WO2018038282A1 - 유압 실린더 장치 - Google Patents

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WO2018038282A1
WO2018038282A1 PCT/KR2016/009339 KR2016009339W WO2018038282A1 WO 2018038282 A1 WO2018038282 A1 WO 2018038282A1 KR 2016009339 W KR2016009339 W KR 2016009339W WO 2018038282 A1 WO2018038282 A1 WO 2018038282A1
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WO
WIPO (PCT)
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hydraulic
cylinder body
piston
rod
head cover
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/009339
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정윤현
황수영
Original Assignee
볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
정윤현
황수영
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비, 정윤현, 황수영 filed Critical 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
Priority to PCT/KR2016/009339 priority Critical patent/WO2018038282A1/ko
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic cylinder device, and more particularly, to a hydraulic cylinder device capable of preventing a delay in operation due to the failure to secure a sufficient hydraulic pressure area of the initial operating pressure during initial operation and preventing joints and shocks during instantaneous operation by accumulating pressure.
  • the hydraulic fluid discharged from the pump acts on the piston to create a pressure when an external load is generated, thereby generating a thrust, such as the head cover or cover end
  • Moving parts such as fixed parts and pistons
  • the contact frictional force with the internal counterpart by the cushioning mechanism is also generated.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to prevent the operation delay according to the failure of sufficient pressure area of the initial operating pressure during the initial operation and the joint and shock during instantaneous operation by the accumulator pressure It is to provide a hydraulic cylinder device that can be prevented.
  • the present invention is a cylinder body having a hollow formed therein, a rod which is installed to reciprocate linearly in the hollow of the cylinder body, is fixed to one end of the rod, and is in contact with the inner peripheral surface of the cylinder body
  • a piston which is slidably arranged in a state, and a head cover fixed to one end of the cylinder body and through which the rod penetrates in a linear reciprocating manner and provides a movement passage of the hydraulic oil introduced from the outside and supplied to the piston;
  • the head cover includes a hydraulic pressure portion formed in the contact shear surface with the piston, the hydraulic pressure portion provides a hydraulic cylinder device consisting of a concave-convex surface relatively large pressure area compared to the plane.
  • the present invention is a cylinder body having a hollow formed therein, a rod is installed in the hollow of the cylinder body so as to reciprocate linearly, fixed to one end of the rod, in contact with the inner peripheral surface of the cylinder body
  • a piston which is slidably disposed, a head cover fixed to one end of the cylinder body and having a rod through the center to linearly reciprocate and providing a moving passage of the hydraulic oil introduced from the outside and supplied to the piston;
  • the piston includes a hydraulic pressure portion formed in the contact shear surface with the head cover, the hydraulic pressure portion provides a hydraulic cylinder device consisting of a concave-convex surface having a relatively large pressure area compared to the plane.
  • the pressure receiving part may include at least one annular groove.
  • the pressure receiving portion includes a plurality of the annular grooves, the plurality of the annular grooves, the center is the same as the plurality of circular structures having different radii, the plurality of the annular grooves may be in communication with each other.
  • the hydraulic unit may include an acyclic groove.
  • the pressure receiving portion may be formed in a knurled shape or a radial structure.
  • the plurality of acyclic grooves may be in communication with each other.
  • the present invention by providing a head cover or a piston having a pressure receiving portion with an increased pressure area compared to the prior art, it is possible to implement a smooth and smooth initial operability by preventing the operation delay due to the insufficient pressure area of the initial operating pressure during initial operation have.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a hydraulic cylinder device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view and a partial enlarged view of the head cover of the hydraulic cylinder device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exemplary view for explaining an initial operation of the hydraulic cylinder device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 to 7 is a perspective view showing a head cover having a hydraulic portion of a stiff form in the hydraulic cylinder device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a comparison of the performance test results for the hydraulic cylinder according to the first embodiment of the present invention and the hydraulic cylinder according to the prior art.
  • FIG. 9 is a partial perspective view and a partial enlarged view of a piston of a hydraulic cylinder device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a head cover according to the prior art.
  • the hydraulic cylinder device 100 As shown in FIG. 1, the hydraulic cylinder device 100 according to the first embodiment of the present invention is used as an actuator for operating industrial heavy equipment or machinery such as an excavator.
