KR20130131261A - 암석 파쇄 장치, 보호 밸브 및 암석 파쇄 장치의 작동 벙법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압식 암석 파쇄 장치, 보호 밸브 및 유압식 암석 파쇄 장치의 작동 방법에 관한 것이다. 암석 파쇄 장치는 압력 유동이 유입 채널 (13) 을 따라 공급되는 충격 장치 (4) 를 포함한다. 유입 채널에는 유입 채널을 통과하여 유동하는 압력 유체의 유량을 모니터링하도록 설치된 보호 밸브 (23) 가 제공된다. 유동이 미리 설정된 것보다 크면, 보호 밸브가 그를 관류하는 연결부를 적어도 부분적으로 폐쇄하여서, 너무 높은 입력 파워로부터 충격 장치를 보호하게 된다. 보호 밸브는, 그 크기가 공급된 유량에 따르는 압력차를 발생시키는 스로틀 (38) 을 포함한다. 압력차에 대한 정보는 보호 밸브를 제어하는데 이용된다.

Description

암석 파쇄 장치, 보호 밸브 및 암석 파쇄 장치의 작동 벙법{ROCK BREAKING DEVICE, PROTECTION VALVE AND A METHOD OF OPERATING A ROCK BREAKING DEVICE}

본 발명은 충격 장치가 제공된 유압식 암석 파쇄 장치에 관한 것이다. 충격 장치로, 충격 펄스가 암석 파쇄 장치에 연결된 공구에 주어질 수 있고, 공구는 파쇄될 재료에 충격 펄스를 전달하게 된다. 또한, 본 발명은 암석 파쇄 장치의 일부가 되는 유압 충격 장치의 흡입 채널에 설치가능한 보호 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 암석 파쇄 장치 등의 작동 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 본 특허의 독립 청구항의 전문에 보다 상세하게 정의된다.

파쇄 해머는 예컨대 암석, 콘크리트 또는 다른 비교적 경질 재료를 파쇄하는 것이 목적일 때 굴착기 또는 다른 작업 기계의 보조 장치로서 사용된다. 파쇄 해머는 파쇄 해머에 부착된 공구에 충격을 줄 수 있는 충격 장치를 포함하고, 공구는 또한 상기 충격을 파쇄될 물질에 전달한다. 충격 장치는 일반적으로 유압식이고 유압의 효과에 의해 상호 이동하고 공구의 상단에서 충격 표면에 충돌하는 충격 피스톤을 포함한다. 충격 피스톤에 충격이 가해짐과 동시에, 공구가 파쇄될 물질에 가압되고, 이에 따라 공구는 충격 및 가압의 효과로 인해 파쇄될 물질 안으로 관통하여 물질의 파쇄를 유발한다.

유압식 파쇄 해머는 통상적으로 보조 장치로서 작업 기계에 연결된다. 현대식의 굴착기는 굴착기에 연결된 각각의 보조 장치로 공급되는 유량 및 작동 압력이 제어될 수 있도록 하는 컴퓨터 제어되는 제어 유닛을 갖는다. 작업자는 제어 유닛에 의해 각각의 보조 장치를 위한 정확한 세팅을 용이하게 선택할 수 있다. 그러나, 작업자는 파쇄 해머에 대해 부정확한 세팅을 잘못 선택할 가능성이 있고, 이 경우에 파쇄 해머는 너무 큰 유량 또는 너무 높은 압력이 과도하게 높은 입력 파워에서, 즉, 과도하게 높은 입력 파워로 공급되도록 작동될 수도 있다. 파쇄 해머에 너무 높은 압력을 공급하면 해머가 빨리 파손 또는 마모될 수도 있다. 파쇄 해머에 부정확한 파워를 공급하는 것은 실수일 수도 있지만 몇몇 작업자들은 과도하게 높은 입력 파워에 의해 파쇄 해머의 출력 파워를 향상시키려는 목적으로 파쇄 해머에 대한 부정확한 세팅을 선택한다는 것이 밝혀졌다. 이런 경우에, 그러나, 자연스럽게 수용될 수 없는 장치의 내구성의 비용면에서 파워의 증가가 달성된다. 따라서, 문제는 몇몇 이유 또는 다른 이유들로 인해서, 과도하게 높은 입력 파워가 파쇄 장치로 공급될 수 있다는 것이다.

