KR19990022007A - 압력 보상 유압 제어 장치 - Google Patents

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KR19990022007A
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라우드 에이. 윌크
에릭 피. 햄킨스
마이클 씨. 레인
레이프 페더슨
린 에이. 러셀
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제임스 피. 게논
허스코 인터내셔날, 인코포레이티드
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Abstract

유압 유체를 하나 이상의 유압 엑츄에이터로 공급하기 위한 개선된 압력 보상 유압 장치를 개시한다. 원격 위치된 가변 변위 펌프는 입력 압력에 일정 마진을 더한 압력과 동일한 출력 압력을 제공한다. 압력 보상 장치는 로드 감지 회로를 통해 펌프 입력부에 제공되는 로드-의존 압력을 필요로 한다. 왕복되는 다중 포트의 고립물은 로드-의존 압력을 펌프 입력부로 전달하지만, 로드 감지 회로 내의 유체가 로드 감지 회로를 떠나고 원격 위치 펌프로 인도하는 비교적 긴 도관을 통해 흐르는 것을 방지한다. 다중 밸브 배열부에서, 적어도 한 개의 밸브 섹션은 만일 주 릴리프 밸브가 작동한다면 압력 보상 장치를 통해 역류를 방지하는 역류 방지 셔틀 밸브를 갖고 있다.

Description

압력 보상 유압 제어 장치
기계의 유압으로 구동되는 작업 부재의 운동 속도는 장치의 주로 좁은 오리피스의 단면적과 그러한 오리피스에 걸친 압력 강하에 달려 있다. 용이한 제어를 위하여, 압력 보상 유압 제어 장치들은 압력 강하와 같은 변수들 중의 하나를 제거하도록 설계되어 왔다. 이러한 장치들은 기계의 작업 부재를 구동하는 엑츄에이터로 가압 상태의 유압 유체를 제공하는 가변 변위 유압 펌프의 입력부로 하나 이상의 작업 포트에서 압력을 전달하는 감지 라인을 포함하고 있다. 펌프 출력을 자체 조절함으로써, 기계 조작자에 의해 제어될 수 있는 단면적을 갖는 제어 오리피스에 걸쳐 거의 일정한 압력 강하를 제공할 수 있다. 이것은 일정하게 유지되는 압력 강하를 갖는 작업 부재의 운동 속도가 오직 오리피스의 단면적에 의해서만 결정되기 때문에 제어를 용이하게 한다. 그러한 한 장치는 본 발명에 참조된 1987년 9월 15일에 윌크(Wilke)에게 허여된 미국 특허 제 4,693,272호에 설명되어 있다.
그러한 장치에서 제어 밸브와 유압 펌프가 보통은 서로에 아주 근접하여 있지 않기 때문에, 로드 압력 변경 정보는 비교적 긴 호스나 다른 도관을 통해 원격 펌프 입력부로 전달되어야 한다. 어떤 오일은 기계가 정지한 중립 상태에 있을 동안 그러한 도관에서 흘러나가려는 경향이 있다. 조작자가 다시 가동시킬 때, 이러한 도관은 압력 보상 장치가 완전하게 효력을 발생하기 전에 반드시 재 보충되어야 한다. 이러한 도관의 길이 때문에, 펌프의 반응은 지연되고 로드의 미세한 침하가 발생할 수 있다. 이것은 지연 시간(lag time) 및 침하 개시(start-up dipping 문제로서 언급될 수도 있다.
그러한 장치의 몇몇 타입에서, 로드를 구동하는 피스톤이 가장 작은 압력을 갖는 최저 압력 상태(bottoming out)은 전체 장치를 중단(hang up)시킬 수 있다. 이것은 압력 보상 장치에 동기를 부여하기 위하여 최고 작업 포트 압력을 사용하는 장치에서 발생할 수 있다. 최저 압력 상태 로드는 최고 작업 포트 압력일 수 있고, 펌프는 높은 압력을 제공할 수 없으며, 따라서 더 이상 제어 오리피스에 걸쳐 압력 강하가 일어나지 않을 수 있다. 해결책으로서, 그러한 장치는 유압 제어 장치의 로드 감지 회로 내에 압력 릴리프 밸브를 포함할 수 있다. 최저 압력 상태에서, 밸브는 감지된 압력을 로드 감지 릴리프 압력까지 떨어뜨리도록 개방되며, 이것은 펌프가 제어 오리피스에 걸쳐 압력 강하를 제공하도록 할 수 있다.
이러한 해결책이 효과적이기는 하지만, 제어 오리피스에 걸쳐 거의 일정한 압력 강하를 유지하는 수단의 부품으로서 압력 보상 체크 밸브를 사용하는 장치에서는 바람직하지 않은 부작용을 가질 수도 있다. 만일 작업 포트 압력이 로드 감지 릴리프 밸브의 지정 포인트를 초과하였으면 어떤 피스톤도 최저점에 도달하지 않았을 때라도 압력 릴리프 밸브는 개방될 수 있다. 그러한 경우에, 얼마간의 유체가 압력 보상 체크 밸브를 통해 역으로 작업 포트로부터 펌프 쳄버 내로 흐른다. 그 결과, 로드가 침하할 수 있다. 이것은 역류(backflow) 문제로서 언급될 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 어떤 적용 분야에서는 지연 시간, 침하 개시 및 역류를 감소 또는 제거하기 위한 수단이 필요하다.