  • the hydraulic cylinder device 100 is formed to include the cylinder body 10, the rod 20, the piston 110 and the head cover 120.
  • the cylinder body 10 has a hollow formed in the longitudinal direction therein.
  • the cylinder body 10 is formed in the form of a tube serves as a pressure vessel.
  • the cylinder body 10 provides a receiving space of the rod 20 and guides linear reciprocation of the piston 110 disposed in the inner hollow.
  • the inside of the cylinder body 10 is divided into a large chamber and a small chamber by the piston 110.
  • the cover end 50 for transmitting a force to the structure is coupled to one end of the cylinder body 10 is coupled to the head rod 40 coupled to one end in the longitudinal direction of the rod 20.
  • the head rod 40 and the cover end 50 are disposed on one side and the other side facing each other based on the longitudinal direction of the cylinder body 10.
  • the cylinder body 10 may be made of a metal material, for example, carbon steel or the like, and may be manufactured by a casting method.
  • the rod 20 is installed in the hollow of the cylinder body 10 to enable linear reciprocating motion.
  • the rod 20 has a rod-shaped member having a circular cross section.
  • One longitudinal end of the rod 20 is disposed inside the cylinder body 10, and the other end is exposed to the outside of the cylinder body 10.
  • the piston 110 is fixedly coupled to one end of the rod 20 disposed inside the cylinder body 10.
  • the head rod 40 is coupled to the other end of the rod 20 exposed to the outside of the cylinder body 10.
  • the head cover 120 is fitted to the outer circumferential surface of the rod 20 in a ring coupling form. In this case, the rod 20 freely reciprocates in one direction and the other direction of the fixed head cover 120. It is connected to the cover 120.
  • the piston 110 is fixed to one end of the rod 20 disposed inside the cylinder body 10.
  • the piston 110 is slidably arranged in contact with the inner circumferential surface of the cylinder body 10.
  • the piston 110 partitions the inside of the cylinder body 10 into a large chamber and a small chamber.
  • the piston 110 is formed along the circumference of the side surface facing the inner circumferential surface of the cylinder body 10 ( It may include a sealing member.
  • a ring is formed on the outer circumferential surface of the rod 20 on the tip side of the piston 110 facing the head cover 120 for absorbing the shock generated during the physical collision between the piston 110 and the head cover 120.
  • Cushion member 30 of the form may be disposed.
  • the head cover 120 is fixed to one end of the cylinder body 10.
  • the head cover 120 may be fixed to one end of the cylinder body 10 by welding, screwing, interference fitting, or the like.
  • the head cover 120 is formed in a ring shape having an open center, and the rod 20 penetrates in such a center so as to linearly reciprocate. That is, the head cover 120 is disposed in a shape fitted to the longitudinal outer circumferential surface of the rod 20. Accordingly, the rod 20 is linearly reciprocated in one direction and the other direction of the head cover 120 is fixed to the cylinder body 10.
  • the head cover 120 includes a hydraulic pressure portion 121 is formed on the contact shear surface with the piston (110).
  • the head cover 120 is provided from the outside through the flow path 11 formed in the cylinder body 10 to provide a moving passage of the operating oil supplied to the piston (110).
  • the initial operation of the hydraulic cylinder device 100 will be briefly described.
  • the hydraulic fluid flows into the hydraulic fluid.
  • the hydraulic pressure unit 121 for initial pressure generation, and the hydraulic oil introduced into the hydraulic pressure unit 121 acts perpendicularly to the hydraulic pressure unit 121 to form an initial starting force.
  • the pressure receiving portion 121 does not sufficiently secure the initial pressure receiving area relative to the contact shear surface, the initial contact friction force of the piston 110 and the head cover 120, in particular, in the case of the cylinder device 100 with a cushion, Since it is difficult to form a sufficient thrust to overcome the friction force between the outer diameter of the cushion member 30 and the inner diameter of the head cover 120 in the state, an operation delay occurs until the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump reaches a certain pressure. Only after the pressure is accumulated to some extent, a thrust that can overcome the contact friction force is formed.
