KR100631067B1 - 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브 - Google Patents

홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홀딩밸브의 응답성을 향상시키는 오리피스스풀가 설치되어 유압실린더의 자연 하강량이 감소되도록 하는 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브에 관한 것으로, 유압펌프에 연통되는 펌프통로와 오일탱크에 연통되는 탱크통로와 유압실린더와 연통되는 제1 및 제2 실린더통로가 형성되는 밸브하우징과, 밸브하우징 내에 이동 가능하게 설치되어 중립위치에서는 펌프통로와 제1 및 제2 실린더통로의 연결을 차단하고 파일럿신호압이 가압되면 좌우로 이동되어 펌프통로와 탱크통로의 각각을 제1 및 제2 실린더통로의 어느 하나에 선택적으로 연결하는 제어스풀과, 제2 실린더통로와 제어스풀 사이에 설치되어 제어스풀이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로를 차단하여 유압실린더가 자연 하강되지 않도록 부하를 홀딩하는 홀딩밸브와, 제어스풀이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로의 압유를 탱크통로로 연결시키는 오리피스스풀을 포함한다.
홀딩밸브, 부하홀딩, 누유, 응답성, 유압제어밸브

Description

홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브{Hydraulic control valve having holding valve with improved response characteristics}
도 1은 종래 기술에 따른 유압제어밸브가 사용되는 유압회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 유압제어밸브의 부분단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브가 사용되는 유압회로도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브의 부분단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브에서 제어스풀에 형성된 드레인 홀을 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유압제어밸브 20 : 제어스풀
2 : 유압펌프 21 : 우측 파일럿포트
3 : 유압실린더 30 : 홀딩밸브
4 : 오일탱크 31 : 홀딩포펫
10 : 밸브하우징 32 : 드레인밸브
11 : 펌프통로 33 : 오리피스
12 : 탱크통로 34 : 배압챔버
13 : 제1 실린더통로 40 : 오리피스스풀(orifice spool)
14 : 제2 실린더통로 a,b,c : 파일럿신호압
15 : 연결라인
본 발명은 유압제어밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀딩밸브의 응답성을 향상시키는 오리피스스풀(orifice spool)이 설치되어 유압실린더의 자연 하강량이 감소되도록 하는 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기와 같은 중장비에는 붐, 아암, 버켓과 같은 작업장치가 장착되며, 유압펌프로부터 압유를 공급받아 작동되는 유압실린더에 의해 구동되어 다양한 작업을 수행한다. 또한 유압제어밸브가 유압펌프와 유압실린더 사이에 설치되어 유압펌프로부터의 압유를 각각의 유압실린더에 공급하는데, 운전자가 조작레버를 조작함에 따라 유압제어밸브가 작동되어 유압실린더에 공급되는 압유 압력과 방향 및 유량이 제어됨으로써 작업장치의 구동이 이루어진다.
작업장치는 큰 부하와 거친 작업환경을 견딜 수 있기 위해 육중하게 제작되는데, 작업장치가 작동되지 않는 중립 상태에서는 육중한 작업장치의 자체 하중과 피인양물의 하중으로 인해 압유의 일부가 유압제어밸브의 스풀과 밸브하우징의 틈새를 통해 누유됨으로써 붐, 아암 등의 작업장치가 자연 하강되는 현상이 발생한다. 따라서 건설중장비에 장착되는 유압시스템에는 작업장치가 작동되지 않는 중립 상태에서 자중에 의한 자연 하강현상이 발생되지 않도록 하기 위해 홀딩밸브가 사 용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 홀딩밸브가 사용되는 유압회로도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 홀딩밸브가 사용되는 유압제어밸브의 부분단면도를 도시한다.
종래 기술에 따른 유압제어밸브(100)는 밸브하우징(110)과, 밸브하우징(110) 내에 설치되며 파일럿신호압(a,b)에 의해 절환되어 압유의 유량과 방향을 제어하는 제어스풀(120)과, 홀딩밸브(130)를 포함하여 이루어진다. 밸브하우징(110)에는 유압펌프(2)와 연통되는 펌프통로(111)와, 오일탱크(4)와 연통되는 탱크통로(112)와, 유압실린더(3)에 연통되는 제1 및 제2 실린더통로(113,114)가 형성된다.