본 발명의 목적은 신규하고 개선된 암석 파쇄 장치 및 보호 밸브 뿐만 아니라 암석 파쇄 장치를 작동하는 신규하고 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 암석 파쇄 장치는 적어도 하나의 보호 밸브가 유입 채널에 배열되고, 상기 보호 밸브는 본체, 보호 밸브에 유압 유체를 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 개구부, 보호 밸브로부터 유입 채널로 유압 유체를 공급하기 위한 적어도 하나의 출구 개구부, 유동의 유입 방향 및 유동의 역방향으로 이동하도록 설치된 스풀, 및 스풀을 유입 방향으로 이동시키기 위한 적어도 하나의 힘 부재를 포함하고, 상기 보호 밸브의 스풀은 3 개의 미리결정된 축방향 결합 지점을 가지고, 상기 스풀은 미리결정된 압력보다 낮은 압력이 유입 개구부에 제공될 때, 힘 부재의 영향에 의해 제 1 결합 지점에 위치되고, 이에 따라 상기 보호 밸브는 제 1 결합 지점에서 역방향으로의 압력 유체의 유동을 방지하게 되고, 상기 스풀은 미리결정된 최대 유량보다 작은 유동이 유입 방향으로 보호 밸브를 통해 안내될 때 제 2 결합 지점에 위치하게 되고, 이에 따라 보호 밸브는 제 2 결합 지점에서 압력 유체 유동이 보호 밸브를 통과하도록 허용하며, 상기 스풀은 미리 결정된 유량보다 큰 유동이 유입 방향으로 보호 밸브를 통해 안내될 때 제 3 결합 지점에 위치되며, 이에 따라 보호 밸브는 제 3 결합 지점에서 적어도 부분적으로 압력 유체 유동이 보호 밸브를 통과하는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 보호 밸브는, 상기 스풀이 출구 개구부에서의 압력과 연속적으로 연결되고 스풀에 역방향으로 영향을 주도록 되어 있는 적어도 하나의 제 1 제어 압력면을 포함하고, 상기 스풀은 출구 개구부에서의 압력과 연속적으로 연결되어 있고 유입 방향으로 스풀에 영향을 주도록 되어 있는 적어도 하나의 제 2 제어 압력면을 포함하고, 상기 출구 개구부에는 유입 개구부와 출구 개구부 사이의 압력차를 제공하는 적어도 하나의 스로틀이 제공되고, 상기 압력차의 크기는 공급되는 유량의 크기에 따르고, 제 1 제어 압력면과 역방향의 제 2 제어 압력면의 합력의 크기는 상기 압력차에 따르고, 상기 스풀의 축방향 위치는 상기 합력 및 힘 부재에 의해 제공된 힘과의 상호 관계에 기초하여 결정되고, 보호 밸브의 상기 스풀은 3 개의 미리결정된 축방향 결합 지점을 갖고, 상기 제 1 결합 지점에서 스풀의 제 1 칼라는 유입 개구부로부터 출구 개구부로의 압력 유체 유동을 방지하고, 상기 제 2 결합 지점에서 스풀에 영향을 주는 합력 및 힘 부재에 의해 제공된 힘이 균형을 이룰 때 유입 개구부로부터 출구 개구부로의 개방 연결이 이루어지고, 상기 제 2 결합 지점에서 스풀의 제 2 칼라는 스풀에 영향을 주는 합력이 힘 부재에 의해 제공된 힘보다 클 때 유입 개구부로부터 출구 개구부로의 압력 유체 유동을 적어도 부분적으로 방지하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법은, 유입 방향에서 적어도 하나의 보호 밸브를 통해 충격 장치로 유동하는 압력 유체를 안내하고, 상기 보호 밸브에 의해 충격 장치로 공급되는 압력 유체의 유량을 모니터링하고, 또한 충격 장치에 공급되는 유량이 보호 밸브에 의해 결정된 미리 설정된 최대 유량을 초과한다면 보호 밸브를 통과하는 압력 유체 유동을 적어도 부분적으로 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 개념은 암석 파쇄 장치의 충격 장치에 과도한 유량이 공급되는 것이 적어도 하나의 보호 밸브에 의해 방지된다는 것이다. 보호 밸브는 충격 장치의 유입 채널에 설치된다. 보호 밸브는 하나 이상의 스로틀을 포함하고, 이에 따라 보호 밸브의 유입 개구부와 출구 개구부 사이에서 압력차가 발생되고, 압력차의 크기는 공급된 유량의 크기에 따라 달라진다. 압력차에 기초하여, 보호 밸브의 스풀 등의 제어 부재가 결합 지점 사이에서 축선방향으로 안내된다.

일 실시형태의 개념은 보호 밸브에 하나 이상의 바이패스 채널이 제공된다는 것이다. 보호 밸브가 너무 큰 압력차로 인해서 폐쇄된 결합 위치로 이동할 때, 정상 유량보다 작은 압력 유체 유동이 바이패스 채널을 통해 유입 방향으로 유동할 수도 있다. 따라서, 작은 유량이 보호 밸브를 통해 유동하고, 이에 따라 충격 장치의 충격 주파수가 정상일 경우보다 낮아지게 된다. 장치의 작업자는 감소된 충격 주파수를 인지하고 공급될 유량을 리셋시킨다. 냉간 상태에서, 압력차는 압력 유체의 높은 점도에 의해 커질 수도 있다. 압력 유체의 작은 유량이 바이패스 채널을 통해 안내될 때, 압력 유체가 가열되어서, 충격 장치 또한 정상 작동 온도까지 가열될 수 있다.

일 실시형태의 개념은 보호 밸브에 적어도 하나의 릴리프 밸브가 제공된다는 것이다. 릴리프 밸브는 공급 압력이 설정 압력 한계보다 높을 때 개방된다. 릴리프 밸브의 개방은 압력 한계가 초과되자마자 스풀이 폐쇄된 결합 위치로 이동하도록 보호 밸브의 스풀에 영향을 주는 힘에 영향을 주도록 되어 있다. 따라서, 충격 장치의 작동이 중지되거나, 또는 적어도 장치의 충격 주파수가 감소된다. 이것은 작업자가 충격 장치에 공급될 압력 유체의 설정값을 체크하라는 지시가 된다.

