 파일럿 포펫(10)과,
파일럿 포펫(10)을 가압하여 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 파일럿 포펫 스프링(11)을 포함한다.
전술한 바와 같이 구성되는 압력제어밸브(릴리프밸브를 말함.)의 작동을 설명한다.
유압펌프(P)로부터의 고압유가 유입구(1)에 공급될 경우 슬리브(3)에 시트된 메인 포펫(4)의 피스톤(6)의 내부 유로를 통과하여 압력실(8)에 이동된다. 이때 파일럿 포펫(10)은 이를 지지하는 파일럿 포펫 스프링(11)의 탄성력에 의해 밸브시트(9)에 시트된(seated) 상태를 유지한다(도 2에 도시된 상태임.).
전술한 메인 포펫(4)은 슬리브(3)에 시트된 단면적보다 좌측 습동부의 단면적이 크고 메인 포펫 스프링(7)의 탄성력에 의해 지지되므로, 메인 포펫(4)은 우측으로 가압되어 슬리브(3)에 시트된다. 이로 인해 유입구(1)에 대해 저압통로(2)를 닫힌 상태로서 유지하게 된다.
이때 압력실(8)에 공급된 작동유의 압력이 서서히 증가되어 파일럿 포펫 스프링(11)의 설정압력에 도달될 경우, 파일럿 포펫(10)이 좌측으로 이동되어 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 개방시킨다(도 3에 도시된 상태임.).
이로 인해 압력실(8)의 압력은 개방된 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 통과하여 백챔버(12) - 밸브시트(9)에 형성된 저압통로(13) - 슬리브(3)에 형성된 저압통로(14)를 경유하여 유압탱크(T)로 귀환된다. 이때 압력실(8) 내의 압력은 파일럿 포펫(10)의 절환으로 인해 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)가 개방되므로 서서히 떨어진다.
따라서 유입구(1)의 압력보다 압력실(8)의 압력이 낮게 되므로, 좌,우측 수압부에 작용되는 압력 차이에 의해 피스톤(6)이 좌측으로 이동되어 파일럿 포펫(10)의 단부와 접촉된다.
반면에, 메인 포펫(4)은 슬리브(3)에 시트된 단면적보다 좌측 습동부의 단면적이 상대적으로 크게 되므로, 좌,우측 수압부에 작용하는 압력 차이가 발생될 경우에도 슬리브(3)에 시트된 상태를 유지하게 된다.
전술한 피스톤(6)이 파일럿 포펫(10)에 접촉되어 피스톤(6)의 내부 유로가 막힐 경우, 피스톤(6)의 내부 유로에 공급되는 작동유는 피스톤(6)의 오리피스(15) 만을 통해 압력실(8)으로 이동된다. 이로 인해 피스톤(6)의 내부 유로를 통과하는 작동유 유량은 급격하게 감소되며, 유입구(1)측 작동유 압력과 압력실(8)측 작동유 압력의 차이는 더 커지게 된다.
즉 메인 포펫(4)의 좌,우측 수압부 단면적 차이보다 좌,우측 수압부에 작용하는 압력 차이가 더 커지게 되므로, 압력 차이로 인해 메인 포펫(4)은 좌측으로 이동된다.
따라서 슬리브(3)로부터 메인 포펫(4)이 리프트 되므로, 유입구(1)측 작동유가 슬리브(3)의 저압통로(2)를 통하여 유압탱크(T)로 릴리프 되므로, 유압시스템의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
이때, 도 3에서와 같이 파일럿 포펫(10)이 밸브시트(9)로부터 리프트되어 압력실(8)의 고압 작동유를 유압탱크(T)로 릴리프시키는 과정에서, 파일럿 포펫(10)이 좌측으로 이동될 경우 백챔버(12) 내에서 파일럿 포펫(10)의 이동을 안내 지지하는 구조물이 없어 허공에 떠 있는 상태를 유지하게 된다.
따라서 압력실(8)의 고압유가 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 통해 고속으로 빠져나가면서 파일럿 포펫(10)과 충돌하게 된다. 이로 인해 파일럿 포펫(10)이 흔들리면서 기포를 발생시켜 중심을 잡지 못하며, 작동유 압력이 불안정하여 소음 및 진동이 발생되며 유압시스템의 불안정을 초래한다.
