KR100901145B1 - 유압 브레이커 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 유압 브레이커는, 유입구 및 유출구를 가지는 케이스; 치즐을 타격하기 위한 피스톤을 상하 이동 가능하게 수용하도록 상기 케이스 내에 마련되며, 피스톤 하단 수압면을 수용하는 제1실과 피스톤 상단 수압면을 수용하는 제2실을 구비하여, 상기 제1실은 상기 유입구와 상시 연통되고, 상기 제2실은 제어밸브에 의해 상기 유입구와 상기 유출구에 선택적으로 연통되어, 상기 제1실은 유입구로 연통되고 상기 제2실은 상기 유출구로 연통될 때 피스톤이 상향이동되고, 상기 제1실과 제2실이 모두 상기 유입구로 연통될 때 피스톤이 하향이동되도록 구성된 실린더; 및 상기 케이스 내에 설치된 밸브하우징과, 상기 밸브 하우징에 대해 승강 가능하게 설치되며 그 위치에 따라 상기 제2실을 상기 유입구 및 유출구로 선택적으로 연통 또는 차단하도록 구성된 밸브체를 구비한 제어밸브; 를 포함하며, 상기 밸브하우징은, 통형의 밸브부시와, 상기 밸브부시에 결합되며 상기 밸브부시의 내주면과 이격된 상태로 마주하도록 배치된 연장부를 가지는 밸브플러그로 이루어지고, 상기 밸브체는 통형으로 이루어져 있으며, 상기 밸브체는 각기 서로 다른 직경의 두개의 외주면과 두개의 내주면을 가지며, 상기 밸브체의 외주면은 상기 밸브부시의 내주면에 슬라이딩 가능하게 배치되며, 상기 밸브체의 내주면은 상기 밸브플러그의 연장부의 외주면에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 상기 밸브체의 상단수압면과 하단수압면은 상시 고압이 작용되며, 상기 밸브체의 내주면 단차부에 형성된 수압면은 상시 저압이 작용되며, 상기 밸브체의 외주면 단차부에 형성된 수압면 은 피스톤의 위치에 따라 고압과 저압이 선택적으로 작용되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유압 브레이커{Hydraulic breaker}

본 발명은 실린더 내부에 조립된 피스톤의 왕복이동에 의한 운동에너지가 그 피스톤의 하단에 설치된 치즐을 타격하여 충격에너지로 변환되고 그 충격에너지가 상기 치즐의 단부에 접촉된 대상물에 전달되어 그 대상물을 파쇄하는 유압 브레이커에 관한 것이다. 이러한 유압브레이커는 주로 콘크리트 파쇄나 석재 채굴현장에서 석재 채굴 또는 건물 철거공사 또는 도로공사 시에 파일박기 등에 사용된다.

일반적으로 피스톤 상단부에 형성된 가스실 내에 예컨대 질소 가스 등이 주입되고 피스톤의 하단에 치즐이 상기 피스톤의 중심축선과 동축상에 장착되는 유압 브레이커는 작동대기 상태에 있을 때는 상기 피스톤은 상기 가스실내의 가스 압력에 의해 하향으로 가압되어 피스톤 하단부가 치즐과 접촉되어 있는 하사점에 있게 된다. 그러나 유압브레이커가 작동되어 상기 피스톤 제1대경부의 하단에 형성된 제1실에 고압의 유체가 공급되면 상기 피스톤은 그 피스톤 상단부의 가스실에 충전된 가스를 압축하면서 상승하여 상사점에 도달하게 되며, 피스톤의 상사점 도달과 동시에 상기 고압의 유체는 대체로 실린더 몸체 중간부위에 형성된 밸브전환통로에 공급되며 이에 의해 밸브를 전환시킴으로서 피스톤 제2대경부의 상단에 형성된 제2 실을 고압으로 전환시킨다. 이 때, 제1실과 제2실 모두 고압이 작용되나 제2실에서 작용되는 피스톤의 하향력에 대한 수압면적이 제1실에서 작용되는 피스톤의 상향력에 대한 수압면적보다 크기 때문에 피스톤은 하향운동을 하게 되며, 여기에 가스실 내의 압축가스의 압력에 의한 하향력이 더해져 보다 빠른 속도로 하강하여 피스톤의 중심축선과 동축선상에 위치한 치즐의 상단면을 타격하게 되며 이에 의해 그 치즐 선단부에 접하고 있는 견고한 지반이나 바위 등에 고속 충격에너지를 전달함으로써 그 바위 등을 파쇄하도록 구성되며, 피스톤의 하강 이후 다시 밸브를 복귀시켜 상술한 피스톤의 상승 및 하강의 작동사이클을 ‘피스톤 상승’ → ‘밸브 상승’ → ‘피스톤 하강’ → ‘밸브 하강’의 순으로 순환 반복하며 작동된다.

이러한 유압브레이커는 상기 치즐에 충격에너지를 발생시키는 피스톤의 상하 반복 운동을 위하여 피스톤 외에 제어밸브와 다수의 유로를 구비하고 있으며, 피스톤과 제어밸브의 위치에 따라 그 유로를 유입구 또는 유출구에 선택적으로 연결시켜 고압 또는 저압 상태로 전환하여 이에 따라 피스톤과 제어밸브가 상호 순차적으로 반복 운동되도록 구성되어 있다.

도1 내지 도3은 종래의 유압브레이커(1)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도1 내지 도3을 참고하면 종래의 유압브레이커(1)는 외부의 유압동력원(미도시)으로부터 유체가 유입되는 유입구(11) 및 유입된 유체가 유출되는 유출구(12)를 가지는 케이스(2)를 포함하고 있다. 상기 케이스(2)내에는 피스톤(3)을 상하 이동가능하게 수용하는 공간인 실린더(4)와 제어밸브(6)가 조립되는 밸브보어(20)가 마련되어 있다.

상기 피스톤(3)은 상기 실린더(4) 내에 상하 슬라이딩 운동이 가능하도록 설치되며, 그 축을 따라 상부에서 하부로 내려오면서 복수의 단차를 가진다.

상기 피스톤(3)에 형성된 단차들에 의해 상기 실린더(4)와의 사이에 유체가 채워지는 제1실(41)과 제2실(42)이 형성되어 있다. 상기 제1실(41)은 피스톤(3)의 제1대경부(51)의 하단에 형성된 환형의 제1수압면(31)과 접하여 형성되고, 상기 제2실(42)은 피스톤의 제2대경부(52)의 상단에 형성된 환형의 제2수압면(32)과 접하여 형성되며, 상기 피스톤(3)의 각 단차부의 직경차이에 의해 상기 제2수압면(32)의 면적이 상기 제1수압면(31)보다 크게 되도록 형성되어 있다. 상기 제1실(41)은 상기 케이스(2) 내에 마련된 제1유로(21)를 통해 상기 유입구(11)와 상시 연통되어 있으며, 상기 제2실(42)은 상기 제어밸브(6)의 상태에 따라 상기 유출구(12) 또는 유입구(11)에 선택적으로 연통된다.

상기 실린더(4)에는 제1실(41)과 제2실(42) 사이에 상기 제어밸브(6)를 이동시키기 위한 실린더전환실(43)과 실린더저압실(44)이 마련되어 있다.

한편, 상기 제1실(41)과 제2실(42)에 같은 압력의 유압이 작용할 경우 상기 두 수압면의 면적 차이에 의해 상기 피스톤의 제1수압면(31)에 작용하는 상향력보다 상기 제2수압면(32)에 더 큰 힘의 하향력이 가해지게 된다. 한편, 상기 실린더(4)의 상단에는 상기 피스톤(3)과 이루는 공간에 예컨대 질소가스 등이 채워져 상기 피스톤에 하향의 힘을 작용시키는 가스압축실(9)이 마련되어 있고, 상기 피스톤 제1수압면(31)에 고압이 작용될 때 상기 피스톤(3)이 상기 가스압축실(9)을 압축하면서 상승할 수 있도록 적절한 압력의 가스가 충전되어 있다.

상기 제어밸브(6)는 밸브하우징(6a)과 밸브체(6b)를 포함하고 있다. 상기 밸브하우징(6a)은 상기 케이스(2)에 마련된 밸브보어(20) 내에 끼워져 조립되어 있으며, 상기 밸브체(6b)는 상기 밸브하우징(6a)의 내주면을 따라 슬라이딩 하면서 상하 이동이 가능하도록 되어 있다. 상기 밸브하우징(6a)과 상기 밸브체(6b) 사이에는 복수의 공간이 마련되며 그 공간들에 유입되는 유체에 의한 압력의 변화에 의해 상기 밸브체(6b)는 상하 이동하게 된다. 상기 밸브체(6b)의 위치에 따라 상기 유입구(11)로부터 유입된 유체가 상기 실린더(4)의 제2실(42)로 선택적으로 연통 또는 차단됨으로써 상기 제2실(42)의 압력 변화를 일으켜 상기 피스톤(3)이 상하 이동하게 된다.