본 발명의 이점은 암석 파쇄 장치, 즉 파쇄 해머 또는 암석 드릴링 기계가 너무 높은 입력 파워에 대해 보호 밸브에 의해 보호될 수 있고, 이에 따라 과도하게 높은 파워의 사용으로 인해 야기된 충격 장치의 파손 및 조기 마모가 회피될 수 있다는 것이다. 따라서, 암석 파쇄 장치는 예정된 전체 사용 기간 동안 효과적으로 사용될 수 있고, 추가적인 수리 및 유지 외에 그에 따른 작업 중단이 회피될 수 있다. 또한, 본 발명은 나중에 해결하기 어려운 보증 논쟁을 회피할 수 있는데, 왜냐하면 이제 제조업자가 보호 밸브에 의해 최대 입력 파워를 제한할 수 있기 때문이며, 이리하여 충격 장치는 고의적으로 또는 실수로 너무 높은 입력 파워로 작동될 수 없게 된다. 또한, 작업 기계의 제어 구성부품 또는 제어 유닛 중 하나가 고장나서 시스템이 너무 높은 입력 파워를 공급하게 되는 경우에 너무 높은 입력 파워가 회피된다. 본 발명에 따른 보호 밸브는 새로운 충격 장치 및 이미 사용중인 충격 장치 모두의 유입 채널에 설치하기가 비교적 간단하다. 또한, 본 발명에 따른 보호 밸브는 작업 기계의 제어 유닛에서 유압 설정 값의 제어를 용이하게 한다.

도 1 은 굴착기의 보조 장치로서 배열된 파쇄 해머를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 충격 장치를 작동하기 위한 종래 기술에 따른 유압 회로 및 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 충격 장치를 작동하기 위한 본 발명에 따른 유압 회로 및 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 충격 장치의 작동 사이클로 인한 유압 회로의 압력 맥동을 시간의 함수로서 개략적으로 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 보호 밸브의 컷아웃을 개략적으로 도시한다.
도 6 은 너무 높은 작동 압력에 대해 충격 장치를 보호하는 파일롯 밸브가 더 제공된, 본 발명에 따른 대안적인 보호 밸브의 컷아웃을 개략적으로 도시한다.
도 7 은 도 6 에 따른 보호 밸브의 다른 예의 컷아웃을 개략적으로 도시한다.

명확성을 위해, 본 발명의 실시형태가 도면에서 간단하게 도시된다. 유사한 부분은 동일한 도면 부호로 표기된다.

도 1 에서, 파쇄 해머 (1) 가 굴착기 등의 작업 기계 (2) 의 붐(boom) (3) 의 자유 단부에 설치되어 있다. 대안적으로, 파쇄 해머 (1) 는 어떠한 가동가능한 작업 기계 (2) 에서 또는, 예를 들어, 고정 베이스에 장착된 붐에 설치될 수도 있다. 파쇄 해머 (1) 는 충격 펄스를 발생시킬 수 있는 충격 장치 (4) 를 포함한다. 충격 장치 (4) 에 의해 파쇄 해머 (1) 에 연결된 공구 (6) 에 충격이 주어짐과 동시에 파쇄될 재료에 붐 (3) 에 의해 파쇄 해머 (1) 가 가압되고, 상기 공구 (6) 는 파쇄될 재료 (5) 에 충격을 전달한다. 충격 장치 (4) 는 유압식일 수도 있는데, 이 경우에 충격 장치 (4) 는 적어도 하나의 유입 채널 (7) 및 적어도 하나의 출구 채널 (8) 에 의해 작업 기계 (2) 의 유압 시스템에 연결된다. 충격 펄스는 도 2 및 3 에 설명된 바와 같이, 충격 장치 (4) 에서 왕복 이동가능한 충격 요소 또는 대안적으로 다른 어떤 방법에 의해서도 발생될 수도 있다. 또한, 파쇄 해머 (1) 는 보호 케이싱 (9) 을 포함할 수도 있는데, 보호 케이싱 안에는 손상 및 불순물로부터 보호되도록 충격 장치 (4) 가 설치될 수도 있다. 공구 (6) 는 보호 케이싱 (9) 의 하부를 통해 안내된다.

작업 기계 (2) 는 작업 기계 (2) 및 작업 기계에 부착된 보조 장치를 작동하기 위한 유압을 발생시키는 하나 이상의 유압 펌프 (10) 를 포함한다. 작업 기계 (2) 는 보조 장치에 공급될 유압 및 유동을 제어하도록 설치된 하나 이상의 제어 유닛 (11) 을 포함할 수도 있다. 제어 유닛 (11) 은 유압 회로에 설치된 제어 구성 부품을 제어하도록 설치될 수도 있고, 펌프로부터 각각의 보조 장치로 안내될 유압 파워, 즉 유압 및 유동이 상기 제어 구성 부품의 영향을 받을 수 있다. 제어 유닛 (11) 은 작업 기계에 부착될 보조 장치용 유압 유체 공급물에 대한 설정값이 저장될 수 있는 컴퓨터, 프로그램가능한 로직 등을 포함할 수도 있다. 또한, 제어 유닛 (11) 은 유압 회로에 있는 제어 구성부품을 제어할 때 따르는 제어 전략을 포함할 수도 있다. 작업자는 기억 수단으로부터 설정값을 로딩할 수도 있고 또는, 대안적으로, 제어 유닛 (11) 에 수동으로 설정값을 부여하고 메모리에 이 설정값들을 저장할 수도 있다.

