KR20080097029A - 2단형 압력 제어밸브 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은, 2단형 릴리이프 밸브(2 stage relief valve)의 설정압력을 가변조정시, 유압회로에 설정압력을 초과하는 과부하가 발생되는 경우 유압탱크로 일부 또는 전량이 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압(背壓)을 상쇄시킴에 따라 표준압력 조건에서 고압으로 용이하게 변경할 수 있도록한 것으로,

본 발명의 실시예에 의한 2단형 압력 제어밸브는, 작동유 유입통로 및 드레인 통로가 형성된 슬리이브와,

작동유 유입통로를 개폐할 수 있도록 슬리이브에 내설되는 포펫과,

포펫이 열리는 방향에 대항하여 포펫을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재와,

슬리이브의 압력실에 설정값 이상의 고압이 발생되는 경우 개방되어 작동유를 드레인통로를 통하여 유압탱크로 드레인시키는 파일럿 포펫과,

유압펌프로부터 토출되는 작동유의 초기압력에 의하여 포펫 내부에서 슬라이딩되어 파일럿 포펫에 접촉되는 보조피스톤과,

보조피스톤을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재와,

파일럿 포펫이 열리는 방향에 대항하여 파일럿 포펫을 탄성적으로 지지하는 제3탄성부재와,

파일럿 펌프로부터 파일럿 압력의 입력에 따라 제3탄성부재를 가압하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 가변시키고, 유압회로에 설정된 압력을 초과하는 과부하가 발생되어 유압탱크로 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압을 상쇄시키도록 통 로가 내부에 관통형성되는 피스톤과,

피스톤을 가압하여 설정압력을 유지하는 조정플러그를 포함한다.

2단형 압력 제어밸브, 릴리프밸브, 배압

Description

2단형 압력 제어밸브{two stage relief valve}

도 1은 종래 기술에 의한 2단형 압력 제어밸브의 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 제어밸브의 사용상태도,

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 2단형 압력 제어밸브의 단면도,

도 4는 도 3에 도시된 제어밸브의 사용상태도,

도 5는 도 3에 도시된 압력 제어밸브의 요부발췌도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1; 플러그

2; 슬리이브

6; 포펫

7; 보조피스톤

10; 제1탄성부재

11; 제2탄성부재

12; 파일럿 포펫

14; 제3탄성부재

17; 피스톤

19; 심

21,23; 너트

22; 조정플러그

본 발명은 2단형 릴리이프 밸브(2 stage relief valve)의 설정압력을 외부로부터 파일럿 압력의 입력으로 가변조정시 표준압력(0-40k)에서 고압으로 용이하게 조정할 수 있도록한 2단형 압력 제어밸브에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 유압회로에 설정압력을 초과하는 과부하가 발생되는 경우, 유압탱크로 일부 또는 전량이 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압(背壓)을 상쇄시킴에 따라 2단형 릴리이프 밸브의 설정압력을 표준압력 조건에서 고압으로 용이하게 변경할 수 있도록한 2단형 압력 제어밸브에 관한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 2단형 압력 제어밸브는, 드레인 통로(b), 탱크통로(j) 및 작동유 유입통로(r)가 형성된 슬리이브(2)와,

작동유 유입통로(r)를 개폐할 수 있도록 슬리이브(2)에 내설되는 포펫(6)과,

포펫(6)이 열리는 방향에 대항하여 포펫(6)을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재(10)(압축코일스프링)와,

슬리이브(2)의 압력실(c)에 설정값 이상의 고압이 발생되는 경우, 개방되어 작동유를 드레인 통로(b)를 통하여 유압탱크(m)로 드레인시키는 파일럿 포펫(12)과,