도시된 바와 같이 제어스풀(120)이 중립상태에 있으면 유압펌프(2)의 압유가 오일탱크(4)로 배출된다. 홀딩밸브(130)는 제2 실린더통로(114)와 제어스풀(120) 사이에 설치되는 홀딩포펫(131)과 홀딩포펫(131)의 배압챔버(134)에 압유를 공급 또는 차단하는 드레인밸브(132)를 포함하여 이루어지며, 제어스풀(120)이 중립상태에 있을 때에는 유압실린더(3)의 압유가 제2 실린더통로(114) 및 홀딩포펫(131)의 오리피스(133)를 경유하여 홀딩포펫(131)의 배압챔버(134)에 유입된다. 따라서 홀딩포펫(131)은 도면 상 하측으로 가압되어 유압실린더(3)의 압유가 누유되어 오일탱크(4)로 배출되지 않도록 하는 기능을 한다.
이 상태에서 제어스풀(120)의 좌우측 파일럿포트(120a,120b)에 파일럿신호압(a,b)이 작용하면 제어스풀(120)이 좌측 또는 우측으로 절환됨으로써 유압펌프(2)의 압유가 제1 실린더통로(113) 또는 제2 실린더통로(114)로 유입되어 유압실린더(3)를 구동한다.
제어스풀(120)의 우측 파일럿포트(120a)에 파일럿신호압(a)이 작용하여 제어스풀(120)이 좌측으로 절환되는 경우, 유압펌프(2)의 압유는 제1 실린더통로(113)로 유입되어 유압실린더(3)를 구동한다. 제어스풀(120)에 파일럿신호압(a)이 작용됨과 동시에 드레인밸브(132)에도 파일럿신호압(c)이 작용하여 드레인밸브(132)가 우측으로 절환됨으로써 홀딩포펫(131)이 열려 유압실린더(3)의 압유는 오일탱크(4)로 배출된다.
그런데 이 상태에서 제어스풀(120)이 중립위치로 절환되면 홀딩포펫(131)에 연결된 연결라인(115)이 차단되므로, 연결라인(115)과 제2 실린더통로(114)가 동일한 압력 상태에 놓인다. 이 때에 개방된 상태인 홀딩포펫(131)을 통해 유압실린더(3)로부터의 압유가 제2 실린더통로(114)와 연결라인(115)을 경유하여 제어스풀(120)에 작용하므로, 제어스풀(120)과 밸브하우징(110)을 통해 유압실린더(3)의 부하로 인한 누유가 발생한다. 발생되는 누유는 미세 누유가 아닌 다량의 누유로서 작업장치가 과도하게 자연 하강하게 하는 원인으로 작용한다.
작업장치가 자연 하강하는 가운데 연결라인(115)의 압유가 누설됨에 따라 연결라인(115)의 압력이 제2 실린더통로(114)의 압력보다 적어지면 홀딩포펫(131)이 다시 폐쇄되어 누유가 차단된다. 그러나 연결라인(115)의 압력이 제2 실린더통로(114)의 압력보다 떨어져 홀딩포펫(131)이 다시 폐쇄될 때까지는 시간 지연이 발생하며 그 동안 상당한 누유가 진행된다.
이와 같이 종래 유압제어밸브(100)에 있어서 홀딩밸브(130)의 응답속도가 느리기 때문에 유압실린더(3)가 과도하게 자연 하강되는 문제점을 해결하기 위해, 홀 딩포펫(131)의 오리피스(133)의 단면적을 증가시켜 배압챔버(134)로의 압유 공급을 늘리려는 시도가 있었으나 홀딩밸브(130)의 시간 지연 문제를 해결하는 근본적인 대책이 되지 못할 뿐만 아니라 오리피스(133) 단면적을 증가시키면 작업장치의 초기 작동 시 헌팅 현상이 발생하거나 배압챔버(134)의 압유 증가로 인해 배압이 상승하여 작동압력이 불안정해지는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 홀딩밸브의 응답성을 향상하여 유압실린더의 자연 하강량을 줄임으로써 안정성과 신뢰성이 향상된 유압제어밸브를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유압제어밸브에 홀딩밸브의 응답성을 향상시키는 오리피스스풀이 설치되어 유압실린더의 자연 하강량이 감소되도록 하는 유압제어밸브를 제공한다.
본 발명에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브는 유압펌프에 연통되는 펌프통로와 오일탱크에 연통되는 탱크통로와 유압실린더와 연통되는 제1 및 제2 실린더통로가 형성되는 밸브하우징과, 밸브하우징 내에 이동 가능하게 설치되어 중립위치에서는 펌프통로와 제1 및 제2 실린더통로의 연결을 차단하고 파일럿신호압이 가압되면 좌우로 이동되어 펌프통로와 탱크통로의 각각을 제1 및 제2 실린더통로의 어느 하나에 선택적으로 연결하는 제어스풀과, 제2 실린더통로와 제어스풀 사이에 설치되어 제어스풀이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로를 차단하여 유압실린더가 자연 하강되지 않도록 부하를 홀딩하는 홀딩밸브와, 제어스풀이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로의 압유를 연결라인을 통하여 탱크통로로 연결시키는 오리피스스풀을 포함한다.