도 2 는 종래 기술에 따른 유압 시스템을 도시한다. 펌프 (10) 는 유압을 발생시키고, 이 유압은 제어 유닛 (11) 에 의해 제어되는 제어 구성 부품 (12) 을 통해 호스 또는 대응 채널을 따라 충격 장치 (4) 의 유입 채널 (13) 로 안내되고, 상기 유입 채널은 유압 유체를 충격 장치 (4) 의 제 1 작동 압력 공간 (14a) 및 제 2 작동 압력 공간 (14b) 으로 안내한다. 충격 장치가 작동될 때, 연속적인 유압이 제 1 작동 압력 공간 (14a) 으로 안내되고, 이에 따라 충격 구성 요소 (15) 의 제 1 작업 압력 표면 (16a) 이 충격 구성 요소 (15) 를 복귀 방향 (A) 을 향해 이동시키려는 경향이 있는 힘에 의해 연속적으로 영향을 받게 된다. 충격 장치의 작동 사이클은 도면에 도시된 바와 같이, 압력 제어될 수도 있는 제어 밸브 (17) 에 의해 제어되고, 이 경우에 충격 장치 (4) 는 유입 채널 (13) 이 유압에 의해 영향을 받는 한 공구 (6) 에 충격 펄스를 주게 된다. 도 2 의 경우에, 제어 밸브 (17) 가 도면의 왼쪽 위치에 도시되어 있고, 제어 밸브는 제 2 작동 압력 공간 (14b) 로부터 탱크 (18) 까지 유압 유체가 유동하도록 하여서, 충격 방향 (B) 쪽으로 영향을 주는 힘이 충격 구성 요소의 제 2 작동 압력 표면 (16b) 에 전달되지 않지만, 충격 요소 (15) 는 복귀 방향 (A) 을 향해 이동한다. 충격 요소 (15) 가 복귀 방향 (A) 으로 이동하면, 제어 채널 (20) 을 따라 제 1 작동 압력 공간 (14a) 에서부터 제어 밸브 (17) 까지 연결이 개방되어, 제어 밸브가 오른쪽 위치로 이동하여서 유입 채널 (13) 로부터 제 2 작동 압력 공간 (14b) 으로 유압이 유동하도록 하고, 이에 따라 제 2 작동 압력 표면 (16b) 에 영향을 주는 유압이 충격 방향 (B) 을 향해 충격 요소 (15) 를 가압하게 된다. 이렇게 되려면, 제 2 작동 압력 표면 (16b) 의 면적이 제 1 작동 압력 표면 (16a) 의 면적보다 커야만 한다.

통상적으로, 유압 회로는 또한 하나 이상의 어큐뮬레이터 (21) 를 포함하고, 유압 에너지가 이 어뮤큘레이터에 저장되어서 충격 요소 (15) 의 충격 운동을 제공할 수 있다. 즉, 다량의 유압 유체의 유량이 큰 유동이 충격 운동 동안에 필요하게 되고, 가속 동안에 충분한 양의 유압 유체가 단독으로 펌프 (10) 로부터 수용되지 않는다. 따라서, 압력 어큐뮬레이터 (21) 는 유압 시스템에서 압력 및 유동의 편동을 없앤다. 반대로, 복귀 방향 (A) 을 향한 충격 요소 (15) 의 운동은 상당히 느려지고, 이에 따라 유압 에너지는 복귀 이동 동안에 압력 어큐뮬레이터 (21) 에 저장될 수 있다.

또한, 도 2 에서 보는 바와 같이, 유입 채널 (13) 이 충격 장치 (4) 가 정지될 때 유입 방향 (C) 의 반대 방향 (D) 으로 펌프 (10) 를 향해 유압 유체의 유동이 되돌아오는 것을 방지하는 비복귀 밸브 (22) 를 포함할 수도 있다. 따라서, 압력 어큐뮬레이터 (21) 에 채워진 유압 에너지는 방출되지 않는데, 이 때문에 충격 장치 (4) 가 정지 후에 빠르게 재시작될 수 있다. 비복귀 밸브 (22) 는 유동이 정상 유입 방향 (C) 으로 펌프 (10) 로부터 충격 장치 (4) 를 향해 안내될 때 다시 열리게 된다.

도 3 은 여기에서 비복귀 밸브 (22) 가 새로운 종류의 보호 밸브 (23) 로 대체되어 있다는 것을 제외하고는 도 2 에 도시된 유압 시스템과 대응하는 본 발명에 따른 유압 시스템을 도시한다. 보호 밸브 (23) 는 내장형 비복귀 밸브 기능을 포함할 수도 있지만 보호 밸브의 작동은 도 2 를 참조하여 상기에 설명된 바와 같은 보통의 비복귀 밸브의 작동과는 다르다. 즉, 보호 밸브 (23) 는 보호 밸브의 스풀 (27) 이 유입 유동의 역방향 (D) 으로 스프링 (31) 에 대해 이동할 때 개방되고 유입 유동이 정지할 때 스프링 (31) 에 의해 이동되어 폐쇄된다. 스풀 (27) 의 맨 끝 위치 사이에는, 보호 밸브 (23) 가 그를 관류하는 유동을 허용하는 균형 위치가 있다.