본 발명은 유압 동력 기계를 제어하는 밸브 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 부분 측단면을 도시하는 부분 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 밸브들의 조립체의 부분 평단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 유압 회로의 한 실시예의 선도이고,
도 4는 정상 개방 상태를 도시하는 본 발명에 따른 고립물의 한 실시예의 단면도이고,
도 5는 계량 상태를 도시하는 고립물의 단면도이고, 그리고
도 6은 고립물의 실시예의 선도이다.
본 발명은 그러한 필요들을 만족시킨다.
로드에 유압 유체를 공급하기 위한 유압 밸브 조립체는 언제라도 펌프 입력 포트에서의 입력 압력과 일정한 잉여 압력의 합인 가변 출력 압력을 생산하는 타입의 펌프를 포함하고 있다. 유압 밸브 조립체는 계량 오리피스를 통해 펌프로부터 로드로 유체를 공급하고 계량 오리피스에 걸쳐 일정한 압력 강하를 제공하기에 적합한 압력 보상 밸브 장치를 포함하고 있다. 밸브 장치는 제 1 로드-의존 압력을 고립물로 전달하고 제 2 로드-의존 압력을 고립물에서 계량 오리피스로 전달하는 로드 감지 회로를 포함한다. 계량 오리피스에 걸친 압력 강하는 펌프 출력 압력과 제 2 로드-의존 압력 사이에서 상이하다.
고립물은 하나 이상의 보어 면으로 형성되는 보어 내에 왕복 활주 스풀을 포함하고 있다. 스풀은 하나 이상의 보어 면과 종속 쳄버를 형성하는 다수의 랜드와 좁은 부분을 갖고 있다. 입력 쳄버는 로드 감지 회로와 연통하여 제 1 로드-의존 압력이 제 1 방향으로 스풀을 가압하는 입력 압력을 생산하도록 한다. 연결 쳄버는 펌프 출력 압력과 연통하고, 스풀이 제 1 방향으로 이동할 때 펌프 출력 압력을 보어 내부면 내의 고립물 출력 포트에 연결하고 스풀이 제 1 방향에 대향인 제 2 방향으로 이동할 때 그러한 연결을 폐지한다. 저장조 쳄버는 저장조와 연통하고, 스풀이 제 2 방향으로 이동할 때 고립물 포트와 저장조 사이의 연결부를 성립시키고 스풀이 제1 방향으로 이동할 때 그러한 연결부를 폐지한다. 피드백 쳄버는 스풀 내의 피드백 보어를 통해 고립물 출력 포트와 연통한다. 피드백 쳄버 내의 압력은 제 2 방향으로 스풀을 가압하는 피드백 힘을 생산한다.
그러므로, 펌프 출력 압력은 피드백 쳄버로 전달되고 스풀을 제 2 방향으로 가압한다. 제 2 방향에서의 연속 이동은 펌프 출력 압력과 고립물 출력 포트 사이의 연결부를 폐지하고 저장조와 고립물 출력 포트 사이의 연결부를 성립시킴으로써 피드백 쳄버를 성립시킨다. 그 결과, 스풀은 어떤 시간에도 고립물 출력 포트에서의 제 2 로드-의존 압력이 제 1 로드-의존 압력의 기능을 하는 평형 위치가 되는 경향이 있다. 제 1 및 제 2 로드-의존 압력은 서로 같거나 같지 않을 수 있다.
고립물 출력 포트는 펌프 입력 포트와 연통하고, 제 2 로드-의존 압력을 압력 보상 밸브 장치의 계량 오리피스로 전달하는 로드 감지 회로와 연통한다. 따라서, 펌프 입력 포트는 제 2 로드-의존 압력을 나타내지만 로드 감지 회로로부터의 유체 유동을 수용하지 않으며, 압력 보상 밸브 장치의 계량 오리피스에 걸친 일정한 압력 강하는 잉여 압력이 된다.
유압 밸브 장치는 펌프로부터 밸브 섹션의 작업 포트 내의 압력과 연통하는 다수의 유압 엑츄에이터로 유압 유체를 공급하기 위한 압력 보상 밸브 섹션의 배열부를 포함하고 있다. 펌프는 펌프 입력 압력보다 큰 일정한 양인 출력 압력을 생산하는 타입이다. 배열부는 모든 작업 포트 중의 최고 압력이 감지되고 각각의 밸브 섹션 내의 압력 보상 밸브와 압력 릴리프 밸브로 전송되는 타입이며, 로드 감지 압력은 (a) 압력 릴리프 밸브의 설정점 압력과 (b) 최고 작업 포트 압력 중 낮은 압력과 동일하다. 압력 보상 밸브 각각은 다른 측면에서 펌프 출력 압력을 나타내는 계량 오리피스의 한 측면에 로드 감지 압력을 제공함으로써, 계량 오리피스에 걸친 압력 강하는 상기 일정한 양과 동일하다. 적어도 하나의 밸브 섹션에서, 릴리프 밸브와 압력 보상 밸브 사이에 스위치 밸브가 있다. 스위치 밸브는 셔틀 밸브일 수 있다. 스위치 밸브는 (a) 로드 감지 압력과 (b) 상기 적어도 한 개의 밸브 섹션의 최고 작업 포트 압력 중 높은 압력을 밸브 섹션의 압력 보상 밸브로 전달한다. 그 결과, 압력 보상 밸브는 압력 릴리프 밸브의 개방에 상관 없이 역류를 방지하도록 차단 유지될 것이다.