상기 밸브체(6b)는 도3에서 도시한 바와 같이 밸브 제1 및, 제2, 제3외경(d1, d2, d3)의 서로 다른 세가지 직경의 외주면을 가지며, 상기 밸브체(6b)를 상하 이동시키기 위한 축방향의 압력을 받도록 네 개의 수압면 즉, 밸브하단수압면(aa1), 밸브상단수압면(aa2), 밸브전환실수압면(aa3) 및 밸브저압실수압면(aa4)이 형성되어 있다. 세 외주면의 각각의 직경은 d3 > d2 > d1 의 관계를 가지며, 이에 따라 상기 네 가지 수압면의 각각의 면적들은 aa2 > aa1 이며, aa1 + aa3 > aa2 인 관계를 가진다. 상기 밸브하단수압면(aa1)과 밸브상단수압면(aa2)은 상기 유입구(11)로 유입된 유체가 상시 작용되어 상시 고압인 상태를 유지하고, 상기 밸브저압실수압면(aa4)은 상기 케이스(2) 내에 마련된 제4유로(24)에 의해 상기 유출구(12)에 상시 연결되어 상시 저압인 상태를 유지한다. 따라서 밸브전환실수압면(aa3)에 저압인 상태에서 상기 유입구(11)를 통해 유체가 유입되면 상기 밸브하단수압면(aa1)과 밸브상단수압면(aa2)에 똑같은 고압이 작용하게 되는데, 밸브상단수압면(aa2)은 밸브하단수압면(aa1)보다 면적이 크므로 상기 밸브체(6b)는 면적차이에 의한 힘의 차이로 하향의 힘을 받아 하강 상태를 유지하게 된다. 이 상태에서 밸브전환실수압면(aa3)에 고압이 작용하게 되면 aa1 + aa3 > aa2의 관계에 의해서 상기 밸브체(6b)는 상향의 힘을 받아 상승 운동하게 된다.

도1에 도시된 바와 같이 상기 제어밸브(6) 내의 밸브체(6b)가 하강상태에 있게 되면 상기 제2실(42)은 상기 케이스(2)에 마련된 제2유로(22)와 상기 밸브체(6b)의 외주면에 마련된 홈(66)을 통해 상기 유출구(12)로 연통되게 되어 상기 피스톤 제2수압면(32)은 저압의 상태가 된다. 이 때 고압의 유체가 유입구(11)를 통해 유입되어 상기 제1유로(21)를 거쳐 상기 제1실(41)에 공급되면 상기 피스톤 제1수압면(31)에는 고압이 작용하게 되고 이 압력에 의한 상향력에 의하여 상기 피스톤(3)은 상기 가스압축실(9) 내의 압축가스를 더욱 더 압축하면서 상승하게 된다. 상기 피스톤(3)이 계속 상승하여 피스톤의 상사점에 이르러 도2에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 제1대경부(51)가 상기 실린더전환실(43) 위치까지 상승하게 되면 상기 실린더전환실(43)과 상기 제1실(41)이 서로 연통되게 되어, 상기 제1실(41)로 공급된 유체는 상기 케이스(2) 내에 마련된 제3유로(23)를 따라 밸브전환실(63)로 흐르게 되고 상기 밸브전환실수압면(aa3)에 고압이 작용하게 되어 상술한 바와 같이 상기 밸브체(6b)를 상향으로 이동시키게 된다. 상기 밸브체(6b)가 상방으로 이동하게 되면, 상기 유입구(11)로 유입된 유체가 상기 밸브체(6b)의 내주면과 외주면을 관통하여 형성된 다수개의 관통공(65)을 통해 상기 제2유로(22)를 거쳐 상기 제2실(42)로 공급된다. 결국 상기 유입구(11)와 상기 제1실(41), 제2실(42)은 모두 연통되어 고압의 상태로 되며 이 경우 상술한 바와 같이 피스톤 제1수압면(31)과 제2수압면(32)의 면적차이에 의해 피스톤 제2수압면(32)에 작용하는 하향력이 피스톤 제1수압면(31)에 작용하는 상향력보다 크게 되므로 상기 피스톤(3)은 하향으로 운동하게 된다. 상기 피스톤(3)이 하향 운동하면서 상기 제1실(41)에서 배출된 유체는 상기 유입구(11)로 공급된 유체와 더해져서 상기 관통공(65)과 상기 제2유로(22)를 통해 상기 제2실(42)로 재공급된다.

상기 피스톤(3)이 하강하여 하사점에 도달하면 상기 피스톤(3)의 하단면이 상기 케이스(2)의 하부에 설치된 치즐(8)의 상단면을 타격하게 되고, 상기 치즐(8)을 통하여 상기 치즐(8)의 하단에 접촉되어 있는 대상물(미도시)에 고속의 충격에너지를 가하여 대상물을 파쇄하게 된다.

상기 피스톤(3)이 도1에서의 피스톤 위치와 같이 하사점까지 하강하게 되면 상기 피스톤(3)의 제1대경부(51)와 제2대경부(52) 사이에 형성된 피스톤소경부(53)가 상기 실린더전환실(43)과 상기 실린더저압실(44)을 연통시켜 상기 밸브전환실(63)내의 고압의 유체가 상기 제3유로(23)와 제4유로(24)를 통해 상기 유출구(12)로 빠져나가게 되므로 상기 밸브전환실수압면(aa3)에 작용하였던 고압이 저압으로 반전되어, 상술한 바와 같이 상기 밸브상단수압면(aa2)과 밸브하단수압면(aa1)에 상시 작용하는 고압에 의해 상기 밸브체(6b)는 하향 이동하여 도1에서와 같이 최초 상태로 복귀하게 된다. 또한, 상기 밸브체(6b)가 하강하면 최초 상기 피스톤(3)이 상승하기 이전의 상태가 되므로 상술한 바와 같이 상기 밸브체(6b)에 의 해 상기 제2유로(22)가 상기 홈(66)을 통해 다시 상기 유출구(12)로 연결되어 저압인 상태가 된다. 따라서 상기 제1실(41)의 압력에 의해 상기 피스톤(3)이 다시 상향 이동하게 된다. 이러한 과정을 순환 반복하면서 상기 유압브레이커(1)는 피스톤(3)을 왕복 운동시켜 상기 치즐(8)을 타격함으로써 대상물에 충격에너지를 전달하게 된다.

이러한 구조의 종래의 유압브레이커(1)는 제어밸브(6)를 구성함에 있어, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 밸브체(6b)의 운동공간을 형성하는 상기 밸브하우징(6a)이 2개의 부재 즉, 밸브부시(61)와 밸브플러그(62)로 이루어지며, 상기 밸브부시(61)와 상기 밸브플러그(62)는 동축상에 일렬로 배치되어 상기 밸브체(6b)의 외주면이 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62)의 내주면과 동시에 접촉하면서 슬라이딩 되도록 배치되어 있다. 이는 상기 밸브체(6b)에서 직경이 d3인 가장 큰 외주면이 직경이 더 작은 나머지 두 외주면 즉, 직경이 d1인 외주면과 직경이 d2인 외주면 사이에 배치되므로 상기 밸브체(6b)를 상기 밸브하우징(6a)내에 조립 가능하기 위해서는 상기 밸브하우징(6a)을 두개의 부재로 나눌 수밖에 없기 때문이다.

상기 밸브체(6b)의 외주면은 상기 밸브부시(61) 및 밸브플러그(62)의 내주면과 통상 수십 μm 정도의 매우 작은 틈새를 가지면서 슬라이딩 되게 되는데, 틈새가 너무 작으면 상기 밸브체(6b)의 슬라이딩이 원활하지 않게 되고, 반대로 틈새가 너무 크면 틈새에서의 유체의 누설 유량이 많아져서 유압브레이커의 효율이 떨어지게 된다. 또한, 상기 밸브부시(61) 및 밸브플러그(62)의 각 중심축이 동축을 이루지 못할 경우 상기 두 부재의 내주면이 상호 어긋나게 배치됨으로 인하여 상기 밸 브체(6b)와의 슬라이딩 틈새가 균일하게 형성되지 못하여 상기 밸브체(6b)의 슬라이딩이 원활하지 않게 된다. 물론, 상기 밸브보어(20)내에 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62)를 틈새를 두지 않고 억지 조립할 경우 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62)간의 어긋남을 방지할 수는 있으나 이 경우 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62), 밸브체(6b)의 분해 조립이 매우 어렵게 되고, 분해 조립하는 과정에서 상기 밸브보어(20)와 상기 밸브부시(61) 및 밸브플러그(62)가 접촉하는 원통면이 손상되는 문제가 발생하게 된다. 따라서 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62)는 상기 밸브보어(20)에 조립 및 분해가 가능하면서 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62)간의 상호 어긋남이 상기 밸브체(6b)와의 슬라이딩 틈새보다 더 작게 되도록 상기 밸브보어(20)내에 최대한 작은 틈새를 가지며 조립되어야 한다.