보호 밸브 (23) 는 충격 장치 (4) 의 본체에 형성된 공간에 설치될 수도 있다. 보호 밸브 (23) 의 본체 (24) 는 하나 이상의 유입 개구부 (25) 및 하나 이상의 출구 개구부 (26) 를 포함할 수도 있다. 도 2 와 유사하게, 유압 펌프 (10) 에 의해 발생된 유압은 제어 유닛 (11) 에 의해 제어되는 제어 구성부품 (12) 을 통해 유입 개구부 (25) 로 안내된다. 출구 개구부 (26) 가 유입 채널 (13) 에 연결된다. 또한, 보호 밸브 (23) 는 제 1 단부 (27a) 및 제 2 단부 (27b) 를 갖는 스풀 (27) 을 포함하고 유입 유동 방향 (C), 즉 유입 방향, 및 역 유동 방향 (D), 즉 역방향으로 이동가능하다. 스풀 (27) 은 도 3 에 도시된 바와 같이 유입 개구부 (25) 를 폐쇄할 수도 있는 제 1 칼라 (28) 또는 유사한 폐쇄면을 포함한다. 유입 방향 (C) 을 향한 스풀 (27) 의 이동은 제 1 칼라 (28) 및 본체 (24) 에 형성된 제한면에 의해 제한될 수도 있다. 스풀 (27) 이 도 3 에 도시된 그 위치로부터 역방향 (D) 을 향해 이동할 때, 유입 개구부 (25) 와 출구 개구부 (26) 사이에 연결이 이루어진다. 스풀 (27) 이 중간 위치를 너머 도 5 에 도시된 오른쪽 맨 끝 위치로 이동한다면, 스풀 (27) 의 제 2 칼라 (29) 또는 유사한 폐쇄면이 출구 개구부 (26) 를 폐쇄한다. 스풀의 제 2 단부 (27b) 측에는, 유동 유입 방향 (C) 으로 연속적으로 스풀 (27) 을 미는 경향이 있는 통상적으로 나선형 스프링인 스프링 요소 (31) 등의 하나 이상의 힘 부재가 제공된 스프링 공간 (30) 이 있다. 스프링 공간 (30) 은 커버편 (32) 을 더 포함할 수도 있고, 이와 관련하여 역방향 (D) 으로의 스풀 (27) 의 이동을 제한하는 제한면 (33) 이 있을 수도 있다. 따라서, 보호 밸브 (23) 는 스풀 (27) 의 축방향 위치에 따라, 3 개의 결합 지점을 갖는다. 스풀 (27) 이 맨 끝 축방향 위치, 즉 제 1 및 제 3 결합 지점에 있을 때, 보호 밸브 (23) 는 유압 유체의 유동에 영향을 준다. 스풀 (27) 이 균형 위치, 즉 축방향 맨 끝 위치 사이의 중간 위치에 있을 때, 보호 밸브 (23) 는 그를 관류하는 유동을 허용한다.

또한 도 3 에서, 스풀 (27) 이 유입 개구부 (25) 에 연속적으로 연결되어 있는 제 1 제어 압력면 (34) 을 포함하는다는 것을 볼 수 있다. 따라서, 유입 개구부 (25) 에서의 압력은 스프링 요소 (31) 에 대해, 즉 역방향 (D) 으로 스풀 (27) 을 연속적으로 미는 경향이 있다. 또한, 스풀 (27) 은 하나 이상의 연결 채널 (35) 을 포함하고, 이 연결 채널을 따라 유입 채널 (13) 이 스프링 공간 (30) 과 연결되어 있다. 실제적으로, 출구 공간 (26a) 이 충격 장치 (4) 의 본체의 보호 밸브 (23) 의 전방측에 형성되고, 상기 출구 공간은 스풀 (27) 을 통과하는 연결 채널 (35) 에 의해 스프링 공간 (30) 에 연결된다. 연결 채널 (35) 과 관련하여, 스풀 (27) 의 이동 속도에 따라, 스프링 공간 (30) 과 출구 공간 (26a) 사이에 압력차를 발생시키는 하나 이상의 스로틀 (36) 이 있을 수도 있다. 또한, 스로틀 (36) 은 스프링 공간 (30) 과 출구 공간 (26a) 사이의 압력 변화를 약화시킬 수도 있다. 대안적으로, 연결 채널 (35) 및 스로틀 (36) 은 충격 장치 (4) 의 본체에 형성될 수도 있다.

이하에서, 도 3 의 보호 밸브 (23) 의 작동이 도시된다. 유압 유체가 유입 개구부 (25) 로 안내될 때, 유압 유체의 압력은 제 1 제어 압력면 (34) 에 영향을 미치고, 이에 따라 스풀 (27) 은 도 3 에 도시된 위치로부터 역방향 (D) 을 향해 스풀 (27) 을 미는 힘을 받게 된다. 제어 압력면 (34) 에서 발생된 힘이 스프링 요소 (31) 및 제 2 제어 압력면 (39) 의 힘에 의해 발생된 합력보다 클 때에는, 스풀 (27) 이 역방향 (D) 을 향해 이동하여서 유입 채널 (25) 을 개방하게 된다. 따라서, 압력 유체는 유입 개구부 (25) 로부터 출구 개구부 (26) 로 유동하고 또한 출구 공간 (26a) 을 통해 유입 채널 (13) 로 유동할 수 있다. 출구 개구부 (26) 의 치수는 미리선택된 최대 유량을 갖는 출구 개구부를 통과하는 유동이 유입 개구부 (25) 와 유입 채널 (13) 의 압력 사이의 미리 선택된 압력차를 발생시키도록 되어 있다. 이 압력차로 인해, 제어 압력면 (34) 에 의해 발생되는 힘이 중간의 제 2 결합 지점에서 스풀 (27) 을 유지한다. 중간 결합 지점에서는, 유입 개구부 (25) 및 출구 개구부 (26) 모두가 개방되어 있다. 미리결정된 최대 유량보다 큰 유량이 유입 개구부 (25) 로 안내된다면, 유입 개구부 (25) 와 출구 개구부 (26) 사이의 출구 개구부 (26) 의 스로틀 효과로 인해 더 큰 압력차가 발생된다. 그 결과, 제어 압력면 (34) 에 의해 발생된 힘이 스프링력에 대항해 방향 (D) 을 향해 더 큰 거리로 스풀 (27) 을 밀 수 있게 된다. 따라서, 스풀 (27) 은 도 5 에 도시된 제 3 결합 지점으로 이동하여서, 제 2 칼라 (29) 가 출구 개구부 (26) 를 갑자기 폐쇄하게 된다. 스풀 (27) 이 제 3 결합 지점을 향해 이동할 때, 유동 개구부의 크기가 출구 개구부 (26) 의 폐쇄 지점 (37) 에서 동시에 감소된다. 스풀 (27) 이 역방향 (D) 으로 출구 개구부의 맨 끝 위치에 도달하기 전에, 폐쇄 지점의 유동 개구부 (37) 의 크기가 출구 개구부의 스로틀 (38) 의 유동 개구부의 크기보다 작아지는 임계 위치가 형성된다. 따라서, 유입 개구부 (25) 와 출구 개구부 (26) 사이의 압력차가 이 임계 위치 이후에 더 증가된다. 따라서, 스프링 공간 (30) 이 연결 채널 (35) 에 의해 출구 공간 (36) 과 연결되기 때문에 유입 개구부 (25) 와 스프링 공간 (30) 사이에 압력차가 발생된다. 이때문에, 스풀의 제 2 단부 (27b) 에 있는 제 2 제어 압력면 (39) 에 영향을 주는 힘이 제 1 제어 압력면 (34) 에 비해 감소된다. 스풀 (27) 이 이 임계 위치에 도달하면, 폐쇄 지점 (37) 이 필연적으로 빠르게 폐쇄된다. 따라서, 미리 결정된 최대 유량보다 큰 과도한 유량이 충격 장치에 공급되면 원하는 방식으로 보호 밸브 (23) 가 충격 장치 (4) 를 정지시키게 된다. 충격 장치 (4) 의 정지는 충격 장치 (4) 가 부정확한 값으로 사용되었음을 작동자에게 명확히 알려주는 것이다.