본 발명은 여러 개의 이점을 제공한다. 지연 시간 및 침하 개시 문제는 원격 펌프 입력부로부터 로드-감지 및 압력-보상 밸브 내의 유체를 격리하고 그럼에도 로드-압력 정보를 펌프 입력부로 전달하는 구조와 회로에 의해 해결된다. 역류는 압력 보상 체크 밸브를 통해 역류를 방지하는 구조와 회로에 의해 감소된다.
본 발명의 여러 특징 및 장점은 후술될 설명과 본 발명에 따른 양호한 실시예에 대한 도면과 관련하여 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 그러한 실시예로 제한되지는 않는다.
압력 보상 유압 제어 장치
도 1에서, 밸브(2)는 기계의 유압 동력 작업 부재의 운동의 한 단계를 제어하는데 사용되는 타입이다. 도 2 및 도 3은 기계의 하나 이상의 작업 부재의 모든 거동을 함께 제어할 수 있는 다중 밸브 조립체를 형성하도록 상호 연결된 세 개의 그러한 밸브를 도시하고 있다. 펌프(4)는 공급 도관이나 호스(6)에 의해 연결되어 밸브 조립체로부터 통상적으로 멀리 떨어져 위치되어 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여, 도면에 도시되어 있는 실시예의 기본 유체 유동 경로를 설명하겠다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 밸브(2)는 조작자가 도시되어 있지 않은 원격 수단을 사용하여 어느 쪽 방향으로든지 움직일 수 있는 왕복 제어 스풀(8)을 갖고 있다. 스풀이 움직이는 길에 따라서, (이제부터는 오일로 기술될) 유압 유체는 실린더 하우징(14)의 하부 쳄버(10) 또는 상부 쳄버(12)로 보내짐으로써 (도시되지 않은) 작업 부재에 연결되어 있는 피스톤(16)을 상하로 구동한다. 조작자가 제어 스풀을 움직일 수 있는 범위는 작업 부재의 운동 속도를 결정한다. 도시되어 있는 조립체 내 각각의 밸브들은 유사하게 작동하며, 아래의 설명은 밸브 각각에 적용될 수 있다.
피스톤(16)을 (도 1의 방위에서) 위쪽으로 움직이기 위하여, 조작자는 왕복 제어 스풀(8)을 좌측으로 움직이는 제어기(도시 생략)를 가동한다. 이것은 통로를 개방하여, (후술되어질 로드 감지 네트워크의 제어 하에 있는) 펌프(4)가 저장조(18)로부터 오일을 끌어들이고 그러한 오일을 펌프 배출 도관(6)을 통해서 밸브 내의 공급 통로(20)로 유입하고, (도 1의 왕복 제어 스풀(8)의 계량 노치(22)인) 제어 오리피스와, (도 1 및 도 2의) 공급 통로(24)와, (후술되어질) 압력 보상 체크 밸브(28)의 (도 2의) 가변 오리피스(26)와, 교량 통로(30)와, 왕복 제어 스풀(8)의 통로(32)와 작업 포트 통로(34)를 통해서 작업 포트(36)의 외부로 유출하고, 외부 작업 포트 도관(38)을 통해 실린더 하우징(14)의 하부 쳄버(10) 내로 흐르도록 가압하는 것을 허용한다.
가압 유출 오일은 도관(40)을 통과하여 작업 포트(44)를 거쳐 중간 밸브(42)로 유입되고, 작업 포트 통로(46)를 통과하고, 통로(48)를 거쳐 왕복 제어 스풀(8)을 통과하고, 저장조 코어(50)를 통과하여 저장조(18)에 연결되어 있는 (도 3의) 저장조 포트(52)로 흐른다.
피스톤(16)을 (도 1의 방위에서) 아래쪽으로 움직이기 위하여, 조작자는 왕복 제어 스풀(8)을 우측으로 움직이도록 제어기를 반대로 가동하고, 이것은 상응하는 통로 세트를 개방하여 펌프(4)가 오일을 상부 쳄버(12) 내로 유입하고 실린더 하우징(14)의 하부 쳄버(10)의 밖으로 유출하여 피스톤(16)이 아래로 움직이도록 가압한다.