또한, 상기 밸브보어(20)의 내경이 허용치보다 크게 가공되어 상기 밸브부시(61) 및 밸브플러그(62)와의 조립 틈새가 커져서 헐겁게 조립된 경우 외에 상기 밸브보어(20)의 원통도가 정밀하지 않아 원통면이 휘어진 형태 또는 나팔형태로 가공된 경우에도 상기 밸브보어(20)내에 일렬로 조립되는 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62) 간의 중심축이 허용치 이상으로 어긋나게 되어 상기 밸브체(6b)가 원활히 슬라이딩할 수 없게 되고, 상기 밸브체(6b)의 외주면과 상기 밸브부시(61) 또는 밸브플러그(62)의 내주면 사이에 금속간 마찰로 인한 마모가 발생되어 부품 수명이 짧아지는 문제가 있으며, 심한 경우 소착이 발생되어 유압브레이커의 작동이 불가능해지는 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 밸브플러그(62)와 상기 밸브체(6b)간의 슬라이딩 틈새를 상기 밸브부시(61)와 상기 밸브 체(6b)간의 슬라이딩 틈새보다 일정량 크게 하여 상기 밸브플러그(62)가 상기 밸브부시(61)에 대하여 동심도가 다소 어긋나게 조립되더라도 상기 밸브체(6b)와 상기 밸브플러그(62)간의 금속간 마찰을 방지하여 이로 인한 마모나 소착 발생을 줄일 수 있으나, 이 경우 상기 밸브체(6b)와 상기 밸브플러그(62)간의 슬라이딩 틈새가 커짐으로써 누유 증가로 인해 브레이커의 작동 효율이 떨어지는 문제점이 생기게 된다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위해서는 상기 밸브보어(20)를 비롯하여 상기 밸브부시(61)와 밸브플러그(62), 밸브체(6b)의 모든 내?외주면이 치수는 물론이고 각각의 원통면의 진원도와 원통도 외에 상호간의 동심도와 평행도 등 제반 형상공차들이 매우 정밀하게 유지되도록 가공되어야 하는데, 도3에 도시한 바와 같이 상기 밸브체(6b)와 밸브부시(61), 밸브플러그(62)는 형상이 축대칭이며 크기가 작기 때문에 일반적인 소형 원통연마가공 설비를 이용하여 저렴한 비용으로 정밀가공이 용이하게 이루어질 수 있는 반면, 상기 밸브보어(20)가 마련된 상기 케이스(2)는 상대적으로 크기가 크고 상기 밸브보어(20)가 상기 케이스(2)의 무게중심축에서 편심되어 위치하므로 일반적인 가공방법으로는 정밀한 가공이 매우 어렵다. 상기 밸브보어(20)를 정밀하게 가공하기 위한 방법으로서, 상기 케이스(2)에 있어서 상기 밸브보어(20)의 중심축선에 대하여 편심된 중량만큼 상기 실린더(4)의 맞은편에 카운터웨이트를 부착하여 상기 케이스(2)의 중량분포가 대칭으로 되게끔 하여 원통연마를 하거나 또는 상기 케이스(2)를 고정하고 지그그라인딩을 하는 방법이 이용되고 있으나 이러한 가공방법은 대체로 고가의 대형 연마가공 설비를 사용하여야 하므로 가공비가 비싸지고 가공시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

이상과 같이 종래의 유압브레이커는 상기 밸브체(6b)의 슬라이딩을 가이드 하는 상기 밸브하우징(6a)의 내주면이 상기 밸브보어(20) 내에 일정한 조립틈새를 가지고 일렬로 순차 조립되는 상기 밸브부시(61)와 상기 밸브플러그(62)의 각각의 두 내주면으로 분리되어 형성됨으로 인하여, 상기 밸브보어(20)와 상기 밸브부시(61) 및 밸브플러그(62)의 가공정밀도에 따라 상기 밸브하우징(6a)의 내주면의 형상 정밀도가 크게 좌우되게 되므로, 상기 밸브보어(20)와 밸브부시(61) 및 밸브플러그(62) 간의 조립틈새와 각 원통면의 원통도를 정밀하게 유지하지 못할 경우 상기 밸브체(6b)의 작동성과 내구성이 저하되는 문제점이 있으며, 상기 제어밸브(6)의 내구성과 브레이커의 효율을 높이기 위해서는 많은 비용과 시간을 들여 정밀한 가공이 수반되어야 하는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 밸브체의 외주면과 내주면에 각기 슬라이딩 가능하게 접촉되는 밸브부시와 밸브플러그로 상기 밸브체의 슬라이딩을 가이드 하는 밸브하우징을 구성하여 상기 밸브체의 각 슬라이딩 가이드 면을 일체로 형성함으로써 상기 가이드면의 어긋남으로 인하여 발생되는 슬라이딩 부품간의 마모, 소착으로 인한 고장을 방지하여 브레이커의 작동 안정성과 내구성을 향상시키고, 상기 밸브체와 밸브하우징 간의 슬라이딩 틈새를 더 작게 하여 제어밸브에서의 누유를 최소화함으로써 브레이커의 성능과 효율을 향상시키고, 아울러 상기 밸브보어를 일반적인 보링가공만으로 가공할 수 있게 하여 제조비용이 절감되는 유압 브레이커를 제공함에 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유압 브레이커는, 유입구 및 유출구를 가지는 케이스와 치즐을 타격하기 위한 피스톤을 상하 이동 가능하게 수용하도록 상기 케이스 내에 마련되며, 피스톤 하단 수압면을 수용하는 제1실과 피스톤 상단 수압면을 수용하는 제2실을 구비하여, 상기 제1실은 상기 유입구와 상시 연통되고, 상기 제2실은 제어밸브에 의해 상기 유입구와 상기 유출구에 선택적으로 연통되어, 상기 제1실은 유입구로 연통되고 상기 제2실은 상기 유출구로 연통될 때 피스톤이 상향이동되고, 상기 제1실과 제2실이 모두 상기 유입구로 연통될 때 피스톤이 하향이동되도록 구성된 실린더; 및 상기 케이스 내에 설치된 밸브하우징과, 상기 밸브 하우징에 대해 승강 가능하게 설치되며 그 위치에 따라 상기 제2실을 상기 유입구 및 유출구로 선택적으로 연통 또는 차단하도록 구성된 밸브체를 구비한 제어밸브; 를 포함하는 브레이커에 있어서

상기 밸브하우징은, 통형의 밸브부시와, 상기 밸브부시에 결합되며 상기 밸브부시의 내주면과 이격된 상태로 마주하도록 배치된 연장부를 가지는 밸브플러그로 이루어지고,

상기 밸브체는 통형으로 이루어져 있으며,

상기 밸브체는 각기 서로 다른 직경의 두개의 외주면과 두개의 내주면을 구비하여, 상기 밸브체의 외주면은 상기 밸브부시의 내주면에 슬라이딩 가능하게 배치되며, 상기 밸브체의 내주면은 상기 밸브플러그의 연장부의 외주면에 슬라이딩 가능하게 배치되고,

상기 밸브체의 밸브상단수압면(A2)과 밸브하단수압면(A1)은 상기 유입구와 상시 연통된 유실에 상시 고압이 작용되며, 상기 밸브체의 두 내주면 단차부에 형성된 밸브저압실수압면(A4)은 상시 저압이 작용되며, 상기 밸브체의 두 외주면 단차부에 형성된 밸브전환실수압면(A3)은 피스톤의 위치에 따라 고압과 저압이 선택적으로 작용되도록 구성된 점에 특징이 있다.

상기 밸브체는 외주면에 각기 상단 및 하단 슬라이딩 원통면이 단차를 이루어 형성되고, 내주면에 각기 상단 및 하단 슬라이딩 원통면이 단차를 이루어 형성되어 상단면에 형성되는 밸브상단수압면(A2)과 하단면에 형성되는 밸브하단수압면(A1), 외주면 단차부에 형성되는 밸브전환실수압면(A3)이 A2 > A1이면서, 동시에 A2 < (A1+A3)의 관계가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 밸브체의 상하 운동을 제어하기 위한 상기 밸브체의 외주면과 내주면을 관통하는 구멍이 형성되어 있으며,

상기 밸브체의 상하 운동을 제어하기 위한 상기 밸브플러그의 외주면과 내주면을 관통하는 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 밸브체가 일정높이 이상 상승한 상태에서 밸브상실과 밸브전환실을 연통시키는 상승유지용 오리피스가 형성되어 있으며,

상기 밸브체의 외주면에 상기 밸브체가 완전히 하강한 상태에서는 상기 밸브전환실과 상기 유출구를 연통시키며, 상기 밸브체가 일정 거리만큼 이동시에는 상기 밸브전환실과 상기 유출구를 연통시키지 않도록 하는 누유배출용 오리피스가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 밸브플러그에는 유체가 통과하도록 상하방향으로 관통되어 형성된 제1유로가 형성되어 있으며,

상기 케이스에는 상기 제어밸브와 이격된 위치에 우회유로가 형성되어 있으며,

상기 유입구를 통해 유입된 유체는 상기 제1유로와 상기 우회유로로 나뉘어져 유동된 후 합류되어 상기 제1실로 유입될 수 있도록 구성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유압 브레이커는 상술한 바와 같이 종래의 유압 브레이커에 비하여 상기 밸브체가 상기 밸브부시의 내주면을 접촉하면서 슬라이딩하는 동시에 상기 밸브플러그의 외주면을 접촉하면서 슬라이딩하므로 상기 밸브체와 상기 밸브부시 및 상기 밸브플러그 간에 발생하는 공차를 작게 유지할 수 있어서 누유문제가 제거되어 상기 제어밸브의 성능이 향상된다. 또한, 상기 밸브체와 상기 밸브부시, 상기 밸브플러그가 상기 본체부(301)에 마련된 상기 제어밸브의 조립부와 독립적으로 슬라이딩 면을 형성함으로써 상기 제어밸브의 내구 품질이 현저하게 향상되는 효과가 있다.