보호 밸브 (23) 에 의해 정지된 후에, 충격 장치 (4) 는 유입 개구부 (25) 로 공급되는 유량을 스위치 오프함으로써, 즉, 실제로 충격 장치 회로 등의 제어 구성부품 (12) 의 밸브를 폐쇄함으로써 재시작될 수 있다. 유량이 스위치 오프되었을 때, 제어 압력면 (34, 39) 사이의 압려차가 감소되어서, 스프링 부재 (31) 가 스풀 (27) 을 방향 (C) 으로 맨 끝 위치, 즉 도 3 에 도시된 제 1 결합 지점으로 밀게 된다.

연결 채널 (35) 에 있는 스로틀 (36) 의 치수는 충격 장치 (4) 의 보통 작동 사이클로부터 기인하는 스프링 공간 (30) 과 출구 공간 (26a) 사이의 압력 변화를 감소시킬 수 있도록 되어 있다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 여기서 큰 유량의 압력 유체가 신속히 요구되기 때문에 충격 요소 (15) 의 충격 이동 (H) 동안에 출구 공간 (26a) 에서의 압력 (P) 이 감소된다. 반대로, 충격 요소 (15) 의 복귀 이동 (J) 및 압력 (P) 의 증가가 도 3 의 충격 장치 (4) 에서 보다 천천히 발생하는데, 이 때문에 복귀 이동 (J) 이 보호 밸브 (23) 의 작동에 불리한 영향을 줄 수 있는 갑작스러운 압력 변화를 야기하지 않는다. 물론, 충격 장치 (4) 의 작동 원리는 상이할 수도 있고, 이 경우에 스로틀 (36) 은 복귀 이동에 의해 야기되는 압력 변화를 감소시킬 수도 있다. 스로틀 (36) 의 치수는 스프링 공간 (30) 내의 압력이 제 2 제어 압력면 (39) 에 영향을 주는 힘이 제 1 제어 압력면 (34) 에 비하여 감소하도록 충격 이동 동안에 너무 많이 감소할만한 시간을 갖지 않도록 되어 있어서, 스풀이 역방향 (D) 으로 이동하여서 보호 밸브 (23) 가 폐쇄된 결합 지점으로 이동하도록 야기한다. 따라서, 스로틀 (36) 에 의해서, 충격 장치 (4) 의 보통 작동 사이클로부터 야기된 압력 변화로 인한 보호 밸브 (23) 의 이동은 하용된 유량이 사용될 때 방지될 수 있다.

도 5 의 보호 밸브 (23) 는 하나 이상의 바이패스 채널 (40) 을 포함하고, 이 채널을 통해 제 2 칼라 (29) 가 전체 폐쇄 지점 (37) 을 폐쇄하더라도 작은 유량이 유동할 수 있다는 것을 제외하고는 도 3 의 보호 밸브와 유사하다. 따라서, 미리 결정된 최대 유량보다 큰 과도한 유량이 보호 밸브 (23) 에 공급되고 스풀 (27) 이 도면에 도시된 제 3 결합 지점으로 이동할 때, 일반적인 경우보다 작은 유량이 충격 장치 (4) 에 유동할 수 있다. 이 경우에, 충격 장치 (4) 는 완전하게 정지하지는 않지만 낮은 충격 주파수에서 계속 작동한다. 각각의 충격의 충격 에너지는 본질적으로 감소되지 않는다. 바이패스 채널 (40) 의 치수는 충격 주파수가 현저하게 감소되도록 되어 있어서, 작업자가 보통 작동과 비교하여 차이를 인지하여 입력 파워에 대한 정확한 설정값을 설정할 수 있다.