압력 보상 장치가 없는 경우에, 조작자는 피스톤(16)의 운동 속도를 조절하기 어렵다. 그 이유는 피스톤의 운동 속도가 두 변수, 즉 유동 통로 내에 있는 가장 제한적인 오리피스의 단면적과 그러한 오리피스에 걸친 압력 강하에 의해 우선적으로 결정되는 오일의 유동률과 직접적으로 관계가 있기 때문이다. 가장 제한적인 오리피스는 왕복 제어 스풀(8)의 계량 노치(22)이다. 조작자는 왕복 제어 스풀(8)을 움직여서 계량 노치(22)의 단면적을 변경할 수 있다. 이것은 유동률의 결정을 돕는 한 변수를 제어하지만, 오리피스에 걸쳐 주로 발생하는 유동률은 또한 장치 내의 전체 압력 강하의 제곱근에 비례하기 때문에 불충분한 제어를 제공한다. 예를 들어, 전단부 로우더(loader)의 버켓에 재료를 더하는 것은 실린더 하우징(14)의 하부 쳄버(10) 내의 압력을 증가시킬 수도 있으며, 펌프(4)에 의해 제공되는 압력과 압력 사이의 편차를 감소시킬 수도 있다. 압력 보상 없이, 전체 압력 강하의 이러한 감소는 유동률을 감소시킴으로써, 조작자가 계량 노치(22)를 일정한 단면적으로 유지할 수 있을 지라도 피스톤(16)의 속도를 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 미국 특허 제 4,693,272호는 조작자가 단지 한 가지 변수(계량 노치(22)의 면적)를 조종하여 피스톤 속도를 제어할 수 있는 장치를 설명하고 있다. 그러한 장치에서는 밸브 조립체 내의 각 밸브에 의해 나타나는 다양한 로드 압력 내의 연속적인 변수들에도 불구하고 거의 일정하게 (장치의 대부분의 압력 강하가 발생하는) 계량 노치(22)에 걸쳐 압력 강하를 유지하는 압력 보상 장치를 사용한다. 본 발명에 따른 실시예는 본 명세서에 설명된 개선점을 갖춘 미국 특허 제 4,693,272호에 설명된 바와 동일한 압력 보상 장치를 기본적으로 사용한다. 그러나, 청구되는 개선점은 본 명세서나 미국 특허 제 4,693,272호에 설명된 밸브에만 사용되는 것으로 제한되지 않는다.
압력 보상 장치는 압력 보상 체크 밸브(28)를 기초로 한다. 압력 보상 체크 밸브(28)는 보어를 공급 통로(24)와 연통하는 (도 1 및 도 2의 방위에서) 상부 쳄버(56)와 하부 쳄버(58)로 분할하며 보어 내에서 밀폐적으로 왕복 활주하는 피스톤(54)을 갖고 있다. 피스톤(54)은 하부 쳄버(58) 내에 위치하고 있는 스프링(60)에 의해 위쪽으로 치우친다. 피스톤(54)의 상부면(62)과 하부면(64)은 동일한 면적을 갖고 있다. 피스톤(54)이 아래쪽으로 움직임으로써, 피스톤(54)은 상부 쳄버(56)와 교량 통로(30) 사이의 통로를 개방한다. 그러한 통로는 전술된 가변 오리피스(26)이다.
압력 보상 장치는 조립체 내의 밸브 각각의 동력 작업 포트 각각에서 압력을 감지하고, (후술될 셔틀 밸브 장치에 의해) 그러한 압력 중 가장 높은 것을 선택하고 그리고 출력부가 입력부(66)에서의 압력에 마진으로 알려져 있는 일정한 압력을 더한 합이 되도록 설계되어 있는 가변 변위 펌프인 펌프(4)의 입력을 제어하도록 그것을 사용한다. 본 명세서에서, 용어 입력부(66)와 입력 포트(66)는 변위 제어 포트로 설명되는 특징을 가리킨다. 후술될 바와 같이, 압력 보상 체크 밸브(28)는 이러한 잉여 압력이 계량 노치(22)에 걸쳐 거의 일정한 압력 강하가 되도록 한다.
배열부(42, 68, 70) 밸브 각각의 (로드 감지 회로의 일부인 본 명세서에서 설명되는 다중 밸브 배열 실시예 내에 있는) 셔틀 밸브 장치는 중간 밸브(42)에 대하여서 설명될 것이다.
밸브(42)는 (밸브(68 및 70)는 물론) 감지 셔틀 밸브(72)를 갖고 있다. 입력부는 (a) (셔틀 통로(74)에 의해) 작업 포트(36 또는 44) 중의 하나의 압력(또는 스풀(8)이 중립에 있을 때 저장조 코어(50)의 압력)을 나타내는 교량 통로(30)와 그리고 (b) 중간 밸브(42)로부터 하류에 있는 밸브 내의 동력 작업 포트 압력 중 가장 높은 압력을 갖는 다음 하류 밸브(70)의 관통 통로(76)이다. 감지 셔틀 밸브(72)는 (a)와 (b) 압력 중 높은 것을 중간 밸브(42)의 관통 통로(76)를 통해 인접 상류 밸브(68)의 감지 셔틀 밸브(72)로 전송하도록 작동한다.
밸브(68)의 관통 통로(76)는 고립물(80)의 입력 통로(78) 내로 개방되어 있다. 그러므로, 전술한 바와 같이, 밸브 조립체 내의 모든 동력 작업 포트 압력 중에서 가장 높은 압력은 후술될 바와 같이, 출력부(82)에서 최고 작업 포트 압력을 생산하는 고립물(80)의 입력부(78)로 전송된다. (미국 특허 제 4,693,272호에 설명되어 있는 장치에는 고립물이 없으며 최고 작업 포트 압력은 펌프(4)의 입력부(66)에 직접 인가된다.) 고립물 입력부(78)로 전송되는 압력은 제 1 로드-의존 압력이고, 고립물 출력부(82)로부터 전송되는 압력은 제 2 로드-의존 압력이다.