한편, 본 실시예서와 같이 상기 유입구를 통하여 공급된 유체가 상기 우회유로 및 상기 제1유로를 통하여 상기 제1실에 유체를 공급하게 되며, 상기 제2실로 통하는 제3유로와 연결되는 유체의 공급경로가 복수개가 되므로 유체의 공급속도 및 압력 손실이 적어져서 상기 피스톤의 상승 및 하강행정 속도가 증가하게 된다. 따라서 단위시간당 타격수와 타격에너지를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 밸브체와 상기 밸브플러그의 연장부에 형성된 외주면과 내주면을 관통하는 관통유로의 크기를 조절하여 상기 밸브저압실과 상기 밸브상실의 압력을 조절하여 상기 밸브체의 하강시작 시점을 지연시킴과 동시에 상기 밸브저압실과 상기 밸브상실의 압력변화속도를 느리게 함으로써 상기 밸브체의 하강속도를 느리게 조절함으로써 타격력이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 밸브체에 상기 누유배출용 오리피스와 상기 상승유지용 오리피스를 마련함으로써 고온에서 상기 밸브전환실의 압력의 비정상적인 변화를 방지하여 상기 유압 브레이커의 성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 브레이커의 개략적 단면도로서 유압브레이커의 피스톤과 밸브가 모두 하강한 상태를 도시한 도면이며, 도5는 도4에 도시된 유압브레이커에서 피스톤이 상승한 상태에서의 개략적 단면도이며, 도6은 도5에 도시된 유압 브레이커에서 밸브체가 상승한 상태를 도시한 도면이고, 도7은 도6의 유압브레이커에서 피스톤이 다시 하강한 상태를 도시한 도면이다. 도8은 도4에 도시된 유압브레이커에서 제어밸브만을 발췌하여 도시한 도면이며, 도9는 도8에 도시된 제어밸브에서 밸브체만을 발췌하여 도시한 도면이다. 각 도면에서 화살표로 표기된 것은 유체의 흐름을 도식적으로 보여주는 것이다.

도4 내지 도9를 참조하면, 본 실시예의 유압 브레이커(100)는 케이스(300)와, 실린더(310)와, 피스톤(200)과, 제어밸브(400)를 포함하고 있다.

상기 케이스(300)는 크게 본체부(301)와 백헤드(302), 프론트헤드(303)의 세부분으로 구성된다.

상기 본체부(301)의 내부에는 피스톤(200)을 수용하는 공간인 실린더(310)와 제어밸브(400)를 수용하는 공간인 밸브보어(320)와 그 공간부를 연결하는 복수의 유로가 마련되어 있다. 상기 백헤드(302)는 상기 본체부(301)의 위쪽에 연결되어 볼트 등에 의해 결합되어 있다. 상기 프론트헤드(303)는 상기 본체부(301)의 아래쪽에 볼트 등에 의해 결합되어 있으며, 그 내부에 피파쇄물에 충격을 전달하기 위한 치즐(500)이 설치되어 있다. 상기 프론트헤드(303)에는 상기 치즐(500)의 상부 와 연결되어 피스톤(200)의 하단부(204)를 수용하기 위한 공간이 마련되어 있다. 상기 케이스(300)에는 유입구(101) 및 유출구(102)가 마련되어 있다. 상기 유입구(101)는 외부의 유압 공급원으로부터 상기 케이스(300) 내의 공간으로 유체가 유입되는 곳이다. 상기 유출구(102)는 상기 유입구(101)를 통해 유입된 유체가 상기 케이스(300) 밖으로 유출되는 곳이다. 일반적으로 상기 피스톤(200)과 케이스(300)는 합금강 등의 금속재질로 이루어져 있다.

상기 케이스(300)내에 마련되어 있는 상기 실린더(310)는 상기 피스톤(200)을 상하 이동 가능하게 수용하도록 되어 있다. 상기 실린더(310)의 상부에는 가스압축실(600)이 마련되어 있다. 상기 가스압축실(600)은 피스톤(200)의 상단부(205)에 의해 폐쇄된 공간을 이루며, 그 공간 내에는 질소 가스 등이 충전되어 있다. 따라서 상기 피스톤(200)은 상기 가스압축실에 충전된 가스에 의해 압력을 받아 항상 하향의 방향으로 힘을 받고 있다. 상기 피스톤(200)에는 동일한 직경을 가지며, 상기 실린더(310)의 내주면에 접촉하여 슬라이딩 하는 2개의 대경부, 즉 제1대경부(201)와 제2대경부(202)가 형성되어 있으며, 상기 제1 및 제2대경부(201,202) 사이에는 직경이 이보다 작은 피스톤 소경부(203)가 형성되어 있다. 도4에 도시된 제1실(311)과 제2실(312)은 각기 상기 피스톤 하단부(204)와 제1대경부(201), 상기 피스톤 상단부(205)와 제2대경부(202)의 직경차이에 의해 상기 실린더(310)와 상기 피스톤(200)의 사이에 형성된 공간이다.

상기 제1실(311)은 상기 본체부(301) 내에 마련된 제1유로(P1)를 통해 상기 유입구(101)에 상시 연통되어 상시 고압의 상태를 유지하고, 상기 제2실(312)은 제 3유로(P3)를 거쳐 상기 제어밸브(400)에 의해 상기 유입구(101) 또는 유출구(102)에 선택적으로 연통되어 고압 또는 저압으로 선택적으로 전환된다. 한편, 상기 피스톤 상단부(205)는 상기 피스톤 하단부(204) 보다 더 작은 직경으로 형성되어 있어서, 상기 피스톤 상단부(205)와 상기 제2대경부(202)의 단차부에 환형으로 형성되는 제2수압면(212)은 상기 피스톤 하단부(204)와 상기 제1대경부(201)의 단차부에 환형으로 형성되는 제1수압면(211) 보다 더 큰 면적을 가진다. 따라서 상기 제1수압면(211)과 접하는 상기 제1실(311)과 상기 제2수압면(212)과 접하는 제2실(312)에 동일한 압력이 가해지더라도 파스칼의 원리에 따라 상기 제2수압면(212)에서 상기 피스톤(200)을 하방으로 미는 힘이 상기 제1수압면(211)에서 상기 피스톤(200)을 상방으로 미는 힘보다 커지게 된다. 그러므로 상기 제1실(311)과 제2실(312)에 동일한 유압이 가해지면 상기 피스톤(200)은 하향이동 하게 된다. 이러한 작동원리에 의해, 상기 제2실(312)이 상기 유출구(102)에 연통되어 저압의 상태가 되면 상기 피스톤(200)은 상향이동 하게 되는 반면, 상기 제2실(312)이 상기 유입구(101)와 연통되어 고압으로 전환되면 상기 피스톤(200)은 하향이동 하게 된다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 제어밸브(400)는 상기 실린더(310)와 이격되게 설치되어 있다. 또한 도8을 참조하면, 상기 제어밸브(400)는 밸브하우징(410)과 밸브체(420)를 포함하고 있으며, 상기 밸브하우징(410)은 2개의 부재가 결합되어 이루어져 있다. 즉, 밸브부시(411)와 그 밸브부시(411)의 내측에 설치된 밸브플러그(412)가 결합되어 상기 밸브하우징(410)을 이루고 있다. 상기 밸브부시(411)와 상기 밸브플러그(412)는 내부가 비어있는 원통형의 부재로서 원통면에 유체를 통과 시키기 위한 다수의 구멍이 내외부를 관통하여 형성되어 있다. 더 구체적으로 상기 밸브플러그(412)에는 상기 구멍으로서 도 4에 도시된 바와 같이 제4관통유로(434)가 마련되어 있다. 상기 밸브플러그(412)의 내부 공간에는 제1유로(P1)가 통과하고 있다. 상기 밸브플러그(412)는 몸체부(413)와 연장부(414)를 구비하고 있다. 상기 연장부(414)는 상기 밸브부시(411)에 결합되며 상기 밸브부시(411)의 내주면과 이격된 상태로 마주하도록 배치되어 있다. 상기 연장부(414)는 상기 몸체부(413)로부터 하측으로 연장되어 있다. 상기 연장부(414)의 외경은 상기 몸체부(413)의 외경보다 작게 형성되어 있다. 상기 밸브부시(411)는 상기 연장부(414)의 외주면과 이격되는 내주면을 가지도록 배치되어 있다. 상기 밸브플러그(412) 및 상기 밸브부시(411)는 상기 케이스(300)내에 고정되어 있다.

