KR20180060355A - 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트 - Google Patents

진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압모터의 밸브플레이트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤이 왕복 이동하는 복수의 포트가 형성되어 있는 실린더 블록과 접촉하고, 상기 포트와 번갈아 연통되는 고압부 및 저압부가 형성되어 있는 진동 및 소음 개선을 위한 유압 모터의 밸브플레이트에 관한 것이다.
본 발명의 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트는, 피스톤이 왕복 이동하는 복수의 포트가 형성되어 있는 실린더 블록과 접촉하고, 상기 포트와 번갈아 연통되는 고압부 및 저압부가 형성되어 있는 것으로서, 상기 고압부의 양단에는 노치가 형성되고, 상기 포트가 상기 고압부에서 저압부로 이동하는 과정에서 상기 포트로부터 토출되는 유체 중, 상기 노치를 통해 상기 고압부로 직접 이동하는 유체 외에 나머지 유체를 상기 고압부로 이동시키는 리턴 오리피스가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트{Valve plate of oil hydraulic motor for improvement of noise and vibration}
본 발명은 유압모터의 밸브플레이트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤이 왕복 이동하는 복수의 포트가 형성되어 있는 실린더 블록과 접촉하고, 상기 포트와 번갈아 연통되는 고압부 및 저압부가 형성되어 있는 진동 및 소음 개선을 위한 유압 모터의 밸브플레이트에 관한 것이다.
유압모터는 고압유에 의해 피스톤이 왕복운동하여 실린더 블록이 회전하고, 상기 실린더 블록이 고정된 구동축을 통하여 구동력을 전달하는 구조로 이루어진다.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 유압식 피스톤 모터는 크게 구동축(1), 상기 구동축에 스플라인 연결되어 있고 상기 구동축(1)과 평행한 방향으로 다수의 피스톤실(2)이 형성되어 있는 실린더 블록(3), 상기 피스톤실(2) 내에서 왕복 운동하도록 결합되어 있는 피스톤(4)의 행정을 규제하기 위한 사판(5), 하우징(8)에 고정되어 있는 밸브 블록(6)에 고정되어 있고 상기 실린더 블록(3)과 접하도록 위치되어 있고 고압 작동유를 배출하는 고압구와 저압 작동유를 흡입하는 저압구가 형성된 밸브플레이트(7)로 구성되어 있다. 실린더 블록(3)은 구동축(1)과의 사이에 구비되어 있는 스프링에 의해 상기 밸브플레이트(7)에 압접되면서 구동축(1)을 구동시킨다.
상기와 같이 구성된 유압식 피스톤 모터는 밸브 플레이트를 통해 고압유가 상기 피스톤실 내부로 유입되면 고압유에 의한 피스톤의 왕복 운동에 의해 실린더 블록이 회전하여 구동축을 통하여 구동력을 전달한다.
상기 밸브플레이트(7)에는 실린더 블록(3)에 접하는 면에 저압구(10)와 고압구(11)가 동일한 피치원 상에 형성되어 있다. 피스톤실(2)과 연통되는 포트(12)는 실린더 블록(3)이 회전함에 따라 상기 저압구(10) 및 고압구(11)와 번갈아 연통하도록 구성된다.
밸브플레이트에 형성된 고압구를 통해 피스톤실 하부 포트를 통해 작동유가 공급될 때의 압력은 보통 450~500bar 정도의 압력이고, 상기 피스톤실의 하부 포트를 통해 밸브플레이트의 저압구를 통해 배출될 때의 작동유의 압력은 보통 40~50bar 정도이다. 이러한 압력을 가진 작동유가 밸브플레이트의 고압구와 저압구를 통해 이동하게 되면 급격한 압력 변동에 따른 맥동과 소음 등의 문제점이 발생한다.
즉 다수의 피스톤실(2)이 형성되어 있는 실린더 블록(3)이 회전할 때 피스톤실의 하부에 형성된 포트가 일정 구간에서는 밸브플레이트의 고압구 및 저압구와 연통되지만 그 사이 구간에서는 연통되지 않기 때문에 피스톤실 내부는 승압 및 감압 과정을 거치게 된다. 이때, 승압행정에서는 포트(12)가 고압구(11)와 연통되는 순간에 피스톤실(2)의 압력이 급격히 상승하게 되고, 감압행정에서는 상기 포트(12)가 저압구(10)와 연통되는 순간에 피스톤실(2)의 압력이 급격히 저하되게 된다. 이와 같은 승압행정과 감압행정에 있어서 순간적인 압력 변화는 실린더 블록(3)이 회전함에 따라 주기적으로 충격력을 발생시키며, 이러한 충격력은 피스톤 모터의 소음 및 진동 등을 발생시킨다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밸브플레이트에 형성되어 있는 노치 단부에 노치와 고압부를 연결하는 리턴 오리피스를 형성함으로써, 유압모터의 가속시 가속 과도구간에서 발생하는 노치의 내부 압력이 급상승하는 것을 방지하여 진동 및 소음을 감소시킬 수 있는 유압모터의 밸브플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트는, 피스톤이 왕복 이동하는 복수의 포트가 형성되어 있는 실린더 블록과 접촉하고, 상기 포트와 번갈아 연통되는 고압부 및 저압부가 형성되어 있는 것으로서,
상기 고압부의 양단에는 노치가 형성되고, 상기 포트가 상기 고압부에서 저압부로 이동하는 과정에서 상기 포트로부터 토출되는 유체 중, 상기 노치를 통해 상기 고압부로 직접 이동하는 유체 외에 나머지 유체를 상기 고압부로 이동시키는 리턴 오리피스가 형성된다.