오리피스스풀은 제어스풀의 표면에 소정 길이와 폭을 갖도록 가공에 의해 형성되는 노치부로 이루어진다.
오리피스스풀은 제어스풀의 내측에 소정길이 관통형성된 드레인 홀로 이루어진다.
또한 오리피스스풀은 제2 실린더통로 상에 설치되는 별도의 보조밸브에 의해 형성될 수 있다.
삭제
이하, 첨부 도면의 바람직한 실시예 들을 통하여, 본 발명에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브가 사용되는 유압회로도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브의 부분단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어밸브(1)는 밸브하우징(10)과, 밸브하우징(10) 내에 설치되는 제어스풀(20)과, 홀딩밸브(30)와, 오리피스스풀(40)(orifice spool; 일반적으로 노치(notch) 또는 홀(hole)로 구성된다)을 포함하여 이루어진다.
밸브하우징(10)에는 펌프통로(11), 탱크통로(12) 그리고 제1 및 제2 실린더통로(13,14)가 형성되는데, 펌프통로(11)는 압유를 토출하는 유압펌프(2)에 연통되고, 탱크통로(12)는 압유가 저장되는 오일탱크(4)와 연통되며, 제1 및 제2 실린더통로(13,14)는 유압실린더(3)와 연통된다.
제어스풀(20)은 밸브하우징(10) 내에 이동 가능하게 설치되며, 파일럿신호압(a,b)이 입력되면 밸브하우징(10)에 대하여 좌측 또는 우측 방향으로 이동되어 펌프통로(11)와 탱크통로(12)의 각각을 제1 및 제2 실린더통로(13,14)의 어느 하나에 선택적으로 연결한다. 또한 제어스풀(20)에 파일럿신호압(a,b)이 입력되지 않아 중립위치에 있을 때에는 제1 및 제2 실린더통로(13,14)는 펌프통로(11)로부터 차단되어 압유가 공급되지 않으므로 유압실린더(3)도 작동되지 않는 상태에 놓인다.
이와 같이 제어스풀(20)은 유압펌프(2)로부터의 압유를 유압실린더(3)에 공급/차단하거나 유압실린더(3)의 압유를 회수하여 오일탱크(4)로 배출함으로써 유압실린더(3)의 기동/정지 및 방향전환을 제어하는 기능을 수행한다.
홀딩밸브(30)는 밸브하우징(10)의 제2 실린더통로(14) 상에 설치되는 홀딩포펫(31)과 홀딩포펫(31)의 배압챔버(34)에 압유를 공급 또는 차단하는 드레인밸브(32)를 포함하여 이루어진다. 홀딩밸브(30)는 제어스풀(20)이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로(14)를 차단하여 유압실린더(3)의 부하를 홀딩함으로써 유압실린더(3)의 자연 하강이 발생되지 않도록 하는 기능을 수행한다.
오리피스스풀(40)은 제어스풀(20)이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로(14)의 압유를 연결라인(15)을 통하여 탱크통로(12)에 연결함으로써 홀딩밸브(30)의 응답성을 향상시키는 기능을 수행한다. 바람직하게는 밀링 등의 기계가공에 의해 제어스풀(20)의 표면에 소정 길이와 폭을 갖는 노치부(도 4에 도시됨), 또는 제어스플(20) 내측에 홀(도 5 에 도시됨)(제어스풀(20)을 이용하여 제2실린더통로(14)와 재생코어를 연결)을 천공하여 오리피스스풀(40)을 형성함으로써 제어스풀(20)이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로(14)의 압유가 재생코어를 경유하여 탱크통로(12)로 배출되게 할 수 있다. 이 경우 도면에는 미도시되었으나, 재생코어에서 탱크통로의 연결은 포펫으로 막혀 있는 듯 보이나, 포펫 내부를 가공하여 재생코어와 탱크통로를 연결한 상태이다.
또한 도시되어 있지 않으나, 오리피스스풀(40)을 제2실린더통로(14)에서 탱크통로(12)로 소정길이만큼 관통하도록 드레인 홀을 가공하여 형성하거나, 제2 실린더통로(14)와 제어스플(20) 중간에 별도의 보조밸브를 설치하여 형성되도록 할 수 있다.
