KR20170078147A

KR20170078147A - 원격제어밸브의 누출방지구조

Info

Publication number: KR20170078147A
Application number: KR1020150188365A
Authority: KR
Inventors: 양해정; 이광승; 조환영; 이호열
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단; 주식회사 유압사랑
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2017-07-07

Abstract

본 발명은 원격제어밸브의 누출방지구조에 관한 것으로서, 내부에 유로가 구비된 밸브본체와, 상기 밸브본체에 설치되는 플러그와, 상하로 승강가능하게 상기 플러그에 삽입되는 플런저와, 스풀을 왕복이동시켜 유로를 개폐하는 조이스틱 레버를 포함하는 원격제어밸브에 있어서, 상기 플러그의 상단에 설치되어 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하는 플런저 시일과, 상기 플런저 시일로부터 하부측으로 일정거리 이격되어 설치되며 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하는 버퍼 시일을 구비하며, 상기 플러그의 상부면으로부터 상기 버퍼 시일의 중심까지의 거리(lbs)는 상기 플런저의 직경의 1.5배 이상이고, 상기 플런저의 상단의 곡률반경(r)은 상기 플런저의 직경의 0.5 ~ 0.8배의 범위로 하여, 플런저와 슬리브 사이에 플런저 시일과 함께 버퍼 시일을 설치하고 상기 버퍼시일을 상기 플런저의 직경에 따라 최적의 위치에 설치함으로써 플러그의 마모가 현저히 개선되어 외부 누유를 방지할 수 있고, 상기 플런저의 곡률반경과 플런저의 돌출 높이를 최적으로 구성함으로써 플런저와 스윙플레이트와의 접촉부분의 마멸 파손을 최소화하고 플러그의 마멸 침식을 최소화하여 원격제어밸브의 외부 누유를 확실히 방지할 수 있다.

Description

원격제어밸브의 누출방지구조{LEAKAGE PREVENTION STRUCTURE FOR REMOTE CONTROL VALVE}

본 발명은 원격제어밸브의 누출방지구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중장비용 조이스틱 밸브(Joystick Valve) 또는 지게차 및 유압작업 장치차량의 제어에 사용되는 원격제어 밸브류(Remote Control Valve; 이하 RCV)의 내부 구성부품 중 플런저와 플러그 사이의 오일 누출을 방지할 수 있는 원격제어밸브의 누출방지구조에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 RCV(원격제어밸브)는 유압장치나 차량의 조작자가 손으로 직접 조작하는 밸브로써 작동성능은 물론, 최근에는 감성품질 성능에 대한 요구가 매우 커지고 있다.

이러한 원격제어밸브로서, 조이스틱 밸브는 건설기계를 제어하는 용도로 널리 사용되고 있는 것이다. 도 5는 종래의 조이스틱 밸브를 도시한 것으로, 밸브체의 중앙에 중심체가 설치되고, 상기 중심체의 주변에는 플런저가 탄력적으로 상하 움직임이 가능하게 설치되어 있으며, 상기 플런저는 밸브체의 상부에 설치되어 있는 플러그에 끼워진 상태로 상,하 방향으로 움직이게 결합된다. 상기 플러그의 상단과 플런저의 하부에는 유로를 개폐하는 스풀이 형성되어 있고, 상기 중심체의 상부에는 운전자가 조작하기 위한 레버가 전,후,좌,우 방향으로 기울어짐이 가능하게 결합되며, 상기 레버의 하단에는 기울어짐 작동시 플런저를 눌러주기 위한 스윙플레이트가 수평방향으로 돌출되게 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 종래 조이스틱 밸브는 운전자가 레버를 조작하면, 운전자의 조작에 의해 레버가 도 4a의 상태에서 도 4b에 나타낸 상태와 같이, 일방향으로 기울어짐에 따라 레버의 하단에 돌출되어 있는 스윙플레이트가 기울어지면서 플런저를 수직/수평방향으로 눌러주게되고, 상기의 누름력에 의해 플런저가 하강함에 따라 조이스틱 밸브 내의 스풀이 움직이면서 2차 압력을 제어하게 되는 것이다.