  • the hydraulic pressure unit 121 of the head cover 120 for preventing the joint and impact during the sudden operation due to the lack of initial pressure area compared to the contact shear surface and the sudden operation due to the accumulated pressure Is a concave-convex surface with a relatively large pressure area compared to the plane.
  • the pressure receiving portion 121 is used to secure a sufficient pressure area at the contact shear surface with the piston 110, that is, to facilitate the formation of an initial working pressure. To this end, it may consist of one annular groove.
  • the pressure receiving portion 121 may be composed of a plurality of annular grooves.
  • the plurality of annular grooves forming the pressure receiving part 121 may have a plurality of circular structures having the same center and different radii.
  • the plurality of annular grooves preferably form a structure in communication with each other for smooth inflow of the working oil.
  • the hydraulic portion 121 is a non-cyclic groove, in order to ensure a sufficient pressure area in the contact shear surface with the piston 110, that is, to facilitate the formation of the initial operating pressure Can be done.
  • the pressure receiving portion 121 according to the first embodiment of the present invention may be made of grooves forming a knurling shape.
  • the pressure receiving part 121 according to the first embodiment of the present invention may be formed of grooves forming a radial structure. In this case, like the annular groove, it is preferable to form a structure in communication with each other for smooth inflow of the working oil.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a comparison of the performance test results for the hydraulic cylinder according to the first embodiment of the present invention and the hydraulic cylinder according to the prior art. That is, the graph shown in FIG. 8 shows the internal pressure P1 and the starting time during the performance test for the hydraulic cylinder in which the slots 5 are formed on one side and the other side of the contact shear surface of the head cover 3 as shown in FIG. 4 and the internal pressure P2 during the performance test of the hydraulic cylinder device 100 in which the hydraulic pressure unit 121 formed of one annular groove is formed on the contact shear surface of the head cover 120 as shown in FIG. 4. The result of comparing the change of starting time t2 is shown.
  • the hydraulic cylinder device 100 according to the first exemplary embodiment of the present invention is 400% increased in hydraulic pressure area compared to the conventional structure (FIG. 10 (b)), and the actual operation delay ⁇ t is increased.
  • the result is a 15% reduction, and the initial operating pressure ( ⁇ P) is reduced to 1/5.
  • the hydraulic cylinder device 100 according to the first embodiment of the present invention includes a head cover 120 having a pressure receiving portion 121 having an increased pressure receiving area as compared with the related art.
  • the hydraulic cylinder device 100 according to the first embodiment of the present invention can realize a smooth and smooth initial operability by preventing the operation delay caused by not securing a sufficient hydraulic pressure area of the initial operating pressure during the initial operation, as well as unnecessary
  • the initial operation is possible at the proper pressure zone without forming high pressure, which can alleviate the impact and noise of the work equipment that is operated through it, and the overall fuel efficiency can be reduced to maximize the work efficiency and environmental hazards. It is possible to minimize the pressure and prevent joints and shocks during momentary operation due to the pressure.
  • results of the performance test of FIG. 8 indicates that initial operation characteristics can be adjusted as the pressure-receiving area ratio is added or subtracted. For example, by adjusting the hydraulic area ratio for a special purpose cylinder, it is possible to dramatically reduce the initial behavior of the work tool connected thereto.
  • FIG. 9 is a partial perspective view and a partial enlarged view of a piston of a hydraulic cylinder device according to a second embodiment of the present invention.
  • the piston 110 includes a hydraulic pressure portion 111 formed on a contact front surface with the head cover 120.
  • the second embodiment of the present invention differs only in the structure of the hydraulic unit formed in the piston, and other components are the same, and thus, detailed descriptions of the same components will be omitted. Shall be.
  • the pressure receiving portion 111 according to the second embodiment of the present invention is formed of a concave-convex surface having a relatively large pressure area compared to a plane.
  • the pressure receiving part 111 formed in the piston 110 may have the same structure as the pressure receiving part 121 formed in the head cover 120. That is, the hydraulic pressure unit 111 formed in the piston 110 may be formed of one annular groove as shown in FIG. 4, and may be formed of a plurality of annular grooves communicating with each other, as shown in FIG. 5.