고립물(80)의 출력부(82)에서의 압력은 각각의 인접 밸브에서 상응하는 이동 통로(84)와 연통하는 각 밸브 내의 이동 통로(84)에 의해 펌프(4)의 입력부(66)로 인가된다. 또한, 각 밸브의 교차 통로(86)에 의해서 고립물(80)의 출력부(82)에서의 압력이 (아직 기술하지 않은 역류 방지 셔틀 밸브(88)가 개방되었다면) 압력 보상 체크 밸브의 하부 쳄버(58)로 인가되므로, 피스톤(54)의 저면(64)에 압력을 가한다. (미국 특허 제 4,693,272호에 설명되어 있는 장치에는 역류 방지 셔틀 밸브(88)가 없으며, 최고 작업 포트 압력은 압력 보상 체크 밸브 피스톤(54)의 저면(64)에 항상 인가된다.)
역류 방지 셔틀 밸브(88)가 개방되어 있다고 가정하면, 압력 보상 체크 밸브의 하부 쳄버(58)는 최고 작업 포트 압력을 나타낸다. 피스톤(54)의 저면(64)과 상면(62)의 면적이 동일하기 때문에, 유체 유동은 오리피스(26)에서 조절되어 압력 보상 체크 밸브(28)의 상부 쳄버(56) 내의 압력은 최고 작업 포트 압력과 거의 동일하게 된다. (이것이 제 2 로드-의존 압력이다. 다른 실시예에서는, 제 2 로드-의존 압력이 최고 작업 포트 압력의 다른 기능이 될 수도 있다.) 이러한 압력은 공급 통로(24)를 통해 계량 노치(22)의 한 측면과 연통한다. 계량 노치(22)의 다른 측면은 최고 작업 포트 압력에 잉여 압력을 더한 것과 같은 펌프 출력 압력을 갖는 공급 통로(20)와 연통한다. 그 결과, 계량 노치(22)에 걸친 압력 강하는 잉여 압력과 동일하다. 최고 작업 포트 압력의 변화는 계량 노치(22)의 공급 측면(통로(20))과 압력 보상 피스톤(54)의 저면(64) 양쪽에서 나타난다. 그러한 변화의 반응에서, 압력 보상 피스톤(54)은 로드 감지 마진이 계량 노치(22)에 걸쳐 유지되도록 균형 잡힌 위치를 찾아낸다.
고립물의 구조와 작동
미국 특허 제 4,693,272호와 비교하여 보면, 고립물(80)의 역할은 호스(90)를 통해 원격 외부 펌프 입력부(66)로 보내지는 것보다는 전적으로 밸브 조립체 내에서 로드 감지 셔틀 네트워크 내의 유체를 포함하는 것이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 고립물(80)은 입구 측면 상에서 밸브 조립체의 가장 바깥쪽 밸브(68)와 연통하고 그러한 밸브에 부착되어 있는 밸브 조립체의 입구 섹션(96) 내의 보어(94) 내에 위치되어 있는 고립물 스풀(92)을 포함하고 있다. 고립물 스풀(92)은 제 2 랜드(102)으로부터 제 1 랜드(100)을 분리하는 제 1 좁은 섹션(98)과 제 3 랜드(106)으로부터 제 2 랜드(102)을 분리하는 제 2 좁은 섹션(104)을 갖고 있다. 이러한 구조는 보어(94)를 제 1 랜드(100)의 외부 측면 상의 입구 쳄버(108)와, 제 1 랜드(100)과 제 2 랜드(102) 사이의 연결 쳄버(110)와, 제 2 랜드(102)과 제 3 랜드(106) 사이의 저장조 쳄버(112)와, 그리고 제 3 랜드(106)의 외부 측면 상의 공급 쳄버(114)로 분할한다. 보어(94)는 입구 통로(78)를 위한 로드 감지 신호 입력 포트(116)와, 저장조 통로(124)를 위한 저장조 포트(122)와 그리고 고립물 출력 통로(82)를 위한 출력 포트(126)를 갖고 있다. 스풀(92)은 공급 쳄버(114)로부터 제 3 랜드(106)과 제 2 좁은 섹션(104)을 통해 제 2 랜드(102)으로 연장되어 있는, 세로부(128)로 구성된 L-형 통로(피드백 보어(feedback bore))를 갖고 있다. 이것은 제 2 랜드(102)에서 스풀 표면에 존재하고 출력 포트(126)를 통해 출력 통로(82)에 항상 연결되는 측부(130)와 교차한다. 선택적 스프링(132)은 스풀(92)을 피드백 쳄버(114) 쪽으로 치우치게 하고 스프링 리테이너(134)는 그러한 방향으로의 움직임을 제한한다. 제한 오리피스(136)는 이동 통로(84)로부터 출력 통로(82)를 분리한다.