슬리이브(2)에 접촉되고 파일럿 포펫(12)이 시팅되는 심(19)과,

유압펌프(h)로부터 토출되는 작동유의 초기압력에 의하여 포펫(6) 내부에서 슬라이딩되어 파일럿 포펫(12)에 접촉되는 보조피스톤(7)과,

보조피스톤(7)을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재(11)(압축코일스프링)와,

파일럿 포펫(12)이 열리는 방향에 대항하여 파일럿 포펫(12)을 탄성적으로 지지하는 제3탄성부재(14)(압축코일스프링)와,

제3탄성부재(14)를 탄성지지하고 파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력의 입력시, 슬라이딩되어 탄성부재(14)를 가압함에 따라 유압회로의 설정압력을 상승시키는 피스톤(17)과,

가이드(20)에 나사결합되고, 피스톤(17) 일단을 가압하여 설정압력을 유지하는 조정플러그(22)와,

설정압력 셋팅후 변경되는 것을 방지하는 너트(21,23)를 포함한다.

도면중 미 설명부호 1은 슬리이브(2)와 가이드(20)를 연결하는 플러그이다.

가) 유압회로에 설정압력을 초과하는 과부하가 발생되는 경우(피스톤(17)에 파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력이 공급되지않은 경우)를 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유압펌프(h)로부터 유입통로(r)를 통하여 유입되 는 작동유에 의해 보조피스톤(7)은 제2탄성부재(11)의 탄성력을 이기고 도면상, 우측방향으로 이동된다. 고압의 작동유는 보조피스톤(7) 내부의 통로(f)를 통과하여 압력실(c)로 유입된다.

이때 d1(유입통로(r)의 내경)〈 d2(포펫(6)의 외경)이므로 포펫(6)은 슬리이브(2)의 시트면에 밀착된 상태를 유지한다(도 1에 도시된 상태).

압력실(c)에 유입되는 작동유의 압력이 제3탄성부재(14)의 탄성력에 도달하면 파일럿 포펫(12)이 개방된다(제3탄성부재(14)는 압축됨). 압력실(c)의 작동유는 심(19)의 관통공(n)과 슬리이브(2)의 드레인 통로(b)를 경유하여 유압탱크(m)로 드레인된다.

이와 동시에, 압력실(c)의 작동유 압력이 파일럿 포펫(12)의 개방에 따라 순간적으로 떨어지므로 포펫(6)이 도면상, 우측방향으로 이동된다. 즉 (유압펌프(h)의 토출압력 × d1 단면적) 〉(압력실(c)의 압력 × d2 단면적)이므로, 포펫(6)이 개방되어 유압펌프(h)로부터의 작동유는 탱크통로(j)를 통과하여 유압탱크(m)로 복귀된다.

나) 유압회로의 설정압력을 고압으로 조정하는 경우(피스톤(17)에 파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력이 공급되는 경우)를 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 파일럿 펌프(k)로부터의 파일럿 압력이 피스톤(17)에 형성된 통로(g)를 통하여 유입되는 경우 피스톤(17)이 도면상, 좌측방향으로 이동된다. 피스톤(17)의 이동으로 인해 제3탄성부재(14)를 압축시켜 파일럿 포펫(12)의 가압력을 높임에 따라 릴리이프 밸브의 설정압력을 증가시킨다.

이와 같이 파일럿 압력을 입력시켜 유압회로의 표준 설정압력을 고압으로 변경하는 경우, 압력실(c)으로부터 유압탱크(m)로 복귀되는 작동유에 의해 챔버(a)에 배압이 형성된다. 챔버(a)의 배압이 피스톤(17)에 전달된다.

한편, 파일럿 압력을 이용하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 높일 경우 아래의 식을 만족시켜야 릴리이프 밸브의 승압이 원활하게 이루어진다.

(파일럿 압력 × 피스톤(17)의 대직경(D1)) 〉(배압 × (피스톤(17)의 대직경(D1) + (릴리이프 밸브의 설정압력 × 파일럿 포펫(12)의 소직경(D2)). 이때 릴리이프 밸브의 설정압력은 승압이전의 압력을 의미한다.

