KR20220098980A - 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치 - Google Patents

맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 모터 및 유압 펌프와 같은 유압 장치에 관한 것으로서, 특히 피스톤의 왕복 이동에 있어 고압에서 저압으로 변화되는 과정에서 압력변화를 순간적으로 감소시켜 고압부에서 저압부로 부드럽게 연결되도록 구성하여 맥동, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있게 구성한 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 유압 모터 및 펌프에 관한 것으로서, 특히 피스톤의 왕복 이동함에 있어 고압에서 저압으로 변압되는 과정에서 압력을 순간적으로 감소시켜 고압부에서 저압부로 부드럽게 연결되도록 구성하여 맥동, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있게 구성한 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치는 피스톤의 왕복 이동에 따라 사판의 경사면을 따라 회전하도록 복수의 실린더 보어가 형성된 실린더 블록과, 피스톤이 하사점에 도달하면 개방되도록 실린더 보어의 내주면에 형성된 오리피스를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치{Hydraulic apparatus motor and pump equipped with a pulse-reducing orifice}
본 발명은 유압 모터 및 유압 펌프와 같은 유압 장치에 관한 것으로서, 특히 피스톤의 왕복 이동에 있어 고압에서 저압으로 변압화되는 과정에서 압력변화을를 순간적으로 감소시켜 고압부에서 저압부로 부드럽게 연결되도록 구성하여 맥동, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있게 구성한 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
건설 장비란, 일반적으로 건설 토목용 기계를 의미하며, 도로, 하천, 항만, 철도, 플랜트 등과 같은 공사별로 각각 그 특성에 적합한 기계구조 및 성능을 보유하게 된다. 즉 건설 장비는 산업 현장에서 이루어지는 작업의 다양성으로 인해, 굴삭착장비, 적재장비, 운반장비, 하역장비, 다짐장비, 기초공사장비 등으로 구분될 수 있으며, 구체적으로는 불도저, 굴삭착기, 로더, 덤프트럭, 롤러 등과 같이 상당히 많은 종류의 장비를 포함하는 개념이다.
건설 기계 중 굴착삭기는 토사와 암석의 상태, 작업의 종류 및 용도에 따라 적절한 작업 장치를 장착하여 사용할 수 있다. 일반 굴삭착 및 토사 운반을 위한 버켓(Bucket), 단단한 지면과 암석 등의 파쇄를 위한 브레이커, 건물의 해체 및 파쇄에 사용하는 크라샤 등이 굴삭착기에 주로 사용되는 작업 장치이다.
이러한 건설기계에는 굴삭착기 외에도 본체의 전방에 붐과 버켓을 포함하는 프론트 장치를 구비하여 파쇄된 암반, 토사 등과 같은 골재를 적재하거나 근거리 운반에 쓰이는 휠로더, 고중량의 하물을 들어올리거나 운반하는데 사용되는 지게차가 있을 수 있다.
일반적으로 굴삭착기에는 각종 장비의 구동을 위한 동력을 제공하는 유압 시스템이 구비되어 있으며, 유압 시스템은 작동유를 토출하는 유압 펌프와 토출된 작동유를 통해 모터를 이용하여 회전력으로 변경하는 가동하는 유압 모터, 작동유의 유동방향 및 유량을 제어하는 유압제어밸브 및 기계적인 일을 하는 각종 액추에이터 등을 갖추고 있다.
도면에서, 도 1은 건설기계의 유압 장치모터를 나타낸 단면도이고, 도 2는 유압장치모터의 작동 관계를 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 건설기계의 유압 장치모터(10)는, 유압 밸브(12), 케이싱(14), 샤프트(16), 사판(18), 피스톤 조립체(20), 실린더 블록(25), 밸브 플레이트(27)를 포함한다.
유압 모터장치(10)는, 샤프트(16)와, 샤프트(16)에 일체로 결합되고 둘레방향으로 간격을 두어 복수 개의 피스톤 조립체(20)가 형성되는 실린더 블록(25)과, 각 피스톤 조립체(20)에 실린더 블록(25)의 회전에 따라 전진 행정 및 후퇴 행정을 가지며 왕복 변위하는 복수 개의 피스톤 조립체(520)과와, 전진 행정 또는 후퇴 행정의 피스톤(52022)이 끼워 맞춤(Fit)되는 피스톤 조립체(20)실린더 블록(25)에 접촉속되는 밸브 플레이트(27)의 개구(도시하지 않음)가 형성된다.