상기 밸브체(420)는, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 내부가 비어 있는 통형상이다. 상기 밸브체(420)는 상기 밸브하우징(410)에 대해 승강 가능하게 설치되어 있다. 더 구체적으로는, 상기 밸브체(420)의 외주면은 상기 밸브부시(411)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 배치되어 있으며, 동시에 상기 밸브체(420)의 내주면은 상기 밸브플러그(412)의 연장부(414)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 배치되어 있다. 상기 밸브체(420)는, 도9에서 보는 바와 같이, 서로 크기가 다른 직경(D1, D2)을 가지는 두 원통면으로 이루어진 내주면과 서로 다른 크기의 직경(D3, D4)의 두 원통면으로 이루어진 외주면을 가지며, 직경이 D1인 내주면과 직경이 D3인 외주면의 하단면에 밸브하단수압면(A1)이 형성되고, 직경이 D2인 내주면과 직경이 D4인 외주면의 상단면에 밸브상단수압면(A2)이 형성되며, 직경이 각기 D3과 D4인 외주면 의 단차부에 환형으로 형성되는 밸브전환실수압면(A3)과 직경이 각기 D1과 D2인 내주면의 단차부에 형성되는 환형의 밸브저압실수압면(A4)을 가진다. 상기 밸브체(420)의 내외주면의 각 직경에 대하여 D1 < D2 < D3 < D4의 관계를 가지며, 또한 각 수압면적에 대하여 A1 < A2 이며, 동시에 A2 < A1+A3 의 관계가 성립하도록 구성되어 있다.

도4에서 도시한 바와 같이, 상기 밸브하단수압면(A1)은 상기 유입구(101)와 연통된 상기 제1유로(P1)에 상시 접하여 있다. 상기 밸브상단수압면(A2)에 접하여 상기 밸브체(420)와 상기 밸브부시(411) 및 상기 밸브플러그(412)에 둘러싸여 형성된 공간인 밸브고압실(421)은 상기 밸브플러그(412)의 연장부(414)에 마련된 제4관통유로(434)를 통해 상기 제1유로(P1)에 상시 연통되어 있다. 상기 밸브저압실수압면(A4)과 접하여 상기 밸브체(420)의 내주면의 단차부와 상기 밸브플러그(412)의 외주면의 단차부에 의해 형성된 밸브저압실(422)은 상기 밸브체(420)에 구비된 제5관통유로(435)와 상기 밸브부시(411)의 제2관통유로(432)를 통해 상기 유출구(102)에 상시 연통되어 있다. 한편, 상기 밸브부시(411)의 내주면 단차부와 상기 밸브체(420)의 외주면의 단차부에 의해 형성되어 상기 밸브전환실수압면(A3)과 접하는 공간인 밸브전환실(423)은 상기 본체부(301) 내에 구비된 제4유로(P4)를 통해 상기 실린더(310)의 실린더전환실(313)과 연통되어 있다.

따라서 상기 밸브하단수압면(A1)과 상기 밸브상단수압면(A2)은 상시 고압이 가해지는 상태가 되고, 상기 밸브저압실수압면(A4)은 상시 저압의 상태를 유지하며, 상기 밸브전환실수압면(A3)은 상기 실린더전환실(313)의 상태에 따라 선택적으 로 고압 또는 저압이 가해지게 된다. 상기 밸브저압실수압면(A4)은 상시 저압이므로 상기 밸브저압실수압면(A4)에 가해지는 힘은 미미하다. 그러므로 상기 밸브전환실(423)이 저압인 상태에서는 A1 < A2 의 관계에 의해 밸브상단수압면(A2)에 밸브하단수압면(A1)보다 큰 힘이 작용하므로 상기 밸브체(420)는 하향으로 힘을 받게 되고, 상기 밸브전환실(423)이 고압으로 전환되면 A2 < A1+A3 의 관계에 의해 밸브상단수압면(A2)에 작용하는 힘보다 밸브하단수압면(A1)과 밸브전환실수압면(A3)에 작용하는 힘의 합이 더 크게 되어 상기 밸브체(420)가 상향이동 하게 된다.

상기 밸브체(420)는 그 위치에 따라 상기 제2실(312)을 상기 유입구(101) 또는 상기 유출구(102)로 선택적으로 연통시킨다.

상기 밸브체(420)는 상기 밸브부시(411)와 상기 밸브플러그(412)의 연장부(414) 사이에 형성된 공간에 배치되어 상기 밸브부시(411)의 내주면에 접촉하고 상기 연장부(414)의 외주면에 접촉하면서 슬라이딩하도록 설치되어 있다. 상기 밸브체(420) 및 상기 밸브하우징(410)에는 다수의 구멍이 형성되어 있으며, 그 구멍들을 통하여 상기 제2실(312)이 상기 유입구(101) 또는 상기 유출구(102)로 연통시키는 유로와 상기 제어밸브(400)의 상하 운동을 제어하는 유로가 형성되어 있다. 상기 밸브체(420)에 형성된 구멍의 구체적인 실시예로서 도 4에 도시된 바와 같이 제5관통유로(435)가 마련되어 있다.

상기 케이스(300)에는 복수의 유로가 마련되어 있다. 그 유로들 중 주요한 몇 가지의 유로의 연결구조는 다음과 같다.

제1유로(P1)는 상기 유입구(101)로부터 상기 제어밸브(400)를 관통하여 상기 제1실(311)에 이르는 유체의 통로이다. 상기 제1유로(P1)는 항상 개방되어 있어 상기 제1실(311)은 상시 상기 유입구(101)에 연통되어 있다..

우회유로(P5)는 상기 유입구(101)측 제1유로(P1)에서 분기 되어 상기 제어밸브(400)와 이격된 위치에 배치되며, 상기 제어밸브(400)를 우회하여 상기 제1유로(P1)와 합류하는 유체의 통로이다. 결국, 상기 유입구(101)를 통해 유입된 유체는 상기 제1유로(P1)와 상기 우회유로(P5)로 나뉘어져 유동된 후 합류되어 상기 제1실(311)로 유입될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 제어밸브(400)와 상기 실린더(310)측 간에는 3개의 유로가 마련되어 있다. 제2유로(P2)는 상기 유출구(102)에 연결된 밸브저압실(422)과 상기 실린더(310)의 대경부들(201, 202) 사이에 마련된 실린더 저압실(314)을 연결하는 유체의 통로이다. 제4유로(P4)는 밸브전환실(423)과 상기 실린더(310)의 대경부들(201, 202) 사이에 마련된 실린더 전환실(313)을 연결하는 유체의 통로이다. 제3유로(P3)는 상기 제1유로(P1)로부터 상기 밸브체(420)를 지나 상기 제2실(312)에 연결된 유체의 통로이다.

이하, 이러한 구성을 가지는 유압 브레이커(100)의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예의 유압 브레이커(100)를 작동시켜 상기 피스톤(200)을 상하이동시킴으로써 발생된 운동에너지를 그 피스톤(200)의 하단부에 그 피스톤(200)의 중심축선에 동축적으로 설치된 치즐(500)의 단부를 타격하는 충격에너지로 전달하는 과정을 예로 들어 유압 브레이커(100)의 작용을 서술하기로 한다.

먼저, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 유압 브레이커(100)의 피스톤(200)이 하사점에 위치하여 있는 상태로부터 서술을 시작한다.

상기 피스톤(200)이 하사점에 위치한 상태에서 상기 실린더(310) 내의 유로에는 유체가 모두 채워져 있으며 그 유체에 따른 압력은 일정하게 유지되고 있는 상태에서, 상기 유압 브레이커(100)를 작동시키면, 상기 유입구(101)를 통하여 유체가 상기 케이스(300)내로 유입되며, 항상 열려있는 상기 제1유로(P1) 및 상기 우회유로(P5)를 통해 유체는 상기 제1실(311)로 흐르게 된다. 이 과정에서 상기 제어밸브(400)의 상태는 밸브 상단수압면(A2)과 밸브 하단수압면(A1)에 압력이 가해지고, 밸브전환실 수압면(A3)과 밸브저압실 수압면(A4)은 저압을 유지함에 따라 상기 밸브체(420)가 하단에 위치하고 있으며, 상기 유입구(101)로 유입된 유체는 상기 제2유로(P2), 제3유로(P3) 및 제4유로(P4)가 상기 밸브체(420)에 의해 차단되어 있으므로 모두 상기 제1실(311)로 흐르게 된다. 이 상태에서 상기 피스톤(200)은 상기 가스압축실(600)에 의한 하향 압력 때문에 하사점에 있게 되며, 상기 제1실(311)에 유입되는 유체에 의해 상기 가스압축실(600)에 의한 하향 압력보다 큰 압력이 상기 제1실(311)에 발생하게 되면, 상기 피스톤(200)은, 도5에 도시된 바와 같이, 상향이동하게 된다.