도 5 에 도시된 바이패스 채널 (40) 이 제공된 보호 밸브 (23) 는 작동 온도까지 충격 장치 (4) 를 가열하는데 사용될 수 있다. 공지된 바와 같이, 유압 유체의 점도는 냉간 상태에서 상당히 높다. 더 높은 유압 유체의 점도는 출구 개구부 (26) 에서 더 큰 압력차를 야기한다. 사용되는 유량이 미리 결정된 최대 유량을 초과하지 않더라도 정상 작동 온도와 비교하여 더 큰 압력차는 스풀 (27) 이 도 5 에 따른 제 3 결합 지점으로 이동하도록 야기한다. 오직 정상적인 경우보다 작은 유량만이 바이패스 채널 (40) 을 통해 유동하게 될 때, 보호 밸브 (23) 로 이르는 압력 채널에서 압력이 증가하여서, 손실의 효과로 인해 유압 유체가 가열된다. 이 방식으로, 보호 밸브 (23) 는 유압 유체, 및 유압 유체를 통해 충격 장치 (4) 를 가열하는데 이용될 수 있다. 가열 동안에, 충격 장치 (4) 는 낮은 충격 주파수에서 작동하여서, 장치가 손상을 입을 가능성이 작아지게 된다. 압력 유체의 온도가 올라갈 때, 압력 유체의 점도가 감소되고, 따라서 유입 개구부 (25) 와 출구 개구부 (26) 사이의 압력차가 감소되게 된다. 따라서, 스프링 부재 (31) 가 스풀 (27) 을 중간 결합 지점까지 밀고, 여기서 압력 유체가 보호 밸브 (23) 를 통해 자유롭게 유동할 수 있게 된다.

도 6 은 릴리프 밸브 (41) 가 더 제공된, 도 3 의 보호 밸브와 유사한 보호 밸브를 도시한다. 이 경우에, 보호 밸브 (23) 의 기본 구조가 상기에 설명된 바와 같이 과도한 유량에 대해 충격 장치 (4) 를 보호하고, 추가적으로 릴리프 밸브 (41) 는 너무 높은 작동 압력에 대해서도 충격 장치 (4) 를 보호한다. 릴리프 밸브 (41) 는 채널 (42) 에 의해 스프링 공간 (30) 에 연결된다. 릴리프 밸브 (41) 는 스프링 (44) 에 의해 폐쇄된 정상 작동 위치를 향해 가압되는 파일롯 스풀 (43) 을 포함한다. 스프링 공간 (30) 에서의 압력은 탱크 (18) 로 이어지는 채널 (45) 을 향해 파일롯 스풀 (43) 을 개방하는 경향이 있다. 미리 결정된 압력보다 높은 압력이 보호 밸브 (23) 를 통해 충격 장치 (4) 에 전달되면, 과도하게 높은 압력이 연결 채널 (35) 을 따라 출구 공간 (26a) 으로부터 스프링 공간 (30), 및 채널 (42) 을 따라 릴리프 밸브 (41) 의 스풀 (43) 에 영향을 주고, 스풀 (43) 이 개방되도록 밀어서, 초과 압력이 탱크 안으로 방출되게 된다. 따라서, 제 2 제어 압력면 (39) 을 향하는 힘이 감소되고 보호 밸브의 스풀 (27) 이 제 3 결합 지점으로 이동하여서, 제 2 칼라 (29) 가 출구 개구부 (26) 와의 연결을 폐쇄하게 된다. 따라서, 이는 미리 결정된 유량이 초과되지 않더라도 일어나게 된다.

도 7 은 도 6 에 도시된 릴리프 밸브 (41) 의 실시형태를 도시한다. 도 6 에 따른 릴리프 밸브 (41) 에서, 파일롯 스풀 (43) 은 스프링 (44) 의 이동 방향으로 통상적으로 거의 0 인 탱크 채널 (45) 의 압력을 받는다. 탱크 채널 (45) 의 압력이 고장 또는 몇몇 다른 이유로 인해 높아지면, 도 6 에 도시된 릴리프 밸브 (41) 는 너무 높은 작동 압력에 대해 충격 장치 (4) 를 반드시 보호하지는 않는다. 따라서, 도 7 은 파일롯 스풀 (43) 의 일단부가 대기와 연결되어 있는 스프링 공간 (46) 에 있기 때문에 스프링 (44) 만이 폐쇄 위치를 향해 파일롯 스풀 (43) 에 영향을 주는 해결책을 보여준다. 이 해결책은 탱크 채널 (45) 의 압력에 상관없이, 과도하게 높은 압력의 사용에 대해 충격 장치 (4) 를 보호한다.

충격 장치가 냉간 상태에서 사용될 때, 압력 유체의 점도가 높아진다. 따라서, 보호 밸브 (23) 에서의 압력차가 증가하고 스풀 (27) 이 오른쪽의 제 3 결합 위치로 이동한다. 스풀 (23) 이 보호 밸브 (23) 를 통한 연결을 폐쇄할 때, 압력이 유입 개구부 (25) 에서 증가한다. 그 후에, 릴리프 밸브 (41) 가 탱크 (18) 와의 연결을 개방한다. 릴리브 밸브 (41) 의 좁은 채널을 통해 안내될 때, 압력 유체는 발생된 손실의 결과로서 가열될 수도 있다. 따라서, 릴리프 밸브 (41) 는 압력 유체를 가열하는데 사용될 수도 있다. 압력 유체가 가열될 때, 점도가 동시에 감소되고, 따라서 보호 밸브 (23) 에서의 압력차가 감소되어 스풀 (27) 이 밸브를 통한 연결을 다시 열게 된다. 그 결과, 압력이 감소되고 릴리프 밸브 (41) 가 폐쇄될 수 있다.