어떠한 로드도 움직이지 않도록 장치가 중립 상태에 있을 때(도 4), 고립물(80)의 입력부(78)에서의 최고 작업 포트 압력은 0이 된다고 추정할 수 있는 저장조(18) 내의 압력과 동일하다. 펌프 출력 압력은 펌프 출력 통로(120)를 통과하고 펌프 입력 포트(118)를 통하여 고립물(80)의 연결 쳄버(110) 내로 유입되고 포트(126)의 외부로 나가서 출력 통로(82) 내로 전송된다. 이러한 압력은 또한 스풀의 내부 통로(130 및 128)를 통해 피드백 쳄버(114)에서 감지되므로, 스풀(92)을 입구 쳄버(108)쪽으로(즉, 도 4 및 도 5의 왼쪽으로) 미는 경향이 있다. 스풀이 그러한 방향으로 움직임으로써, 연결 쳄버(110)를 통해 고립물 출력 포트(126)외 출력 통로(82)로 통하는 유동 경로는 포트(126)를 덮는 랜드(102)에 의해 막혀지기 시작한다(도 5 참조). 만일 피드백 쳄버 내의 압력이 스풀(92)을 왼쪽으로 계속 밀기에 충분하게 (펌프 출력 압력이 증가하는 것처럼) 높아지기 시작한다면, 고립물 출력 포트(126)와 출력 통로(82)는 저장조 쳄버(112)와 연결된다. 출력 통로(82)와 피드백 쳄버(114) 내의 압력은 저장조 포트(122)를 통해 방출된다. 양호한 실시예에서 스풀(92)의 양 단 부가 동일한 단면적을 갖기 때문에, 이러한 평형은 피드백 쳄버(114) 내의 압력이 입구 쳄버(108) 내의 압력(제 1 로드-의존 압력)에 스프링(132) 압력(즉, 스풀(92)의 단면적에 의해 분배되는 (선택적) 스프링(132)에 의해 인가되는 힘)을 더한 합에 도달할 때 달성된다(도 5참조).
본 실시예에서, 스프링 밸브는 매우 가볍다(거의 0). 이러한 경우에, 평형은 피드백 쳄버(114) 내의 압력이 (최고 작업 포트 압력인) 입구 쳄버(108) 내의 압력에 도달할 때 달성된다. 피드백 쳄버(114) 내의 압력은 포트(126)를 통해 출력 통로(82)로부터 전달된다. 출력 통로(82)로부터, 이러한 압력(제 2 로드-의존 압력)은 펌프 로드 감지 입력부(66)로 전달된다. 그리고, 펌프 출력은 최고 작업 포트 압력 더하기 잉여 압력이 된다.
결과적으로, 펌프 입력부(66)는 최고 작업 포트 압력(제 2 로드-의존 압력)을 나타내지만, 로드 감지 셔틀 장치 내의 오일은 밸브 조립체를 벗어나지 않는다. 이것은 밸브 조립체의 입력 섹션(96)에 위치한 고립물 입력부(78)에서 정지해 있다. 펌프(4)는 오일이 채워진 펌프(4)를 위해 호스를 유지하도록 오일의 일정한 소스를 고립물(80)(6, 120, 118, 110, 126, 82, 84, 90, 66의 경로)을 통해 제공한다. 로드 감지 압력이 변화할 때, 새로운 압력은 밸브 작업 포트로부터 오일을 사용할 필요 없이 로드 감지 입력부(66)로 전달되고, 로드 침하는 감소된다. 통로(90)가 펌프(4)로부터 오일로 채워지기 때문에, 장치의 응답 시간은 현저하게 개선된다.
본 실시예에서, 제 1 및 제 2 로드-의존 압력은 서로와, 그리고 최고 작업 포트 압력과 거의 동일하다. 그러나, 본 발명은 그렇게 한정적이지 않다. 다른 실시예에서, 장치 성분의 변화는 서로와 상이한 그리고/또는 최고 작업 포트 압력과 상이한 두 개의 로드-의존 압력을 만들 수 있다. 예를 들어, 이것은 스풀(92)의 양단부가 상이한 면적을 갖거나 스프링(132)이 무시하지 못할 값을 갖는다면 발생할 수 있다. 그 다음에, 제 2 로드-의존 압력이 제 1 로드-의존 압력의 기능을 할 수 있다.
고립물은 전술한 바와 같은 밸브 조립체 내에서만 사용되도록 제한되지는 않는다. 오히려, 압력 보상 밸브 장치가 없는 실시예를 포함하는 매우 많은 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 고립물은 유체가 다른 부분으로 흐르도록 하지 않고 가변 압력을 유압 회로의 다른 부분으로 전송하는데 유용한 곳이면 어디든지 사용될 수 있다.
역류 방지 장치의 구조와 작동
전술한 바와 같이, 최저 압력 상태 문제를 해결하기 위하여 역류를 방지하기 위한 장치가 필요하다. 최저 압력 상태 문제는 로드를 작동하는 피스톤이 실린더 내에서 움직임의 한도에 도달할 때 유체가 흐름을 중단하고 그 결과 계량 노치(22)에 걸쳐 압력 강하 없는 것이다. 그 때문에, 최저 압력 상태 작업 포트는 최고 작업 포트 압력을 가지며 펌프 압력과 동일하다. 전술한 압력 보상 장치가 밸브 조립체 내의 왕복 제어 스풀 각각의 계량 노치(22)에서 동일한 압력 강하를 일으키기 때문에, 아무런 로드도 유동을 나타내지 않고 아무 것도 이동할 수 없다. 장치는 중단된다.
중단 문제의 해결책은 마이너스 잉여 압력을 설정하는 펌프 보상기보다 낮은 압력에서 배출하도록 설정된, 이동 통로(48) 상에 로드 감지 릴리프 밸브(138)를 위치시키는 것이다. 그러한 감지 릴리프 밸브(138)를 사용하지만 역류 방지 장치를 필요로 하는 종래의 밸브에서, 릴리프 밸브(138)는 조립체 내의 압력 보상 체크 밸브(28) 각각의 피스톤(54)의 저면(64)과 직접 연통한다. 설정점을 초과하는 압력에 의해 활성화될 때, 감지 릴리프 밸브(138)는 저장조(18)에 개방되고, 피스톤(54)의 저면(64)에 나타나는 압력을 제한함으로써 압력 강하가 각각의 계량 노치(22)에서 나타나도록 한다. 사실상, 로드 감지 릴리프 밸브(138)는 압력 보상 장치의 외부에서 최저 압력 상태 로드를 얻으며, 장치가 최저 압력 상태되지 않은 로드의 운동을 회복시키는 설정된 로드 감지 릴리프 밸브(138)에서 보상되도록 한다.