  • the hydraulic unit formed in the piston 110 may be formed of a non-cyclic grooves forming a knurled shape, and as shown in FIG. 7, may also be formed of a non-cyclic grooves forming a radial structure. .

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Abstract

본 발명은 유압 실린더 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 초기 작동 시 초기 작동압력의 충분한 수압면적 미확보에 따른 작동지연 방지 및 축압에 의한 순간 동작 시 이음 및 쇼크 방지가 가능한 유압 실린더 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 내부에 중공이 형성되어 있는 실린더 바디, 상기 실린더 바디의 중공에 직선 왕복운동 가능하게 설치되어 있는 로드, 상기 로드의 일단부에 고정되고, 상기 실린더 바디의 내주면에 접촉된 상태로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있는 피스톤, 상기 실린더 바디의 일단부에 고정되고 중심부에는 상기 로드가 직선 왕복운동 가능하게 관통되며 외부로부터 유입되어 상기 피스톤에 공급되는 작동유의 이동통로를 제공하는 헤드커버를 포함하는 유압 실린더 장치에 있어서, 상기 헤드커버는 상기 피스톤과의 접촉 전단면에 형성되는 수압부를 포함하고, 상기 수압부는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진 유압 실린더 장치를 제공한다.

Description

유압 실린더 장치
본 발명은 유압 실린더 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 초기 작동 시 초기 작동압력의 충분한 수압면적 미확보에 따른 작동지연 방지 및 축압에 의한 순간 동작 시 이음 및 쇼크 방지가 가능한 유압 실린더 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 중장비 및 기계류에 사용되는 유압 실린더는, 펌프에서 토출된 작동유가 피스톤에 작용하여 외부 부하 발생 시 압력이 형성되고 이에 따라 추력을 생성하게 되는데, 헤드커버나 커버엔드와 같은 실린더 내부의 고정 부품과 피스톤과 같은 운동 부품은 최대 신축 및 최대 신장 시 상대부품과 면 접촉에 의한 접촉 마찰력을 형성하게 된다. 또한, 쿠션 기구가 내장된 유압 실린더의 경우에는 각각의 스트로크-엔드 지점에서 피스톤과 헤드커버, 피스톤과 커버엔드와의 면접촉 외에도 쿠션 기구에 의한 내부 상대부품과의 접촉 마찰력도 발생된다.
쿠션 기구가 내장된 유압 실린더의 경우, 초기 작동 시 통상적으로 각 스트로크-엔드에서 쿠션 기구와 상대부품 간의 단순 면 접촉 저항 외에도 피스톤과 헤드커버의 면 접촉에 따른 접촉 마찰력이 발생되는데, 이를 극복하기 위한 초기 추력 형성 수압면적의 부족으로 인해 초기 작동성의 문제를 야기시키는 경우가 빈발하였다. 이에 따라, 작동 초기에 상대적으로 높은 작동압력을 요구하게 되는데, 이는 유압 실린더의 기계 효율과 이에 의해 동작되는 작업장치의 연비에도 부정적인 영향을 끼치게 된다. 또한, 이와 같은 초기 동작 지연과 더불어, 점진적 축압이 형성된 이후의 순간적인 작동으로 인해 순간 접촉 해제에 따른 과대 소음이 발생하였고, 작업장치 전체에 충격을 야기하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 도 10의 (a)와 같은 형태로 헤드커버(3)의 접촉 전단면을 가공하거나, 도 10의 (b)와 같이 헤드커버(3)의 접촉 전단면에 슬롯(5)을 가공하였다. 하지만, 슬롯(5)을 통해 수압면적을 넓히는 데는 한계가 있었고, 이에 따라, 전체 수압면적에 고른 초기 작동 압력을 부여하기는 구조적으로 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 초기 작동 시 초기 작동압력의 충분한 수압면적 미확보에 따른 작동지연 방지 및 축압에 의한 순간 동작 시 이음 및 쇼크 방지가 가능한 유압 실린더 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 내부에 중공이 형성되어 있는 실린더 바디, 상기 실린더 바디의 중공에 직선 왕복운동 가능하게 설치되어 있는 로드, 상기 로드의 일단부에 고정되고, 상기 실린더 바디의 내주면에 접촉된 상태로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있는 