구체적으로 상기 리턴 오리피스는, 상기 노치와 연통되는 제1 오리피스와, 상기 제1 오리피스와 고압부를 연결하는 유로로 이루어지고, 상기 제1 오리피스의 직경은 1.1~1.2mm이다.
그리고 상기 리턴 오리피스는 상기 제1 오리피스와 이격되어 상기 노치와 유로를 연결하는 제2 오리피스를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 리턴 오리피스에 의한 상기 노치의 내부 압력변화는 하기식을 만족한다.
Figure pat00001
본 발명에 따른 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트는 노치 단부에 노치와 고압부를 연결하는 리턴 오리피스를 형성함으로써, 유압모터의 가속시 가속 과도구간에서 발생하는 노치의 내부 압력이 급상승하는 것을 방지하여 진동 및 소음을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 유압식 피스톤 모터를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밸브플레이트를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리턴 오리피스의 구조를 보여주기 위한 밸브플레이트의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노치 및 리턴 오리피스를 통한 유체의 흘름을 설명하기 위한 도면.
굴삭기 등과 같은 유압을 이용하는 중장비에서 고관성 회전 유압시스템인 선회 유압 액셜 피스톤 모터의 소음 및 진동 저감효과를 얻기 위해 종래에는 밸브플레이트의 고압과 저압 전환부분에 트라이앵글 타입의 노치를 형성하여 압력 맥동을 감소시키고 이로인한 소음 및 진동 감소효과를 얻을 수 있었다.
그러나 이와 같이 밸브플레이트에 노치를 형성하는 것만으로는 소음 및 진동을 감소시키는데 한계가 있다.
이에 따라 본 발명의 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 노치(20) 단부에 노치(20)와 고압부(11)를 연결하는 리턴 오리피스(30)를 형성함으로써, 유압모터의 가속시 가속 과도구간에서 발생하는 노치(20)의 내부 압력이 급상승하는 것을 방지하여 진동 및 소음이 감소되도록 하였다.
도 2(a)는 유압모터의 실린더 블록과 접촉하는 밸브플레이트의 정면을 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 밸브플레이트의 배면을 나타낸 도면이다.
구체적으로 밸브플레이트는 피스톤이 왕복 이동하는 복수의 포트가 형성되어 있는 실린더 블록과 접촉하고, 밸브플레이트에는 고압부(11)와 저압부(10)가 형성되어 실린더 블록이 회전할 때 실린더 블록에 형성되어 있는 포트가 고압부(11) 및 저압부(10)와 번갈아 연통된다.(도 1 참조)
그리고 고압부(11) 및 저압부(10)의 양단에는 각각 노치(20)가 형성된다. 설명의 편의를 위하여 하기 노치(20)는 고압부(11)에 형성되어 있는 노치(20)를 의미한다.
노치(20)가 형성되어 있는 밸브플레이트에는 리턴 오리피스(30)가 형성된다. 이러한 리턴 오리피스(30)는 실린더 블록에 형성되어 있는 포트가 고압부(11)에서 저압부(10)로 이동하는 과정에서 포트로부터 토출되는 유체 중 노치(20)를 통해 고압부(11)로 직접 이동하는 유체 외에 나머지 유체를 다른 경로를 통해 고압부(11)로 이동시키기 위한 것이다.(도 4 및 도 5 참조)
더욱 구체적으로 리턴 오리피스(30)는 제1 오리피스(31)와 유로(32)로 구분할 수 있다. 제1 오리피스(31)는 노치(20)의 단부에 인접하는 위치에 형성되어 노치(20)와 연통된다. 그리고 유로(32)는 제1 오리피스(31)와 고압부(11)를 연결한다.
실린더 블록이 회전함에 따라 실린더 블록에 형성되어 있는 포트와 노치(20)가 일부분 중첩되는 순간에 포트로부터 토출되는 유체는 일부가 노치(20)를 통해 고압부(11)로 직접 이동한다. 그러나 노치(20)를 통해 고압부(11)로 이동할 수 있는 유체의 유량은 한계가 있으며, 이에 따라 노치(20)의 내부 압력이 급격히 상승하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 노치(20)와 연통되는 리턴 오리피스(30)를 형성함으로써 노치(20)를 통해 고압부(11)로 직접 이동하는 유체 외에 나머지 유체는 리턴 오리피스(30)를 통해 고압부(11)로 이동하도록 하였다.