또한 작업자의 작업성을 저하시키며, 압력제어밸브의 교체가 요구되어 원가비용 상승을 초래하는 단점을 갖는다.
본 발명의 실시예는, 파일럿 포펫의 이동으로 릴리프 작동시 밸브시트에 파일럿 포펫이 지속적으로 습동 되므로 릴리프 작동이 안정적이고 내구성을 갖도록 한 압력제어밸브와 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브는,
유압펌프로부터 작동유가 유입되는 유입구와, 유압탱크와 연통되는 저압통로가 형성되는 슬리브와,
슬리브에 착탈되어 유입구에 대해 저압통로를 개폐시키는 메인 포펫과,
메인 포펫에 슬라이딩 가능하게 결합되고 피스톤 스프링에 의해 탄성지지되는 피스톤과,
메인 포펫을 가압하여 유입구에 대해 저압통로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 메인 포펫 스프링과,
슬리브 내에 메인 포펫과 대향되게 설치되어 압력실을 형성하는 밸브시트와,
압력실에 설정압력을 초과하는 압력이 발생되어 밸브시트로부터 리프트되어 밸브시트의 내부 유로를 개방시킬 경우, 밸브시트에 습동상태를 유지하면서 압력을 제어할 수 있도록 오리피스 유로가 형성되는 파일럿 포펫과,
파일럿 포펫을 가압하여 밸브시트의 내부 유로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 파일럿 포펫 스프링을 포함한다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 오리피스 유로는, 밸브시트에 습동되는 파일럿 포펫의 중심에 축방향으로 형성되는 통로와, 통로에 각각 연통되도록 파일럿 포펫의 습동부에 적어도 하나 이상으로 형성되는 오리피스로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브는 아래와 같은 이점을 갖는다.
릴리프밸브의 파일럿 포펫에 형성된 오리피스 유로에 의해 릴리프시 작동유의 최소량이 유압탱크로 릴리프되도록 하여, 고압 대용량으로 인한 누유 및 충격 발생을 감쇄시킴에 따라 진동, 소음 발생이 최소화되어 내구성을 갖는다.
또한, 릴리프시 밸브시트에 파일럿 포펫이 습동상태를 유지해서 유압시스템의 압력을 안정적으로 유지하며, 쾌적한 작업분위기 조성으로 작업능률을 향상시키며, 압력제어밸브의 교체에 따른 원가비용 상승을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 압력제어밸브의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 파일럿 포펫이 시트된 상태의 도면,
도 3은 도 1에 도시된 파일럿 포펫이 리프트된 상태의 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브의 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 파일럿 포펫이 시트된 상태의 도면,
도 6은 도 4에 도시된 파일럿 포펫이 리프트된 상태의 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명〉
1; 유입구
2; 저압통로
3; 슬리브
4; 메인 포펫
5; 피스톤 스프링
6; 피스톤
7; 메인 포펫 스프링
8; 압력실
9; 밸브시트(valve seat)
10; 파일럿 포펫
11; 파일럿 포펫 스프링
12; 백챔버
13; 저압통로
14; 저압통로
15; 오리피스
20; 오리피스 유로
21; 습동부
22; 통로
23; 오리피스
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브는,
유압펌프(P)로부터 작동유가 유입되는 유입구(1)와, 유압탱크(T)와 연통되는 저압통로(2)가 형성되는 슬리브(3)와,
슬리브(3)에 착탈되어(seat/unseat) 유입구(1)에 대해 저압통로(2)를 개폐시키는 메인 포펫(4)과,
메인 포펫(4)에 슬라이딩 가능하게 결합되고 피스톤 스프링(5)에 의해 탄성지지되는 피스톤(6)과,
메인 포펫(4)을 가압하여 유입구(1)에 대해 저압통로(2)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 메인 포펫 스프링(7)과,
슬리브(3) 내에 메인 포펫(4)과 대향되게 설치되어 압력실(8)을 형성하는 밸브시트(9)와,
압력실(8)에 설정압력을 초과하는 압력이 발생되어 밸브시트(9)로부터 리프트되어 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 개방시킬 경우, 밸브시트(9)에 습동상태를 유지하면서 압력을 제어할 수 있도록 오리피스 유로(20)가 형성되는 파일럿 포펫(10)과,
파일럿 포펫(10)을 가압하여 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 파일럿 포펫 스프링(11)을 포함한다.