상기 피스톤(200)이 상사점에 도달하면, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 제1실(311)과 제4유로(P4)가 연통되고 제1실(311)에 유입된 유체는 상기 제4유로(P4)를 통해 상기 밸브전환실(423)에 압력을 가하게 된다. 따라서, 상기 밸브전환실(423)에 가해진 압력에 의해 A2 < (A1+A3) 관계에 따라 상기 밸브체(420)는 상기 밸브부시(411)의 내주면 및 상기 밸브플러그(412)의 외주면과 동시에 접촉하면서 상승하게 된다. 상기 밸브체(420)가 상향이동하게 되면, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 제3유로(P3)가 개방되어 상기 제1유로(P1)로부터 상기 제2실(312)에 유체가 공급된다. 따라서 상기 제1실(311)과 제2실(312)의 압력이 동일하게 된다. 상기 제1실(311)과 상기 제2실(312)의 압력이 동일하게 된 경우 앞서 상술한 바와 같이 상기 피스톤(200)의 상부와 하부의 직경 차이에 의해 발생하는 힘의 차이, 즉 파스칼의 원리에 따라 상기 피스톤(200)은 하향이동하게 된다. 상기 피스톤(200)이 하사점에 이르면, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 제1실(311)과 상기 제4유로(P4)가 차단되며, 상기 제2유로(P2)는 상기 제2유로(P2)와 연통되어 유체가 상기 유출구(102)로 빠져나가므로 상기 밸브전환실(351)의 압력이 떨어지게 된다. 따라서, A2 > A1의 관계로 인해 상기 밸브체(420)는 다시 하향이동하게 된다. 상기 밸브체(420)가 하향이동하면, 상기 제3유로(P3)에 유체의 공급이 차단되며, 상기 제2실(312)은 상기 제2관통유로(432)와 연통되어 상기 유출구(102)로 유체가 유출되므로 상기 제2실(312)의 압력은 상기 제1실(311)의 압력보다 낮아지게 된다. 따라서 도4에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(200)은 작동 초기상태로 돌아가게 되며, 다시 상술한 과정을 반복하면서 상승과 하강을 반복하게 된다. 이러한 피스톤(200)의 상하 반복 이동에 의해 발생된 운동에너지는 상기 치즐(500)의 단부를 가격하는 충격에너지로 전달되어 치즐(500)의 단부에 접촉된 피파쇄물을 파쇄하게 된다.

상술한 바와 같이 유압 브레이커(100)의 작동과정에서 상기 제어밸브(400)는 상기 유입구(101)로부터 유입된 유체를 상기 제1실(311) 및 제2실(312)에 선택적으 로 공급함으로써 상기 실린더(310)에 작용하는 유압을 변화시킴으로써 상기 실린더(310)의 움직임을 제어하는 핵심역할을 하게 된다. 그 과정에서 상기 밸브체(420)는 상하 이동을 반복하는데, 그 상하 이동 중에 상기 밸브부시(411)의 내주면과 접촉하면서 슬라이딩하는 동시에 상기 밸브플러그(412)의 연장부(414)의 외주면과 접촉하면서 슬라이딩하게 된다. 종래에는 상기 밸브체(6b)의 외주면이 상기 밸브하우징(6a)의 내주면만을 따라 그 밸브체(6b)의 축방향으로 슬라이딩 이동하게 되므로 상기 밸브하우징(6a)을 구성하는 상기 밸브부시(61) 및 상기 밸브플러그(62)의 내경오차 및 조립오차에 의해 발생하는 틈새의 크고 작음에 의해 누유량이 증가하여 효율이 낮아지거나 작동이 원활하지 못하게 되는 현상이 발생하였다. 그러나, 본 발명에 따른 유압 브레이커(100)는 상기 밸브체(420)가 상기 밸브부시(411) 내주면을 접촉하면서 슬라이딩하는 동시에 상기 밸브플러그(412)의 외주면을 접촉하면서 슬라이딩하므로 상기 밸브체(420)와 상기 밸브부시(411) 및 상기 밸브플러그(412)간에 형성되는 조립공차를 작게 유지할 수 있어서 누유발생량을 적게 할 수 있어 상기 유압 브레이커(100)의 성능 및 효율이 향상된다. 또한, 상기 밸브체(420)의 외주면과 상기 밸브부시(411)의 내주면, 그리고 상기 밸브체(420)의 내주면과 상기 밸브플러그(412)의 외주면이 이루는 슬라이딩 면이 상기 본체부(301) 내의 상기 제어밸브(400) 조립부와 독립적으로 가공되어 형성되므로 상기 제어밸브(400)의 동심유지가 용이해지므로 상기 밸브체(420)와 밸브부시(411), 밸브플러그(412) 간의 슬라이딩 면의 긁힘을 최소화할 수 있게 되어 내구품질이 향상되는 효과가 있다.

한편, 본 실시예서와 같이 상기 우회유로(P5)가 마련되어 있으면, 상기 유입구(101)를 통한 통하여 상기 제어밸브(400)를 거치지 않고 상기 제1실(311)에 유체를 공급하게 되며, 상기 제2실(312)로 통하는 제3유로(P3)와 연결되는 유체의 공급경로가 복수개가 되므로 유체의 공급속도가 증가하고 압력손실이 적어져서 상기 피스톤(200)의 상승 및 하강행정 속도가 증가하게 된다. 따라서 단위시간당 타격수 및 타격에너지를 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 있어서 상기 밸브플러그(412)에는 유체가 통과하도록 상하방향으로 관통되어 형성된 상기 제1유로(P1)가 형성되어 있으며, 상기 케이스(300)에는 상기 제어밸브(400)와 이격된 위치에 상기 마련된 우회유로(P5)가 형성되어 있으며, 상기 유입구(101)를 통해 유입된 유체는 상기 제1유로(P1)와 상기 우회유로(P5)로 나뉘어져 유동된 후 합류되어 상기 제1실(311)로 유입될 수 있도록 구성된 것으로 도시하고 서술하였으나 상기 우회유로(P5)가 마련되어 있지 않더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

또한, 도4와 도8에 도시된 바와 같이 상기 밸브체(420)와 상기 밸브플러그(412)의 연장부(414)에는 각기 외주면과 내주면이 관통된 구멍을 형성하고 있다. 이 구멍들은 상기 밸브체(420)의 운동을 제어하는 주요한 수단으로서, 상기 밸브체(420)의 외주면과 내주면을 관통하여 형성된 제5관통유로(435)의 크기를 조절하여 상기 밸브저압실(422)로 유입되거나 또는 상기 밸브저압실(422)로부터 유출되는 유량을 조절하여 상기 밸브저압실(422)의 압력변화속도를 제어한다. 또한, 상기 밸브플러그(412)의 연장부(414)의 외주면과 내주면을 관통하여 형성된 제4관통유 로(434)의 크기를 조절하여 도4에 도시된 바와 같이 상기 제1유로(P1)에서 밸브상실(421)로 유입되거나 상기 밸브상실(421)에서 상기 제1유로(P1)로 유출되는 유량을 조절하여 상기 밸브상실(421)의 압력변화속도를 제어한다. 보다 구체적으로 설명하면, 밸브하강행정에 있어서 상기 제4관통유로(434)와 상기 제5관통유로(435)의 크기를 조절하여 인위적으로 압력손실을 발생시키면 상기 밸브저압실(422)과 상기 밸브상실(421)에는 각각 제4관통유로(434)와 제5관통유로(435)를 통하여 연통된 공간보다 상대적으로 낮은 압력이 형성되므로 상기 밸브 상단수압면(A2)과 상기 밸브 저압실수압면(A4)에서의 하향력이 작아지게 된다. 따라서, 도7에서 도시된 바와 같이 상기 피스톤(200)이 상사점에서 하사점까지의 하강운동 과정에서 상기 피스톤이(200)이 상기 치즐(500)을 타격하기 전에 상기 제1대경부(201)의 윗면이 상기 실린더 저압실(314)과 상기 실린더 전환실(313)을 지나게 되어 상기 제4유로(P4)와 상기 제2유로(P2)가 연통되었을 때, 종래에는 도10에서와 같이 상기 피스톤(3)이 상기 치즐(8)을 타격하기 전에 상기 밸브전환실(63)과 제4유로(24)가 연통되어 밸브전환실(63)의 유체가 유출구(12)로 배출되어 밸브전환실(63)의 압력이 낮아지므로 상기 밸브체(6b)가 하강을 시작하여 상기 피스톤(3)이 상기 치즐(8)을 타격하는 순간의 상기 밸브체(6b)를 통과하여 상기 제2실(42)로 유입되는 유량이 감소하여 타격력이 저하되었으나, 본 발명에 따른 유압 브레이커(100)는 상기 제4관통유로(434)와 상기 제5관통유로(435)의 크기를 조절하여 상기 밸브저압실(422)과 상기 밸브상실(421)의 압력을 조절하여 상기 밸브체(420)의 하강시작 시점을 지연시킴과 동시에 상기 밸브저압실(422)과 상기 밸브상실(421)의 압력변화속도를 느리게 함으 로써 상기 밸브체(420)의 하강속도를 느리게 조절할 수 있다. 따라서, 상기 피스톤(200)이 상기 치즐(500)을 타격하는 순간에 상기 밸브체(420)와 상기 제3유로(P3) 사이의 유로를 충분히 유지하여 상기 제2실(312)로 유입되는 유량의 감소를 차단하여 타격력이 저하되어 유압브레이커(100)의 효율이 낮아지는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 도9에 도시된 바와 같이 상기 밸브체(420)에는 작동유의 온도에 관계없이 상기 유압 브레이커(100)의 정상적인 작동과 성능을 유지하기 위한 누유배출용 오리피스(424)와 상승유지용 오리피스(425)가 마련되어 있다. 우선, 상기 누유배출용 오리피스(424)의 기능에 대하여 서술한다.