그러나, 종래기술은 운전자의 레버 조작에 의해 스윙플레이트가 플런저의 상부를 눌러줄 때, 순수한 상하방향이 아닌 수직방향과 수평방향이 혼합된 방향으로 누름력이 플런저에 전달되므로, 플런저와 플러그 상호간의 비정상적인 마찰에 의해 이상마모가 발생하는 문제점이 있고, 이러한 마모현상에 의해 오일이 외부로 누출되는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 누유현상을 방지하기 위하여 플런저와 플러그 사이의 틈새를 밀봉하는 실링을 설치하여 밀봉이 이루어지도록 하는 방법이 제공되기도 하였으나, 지속적으로 플런저와 플러그가 마모됨에 따라 도 5의 A에 나타낸 부분에서 상기 플런저와 상기 플러그 사이에 틈새가 벌어져서 여전히 누유가 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 누유가 발생하게 되면, 특히 손으로 직접 조작하는 상황에서 RCV에서 누유가 발생하면 작업환경이 매우 불편해지고, 작업자가 패쇄된 캐빈에 좌석한 경우에는 눈에 보이지 않는 미세한 누유가 발생한 경우라도 작동유 특유의 냄새를 불쾌하게 느끼는 사례가 급증하고 있다.

한국특허 10-1335954(누유방지구조를 구비한 조이스틱 파일럿 밸브)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 플런저와 플러그 사이의 밀봉구조의 개선에 의해 원격제어 밸브류의 오일 누출을 방지할 수 있는 원격제어밸브의 누출방지구조를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 원격제어밸브의 누출방지구조는, 내부에 유로가 구비된 밸브본체와, 상기 밸브본체에 설치되는 플러그와, 상하로 승강가능하게 상기 플러그에 삽입되는 플런저와, 스풀을 왕복이동시켜 유로를 개폐하는 조이스틱 레버를 포함하는 원격제어밸브에 있어서, 상기 플러그의 상단에 설치되어 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하는 플런저 시일과, 상기 플런저 시일로부터 하부측으로 일정거리 이격되어 설치되며 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하는 버퍼 시일을 구비하며, 상기 플러그의 상부면으로부터 상기 버퍼 시일의 중심까지의 거리(lbs)는 상기 플런저의 직경의 1.5배 이상이고, 상기 플런저의 상단의 곡률반경(r)은 상기 플런저의 직경의 0.5 ~ 0.8배의 범위인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플런저는 상기 플러그의 상부면으로부터 상부측으로 돌출되어 형성되며, 돌출 높이는 상기 플런저의 직경의 1.6배 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플런저와 상기 플러그 사이의 간극은 상기 플런저의 직경의 0.008 ~ 0.025배의 범위인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 조이스틱 레버의 스윙플레이트와 상기 플런저와의 접촉점과 상기 플런저의 중심축 사이의 경사각도는 10.5°이하인 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 누출방지구조에 의하면, 플런저와 슬리브 사이에 플런저 시일과 함께 버퍼 시일을 설치하고 상기 버퍼시일을 상기 플런저의 직경에 따라 최적의 위치에 설치함으로써 플러그의 마모가 현저히 개선되어 외부 누유를 방지할 수 있다.

또한, 상기 플런저의 곡률반경과 플런저의 돌출 높이를 최적으로 구성함으로써 플런저와 스윙플레이트와의 접촉부분의 마멸 파손을 최소화하고 플러그의 마멸 침식을 최소화하여 원격제어밸브의 외부 누유를 확실히 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 누출방지구조를 갖는 원격제어밸브를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 누출방지구조에서 플러그와 플런저의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 누출방지구조에서 플런저와 스윙플레이트의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 스윙플레이트의 가압에 의한 플런저와 스윙플레이트의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래 기술에 의한 조이스틱 밸브를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 원격제어밸브의 누출방지구조에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 원격제어밸브(1)는 밸브본체와 플러그(30)와 플런저(20)와 조이스틱 레버(2)를 포함한다.

상기 밸브본체의 내부에는 복수개의 스풀이 승강 가능하게 설치되고, 각 스풀을 상하로 왕복 운동시키기 위한 작동수단으로서, 각 스풀의 상부에는 푸시로드로서 기능하는 플런저(20)가 설치된다.

상기 플런저(20)를 상기 밸브본체의 내부측으로 누르도록 된 푸싱캠 및 각각의 스풀을 상향 지지하는 스프링이 구비된다. 상기 밸브본체는 외부의 유압펌프 및 액츄에이터와 연결되는 공급포트가 내부 하측에 구비되고, 외부의 작동유 탱크와 연결되는 작동유 챔버가 그 상측에 구비된 구조로 이루어지며, 상기 공급포트와 작동유 챔버의 사이에 상기 스풀이 각각 이동 가능하게 삽입되는 연결유로가 형성된다. 상기 밸브본체와 상기 조이스틱 레버의 구성은 종래기술의 구성과 대략 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기 플런저(20)는 하단부가 각 스풀에 연결되고 상단부가 상기 플러그(30)의 상부면으로부터 돌출되어 상기 플러그의 가이드에 의해 상하 이동 가능하게 설치된다.