전술한 바와 같이, 이러한 해결책은 다른 문제를 가져올 수도 있다. 엑츄에이터의 기하에 적용되는 외력에 기인하여, 작업 포트가 로드 감지 릴리프 설정치보다 상당히 높은 압력을 만들 때 바람직하지 않은 역류가 발생할 수 있다. 이것은 예를 들어, 만일 백호우 부움(backhoe boom)이 무거운 추를 지나서 연장하고, 추는 체인에 의해 버켓에 부착된 후 버켓의 바깥방향으로 말려짐으로써 지면에서 들어올려 진다면, 발생할 수 있다. 이것은 부움 실린더 쳄버(10)에 연결된 밸브 작업 포트(36) 내에 고압을 형성할 수 있다. 만일 그러한 작업 포트 압력이 펌프의 출력부(6)에서의 압력보다 크다면, 압력 보상 피스톤(54)은 펌프(4)쪽으로 계량 노치(22)를 통해 유체의 역류를 가져오며, 작업 포트(36) 압력이 로드 감지 릴리프 밸브(138)의 수준으로 감소될 때까지 로드가 감소되도록, 오리피스(26)를 개방할 수도 있다. 사실상, 이러한 상태에서는 압력 보상 체크 밸브(28)의 체크-밸브 기능을 잃는다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 역류 방지 스위치 밸브가 교량 통로(30)와 밸브 통로(84) 사이에서 하나 이상의 밸브(68, 42, 70) 내에 위치된다. 이러한 실시예에서, 역류 방지 스위치 밸브는 셔틀 밸브(88)이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 역류 방지 셔틀 밸브(88)의 출력부는 압력 보상 피스톤(54)의 저면(64)에 정착된다. 그러므로, 역류 방지 셔틀 밸브(88)는 (최고 작업 포트 압력이거나 로드 감지 릴리프 밸브(138)의 설정점 압력인) 통로(84) 내의 압력과 (특정 밸브를 위한 동력 작업 포트 압력인) 교량 통로(30) 내의 압력을 비교한다. 역류 방지 셔틀 밸브(88)는 통로(84)의 압력 또는 통로(30)의 압력 중 높은 것을 압력 보상 피스톤(54)의 저면(64)으로 보낸다. 만일 로드 감지 릴리프 밸브(138)가 개방되지 않았다면, 통로(84)의 압력은 최고 작업 포트 압력이 되고 압력 보상 장치는 전술한 바와 같이 작동한다. 만일 로드 감지 릴리프 밸브(138)가 개방되었다면, 통로(30)의 압력은 통로(84)의 압력보다 높아질 것이다. 그렇게 된다면, 역류 방지 셔틀 밸브(88)는 그러한 압력을 압력 보상 피스톤(54)의 저면(64)으로 전송한다. 후자의 상황은 작업 포트(36)의 압력이 (압력 보상 피스톤(54)의 저면(64)에서 나타나는) 펌프 출력 압력보다 클 때에만 발생하기 때문에, 압력 보상 피스톤(54)은 위쪽으로 움직이고 오리피스(26)를 폐쇄함으로써 전술한 역류를 방지한다.
본 발명에 따른 양호한 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 청구의 범위는 이에 제한 받지 않는다. 그러한 실시예에 대한 다양한 변형과 변경이 본 발명의 범위 내에서 있을 수 있다. 그러므로, 본 발명은 상기의 특정한 설명에 의해 제한되지 않으며, 첨부된 청구의 범위에 의해 판단되어야 한다.