종래에는 유압 브레이커(1)가 작동을 시작하여 짧게는 수십분에서 길게는 수시간이 경과하면 작동유의 온도는 80℃ 이상의 고온으로 상승하고 이에 따라 작동유의 점도는 낮아지게 되는데, 상기 피스톤(3)과 상기 실린더(4)간 조립틈새에서의 누유량은 점도가 낮아질수록 증가하고, 상기 피스톤(3)과 상기 실린더(4)간의 습동구간이 짧을수록 증가하게 된다. 상술한 바와 같이 종래의 유압 브레이커(1)가 작동을 시작하여 작동유가 매우 높은 온도로 상승되었을 때, 도11에서와 같이 상기 피스톤(3)이 상사점을 향하여 상향이동을 하게 되면 상기 제1실(41)과 상기 실린더 전환실(43)사이의 내주면과 상기 제1대경부(51) 사이에서 형성되는 습동구간은 점점 작아지게 되는데, 이 때 작동유가 고온이므로 상기 피스톤(3)이 상승함에 따라 상기 제1대경부(51)와 상기 실린더(4) 사이의 조립틈새를 통하여 상기 제1실(41)에서 상기 실린더 전환실(43)로의 누유량이 매우 증가하게 되며, 이 누유에 의해 발 생된 유량이 상기 제3유로(23)를 거쳐 밸브전환실(63)로 유입되고, 따라서 상기 밸브전환실(63)의 압력이 상승하게 되어 상기 밸브체(6b)의 상향력이 증가하여 피스톤(3)이 상사점에 도달하기 전에 상기 밸브체(6b)가 상승하게 된다. 이 때, 상기 밸브체(6b)가 충분히 상승한다면 상기 피스톤(3)은 하강행정을 시작하여 상기 치즐(8)을 타격하지만, 이 누유로 인한 유량에 의한 밸브전환실(63)의 압력상승은 상기 밸브체(6b)를 충분히 상승시키기에는 부족하기 때문에 상기 피스톤(3)이 상사점까지 도달하지 못한 상태에서 하향 운동이 이루어진다. 이때, 상기 밸브체(6b)는 충분히 상승하지 못하여 제1유로(21)에서 제2실(42)로 충분한 유량이 공급되지 못하기 때문에 타격력이 저하된다. 또한, 상기 밸브체(6b)가 충분히 상승하지 못하여 심한 경우 상기 제2실(42)에 상기 피스톤(3)의 하향 운동에 필요한 유량조차 공급하지 못한다면 상기 피스톤(3)은 상승이 정지된 상태에서 하향 운동도 하지 못하여 유압브레이커(1)의 작동이 정지되는 현상이 나타날 수도 있다.

본 발명에서는 도9에서 보는 바와 같이 상기 밸브체(420)에 상기 누유배출용 오리피스(424)가 마련되어 있다. 도12에 도시된 바와 같이 작동유의 온도는 80℃ 이상의 고온으로 상승하는 경우, 상기 피스톤(200)이 상사점을 향하여 상향이동을 하여 상기 제1실(311)과 상기 실린더 전환실(313)사이의 내주면과 상기 제1대경부(201) 사이에서 형성되는 습동구간은 점점 작아지게 되어 제1대경부(201)와 상기 실린더(310) 사이의 조립틈새를 통하여 상기 제1실(311)에서 상기 실린더 전환실(313)로의 누유량이 증가하고, 이 누유에 의해 발생된 유량이 상기 제4유로(P4)를 거쳐 밸브전환실(423)로 유입되더라도 상기 누유배출용 오리피스(424)를 통하여 상기 유출구(102)로 배출되기 때문에 상기 밸브전환실(423)의 압력상승을 방지함으로써 상기 피스톤(200)이 상사점에 도달하기 전에 상기 밸브체(420)가 상승하는 현상을 방지할 수 있다. 또한 상기 밸브체(420)의 상기 누유배출용 오리피스(424)는 상기 피스톤(200)이 상사점에 도달하기 전의 누유량을 배출하기 위한 것이므로 상기 누유배출용 오리피스(424)의 단면 직경은 매우 작은 크기로 가공된다. 따라서, 상기 피스톤(200)이 상사점에 도달하여 상기 제1실(311)과 상기 실린더 전환실(313)이 연통되었을 때, 상기 실린더 전환실(313)과 상기 밸브전환실(423)을 연통시키는 제3유로(P3)의 단면 직경이 상기 누유배출용 오리피스(424)의 단면 직경보다 매우 크기 때문에 상기 실린더 전환실(313)로부터 상기 제3유로(P3)를 통하여 상기 밸브전환실(423)로 유입되는 유량 중에서 매우 적은 양만 상기 누유배출용 오리피스(424)로 배출된다. 따라서, 상기 밸브전환실(423)의 압력이 상승되어 상기 밸브체(420)가 일정거리만큼 상승하면 상기 누유배출용 오리피스(424)를 통한 상기 밸브전환실(423)에서 상기 유출구(102)로의 유량 배출기능은 상실된다. 따라서, 상기 피스톤(200)이 상사점에 도달하였을 때 상기 제1실(311)로부터 상기 밸브전환실(423)로 유입되는 모든 유량이 상기 누유배출용 오리피스(424)를 통하여 상기 유출구(102)로 배출되어 상기 밸브체(420)가 상승하지 못하는 현상은 발생하지 않게 된다.

또한 종래의 유압브레이커의 또 다른 문제점으로서, 도2 및 도10에서 피스톤(3)이 상사점에서 하사점까지의 하강운동 과정을 살펴보면, 상기 피스톤이(3)이 상기 치즐(8)을 타격하기 전에 상기 제1대경부(51)의 윗면이 상기 실린더 저압 실(44)과 상기 실린더 전환실(43)을 지나게 되면 상기 제3유로(23)와 제4유로(24)가 연통되어 상기 밸브체(6b)는 하강운동을 하게 된다. 따라서, 도10에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(3)이 상기 치즐(8)을 타격하는 순간 상기 밸브체(6b)는 이미 하강이 진행되어 상기 밸브체(6b)와 상기 제2유로(22)사이의 유로가 작아져 상기 밸브체(6b)를 통과하여 상기 제2실(42)로 전달되는 유량이 감소하여 타격력의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