피스톤, 상기 실린더 바디의 일단부에 고정되고 중심부에는 상기 로드가 직선 왕복운동 가능하게 관통되며 외부로부터 유입되어 상기 피스톤에 공급되는 작동유의 이동통로를 제공하는 헤드커버를 포함하는 유압 실린더 장치에 있어서, 상기 헤드커버는 상기 피스톤과의 접촉 전단면에 형성되는 수압부를 포함하고, 상기 수압부는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진 유압 실린더 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 내부에 중공이 형성되어 있는 실린더 바디, 상기 실린더 바디의 중공에 직선 왕복운동 가능하게 설치되어 있는 로드, 상기 로드의 일단부에 고정되고, 상기 실린더 바디의 내주면에 접촉된 상태로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있는 피스톤, 상기 실린더 바디의 일단부에 고정되고 중심부에는 상기 로드가 직선 왕복운동 가능하게 관통되며 외부로부터 유입되어 상기 피스톤에 공급되는 작동유의 이동통로를 제공하는 헤드커버를 포함하는 유압 실린더 장치에 있어서, 상기 피스톤은 상기 헤드커버와의 접촉 전단면에 형성되는 수압부를 포함하고, 상기 수압부는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진 유압 실린더 장치를 제공한다.
여기서, 상기 수압부는 적어도 하나의 환형 그루브를 포함할 수 있다.
이때, 상기 수압부는 복수 개의 상기 환형 그루브를 포함하고, 복수 개의 상기 환형 그루브는, 중심은 동일하고 반지름이 서로 다른 복수 개의 원 구조로 이루어지며, 복수 개의 상기 환형 그루브는 서로 연통될 수 있다.
또한, 상기 수압부는 비환형 그루브를 포함할 수 있다.
이때, 상기 수압부는 널링 형상 또는 방사형 구조로 이루어질 수 있다.
그리고 복수 개의 상기 비환형 그루브는 서로 연통될 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래에 비해 수압면적이 증가된 수압부를 갖는 헤드커버 또는 피스톤을 구비함으로써, 초기 작동 시 초기 작동압력의 충분한 수압면적 미확보에 따른 작동지연을 방지하여 부드럽고 원활한 초기 작동성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 불필요한 고압력을 형성하지 않고 적정한 압력대에서 유압 실린더 장치의 초기 작동이 가능해져, 이를 통해 동작하게 되는 작업장치의 충격 및 소음을 완화시킬 수 있고, 전체적인 연비저감이 가능해져 작업 효율성을 극대화할 수 있으며, 환경적인 위해 요인을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 축압에 따른 순간 급 작동 시의 이음 및 쇼크를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치의 부분 사시도 및 헤드커버의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치의 초기 작동을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치에서, 자양한 형태의 수압부를 갖는 헤드커버를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더와 종래기술에 따른 유압 실린더에 대한 성능 시험 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유압 실린더 장치의 부분 사시도 및 피스톤의 부분 확대도이다.
도 10는 종래기술에 따른 헤드커버를 나타낸 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유압 실린더 장치에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치(100)는 굴삭기와 같은 산업용 중장비나 기계류의 동작시키기 위한 엑추에이터로 사용된다.
이러한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치(100)는 실린더 바디(10), 로드(20), 피스톤(110) 및 헤드커버(120)를 포함하여 형성된다.
실린더 바디(10)는 내부에 중공이 길이방향으로 형성되어 있다. 이러한 실린더 바디(10)는 튜브 형태로 이루어져 압력용기 역할을 한다. 또한, 실린더 바디(10)는 로드(20)의 수용공간을 제공하고, 내부 중공에 배치되는 피스톤(110)의 직선 왕복운동을 가이드 한다. 이때, 실린더 바디(10)의 내부는 피스톤(110)에 의해 라지 챔버(large chamber)와 스몰 챔버(small chamber)로 구분된다.