본 발명에 있어서, 상기 플런저(20)와 상기 플러그(30) 사이의 간극은 상기 플런저의 직경(d)의 0.008 ~ 0.025배의 범위인 것이 바람직하다. 0.0008d 미만인 경우에는 현실적인 가공능력상 부품의 끼임발생이 증가하는 문제가 발생할 수 있으며, 0.025d이상의 값에서는 편심량이 과대하여 플러그 내경과 플런저 외경의 접촉률이 현저히 감소하여 에지(EDGE)부분으로부터 마모에 의한 침식이 가속화 되어 누유가 급증가하기 때문이다.

상기 밸브본체의 상부에는 운전자가 조작하기 위한 조이스틱 레버(2)가 전,후,좌,우 방향으로 기울어짐이 가능하게 결합되며, 상기 조이스틱 레버(2)의 하단에는 기울어짐 작동시 상기 플런저(20)를 눌러주기 위한 스윙플레이트(10)가 수평방향으로 돌출되게 형성되어 있다.

상기 플러그(30)와 상기 플런저(20) 사이에는 플런저 시일(11)이 설치된다. 상기 플런저 시일(11)은 상기 플러그(30)의 상단 부분에 설치되며, 상기 플러그(30)의 하단에는 상기 밸브본체와의 사이에 O링(50)이 설치되어 있다.

또한, 상기 플런저 시일(11)로부터 하부측으로는 버퍼 시일(40)이 일정 거리 이격되어 설치되어 있다. 상기 버퍼 시일(40)은 상기 플러그(30)와 상기 플런저(20) 사이에 설치되어 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하도록 구성된다.

본 발명에 의한 누출방지구조에 있어서, 상기 버퍼 시일(40)은 상기 플러그의 상부면으로부터 일정 거리 이상 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 플러그(30)의 상부면으로부터 상기 버퍼 시일(40)의 중심까지의 거리(l_bs)는 상기 플런저(20)의 직경(d)의 1.5배 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플런저(20)의 상단의 곡률반경(r)은 상기 플런저(20)의 직경(d)의 0.5 ~ 0.8배의 범위인 것이 바람직하다.

상기 스윙플레이트(10)와 접촉하는 상기 플런저(20)는 상기 조이스틱 레버(2)의 조작중에 미끄럼 마찰이 방생하게 되는데, 이러한 미끄럼마찰을 최소화하는 조치가 필요하다. 이러한 미끄럼 마찰을 감소시키는 방법으로서, 일반적으로 윤활유 등을 도포하여 마찰계수를 낮추는 방법을 사용하고 있으나, 본 실시예에 있어서는 상기 플런저 상단의 곡률반경을 조정하여 미끄럼마찰을 최소화할 수 있다.

상기 플런저(20)의 상단의 곡률반경(r)이 0.5d 미만인 경우에는 상기 플런저(20)의 곡면과 접촉마찰이 줄고 미끄럼 마찰이 증가하여 접촉부의 마멸파손 증가한다. 또한, 상기 플런저(20)의 상단의 곡률반경(r)이 0.8d를 초과하는 경우 상기 스윙플레이트(10)의 변위각과 상기 플런저의 직선변위량과의 비례관계를 만들기 어렵게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 누출방지구조에서 상기 플런저(20)의 상단의 곡률반경(r)은 상기 플런저(20)의 직경(d)의 0.5 ~ 0.8배의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 플런저(20)는 상기 플러그(30)의 상부면으로부터 상부측으로 돌출되어 형성되되, 돌출 높이(l_sp)는 상기 플런저(20)의 직경(d)의 1.6배 이하인 것이 바람직하다. 상기 돌출 높이(l_sp)가 상기 플런저(20)의 직경(d)의 1.6배를 초과하는 경우, 후술하는 바와 같이, (FxL/l)sin(θ)성분의 힘에 의한 상기 플런저의 편심력이 과대하여 상기 플러그의 마멸 침식을 가속화하기 때문이다.

조이스틱 레버(2)에 작용하는 작업자의 조작력을 F라 하고, L :조이스틱 레버(2)로부터 힌지의 회전중심점까지의 거리를 L이라 하면, 다음의 관계식이 성립한다.