구체적으로, 유압 장치모터(10)는 샤프트(16)의 축선 주위에 회전 방향으로 회전 가능하게 설치되는 실린더 블록(25)을 구비하며, 겉면에는 케이싱(14)이 구비되어 유압 장치(10)의 각 부품들을 보호한다.하고, 케이싱(14)의 일측에는 유압 밸브(12)가 돌출되어 구비된다.
실린더 블록(25)에는 복수 개의 피스톤 조립체(20)가 형성되고, 각 피스톤 조립체(20)에 연통하는 포트(port; 29)가 각각 형성되어 있으며, 각 피스톤 조립체(20)에는 피스톤(22)과 피스톤 슈(Piston shoe ; 21)가이 끼워 맞춤되어 있다.
각각의 피스톤(22)의 일단부에는 피스톤 슈(Piston shoe; 21)가 설치되고, 각 피스톤 슈(21)는 샤프트(16)의 축선에 수직한 가상 평면(도시하지 않음)에 대하여 기울어진 사판(18)을 향하여 가압된다따라 회전한다..
따라서, 각각의 피스톤(22)은 실린더 블록(25)의 회전과 동기화(Synchronization)하여 전진 행정 및 후퇴 행정을 가지며 왕복 변위할 수 있다. 유압 장치(10)는, 이러한 전진 행정 및 후퇴 행정이 진행되며 이러한 진행 과정으로 동력이 발생된다.
유압 밸브(12)는, 유압 장치(10)가 압유에 의한 피스톤(22)의 전진 행정 및 후퇴 행정을 통해 동력을 발생시킬 시키거나 유압력을 발생시킬때, 내부에 과도한 압력이 생성되는 것을 방지하기 위해 기설정 압력이상이 유압 장치(10)의 내부에 형성되는 경우, 일정 유량을 바이패스시킨다.
한편, 유압 모터 장치(10)의 작동을 설명하고 있는 도 2를 참조하여 살펴보면, 작동유가 밸브 플레이트(27) 입구측 포트(29)를 통하여 실린더 블록(25)에 유입되면 피스톤(22)에 유압력이 작용하여 축 방향으로 힘(F)가 발생한다. 이 힘(F)은 피스톤 슈(21)를 매개체로 하여 사판(18)에 수직적인 힘(F1)과 샤프트(16)에 직각방향의 힘(F2)로 나뉜다.
직각방향의 힘(F2)은 피스톤(22)을 매개체로 하여 실린더 블록(25)에 전달되고, 샤프트(16)의 회전력을 발생시킨다.
실린더 블록(25)에는 9개의다수의 피스톤(22)이 등각으로 배열이 되고, 작동유가 고압으로 작용하는 구역(도 2의 (b)의 적색 표시부)에 위치한 피스톤의 힘이 차례로 샤프트에 회전 토크(회전력)로 전달된다.
유압 펌프 장치(10)의 경우, 상기 내용과 유사하나 샤프트에 회전 토크(회전력)이 작용하여 밸브 플레이트(27) 출구측 포트(29)를 통하여 유압력이 토출된다.
이때 유압력과 회전 토크(회전력)이 상호 전환되는 과정에서 피스톤이 하사점을 지나 이나 상사점으로을 통과하는 이동하려는 과정 중에 작동유의 유압은 고압에서 저압으로 또는 저압에서 고압으로 급격한 압력변화가 발생하고, 이 압력변화로 인해 진동, 맥동, 소음이 발생하게 된다.
등록특허공보 제10-1362588호(2014.02.13.) JP 공개특허공보 제2006-214356호(2006.08.17.) JP 특허번호 제3570517호(2004.09.29.)