한편, 실린더 바디(10)의 일측 단부에는 로드(20)의 길이방향 일측 단부에 결합되는 헤드로드(40)와 함께 구조물로 힘을 전달하기 위한 커버엔드(50)가 결합된다. 이때, 헤드로드(40)와 커버엔드(50)는 실린더 바디(10)의 길이방향을 기준으로 서로 대향되는 일측과 타측에 배치된다.
이러한 실린더 바디(10)는 금속 소재, 예컨대, 탄소강 등의 소재로 이루어질 수 있고, 주조 방식에 의해 제조될 수 있다.
로드(20)는 실린더 바디(10)의 중공에 직선 왕복운동 가능하게 설치되어 있다. 이러한 로드(20)는 단면이 원형이 막대 형상의 부재로 이루어진다. 로드(20)의 길이방향 일단부는 실린더 바디(10)의 내부에 배치되고, 타단부는 실린더 바디(10)의 외부로 노출된다. 이때, 실린더 바디(10)의 내부에 배치되는 로드(20)의 일단부에는 피스톤(110)이 고정 결합된다. 또한, 실린더 바디(10)의 외부로 노출되는 로드(20)의 타단부에는 헤드로드(40)가 결합된다. 그리고 로드(20)의 외주면에는 헤드커버(120)가 링 결합 형태로 끼워지는데, 이때, 로드(20)는 고정되어 있는 헤드커버(120)의 일측 방향과 타측 방향으로 자유롭게 직선 왕복운동 가능하게 헤드커버(120)와 연결된다.
피스톤(110)은 실린더 바디(10)의 내부에 배치되는 로드(20)의 일단부에 고정된다. 이러한 피스톤(110)은 실린더 바디(10)의 내주면에 접촉된 상태로 슬라이딩 가능하게 배치된다. 또한, 피스톤(110)은 실린더 바디(10)의 내부를 라지 챔버와 스몰 챔버로 구획한다. 이때, 로드(20)에 의한 유압 실린더 장치(100)의 신장 또는 신축 시 수압력을 유지하기 위해, 피스톤(110)은 실린더 바디(10)의 내주면과 마주하는 측면부의 둘레를 따라 형성되는 실링(sealing)부재를 포함할 수 있다.
한편, 유압 실린더 장치(100)가 최대로 신장되는 경우, 피스톤(110)과 헤드커버(120)는 물리적으로 충돌하게 된다. 이와 같은 피스톤(110)과 헤드커버(120)의 물리적인 충돌 시 발생되는 충격을 흡수하기 위한 헤드커버(120)와 마주하는 피스톤(110)의 선단측의 로드(20)의 외주면에는 링(ring) 형태의 쿠션부재(30)가 배치될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 헤드커버(120)는 실린더 바디(10)의 일단부에 고정된다. 예를 들어, 헤드커버(120)는 실린더 바디(10)의 일단부에 용접, 나사결합, 억지끼움 등의 방식으로 고정될 수 있다. 또한, 헤드커버(120)는 중심부가 개방된 링 형태로 이루어지고, 이러한 중심부에는 로드(20)가 직선 왕복운동 가능하게 관통된다. 즉, 헤드커버(120)는 로드(20)의 길이방향 외주면에 끼워진 형태로 배치된다. 이에 따라, 로드(20)는 실린더 바디(10)에 고정되어 있는 헤드커버(120)를 기준으로, 이의 일측 방향과 타측 방향으로 직선 왕복운동 하게 된다. 그리고 헤드커버(120)는 피스톤(110)과의 접촉 전단면에 형성되는 수압부(121)를 포함한다.
한편, 헤드커버(120)는 실린더 바디(10)에 형성되어 있는 유로(11)를 통해 외부로부터 유입되어 피스톤(110)에 공급되는 작동유의 이동통로를 제공한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 유압 실린더 장치(100)의 초기 작동을 간단히 설명하면, 실린더 바디(10)에 형성되어 있는 유로(11) 및 헤드커버(120)를 통해 초기 작동유가 유입되면, 작동유는 초기 압력 생성을 위한 수압부(121)에 우선적으로 공급되고, 이 수압부(121)에 유입된 작동유는 수압부(121)에 수직으로 작용하여 초기 시동력을 형성시킨다.