또는 파일럿 압력을 이용하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 높일 경우 다음과 같이 표현될 수 있다.

(파일럿 압력) 〉(배압 + (릴리이프 밸브의 설정압력/면적비). 이때 면적비는 (파일럿 포펫(12)의 소직경(D2))/(피스톤(17)의 대직경(D1))을 의미한다.

이때 압력실(c)에 유입되는 유량이 증가될수록 챔버(a)에 발생되는 배압이 커진다. 배압이 커짐에 따라 릴리이프 밸브의 설정압력을 높이기 위하여 피스톤(17)에 입력되는 파일럿 압력을 증가시켜야 된다.

이로 인해, 압력실(c)에 유입되는 유량이 많은 경우, 표준압력(0-40k)의 입력하에서 릴리이프 밸브의 설정압력 변화가 어려워 배압을 상쇄시킬 수 있는 별도의 장치가 필요하게 된다. 또한 릴리이프 밸브의 설정압력이 증가될수록 파일럿 압력을 높여야 되는 문제점을 갖는다.

본 발명의 실시예는, 2단형 릴리이프 밸브의 설정압력을 가변조정하는 경우, 유압회로에 설정압력을 초과하는 과부하가 발생되어 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압의 간섭을 받지않고 릴리이프 밸브의 설정압력을 용이하게 변경할 수 있도록한 2단형 압력 제어밸브와 관련된다.

본 발명의 실시예에 의한 2단형 압력 제어밸브는, 작동유 유입통로 및 드레인 통로가 형성된 슬리이브와,

작동유 유입통로를 개폐할 수 있도록 슬리이브에 내설되는 포펫과,

포펫이 열리는 방향에 대항하여 포펫을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재와,

슬리이브의 압력실에 설정값 이상의 고압이 발생되는 경우 개방되어 작동유를 드레인 통로를 통하여 유압탱크로 드레인시키는 파일럿 포펫과,

유압펌프로부터 토출되는 작동유의 초기압력에 의하여 포펫 내부에서 슬라이딩되어 파일럿 포펫에 접촉되는 보조피스톤과,

보조피스톤을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재와,

파일럿 포펫이 열리는 방향에 대항하여 파일럿 포펫을 탄성적으로 지지하는 제3탄성부재와,

파일럿 펌프로부터 파일럿 압력의 입력에 따라 제3탄성부재를 가압하여 릴리 이프 밸브의 설정압력을 가변시키고, 유압회로에 설정된 압력을 초과하는 과부하가 발생되어 유압탱크로 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압을 상쇄시키도록 통로가 내부에 관통형성되는 피스톤과,

피스톤을 가압하여 설정압력을 유지하는 조정플러그를 포함한다

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 피스톤에 형성된 통로에 의해 배압이 작용하는 피스톤의 전면 신호수압면과 후면 신호수압면은 동일한 단면적을 갖도록 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 2단형 압력 제어밸브는, 유압펌프(h)로부터 작동유가 유입되는 유입통로(r), 탱크통로(j) 및 드레인 통로(b)가 형성된 슬리이브(2)와,

작동유 유입통로(r)를 개폐할 수 있도록 슬리이브(2)에 내설되는 포펫(6)과,

포펫(6)이 열리는 방향에 대항하여 포펫(6)을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재(10)와,

슬리이브(2)의 압력실(c)에 설정값 이상의 고압이 발생되는 경우, 개방되어 작동유를 드레인 통로(b)를 통하여 유압탱크(m)로 드레인시키는 파일럿 포펫(12)과,