더욱 바람직하게는, 전술한 오리피스 유로(20)는, 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)에 습동되는 파일럿 포펫(10)의 중심에 축방향으로 형성되는 통로(22)와, 통로(22)에 각각 연통되도록 파일럿 포펫(10)의 습동부(21)에 적어도 하나 이상으로 형성되는 오리피스(23)(통로(22)에 이와 연통되도록 오리피스(23)가 직각방향으로 관통형성됨.)로 이루어진다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4 내지 도 6에서와 같이, 전술한 유압펌프(P)로부터의 고압유가 유입구(1)에 공급되는 경우, 슬리브(3)에 시트된 메인 포펫(4)의 피스톤(6)의 내부 유로를 통과하여 압력실(8)에 이동된다. 이때 파일럿 포펫(10)은 이를 지지하는 파일럿 포펫 스프링(11)의 탄성력에 의해 밸브시트(9)에 시트된(seated) 상태를 유지한다(도 5에 도시된 상태임.).
전술한 메인 포펫(4)은 슬리브(3)에 시트된 단면적보다 좌측 습동부의 단면적이 크고 메인 포펫 스프링(7)의 탄성력에 의해 지지되므로, 메인 포펫(4)을 우측 으로 가압하게 되어 슬리브(3)에 시트된 상태를 유지한다. 이로 인해 유입구(1)에 대해 저압통로(2)를 닫힌 상태로 유지하게 된다(도 4에 도시된 상태임.).
이때 압력실(8)에 공급된 작동유의 압력이 서서히 증가되어 파일럿 포펫 스프링(11)의 설정압력에 도달될 경우 파일럿 포펫(10)이 좌측으로 이동된다. 이때 파일럿 포펫(10)의 습동부(21)는 내부 유로(9a)에 의해 습동 상태를 유지한다(도 6에 도시된 상태임.).
따라서, 압력실(8)의 압력은 파일럿 포펫(10)의 습동부(21)에 형성된 통로(22)와, 통로(22)와 연통되도록 형성된 오리피스(23)를 통과하여 밸브시트(9)의 포켓(9b)을 통과하여 백챔버(12)에 이동된다. 백챔버(12)에 이동된 작동유는 밸브시트(9)에 형성된 저압통로(13)와 슬리브(3)에 형성된 저압통로(14)를 경유하여 유압탱크(T)로 귀환된다. 이때 압력실(8) 내의 압력은 파일럿 포펫(10)의 절환시 개방되는 오리피스 유로(20)를 경유하여 유압탱크(T)로 연결되므로 서서히 떨어진다.
따라서 유입구(1)의 압력보다 압력실(8)의 압력이 낮게 되므로, 좌,우측 수압부에 작용되는 압력 차이에 의해 피스톤(6)이 좌측으로 이동되어 파일럿 포펫(10)의 단부와 접촉된다.
반면에, 메인 포펫(4)이 슬리브(3)에 시트된 단면적보다 좌측 습동부의 단면적이 상대적으로 크게 되므로, 좌,우측 수압부에 작용하는 압력 차이가 발생될 경우에도 슬리브(3)에 메인 포펫(4)이 시트된 상태를 유지하게 된다.
전술한 피스톤(6)이 파일럿 포펫(10) 단부에 접촉되어 피스톤(6)의 내부 유로가 막힐 경우, 피스톤(6) 내의 작동유는 습동부(21)에 형성된 통로(22)와, 통로(22)와 연통된 오리피스(23)(일 예로서 오리피스 3개중 1개가 개방됨.)를 통하여 내부유로(9a)를 거쳐 압력실(8)에 이동된다.
이로 인해 유입구(1)로부터 압력실(8)에 이동되는 유량이 급격히 감소되며, 압력실(8)의 내부유량은 다시 습동부(21)에 형성된 피스톤(6)의 통로(22)와 오리피스(23) (일 예로서 오리피스 3개중 1개가 개방됨)를 통하여 포켓(9b)으로 연결될 후, 백챔버(12)에 이동된 작동유는 밸브시트(9)에 형성된 저압통로(13)와 슬리브(3)에 형성된 저압통로(14)를 경유하여 유압탱크(T)로 귀환된다. 이로 인해 압력실(8)의 압력은 급격히 떨어지면서 유입구(1)측 작동유 압력에 대해 압력실(8)측 작동유 압력의 차이는 더 커지게 된다.