여기서, 수압부(121)가 접촉 전단면 대비 초기 수압면적을 충분히 확보하지 못하게 되면, 피스톤(110)과 헤드커버(120)의 초기 접촉 마찰력, 특히, 쿠션붙이 실린더 장치(100)의 경우, 인입 상태의 쿠션부재(30)의 외경과 헤드커버(120)의 내경과의 마찰력을 극복하기 위한 충분한 추력 형성이 어려운 관계로, 유압펌프로부터 토출된 작동유가 일정 압력에 도달할 때까지 작동 지연이 발생되고, 어느 정도 축압된 이후에야 접촉 마찰력을 극복할 수 있는 추력이 형성된다.
이와 같이, 작동 지연이 발생되면, 결국, 유압 실린더 장치(100)와 연결되어 있는 작업장치의 순간적인 급작동이 야기되어, 운전자가 심한 충격을 느끼게 되고, 순간적인 마찰력 해소에 따른 과대 소음을 야기시키게 된다. 또한, 축압은 불필요한 압력 상승을 야기하게 되고, 축압을 위해서는 장비의 불용 에너지를 사용해야 되는데, 이 경우 연비에도 악영향을 끼치게 된다.
이와 같이, 접촉 전단면 대비 초기 수압면적 부족에 따른 작동지연과 축압에 따른 급작동 시의 이음 및 충격 방지를 위해, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 헤드커버(120)의 수압부(121)는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에서, 수압부(121)는 피스톤(110)과의 접촉 전단면에서 충분한 수압면적 확보를 위해, 즉, 초기 작동 압력 형성을 용이하게 하기 위해, 하나의 환형 그루브로 이루어질 수 있다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 수압부(121)는 복수 개의 환형 그루브로 이루어질 수 있다. 이때, 수압부(121)를 이루는 복수 개의 환형 그루브는, 중심은 동일하고, 반지름이 서로 다른 복수 개의 원 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 복수 개의 환형 그루브는 작동유의 원활한 유입을 위해 서로 연통되는 구조를 이루는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에서, 수압부(121)는 피스톤(110)과의 접촉 전단면에서 충분한 수압면적 확보를 위해, 즉, 초기 작동 압력 형성을 용이하게 하기 위해, 비환형 그루브로 이루어질 수 있다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수압부(121)는 널링(knurling) 형상을 이루는 그루브들로도 이루어질 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수압부(121)는 방사형 구조를 이루는 그루브들로도 이루어질 수 있다. 이때, 비환형 그루브 또한 환형 그루브와 마찬가지로, 작동유의 원활한 유입을 위해 서로 연통되는 구조를 이루는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치와 종래기술에 따른 유압 실린더에 대한 성능 시험 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다. 즉, 도 8에 나타낸 그래프는 도 10의 (b)와 같이 헤드커버(3)의 접촉 전단면 중 일측과 타측에 슬롯(5)이 형성된 유압 실린더에 대한 성능 시험 시 내압(P1)과 시동시간(t1)의 변화와 도 4와 같이, 헤드커버(120)의 접촉 전단면에 하나의 환형 그루브로 이루어진 수압부(121)가 형성된 유압 실린더 장치(100)에 대한 성능 시험 시 내압(P2)과 시동시간(t2)의 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 8의 그래프를 보면, 종래(도 10의 (b) 구조) 대비 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치(100)는 수압면적이 400% 증대된 것으로, 실 작동지연(Δt)이 15% 단축된 결과를 보여주고 있고, 초기 작동압력(ΔP)는 1/5 수준으로 감소된 결과를 보여주고 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치(100)는 종래에 비해 수압면적이 증가된 수압부(121)를 갖는 헤드커버(120)를 구비한다. 이를 통해, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유압 실린더 장치(100)는 초기 작동 시 초기 작동압력의 충분한 수압면적 미확보에 따른 작동 지연을 방지하여 부드럽고 원활한 초기 작동성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 불필요한 고압력을 형성하지 않고 적정한 압력대에서 초기 작동이 가능해져, 이를 통해 동작하게 되는 작업장치의 충격 및 소음을 완화시킬 수 있고, 전체적인 연비저감이 가능해져 작업 효율성을 극대화할 수 있으며, 환경적인 위해 요인을 최소화할 수 있으며, 축압에 따른 순간 급 작동 시의 이음 및 쇼크를 방지할 수 있다.