Claims (5)

  1. 언제라도 펌프 입력 포트에서의 입력 압력과 일정한 잉여 압력의 합인 가변 출력 압력을 생산하는 펌프로부터 로드로 유압 유체를 공급하기 위한 유압 밸브 조립체에 있어서,
    (a) 계량 오리피스를 통해 펌프로부터 로드로 유체를 공급하고 상기 계량 오리피스에 걸쳐 일정한 압력 강하를 제공하기에 적합한 압력 보상 밸브 장치와,
    (b) 하나 이상의 보어 면으로 형성되는 보어 내에 있는, 하나 이상의 보어 면과 함께 형성하는 다수의 랜드와 좁은 부분을 갖는 왕복 활주 스풀을 포함하는 고립물을 포함하고,
    상기 밸브 장치는 제 1 로드-의존 압력을 고립물에 전달하고 제 1 로드-의존 압력을 고립물로부터 상기 계량 오리피스로 전달하는 로드 감지 회로를 갖고, 상기 계량 오리피스에 걸친 압력 강하는 펌프 출력 압력과 제 2 로드-의존 압력 사이의 차이에 의해 발생하며,
    상기 보어는 제 1 로드-의존 압력이 제 1 방향으로 스풀을 가압하는 입력 압력을 생산하도록 로드 감지 회로와 연통하는 입력 쳄버와, 펌프 출력 압력과 연통하며 스풀이 제 1 방향으로 이동할 때 펌프 출력 압력을 보어 내부면 내의 고립물 출력 포트에 연결하고 스풀이 제 1 방향에 대향인 제 2 방향으로 이동할 때 연결을 폐지하기에 적절한 연결 쳄버와, 저장조와 연통하며 스풀이 제 2 방향으로 이동할 때 고립물 출력 포트와 저장조 사이를 연결하고 스풀이 제1 방향으로 이동할 때 연결을 폐지하기에 적절한 저장조 쳄버와, 스풀 내의 피드백 보어를 통해 고립물 출력 포트와 연통하고 내부의 압력으로 스풀을 제 2 방향으로 가압하는 피드백 힘을 생산하는 피드백 쳄버를 포함하며,
    펌프 출력 압력은 피드백 쳄버로 전달되며 스풀을 제 2 방향으로 가압하고, 제 2 방향에서의 연속 이동은 펌프 출력 압력과 고립물 출력 포트 사이의 연결부를 폐지하고 저장조와 고립물 출력 포트 사이의 연결부를 성립시킴으로써 피드백 쳄버를 성립하여,
    스풀이 어떤 시간에도 고립물 출력 포트에서의 제 2 로드-의존 압력이 제 1 로드-의존 압력의 함수인 평형 위치로 유지되고,
    고립물 출력 포트는 펌프 입력 포트와 연통하고, 제 2 로드-의존 압력을 압력 보상 밸브 장치의 계량 오리피스로 전달하는 로드 감지 회로와 연통하여,
    펌프 입력 포트가 제 2 로드-의존 압력을 나타내지만 로드 감지 회로로부터의 유체 유동을 수용하지 않으며, 압력 보상 밸브 장치의 계량 오리피스에 걸친 일정한 압력 강하가 잉여 압력이 되는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 로드-의존 압력이 서로 거의 동일한 것을 특징으로 하는 유압 밸브 조립체.
  3. 조작자가 로드 감지 입력부를 갖고 펌프 입력 압력보다 큰 일정량의 출력 압력을 생산하는 가변 변위 유압 펌프로부터 로드 압력을 발생시키는 로드력에 영향을 받는 유압 엑츄에이터까지의 유체 통로 내의 가압 유체의 유동을 제어하기 위한 로드-감지 및 압력-보상 유압 밸브 조립체에 있어서,
    (a) 상기 유체 통로 내에서 계량 오리피스를 그 사이에 제공하도록 병치되어 있는 제 1 밸브 요소와 제 2 밸브 요소와,
    (b) 상기 유압 엑츄에이터에서 상기 로드 압력을 감지하기 위한 감지 수단과,
    (c) 상기 감지 수단과 연통하고, 상기 감지 수단으로부터 상기 펌프 입력부로 흐르는 유체의 유동을 차단하는 한편 상기 펌프 입력부로 상기 로드 압력을 전달하기 위한 고립물 수단과, 그리고
    (d) 상기 고립물 수단에 의해 전달되는 상기 로드 압력과 연통하고, 상기 일정량과 동일한 압력 강하를 상기 계량 오리피스에 걸쳐 유지하기 위한 압력 보상 수단을 포함하고,
    상기 밸브 요소 중의 적어도 하나는 상기 계량 오리피스의 크기를 변경하여 상기 유압 엑츄에이터로 흐르는 유체의 유동을 제어하는 조작자의 제어 하에 이동 가능하게 있는 것을 특징으로 하는 유압 밸브 조립체.
  4. 펌프로부터 하나 이상의 작업 포트를 갖춘 압력 보상 유압 밸브 섹션의 배열부를 통해 작업 포트 내의 압력과 연통하는 다수의 유압 엑츄에이터로 유압 유체를 공급하기 위한 유압 장치에서, 상기 펌프는 펌프 입력 압력보다 큰 일정량의 출력 압력을 생산하는 타입이고, 상기 배열부는 모든 작업 포트 중의 최고 압력이 감지되고 각각의 밸브 섹션 내의 압력 보상 밸브와 압력 릴리프 밸브로 전송되는 타입이며, 로드 감지 압력은 (a) 압력 릴리프 밸브의 설정점 압력과 (b) 최고 작업 포트 압력 중 낮은 압력과 동일하고, 계량 오리피스에 걸친 압력 강하가 상기 일정한 양과 동일하도록 압력 보상 밸브 각각은 다른 측면에서 펌프 출력 압력을 나타내는 계량 오리피스의 한 측면에 로드 감지 압력을 제공하는 유압 장치에 있어서,
    적어도 하나의 밸브 섹션 내에는 상기 릴리프 밸브와 상기 압력 보상 밸브 사이에 있는 스위치 밸브를 포함하며, 상기 스위치 밸브는 (a) 로드 감지 압력과 (b) 상기 적어도 한 개의 밸브 섹션의 최고 작업 포트 압력 중 높은 압력을 상기 적어도 하나의 밸브 섹션의 압력 보상 밸브로 전달하여, 상기 압력 보상 밸브가 상기 압력 릴리프 밸브의 개방에 상관 없이 역류를 방지하도록 차단 유지되는 것을 특징으로 하는 유압 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스위치 밸브가 셔틀 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 장치.
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