FxL = Pxl

여기서, P는 스윙플레이트로 전달된 힘이 플런저 곡면에 발생시킨 접촉력이고, l은 힌지에서 접촉력 발생지점까지의 거리이다.

접촉력 P를 각도(θ)에 따르는 삼각함수 성분으로 분리하여 보면 다음과 같다.

cosine 성분(플런저의 중심선과 같은 방향으로 미는 힘) = (FxL/l)cos(θ)

sine 성분(플런저의 중심선 옆으로 작용하는 힘) = (FxL/l)sin(θ)

여기서, θ는 스윙플레이트와 플런저 구면의 접촉점에서 플런저의 곡률반경의 중심까지의 선과 상기 플런저의 중심선 사이의 각도를 의미한다.

본 실시예에 있어서, θ는 10.5° 이하인 것이 바람직하다. 10.5도를 초과하는 경우 사용횟수가 증가함에 따라 플런저가 상기 스윙플레이트를 침식하는 작용이 가속화되면서 규정된 수명을 충족하지 못하고 최종적으로 외부로 누유발생이 증가할 염려가 있기 때문이다.

상기 접촉력 P의 사인성분(플런저의 중심선 옆으로 작용하는 힘)의 힘은 상기 플런저가 상기 스윙플레이트를 밀면서 밀착되어 상기 스윙플레이트의 상단 모서리를 침식시키는 원인이 된다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 누출방지구조는 우선 상기 플런저(20)에 작용하는 측방향 힘((FxL/l)sin(θ))이 있음에도 불구하고, 상기 버퍼시일(40)에 의해 중심유지 기능이 발생한다. 상기 플런저와 상기 플러그의 중심축 사이에 발생되는 상기 버퍼시일(40)에 의한 중심유지(CENTERING) 기능으로 인해, 플런저와 플러그의 중심이 서로 편심되어 플러그 양단의 에지에서 마모가 가중되고 편심은 더 늘어나는 과정이 반복되어 문제가 확대되는 것을 감소시킬 수 있다.

일반적으로 일정수준 이상의 표면조도를 갖고 있는 기계부품의 경우, 부품의 마모율이 부품의 부하길이에 반비례하는데, 편심에 의해 양쪽 끝단의 미소한 면적에만 마모를 발생 및 확대시키던 가능성을 없애고 상기 버퍼시일(40)에 의한 중심유지(CENTERING) 기능으로 상기 플런저와 상기 플러그의 편심량을 대폭 줄여서 외부누유를 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 버퍼 시일(40) 자체의 누유방지 기능에 의해, 상기 버퍼 시일(40)에서 1차 누유방지, 상기 플런저 시일(11)에서 2차 누유방지 역할을 하여, 더욱 안정적인 외부누유 방지를 이룰 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 원격제어밸브
2 : 조이스틱 레버
10 : 스윙플레이트
11 : 플런저 시일
20 : 플런저
30 : 플러그
40 : 버퍼시일

Claims

내부에 유로가 구비된 밸브본체와, 상기 밸브본체에 설치되는 플러그와, 상하로 승강가능하게 상기 플러그에 삽입되는 플런저와, 스풀을 왕복이동시켜 유로를 개폐하는 조이스틱 레버를 포함하는 원격제어밸브에 있어서,
상기 플러그의 상단에 설치되어 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하는 플런저 시일과, 상기 플런저 시일로부터 하부측으로 일정거리 이격되어 설치되며 상기 플러그와 상기 플런저 사이를 밀봉하는 버퍼 시일을 구비하며,
상기 플러그의 상부면으로부터 상기 버퍼 시일의 중심까지의 거리(lbs)는 상기 플런저의 직경의 1.5배 이상이고,
상기 플런저의 상단의 곡률반경(r)은 상기 플런저의 직경의 0.5 ~ 0.8배의 범위인 것을 특징으로 하는 원격제어밸브의 누출방지구조.
제 1 항에 있어서,
상기 플런저는 상기 플러그의 상부면으로부터 상부측으로 돌출되어 형성되며, 돌출 높이는 상기 플런저의 직경의 1.6배 이하인 것을 특징으로 하는 원격제어밸브의 누출방지구조.
제 1 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플런저와 상기 플러그 사이의 간극은 상기 플런저의 직경의 0.008 ~ 0.025배의 범위인 것을 특징으로 하는 원격제어밸브의 누출방지구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조이스틱 레버의 스윙플레이트와 상기 플런저와의 접촉점과 상기 플런저의 중심축 사이의 경사각도는 10.5°이하인 것을 특징으로 하는 원격제어밸브의 누출방지구조.