보호 밸브 (23) 는 상기 실시형태와 다르게 실시될 수도 있다는 것에 주의해야 한다. 예를 들어, 스프링 부재 (31) 로서 다른 힘 부재를 사용하는 것도 가능하고, 이 힘 부재로 스풀 (27) 이 메인 유동의 유입 방향 (C) 을 향해 미리결정된 힘으로 이동될 수 있다. 기계적인 스프링 대신에 힘 부재는 예컨대 벨로우즈 (bellows) 등의 압력 매체에 의해 작동되는 액츄에이터일 수도 있고, 또는 어떤 경우에는 전기 엑츄에이터일 수도 있다. 또한, 유입 개구부 (25), 출구 개구부 (26) 및 칼라 (28, 29) 는 도면에 도시된 것과 상이한 방식으로 위치 및 형성될 수도 있다. 개구부 및 칼라의 수는 필요에 따라 선택될 수 있다. 칼라 (28, 29) 는 도면에 도시된 바와 같을 필요가 없는데, 즉 스풀 (27) 의 중앙 축선에 대해 실질적으로 수직인 폐쇄면이 될 필요가 없고, 칼라는 비스듬한 면을 포함하고 예를 들어 스풀 (27) 의 중앙 축선에 대해 45°의 각도를 형성할 수도 있다. 또한, 도 5 에 도시된 바이패스 채널 (40) 을 다른 방식으로 형성하는 것도 가능하다. 바이패스 채널 (40) 은 별도의 채널일 필요는 없고, 출구 개구부 (26) 의 가장자리에 있는 홈일 수가 있고, 보호 밸브 (23) 의 스풀 (27) 이 제 3 결합 지점에 있더라도 정상적인 경우보다 적은 유동이 이 홈을 따라 흐를 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 개별 바이패스 채널 (40) 이 스풀 (27) 에 형성될 수도 있고, 또는 제 2 칼라 (29) 에 하나 이상의 홈 등이 제공될 수도 있으며, 이 홈을 따라 정상적인 경우보다 적은 유량이 통과할 수 있다.

또한, 예를 들어, 도 2 에 도시된 것과 유사하게, 별도의 비복귀 밸브를 사용하여 비복귀 밸브 기능을 얻을 수 있다. 이런 경우에 보호 밸브 (23) 는 충격 장치 (4) 가 정지될 때 역방향 (D) 으로의 유동을 방지할 필요는 없다. 또한, 릴리프 밸브 (41) 는 보호 밸브 (23) 와는 별개인 구성부품으로서 설치될 수도 있다. 따라서, 어떤 경우에는, 보호 밸브 (23) 는 그를 통해서 공급되는 유량만을 모니터링하도록 구성될 수도 있다. 이러한 보호 밸브 (23) 는 유량의 크기에 따르는 압력 차를 발생시키는 스로틀을 포함하고, 이 스로틀로 스풀 등의 보호 밸브 제어 부재는 공급된 유량이 미리결정된 유량을 초과한다면 유동이 완전하게 또는 적어도 부분적으로 방지되도록 움직이게 된다.

도 2 및 3 의 설명은 작동 사이클 동안에 충격 요소 (15) 의 제 1 작업 압력면 (16a) 이 연속적인 유압을 받고, 제 2 작업 압력면 (16b) 에 영향을 주는 유압이 충격 요소 (15) 의 왕복 이동을 발생시키도록 변화되는 충격 장치 (4) 를 나타낸다. 그러나, 본 발명에 따른 보호 밸브 (23) 는 다른 종류의 유압식 충격 장치 (4) 를 보호하는데도 적용될 수 있다. 충격 장치 (4) 는 예를 들어 반대 방향으로 영향을 주는 작업 압력면 (16a, 16b) 에 영향을 주는 압력이 변화될 수 있도록 될 수 있다. 또한, 충격 장치 (4) 는 왕복 이동하는 충격 요소 (15) 는 없지만 충격 에너지가 처음 충전된 후에 갑자기 방출될 수 있도록 될 수도 있고, 이에 따라 충격 펄스가 발생된다. 또한, 이들 종류의 충격 장치 (4) 는 본 발명에 따른 구성으로 보호될 수 있다.

충격 장치에 너무 높은 입력 파워를 공급하는데 따른 문제점이 파쇄 해머에서뿐만 아니라 암석 드릴링 기계에서도 발생할 수 있다. 암석 드릴링 기계는 충격 장치를 포함하고, 이 충격 장치로 충격 펄스가 공구 또는 공구가 부착되는 드릴 섕크에 직접 주어지게 된다. 또한, 암석 드릴링 기계는 회전 장치를 포함할 수도 있고, 이 회전 장치로 공구는 종방향 축선 주위로 회전할 수 있다. 또한, 암석 드릴링 장치는 플러싱 장치를 포함할 수도 있고, 이 플러싱 장치로 플러싱제가 공구를 따라 드릴링될 구멍으로 공급되어서 칩핑을 제거할 수 있다. 보호 밸브는 파쇄 해머에서와 동일한 방식으로 충격 장치의 유입 채널에 설치될 수도 있다.

어떤 경우에는, 본 명세서에 설명된 특징이 다른 특징에 상관없이 사용될 수도 있다. 한편, 본 명세서에 설명된 특징은, 필요하다면, 다양한 조합을 형성하도록 조합될 수도 있다.

도면 및 관련된 설명은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 것이다. 본 발명의 상세 사항은 청구 범위 내에서 변할 수 있다.

Claims (1)

1. 본원 발명의 상세한 설명에 기재된 유압식 암석 파쇄 장치.

Images