본 발명에서는 도9에 도시된 바와 같이 상기 밸브체(420)에 상기 상승유지용 오리피스(425)가 마련되어 있다. 도13에서와 같이 상기 피스톤(200)이 상사점에 도달하면 상기 밸브체(420)가 상승하기 시작하는데, 상기 밸브체(420)가 일정 거리만큼 상승하게 되면 상기 밸브상실(421)과 상기 밸브전환실(423)이 상기 상승유지용 오리피스(425)에 의해 연통되어 상기 밸브상실(421)로부터 상기 밸브전환실(423)로 유량이 공급되므로 상기 밸브전환실(423)의 압력상승속도가 보다 빨라지게 되어 상기 밸브전환실수압면(A3)에 작용하는 상향력이 증가하게 된다. 따라서, 상기 상승유지용 오리피스(425)가 마련되지 않은 경우보다 빠른 속도로 상기 밸브체(420)가 상승하므로 상기 제2실(312)에 보다 빠르게 충분한 유량을 공급하여 피스톤의 하강속도를 증가시키게 된다. 또한, 도14에 도시된 바와 같이 작동유의 온도가 고온으로 상승된 상태에서 상기 피스톤(200)이 타격점을 향해 하향 운동이 진행될수록 상기 실린더 전환실(313)과 상기 실린더 저압실(314) 사이의 내주면과 상기 제1대경부(201) 사이에서 형성되는 습동구간은 점점 짧아져 상기 제1대경부(201)와 상기 실린더(310) 사이의 조립틈새를 통한 상기 실린더 전환실(313)에서 상기 실린더 저 압실(314)로의 누유량이 매우 증가하게 된다. 따라서, 작동유가 고온인 상태에서 상기 상승유지용 오리피스(425)가 없는 경우에는 이러한 누유로 인하여 상기 밸브전환실(423)의 유체가 상기 실린더 저압실(314)로 유출되어 상기 밸브전환실(423)의 압력이 낮아져 상기 피스톤(200)이 상기 치즐(500)을 타격하기 전부터 상기 밸브체(420)가 하강을 시작하여 상기 피스톤(200)이 상기 치즐(500)을 타격하는 순간 상기 밸브체(420)를 통해 상기 제2실(312)로 공급되는 유량이 감소하여 타격력이 감소할 수 있으나, 상기 상승유지용 오리피스(425)가 마련되어 있다면 상기 피스톤(200)이 타격점을 향해 하강운동이 진행되어 상기 실린더 전환실(313)과 상기 실린더 저압실(314) 사이의 내주면과 상기 제1대경부(201) 사이에서 형성되는 습동구간이 짧아져 상기 제1대경부(201)와 상기 실린더(310) 사이의 조립틈새를 통한 상기 실린더 전환실(313)에서 상기 실린더 저압실(314)로의 누유량이 증가하게 되더라도 상기 밸브상실(421)로부터 상기 상승유지용 오리피스(425)를 통하여 상기 밸브전환실(423)로 유량이 공급되어 누유로 인한 유량손실을 보상함으로써 상기 밸브전환실(423)의 압력저하를 방지할 수 있다. 따라서, 상기 밸브체(420)가 상기 피스톤(200)이 상기 치즐(500)을 타격하기 전에 하강하는 현상이 방지되어 타격력 저하를 방지할 수 있게 된다. 이 때, 상기 상승유지용 오리피스(425)는 상기 피스톤(200)의 제1대경부(201)의 윗면이 상기 실린더 전환실(313)을 지나 상기 피스톤(200)이 상기 치즐(500)을 타격하는 동안의 아주 짧은 시간동안의 상기 밸브전환실(423)의 압력강하를 방지하기 위한 것으로 단면 직경은 매우 작게 가공된다. 따라서, 상기 밸브전환실(423)과 상기 실린더 전환실(313)을 연통시키는 상기 제3유 로(P3)의 단면직경, 그리고 상기 실린더 전환실(313)과 상기 실린더 저압실(314) 사이에서 형성되는 단면직경은 상기 상승유지용 오리피스(425)보다 매우 크기 때문에 상기 피스톤(200)이 상기 치즐(500)을 타격한 후 상기 밸브전환실(423)의 작동유가 상기 실린더 전환실(313)과 상기 실린더 저압실(314)을 거쳐 상기 유출구(102)로 배출되는 유량이 상기 상승유지용 오리피스(425)를 통해 유입되는 유량보다 매우 많게 되고 따라서, 상기 상승유지용 오리피스(425)를 통해 유입되는 유량에 의하여 상기 밸브전환실(423)이 고압을 유지하는 상황은 발생되지 않게 된다.

이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.

도1는 종래의 유압 브레이커의 개략적 단면도이다.

도2는 도1에 도시된 종래의 유압 브레이커의 피스톤과 밸브가 상승한 상태에서의 개략적 단면도이다.

도3는 도1에 도시된 종래의 유압 브레이커에서 제어밸브를 발췌하여 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 브레이커의 개략적 단면도이다.

도5는 도4에 도시된 유압 브레이커의 피스톤이 상승한 상태에서의 개략적 단면도이다.

도6 및 도7는 도4에 도시된 유압 브레이커의 제어밸브의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도8은 도4에 도시된 유압 브레이커의 제어밸브를 발췌하여 도시한 도면이다.

도9는 도4에 도시된 유압 브레이커의 제어밸브의 밸브체를 발췌하여 도시한 도면이다.

도10은 도1에 도시된 유압 브레이커의 피스톤이 치즐을 타격하기 직전의 밸브체의 거동을 설명하기 위한 도면이다.

도11과 도12는 도9에 도시된 유압 브레이커의 제어밸브의 밸브체에 마련된 누유배출용 오리피스의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도13과 도14는 도9에 도시된 유압 브레이커의 제어밸브의 밸브체에 마련된 상승유지용 오리피스의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100... 유압 브레이커 101... 유입구

102... 유출구 200... 피스톤

201... 제1대경부 202... 제2대경부

300... 케이스 310... 실린더

311... 제1실 312... 제2실

400... 제어밸브 410... 밸브하우징

411... 밸브부시 412... 밸브플러그

413... 몸체부 414... 연장부

420... 밸브체 424... 누유배출용 오리피스

425... 상승유지용 오리피스 P1... 제1유로

P2... 제2유로 P3... 제3유로

P4... 제4유로 P5... 우회유로

Claims (5)

1. 유입구 및 유출구를 가지는 케이스와 치즐을 타격하기 위한 피스톤을 상하 이동 가능하게 수용하도록 상기 케이스 내에 마련되며, 피스톤 하단 수압면을 수용하는 제1실과 피스톤 상단 수압면을 수용하는 제2실을 구비하여, 상기 제1실은 상기 유입구와 상시 연통되고, 상기 제2실은 제어밸브에 의해 상기 유입구와 상기 유출구에 선택적으로 연통되어, 상기 제1실은 유입구로 연통되고 상기 제2실은 상기 유출구로 연통될 때 피스톤이 상향이동되고, 상기 제1실과 제2실이 모두 상기 유입구로 연통될 때 피스톤이 하향이동되도록 구성된 실린더; 및 상기 케이스 내에 설치된 밸브하우징과, 상기 밸브 하우징에 대해 승강 가능하게 설치되며 그 위치에 따라 상기 제2실을 상기 유입구 및 유출구로 선택적으로 연통 또는 차단하도록 구성된 밸브체를 구비한 제어밸브; 를 포함하는 브레이커에 있어서

   상기 밸브하우징은, 통형의 밸브부시와, 상기 밸브부시에 결합되며 상기 밸브부시의 내주면과 이격된 상태로 마주하도록 배치된 연장부를 가지는 밸브플러그로 이루어지고,

   상기 밸브체는 통형으로 이루어져 있으며,

   상기 밸브체는 각기 서로 다른 직경의 두개의 외주면과 두개의 내주면을 구비하여, 상기 밸브체의 외주면은 상기 밸브부시의 내주면에 슬라이딩 가능하게 배치되며, 상기 밸브체의 내주면은 상기 밸브플러그의 연장부의 외주면에 슬라이딩 가능하게 배치되고,

   상기 밸브체의 밸브상단수압면(A2)과 밸브하단수압면(A1)은 상기 유입구와 상시 연통된 유실에 상시 고압이 작용되며, 상기 밸브체의 두 내주면 단차부에 형성된 밸브저압실수압면(A4)은 상시 저압이 작용되며, 상기 밸브체의 두 외주면 단차부에 형성된 밸브전환실수압면(A3)은 피스톤의 위치에 따라 고압과 저압이 선택적으로 작용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 브레이커.
2. 제1항에 있어서

   상기 밸브체는 외주면에 각기 상단 및 하단 슬라이딩 원통면이 단차를 이루어 형성되고, 내주면에 각기 상단 및 하단 슬라이딩 원통면이 단차를 이루어 형성되어 상단면에 형성되는 밸브상단수압면(A2)과 하단면에 형성되는 밸브하단수압면(A1), 외주면 단차부에 형성되는 밸브전환실수압면(A3)이 A2 > A1이면서, 동시에 A2 < (A1+A3)의 관계가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 브레이커.
3. 제1항에 있어서

   상기 밸브체의 상하 운동을 제어하기 위한 상기 밸브체의 외주면과 내주면을 관통하는 구멍이 형성되어 있으며,

   상기 밸브체의 상하 운동을 제어하기 위한 상기 밸브플러그의 외주면과 내주면을 관통하는 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 브레이커.
4. 제1항에 있어서

   상기 밸브체가 일정높이 이상 상승한 상태에서 밸브상실과 밸브전환실을 연통시키는 상승유지용 오리피스가 형성되어 있으며,

   상기 밸브체의 외주면에 상기 밸브체가 완전히 하강한 상태에서는 상기 밸브전환실과 상기 유출구를 연통시키며, 상기 밸브체가 일정 거리만큼 이동시에는 상기 밸브전환실과 상기 유출구를 연통시키지 않도록 하는 누유배출용 오리피스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 브레이커.
5. 제1항에 있어서,

   상기 밸브플러그에는 유체가 통과하도록 상하방향으로 관통되어 형성된 제1유로가 형성되어 있으며,

   상기 케이스에는 상기 제어밸브와 이격된 위치에 우회유로가 형성되어 있으며,

   상기 유입구를 통해 유입된 유체는 상기 제1유로와 상기 우회유로로 나뉘어져 유동된 후 합류되어 상기 제1실로 유입될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 브레이커.

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