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 피스톤의 왕복 이동함에 있어 압력이 급격하게 고압에서 저압으로 변하는 압되는 과정에서 압력변화를을 순간적으로 감소시켜 고압에서 저압으로 또는 저압에서 고압으로 부드럽게 연결되도록 구성하여 맥동, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있게 구성한 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 유압모터와 펌프에 모두 적용할 수 있으며, 발명에 관한 설명은 유압 모터를 기준으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오리피스를 구비한 유압 모터장치는 피스톤의 왕복 이동에 따라 사판의 경사면을 따라 회전하도록 복수의 실린더 보어가 형성된 실린더 블록과, 피스톤이 하사점에 도달하면 개방되도록 실린더 보어의 내주면에 형성된 오리피스를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 오리피스와 연통하며 실린더 블록에 형성된 드레인 유로와, 드레인 유로가 연결된 드레인 챔버를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 오리피스가 개방되는 시점은 피스톤이 고압으로 작용하는 구역에서 저압으로 작용하는 구역으로 변환되는 시점이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 장치모터는 실린더 블록에 오리피스를 추가함으로써, 맥동, 진동, 소음을 개선할 수 있다. 특히 오리피스를 통한 동력 손실을 방지하기 위해 오리피스의 위치를 특정함으로써, 동력손실을 방지하면서 맥동, 진동, 소음을 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 건설기계의 유압 모터장치를 나타낸 단면도이고,
도 2는 유압 장치모터의 작동 관계를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유압 모터장치를 나타낸 단면도이고,
도 4는 도 3에 도시된 오리피스의 상세도이며,
도 5는 도 3에 도시된 유압 장치모터의 작동을 나타낸 개념도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 장치모터의 양호한 실시 예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도면에서, 도 3은 본 발명에 따른 유압 모터를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 오리피스의 상세도이며, 도 5는 도 3에 도시된 유압 모터의 작동을 나타낸 개념도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 유압 모터(100)의 실린더 블록(125)에는 피스톤(122)이 위치할 수 있는 실린더 보어(131)가 형성되며, 실린더 보어(131)의 내주면에서 실린더 블록(125)의 안쪽으로 오리피스(135)가 형성되며, 오리피스(135)는 실린더 블록(125)의 외부에 위치한 드레인 챔버(미도시137)와 연통된다. 따라서 오리피스(135)와 드레인 챔버를 연결하는 드레인 유로(137)가 실린더 블록(125)에 형성된다.
아래에서는 이와 같이 구성된 오리피스를 구비한 유압 모터에 대해 구체적으로 설명한다.
유압 모터(100)는, 샤프트(116)와, 샤프트(116)에 일체로 결합되고 둘레방향으로 간격을 두어 복수 개의 피스톤 조립체(120)가 형성되는 실린더 블록(125)과, 각 피스톤 조립체(120)에 실린더 블록(125)의 회전에 따라 전진 행정 및 후퇴 행정을 가지며 왕복 변위하는 복수 개의 피스톤(122)과, 전진 행정 또는 후퇴 행정의 피스톤(122)이 끼워 맞춤되는 피스톤 조립체(120)실린더 블록(125)에 접속촉되는 밸브 플레이트(127)를 포함한다.
실린더 블록(125)에는 피스톤(122)이 위치할 수 있는 실린더 보어(131)가 샤프트(116)의 둘레를 따라 간격을 두고 형성되고, 실린더 보어(131)에 위치한 피스톤(122)은 작동유의 유입 또는 유출에 따라 실린더 보어(131)의 길이방향으로 왕복 운동을 하게 되며, 그에 따라 사판(118)의 경사면을 따라 실린더 블록(125)이 회전하고 실린더 블록(125)의 회전에 따라 샤프트(116)가 회전하게 된다.
실린더 보어(131)의 내부로 작동유가 유입 또는 유출되기 위해서 실린더 블록(125)에 입출 포트(129)가 형성되며, 입출 포트(129)에 위치하는 밸브 플레이트(127)에 개구(127H)가 형성된다. 따라서 작동유는 밸브 플레이트(127)의 개구(127H)와 입출 포트(129)를 통해 실린더 보어(131)의 내부로 유입 또는 실린더 보어(131)의 내부에서 외부로 유출된다.