유압펌프(h)로부터 토출되는 작동유의 초기압력에 의하여 포펫(6) 내부에서 슬라이딩되어 파일럿 포펫(12)에 접촉되는 보조피스톤(7)과,

슬리이브(2)에 접촉되고 파일럿 포펫(12)이 시팅되는 심(19)과,

보조피스톤(7)을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재(11)와,

파일럿 포펫(12)이 열리는 방향에 대항하여 파일럿 포펫(12)을 탄성적으로 지지하는 제3탄성부재(14)와,

파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력의 입력에 따라 제3탄성부재(14)를 가압하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 가변시키고, 유압회로에 설정된 압력을 초과하는 과부하가 발생되어 유압탱크(m)로 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압을 상쇄시키도록 통로(s)가 내부에 관통형성되는 피스톤(17)과,

가이드(20)에 나사결합되며 피스톤(17)을 가압하여 설정압력을 유지하는 조정플러그(22)와,

조정플러그(22) 및 가이드(20)에 나사결합되며, 릴리이프 밸브의 설정압력 셋팅후 변경되는 것을 방지하는 너트(21,23)를 포함한다.

전술한 피스톤(17)에 형성된 통로(s)에 의해 배압이 작용하는 피스톤(17)의 전면 신호수압면(17a)과 후면 신호수압면(17b)은 동일한 단면적(D3 = D4)을 갖도록 형성된다(도 5에 도시됨).

이때, 유압탱크(m)로 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압을 상쇄시키도 록 통로(s)가 관통형성된 피스톤(17)을 제외한 구성은, 도 1에 도시된 것과 실질적으로 동일하게 적용되므로 이들의 상세한 설명은 생략하고, 중복되는 도면부호는 동일하게 표기한다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 2단형 압력 제어밸브의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

가) 유압회로에 설정압력을 초과하는 과부하가 발생되는 경우(피스톤(17)에 파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력이 공급되지않은 경우)를 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 유압펌프(h)로부터 유입통로(r)를 통하여 유입되는 작동유에 의해 보조피스톤(7)은 제2탄성부재(11)의 탄성력을 이기고 도면상, 우측방향으로 이동된다. 고압의 작동유는 보조피스톤(7) 내부의 통로(f)를 통과하여 압력실(c)로 유입된다.

이때, d1(유입통로(r)의 내경)〈 d2(포펫(6)의 외경)이므로 포펫(6)은 슬리이브(2)의 시트면에 밀착된 상태를 유지한다(도 3에 도시된 상태).

압력실(c)에 유입되는 작동유의 압력이 제3탄성부재(14)의 탄성력에 도달하면 파일럿 포펫(12)이 개방된다. 압력실(c)의 작동유는 심(19)의 관통공(n)과 슬리이브(2)의 드레인 통로(b)를 경유하여 유압탱크(m)로 드레인된다.

이와 동시에, 압력실(c)의 작동유 압력이 파일럿 포펫(12)의 개방에 따라 순간적으로 떨어지므로 포펫(6)이 도면상, 우측방향으로 이동된다. 즉 (유압펌프(h) 의 토출압력 × d1 단면적) 〉(압력실(c)의 압력 × d2 단면적)이므로, 포펫(6)이 개방되어 유압펌프(h)로부터의 작동유는 유입통로(r)와 탱크통로(j)를 통과하여 유압탱크(m)로 곧바로 복귀된다.

나) 유압회로의 설정압력을 고압으로 조정하는 경우(피스톤(17)에 파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력이 공급되는 경우)를 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 파일럿 펌프(k)로부터의 파일럿 압력이 피스톤(17)에 형성된 통로(g)를 통하여 유입되는 경우 피스톤(17)이 도면상, 좌측방향으로 이동된다. 피스톤(17)의 이동으로 인해 제3탄성부재(14)를 압축시켜 파일럿 포펫(12)의 가압력을 높임에 따라 릴리이프 밸브의 설정압력을 증가시킨다.

전술한 유압펌프(h)로부터의 작동유는 유입통로(r) - 보조피스톤(7)의 통로(f)를 경유하여 압력실(c)에 공급된다. 포펫(6)의 개방으로 압력실(c)으로부터 챔버(u)에 이동되는 작동유의 일부는 슬리이브(2)의 드레인 통로(b)를 통하여 유압탱크(m)에 드레인 된다.