즉 메인 포펫(4)의 좌,우측 수압부의 단면적 차이에 의한 압력 균형(balancing)보다 좌,우측 수압부에 작용하는 압력 차이가 더 커지게 되므로, 압력 차이로 인해 메인 포펫(4)은 좌측으로 이동된다.
따라서, 슬리브(3)로부터 메인 포펫(4)이 리프트 되므로, 유입구(1)측 작동유는 슬리브(3)의 저압통로(2)를 통과하여 유압탱크(T)로 릴리프 되므로, 유압시스템의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
이때, 도 6에서와 같이 파일럿 포펫(10)이 밸브시트(9)로부터 리프트되어 압력실(8)의 고압 작동유를 유압탱크(T)로 릴리프시키는 과정에서, 파일럿 포펫(10)이 좌측으로 이동될 경우 파일럿 포펫(10)의 습동부(21)가 밸브시트(9)의 내부유로(9a)로부터 완전하게 이탈되지않고 지속적으로 습동되는 상태를 유지하게 된다.
따라서, 파일럿 포펫(10)이 밸브시트(9)로부터 리프트되어 릴리프 작동시 밸브시트(9)의 내부 유로(9a)에서 습동되므로 흔들림이 발생되지 않는다. 또한 릴리프 작동시 압력실(8)에서 유압탱크(T)로 작동유를 이동시키는 통로로서 파일럿 포펫(10)에 형성된 통로(22)와 이와 연통되도록 습동부(21)에 형성된 3개의 오리피스(23)가 사용된다.
이로 인해 압력실(8)로부터 유압탱크(T)로 귀환되는 작동유 량이 감소되므로 진동 및 소음의 발생을 줄이고 유압시스템의 안정적인 압력을 형성할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력제어밸브에 의하면, 파일럿 포펫이 밸브시트로부터 리프트되어 릴리프시킬 경우 밸브시트에 파일럿 포펫이 지속적으로 습동 되므로 릴리프 작동이 안정적으로 이루어진다. 또한 파일럿 포펫에 형성된 오리피스 유로에 의해 작동유 최소량을 릴리프시킴에 따라 고압의 작동유와 충돌으로 인한 진동, 소음 발생이 방지 되므로 제어밸브의 내구성을 갖는다.
산업상 이용가능성
전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 릴리프밸브의 파일럿 포펫에 형성된 오리피스 유로에 의해 릴리프 작동시 작동유의 최소량이 유압탱크로 릴리프되도록 하여, 고압 대용량으로 인한 누유 및 충격 발생을 감쇄시킴에 따라 진동, 소음 발생이 최소화되어 내구성을 갖는다.
또한, 릴리프 작동시 밸브시트에 파일럿 포펫이 습동상태를 유지해서 유압시스템의 압력을 안정적으로 유지하며, 쾌적한 작업분위기 조성으로 인해 작업능률을 향상시키며, 압력제어밸브의 교체에 따른 원가비용 상승을 방지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 유압펌프로부터 작동유가 유입되는 유입구와, 유압탱크와 연통되는 저압통로가 형성되는 슬리브;
    상기 슬리브에 착탈되어 상기 유입구에 대해 저압통로를 개폐시키는 메인 포펫;
    상기 메인 포펫에 슬라이딩 가능하게 결합되고 피스톤 스프링에 의해 탄성지지되는 피스톤;
    상기 메인 포펫을 가압하여 유입구에 대해 저압통로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 메인 포펫 스프링;
    상기 슬리브 내에 메인 포펫과 대향되게 설치되어 압력실을 형성하는 밸브시트;
    상기 압력실에 설정압력을 초과하는 압력이 발생되어 상기 밸브시트로부터 리프트되어 상기 밸브시트의 내부 유로를 개방시킬 경우, 상기 밸브시트에 습동상태를 유지하면서 압력을 제어할 수 있도록 오리피스 유로가 형성되는 파일럿 포펫; 및
    상기 파일럿 포펫을 가압하여 상기 밸브시트의 내부 유로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 파일럿 포펫 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력제어밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오리피스 유로는,
    상기 밸브시트에 습동되는 상기 파일럿 포펫의 중심에 축방향으로 형성되는 통로와, 상기 통로에 각각 연통되도록 상기 파일럿 포펫의 습동부에 적어도 하나 이상으로 형성되는 오리피스로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력제어밸브.
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