또한, 상기의 도 8의 성능 시험 결과를 보면, 수압면적 비를 가감함에 따라 초기 작동 특성 조정이 가능함을 알 수 있다. 예를 들어, 특수 목적의 실린더에 대해 수압면적 비를 조절하면, 이와 연결되어 있는 작업장치의 초기 거동을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유압 실린더 장치에 대하여 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유압 실린더 장치의 부분 사시도 및 피스톤의 부분 확대도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유압 실린더 장치에서, 피스톤(110)은 헤드커버(120)와의 접촉 전단면에 형성되는 수압부(111)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시 예는 본 발명의 제1 실시 예와 비교하여, 피스톤에 형성되는 수압부의 구조에만 차이가 있을 뿐, 다른 구성요소들은 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 수압부(111)는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진다.
이때, 피스톤(110)에 형성되는 수압부(111)는 헤드커버(120)에 형성되는 수압부(121)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 피스톤(110)에 형성되는 수압부(111)는 도 4와 같은 하나의 환형 그루브로 이루어질 수 있고, 도 5에 도시한 바와 같이, 서로 연통되는 복수 개의 환형 그루브로도 이루어질 수 있다.
또한, 피스톤(110)에 형성되는 수압부는 도 6에 도시한 바와 같이, 널링 형상을 이루는 비환형 그루브들로도 이루어질 수 있고, 도 7에 도시한 바와 같이, 방사형 구조를 이루는 비환형 그루브들로도 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예와 같이, 피스톤(110)에 상기와 같은 구조로 이루어진 수압부(111)가 형성되면, 본 발명의 제1 실시 예와 같이, 헤드커버(120)에 상기와 같은 구조로 이루어진 수압부(121)가 형성된 경우와 동등한 효과를 구현할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 내부에 중공이 형성되어 있는 실린더 바디, 상기 실린더 바디의 중공에 직선 왕복운동 가능하게 설치되어 있는 로드, 상기 로드의 일단부에 고정되고, 상기 실린더 바디의 내주면에 접촉된 상태로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있는 피스톤, 상기 실린더 바디의 일단부에 고정되고 중심부에는 상기 로드가 직선 왕복운동 가능하게 관통되며 외부로부터 유입되어 상기 피스톤에 공급되는 작동유의 이동통로를 제공하는 헤드커버를 포함하는 유압 실린더 장치에 있어서,
    상기 헤드커버는 상기 피스톤과의 접촉 전단면에 형성되는 수압부를 포함하고,
    상기 수압부는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진 유압 실린더 장치.
  2. 내부에 중공이 형성되어 있는 실린더 바디, 상기 실린더 바디의 중공에 직선 왕복운동 가능하게 설치되어 있는 로드, 상기 로드의 일단부에 고정되고, 상기 실린더 바디의 내주면에 접촉된 상태로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있는 피스톤, 상기 실린더 바디의 일단부에 고정되고 중심부에는 상기 로드가 직선 왕복운동 가능하게 관통되며 외부로부터 유입되어 상기 피스톤에 공급되는 작동유의 이동통로를 제공하는 헤드커버를 포함하는 유압 실린더 장치에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 헤드커버와의 접촉 전단면에 형성되는 수압부를 포함하고,
    상기 수압부는 평면 대비 수압면적이 상대적으로 넓은 요철면으로 이루어진 유압 실린더 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수압부는 적어도 하나의 환형 그루브를 포함하는 유압 실린더 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수압부는 복수 개의 상기 환형 그루브를 포함하고,
    복수 개의 상기 환형 그루브는, 중심은 동일하고 반지름이 서로 다른 복수 개의 원 구조로 이루어지며,
    복수 개의 상기 환형 그루브는 서로 연통되는 유압 실린더 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수압부는 비환형 그루브를 포함하는 유압 실린더 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수압부는 널링 형상 또는 방사형 구조로 이루어진 유압 실린더 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    복수 개의 상기 비환형 그루브는 서로 연통되는 유압 실린더 장치.
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