한편, 챔버(u)에 이동된 작동유의 나머지는 피스톤(17)의 내부에 관통형성된 통로(s)를 따라 챔버(t)에 공급된다. 이때 피스톤(17)의 전면 신호수압면(17a)과 후면 신호수압면(17b)이 동일한 단면적(D3 = D4)을 갖도록 형성됨에 따라(도 5에 도시됨), 챔버(t,u)에 배압이 형성되는 경우에도 통로(s)에 의해 서로 상쇄된다.

전술한 바와 같이 파일럿 펌프(k)로부터 파일럿 압력을 입력시켜 유압회로의 표준 설정압력을 고압으로 변경하는 경우, 유압탱크(m)로 귀환되는 작동유에 의해 형성되는 배압을 상쇄시킬 경우 아래의 식을 만족시켜야 릴리이프 밸브의 승압이 원활하게 이루어진다.

(파일럿 압력 × 피스톤(17)의 대직경(D1)) 〉(릴리이프 밸브의 설정압력 × 파일럿 포펫(12)의 소직경(D2)). 이를 만족시키는 경우 릴리이프 밸브의 설정압력을 고압으로 원활하게 변경시킬 수 있다.

이때 릴리이프 밸브의 설정압력은 승압이전의 압력을 의미한다.

또는 파일럿 압력을 이용하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 높일 경우 배압을상쇄시킬 경우 다음과 같이 표현될 수 있다.

(파일럿 압력) 〉(릴리이프 밸브의 설정압력/면적비). 이때 면적비는 (파일럿 포펫(12)의 소직경(D2))/(피스톤(17)의 대직경(D1))을 의미한다.

따라서, 챔버(u,t)에 배압이 형성되는 경우에도 파일럿 펌프(k)로부터의 파일럿 압력을 피스톤(17)에 공급하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 고압으로 상승시키는 경우 배압의 간섭을 받지 않는다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 2단형 압력 제어밸브는 아래와 같은 이점을 갖는다

2단형 릴리이프 밸브의 설정압력을 가변조정하는 경우, 유압회로에 설정압력을 초과하는 과부하가 발생되어 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압을 상쇄시킴에 따라, 릴리이프 밸브의 설정압력을 용이하게 변경할 수 있어 장비의 신뢰성을 갖는다

Claims (2)

1. 작동유 유입통로 및 드레인 통로가 형성된 슬리이브;

   상기 작동유 유입통로를 개폐할 수 있도록 슬리이브에 내설되는 포펫;

   상기 포펫이 열리는 방향에 대항하여 포펫을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재;

   상기 슬리이브의 압력실에 설정값 이상의 고압이 발생되는 경우, 개방되어 작동유를 상기 드레인 통로를 통하여 유압탱크로 드레인시키는 파일럿 포펫;

   유압펌프로부터 토출되는 작동유의 초기압력에 의하여 포펫 내부에서 슬라이딩되어 파일럿 포펫에 접촉되는 보조피스톤;

   상기 보조피스톤을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재;

   상기 파일럿 포펫이 열리는 방향에 대항하여 파일럿 포펫을 탄성적으로 지지하는 제3탄성부재;

   파일럿 펌프로부터 파일럿 압력의 입력에 따라 상기 제3탄성부재를 가압하여 릴리이프 밸브의 설정압력을 가변시키고, 유압회로에 설정된 압력을 초과하는 과부하가 발생되어 유압탱크로 드레인되는 작동유에 의해 발생되는 배압을 상쇄시키도록 통로가 내부에 관통형성되는 피스톤; 및

   상기 피스톤을 가압하여 설정압력을 유지하는 조정플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단형 압력 제어밸브.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 피스톤에 형성된 통로에 의해 배압이 작용하는 상기 피스톤의 전면 신호수압면과 후면 신호수압면은 동일한 단면적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 2단형 압력 제어밸브.

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