한편, 입출 포트(129)를 통해 작동유가 실린더 보어(131)의 내부로 유입되면 고압상태로 유압에 의해 피스톤(122)은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 사판(118) 측으로 이동하며, 이때 발생하는 힘(도 2 참조)에 의해 실린더 블록(125)이 회전하게 된다. 이와 같이 입출 포트(129)를 통해 실린더 보어(131)의 내부로 유입되는 작동유의 양이 증가하면 고압 상태에서 피스톤(122)은 하사점까지 이동하게 되는데, 오리피스(135)는 피스톤(122)이 하사점에 도달하였을 시에 개방되는 지점에 형성된다. 즉 피스톤(122)이 하사점에 도달하기 이전에는 오리피스(135)는 폐쇄된 상태이며, 고압의 작동유에 의해 피스톤(122)은 하사점으로 이동한다.
피스톤(122)이 하사점(도 5의 (a))에 도달하면, 오리피스(135)가 개방되고 실린더 보어(131) 내의 작동유가 오리피스(135)와 상기 오리피스(135)에서 연결된 드레인 유로챔버(137) 를 통해 외부 드레인 챔버로 배출된다. 이와 같이 고압 상태의 작동유가 배출되면서 실린더 보어(131)의 내부에 위치한 작동유의 압력은 감소하게 된다.
압력이 감소되는 과정에서 실린더 블록(125)이 회전하면서 피스톤(122)은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상사점 쪽으로 이동하게 되고, 상사점 쪽으로 이동함과 동시에 오리피스(135)는 폐쇄된다.
이와 같이 피스톤(122)이 하사점을 지나 상사점으로 이동할 시부터 작동유가 저압으로 작용하는 구역(도 2의 (b)의 청색 표시부)에 위치함으로써, 실린더 보어(131) 내의 작동유는 입출 포트(129)를 통해 유출된다.
그리고 실린더 블록(125)이 회전하여 상사점에 도달하고 하사점 쪽으로 이동할 시부터 작동유가 고압으로 작용하는 구역 쪽으로 위치하면서 입출 포트(129)를 통해 작동유가 실린더 보어(131)의 내부로 유입되고, 유입된 작동유는 고압 상태로 피스톤(122)은 하사점 쪽으로 이동하며, 하사점에 도달하면 앞서 설명한 바와 같이 오리피스(135)가 개방되어 작동유의 유압을 일시적으로 감소시킨다.
이와 같이 본 발명에 따른 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치는 실린더 블록(125)이 회전하면서 고압 구역에서 저압 구역 쪽으로 이동하는 순간에 실린더 보어(131)에 형성된 오리피스(135)를 통해 작동유의 유압을 일시적으로 감소시킴으로써, 고압에서 저압으로 급변함에 따라 발생할 수 있는 맥동, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 유압 모터(100)의 내구성을 증대시킬 수 있다.
또한, 피스톤이 하사점에 도달할 때에만 오리피스가 개방됨에 따라 동력 손실을 방지할 수 있다.
100 : 유압 모터
116 : 샤프트
118 : 사판
120 : 피스톤 조립체
122 : 피스톤
125 : 실린더 블록
127 : 밸브 플레이트
127H : 개구
129 : 입출 포트
131 : 실린더 보어
135 : 오리피스
137 : 드레인 유로챔버

Claims (3)

  1. 피스톤의 왕복 이동에 따라 사판의 경사면을 따라 회전하도록 복수의 실린더 보어가 형성된 실린더 블록과,
    피스톤이 하사점에 도달하면 개방되도록 실린더 보어의 내주면에 형성된 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치.
  2. 제1항에 있어서,
    오리피스를는 피스톤이 하사점에 도달하면 개방되도록 하는 곳에 위치하는 것을 특증징으로 하는오리피스와 연통하며 실린더 블록에 형성된 드레인 유로와,
    드레인 유로가 연결된 드레인 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    오리피스가 개방되는 시점은 피스톤이 고압으로 작용하는 구역에서 저압으로 작용하는 구역으로 변환되는 시점인 것을 특징으로 하는 맥동 저감용 오리피스를 구비한 유압 모터 및 펌프장치.
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