상술한 구성으로 이루어지는 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제어스풀(20)에 파일럿신호압(a,b)이 입력되지 않아 중립상태에 있을 때에는 제1 및 제2 실린더통로(13,14)는 펌프통로(11)로부터 차단되어 유압펌프(2)의 압유가 유압실린더(3)에 공급되지 않으므로 유압실린더(3)가 작동되지 아니한다.
이 경우 유압실린더(3)로부터의 압유는 제2 실린더통로(14) 및 홀딩포펫(31)의 오리피스(33)를 경유하여 홀딩포펫(31)의 배압챔버(34)에 유입되며, 홀딩포펫(31)은 하측으로 가압되어 제2 실린더통로(14)를 차단함으로써 유압실린더(3)로부터의 압유가 오일탱크(4)로 배출되지 않는다. 따라서 홀딩밸브(30)는 유압실린더(3)의 부하를 홀딩하여 유압실린더(3)의 자연 하강이 발생되지 않도록 한다.
제어스풀(20)의 우측 파일럿포트(21)에 파일럿신호압(a)이 작용하면 제어스 풀(20)이 좌측으로 절환되어 펌프통로(11)는 제1 실린더통로(13)와 연결되어 유압펌프(2)로부터의 압유가 유압실린더(3)에 공급되어 유압실린더(3)가 구동된다. 제어스풀(20)에 파일럿신호압(a)이 인가될 때에는 홀딩밸브(30)의 드레인밸브(32)에도 파일럿신호압(c)이 작용하여 드레인밸브(32)가 우측으로 절환되어 홀딩포펫(31)이 열림으로써 제2 실린더통로(14)를 흐르는 유압실린더(3)의 압유는 홀딩포펫(31)을 경유하여 오일탱크(4)로 배출된다.
이 상태에서 제어스풀(20)이 중립위치로 절환되면 제어스풀(20)과 제2 실린더통로(14)를 연결하는 연결라인(15)이 오리피스스풀(40)에 의해 탱크통로(12)에 연결된다. 따라서 제어스풀(20)이 중립위치로 절환되면 연결라인(15)의 압유가 오일탱크(4)로 신속히 배출되어 연결라인(15)의 압력이 제2 실린더통로(14)의 압력보다 낮아지므로, 홀딩밸브(30)의 홀딩포펫(31)이 하측으로 이동하여 유압실린더(3)의 부하를 홀딩하는 기능을 수행한다.
즉 오리피스스풀(40)의 작용으로 인해 시간지연 없이 홀딩포펫(31)이 작동되어 홀딩밸브(30)가 유압실린더(3)의 부하를 홀딩하므로, 홀딩밸브(30)의 응답성이 현저히 향상되어 시간 지연으로 인한 유압실린더(3)가 과도하게 자연 하강되는 등의 현상이 발생되지 않는다.
상술한 바와 같은 본 발명의 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브에 따르면, 유압제어밸브에 설치되는 오리피스스풀에 의해 홀딩밸브의 응답성이 향상되므로 유압실린더의 자연 하강량이 감소하여 유압제어밸브의 안정성과 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 유압펌프(2)에 연통되는 펌프통로(11)와, 오일탱크(4)에 연통되는 탱크통로(12)와, 유압실린더(3)와 연통되는 제1 및 제2 실린더통로(13,14)가 형성되는 밸브하우징(10);
    상기 밸브하우징(10)내에 이동가능하게 설치되어 중립위치에서는 펌프통로(11)와 제1 및 제2 실린더통로(13,14)의 연결을 차단하고 파일럿신호압이 가압되면 좌우로 이동되어 펌프통로(11)와 탱크통로(12)의 각각을 제1 및 제2 실린더통로(13,14)의 어느 하나에 선택적으로 연결하는 제어스풀(20);
    상기 제2 실린더통로(14)와 제어스풀(20) 사이에 설치되어 제어스풀(20)이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로(14)를 차단하여 유압실린더(3)가 자연 하강되지 않도록 부하를 홀딩하는 홀딩밸브(30); 및
    상기 제어스풀(20)이 중립위치에 있을 때 제2 실린더통로(14)의 압유를 연결라인(15)을 통하여 탱크통로(12)로 연결시키는 오리피스스풀(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스스풀(40)은 제어스풀(20)의 표면에 소정 길이와 폭을 갖도록 가공에 의해 형성된 노치부로 이루어진 것을 특징으로 하는 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스스풀(40)은 상기 제어스풀(20)의 내측에 소정 길이 관통형성된 드레인 홀로 이루어진 것을 특징으로 하는 홀딩밸브의 응답성이 개선된 유압제어밸브.
  4. 삭제
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