한편, 수학식 1 및 2는 리턴 오리피스(30)가 없을 때 노치(20) 내부의 압력변동을 수학적으로 나타낸 것이다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
수학식 1 및 2를 참고하면, 실린더 블록과 연결된 회전축의 회전속도(ω)가 클수록 노치(20)의 유압유량 효과(qp)는 상승하여 노치(20) 내부의 압력이 상승하게 된다. 그리고 일정 구간에서 노치(20) 내부의 압력 상승이 억제된다. 수학식 2를 참고하면, 피스톤이 고압부(11)에서 저압부(10)로 이동하는 구간이 클수록 Rθ값이 커지면서 노치(20)의 압력 변동 완화 효과가 급격히 감소하여 결과적으로 노치(20) 내부의 압력이 급격히 상승하게 된다.
즉 고압부(11)의 단부에 노치(20)를 형성하는 것만으로는 급격한 압력상승 및 변동을 방지하는데 한계가 있으며, 소음 및 진동 발생을 감소시키기 업렵다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 밸브플레이트에는 고압부(11)와 노치(20)를 연결하여 별도의 유체 토출 경로를 형성하였다. 수학식 3은 리턴 오리피스(30)가 적용된 밸브플레이트의 노치(20) 내부의 압력 변동을 수학적으로 나타낸 것이다.
Figure pat00005
수학식 3을 참고하면, 피스톤이 고압부(11)에서 저압부(10)로 이동하는 구간이 클수록 Rθ값이 커지면서 노치(20)의 압력 변동 완화 효과가 급격히 감소하지만, 리턴 오리피스(30)에 의해 유량감소효과(
Figure pat00006
)가 발생하여 리턴 오리피스(30)의 크기에 따라 일정량의 노치(20) 내부의 압력 감쇄효과를 얻을 수 있다.
따라서 피스톤 직경과 모터 회전 속도의 크기에 따라 리턴 오리피스(30)의 크기를 결정하여 노치(20) 내부의 급격한 압력 상승효과를 방지하고, 이에 따른 소음 및 진동을 감소시킬 수 있다.
한편, 표 1은 리턴 오리피스(30)의 유무 및 제1 오리피스(31)의 직경에 따른 소음 측정 결과를 나타낸 것이다.
Figure pat00007
표 1을 참고하면, 최대회전속도 700rpm 및 1400rpm으로 가속하는 경우 리턴 오리피스(30)에 의한 소음 감소효과를 확인할 수 있다. 그리고 제1 오리피스(31)의 직경이 1.1mm일 때 가장 양호한 소음 감소효과가 나타남을 알 수 있다.
다만, 제1 오리피스(31)의 직경 1.1mm를 기준으로 제1 오리피스(31) 직경의 미세한 차이는 소음 감소 정도의 차이가 크지 않으므로, 제1 오리피스(31)의 직경은 1.1~1.2mm 내에서 변경될 수 있다.
전술한 실시예 외에 본 발명의 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트에 형성되는 리턴 오리피스(30)의 경우 제1 오리피스(31), 제2 오리피스(미도시) 및 유로(32)로 이루어질 수도 있다.
제1 오리피스(31)와 제2 오리피스는 서로 이격되어 노치(20)와 연통되고, 유로(32)는 제1 오리피스(31)와 제2 오리피스를 고압부(11)와 연결하여 제1 오리피스(31) 및 제2 오리피스로 유입된 유체가 고압부(11)로 이동하도록 한다.
본 발명에 따른 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10 : 저압부,
11 : 고압부,
20 : 노치,
30 : 리턴 오리피스,
31 : 제1 오리피스,
32 : 유로,

Claims (4)

  1. 피스톤이 왕복 이동하는 복수의 포트가 형성되어 있는 실린더 블록과 접촉하고, 상기 포트와 번갈아 연통되는 고압부 및 저압부가 형성되어 있는 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트에 있어서,
    상기 고압부의 양단에는 노치가 형성되고, 상기 포트가 상기 고압부에서 저압부로 이동하는 과정에서 상기 포트로부터 토출되는 유체 중, 상기 노치를 통해 상기 고압부로 직접 이동하는 유체 외에 나머지 유체를 상기 고압부로 이동시키는 리턴 오리피스가 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리턴 오리피스는,
    상기 노치와 연통되는 제1 오리피스와,
    상기 제1 오리피스와 고압부를 연결하는 유로로 이루어지고,
    상기 제1 오리피스의 직경은 1.1~1.2mm인 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 리턴 오리피스는 상기 제1 오리피스와 이격되어 상기 노치와 유로를 연결하는 제2 오리피스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리턴 오리피스에 의한 상기 노치의 내부 압력변화는 하기식을 만족하는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 개선을 위한 유압모터의 밸브플레이트.
    Figure pat00008
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111456923A (zh) * 2020-05-09 2020-07-28 烟台大学 一种轴向柱塞泵配流盘优化设计方法

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