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KR100764119B1 - 파일럿 포펫형 릴리프 밸브 - Google Patents

파일럿 포펫형 릴리프 밸브 Download PDF

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Publication number
KR100764119B1
KR100764119B1 KR1020040012697A KR20040012697A KR100764119B1 KR 100764119 B1 KR100764119 B1 KR 100764119B1 KR 1020040012697 A KR1020040012697 A KR 1020040012697A KR 20040012697 A KR20040012697 A KR 20040012697A KR 100764119 B1 KR100764119 B1 KR 100764119B1
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KR
South Korea
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pressure
piston
tank
inlet
balance
Prior art date
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KR1020040012697A
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KR20050086281A (ko
Inventor
정해균
Original Assignee
볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
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Publication date
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Priority to JP2004164669A priority patent/JP3917989B2/ja
Priority to US10/862,865 priority patent/US6986362B2/en
Priority to DE200460003551 priority patent/DE602004003551T2/de
Priority to EP20040014168 priority patent/EP1568924B1/en
Priority to CNB2004100616202A priority patent/CN100347474C/zh
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Abstract

본 발명은 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치를 구비하여 탱크 압력이 변동되는 경우에도 파일럿 포펫의 설정압력이 변화되지 않아 릴리프 밸브의 기능이 안정적으로 이루어질 수 있는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 관한 것으로, 고압입구와 고압입구의 압유를 탱크로 귀환시키는 탱크유로가 형성되는 슬리브, 메인포펫 스프링에 의해 탄지되어 고압입구와 탱크유로를 개폐하도록 슬리브 내에 설치되는 메인포펫, 시트유로가 형성되어 슬리브 내에 설치되는 시트부, 파일럿 신호압이 입력되는 신호입구와 탱크유로와 연통되는 탱크입구가 형성되며 전단은 시트유로와 연통되도록 슬리브에 연결되는 하우징, 파일럿 포펫 스프링에 의해 이동 가능하게 탄지되어 탱크입구와 시트유로를 개폐하도록 설치되는 파일럿 포펫, 파일럿 신호압에 의해 파일럿 포펫 스프링을 가압하는 피스톤 및 하우징 내의 피스톤 전면에 형성되어 탱크유로와 연결되는 밸런스 수압실과 피스톤 중심에 관통 형성되는 밸런스유로와 밸런스유로에 의해 밸런스 수압실과 연통되는 밸런스 배압실을 포함하여 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치를 포함한다.
파일럿 포펫, 릴리프 밸브, 탱크압력, 맥동, 밸런스장치

Description

파일럿 포펫형 릴리프 밸브 {Pilot poppet type relief valve}
도 1은 종래 기술에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 파일럿 신호압과 시스템 압력의 특성선도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 측면단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 측면단면도.
삭제
도 6은 본 발명에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 파일럿 신호압과 시스템 압력의 특성선도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
T : 탱크 50 : 파일럿 포펫
Pi : 파일럿 신호압 51 : 파일럿 포펫 스프링
10 : 슬리브 60 : 피스톤
11 : 고압입구 62 : 피스톤 스프링
12 : 탱크유로 20 : 메인포펫
삭제
21 : 제1 오리피스 90a : 보조피스톤
22 : 배압실 98 : 전단 요홈
23 : 메인포펫 스프링 1,3 : 파일럿 포펫형 릴리프 밸브
30 : 시트부 200 : 유압펌프
31 : 오리피스 몸체 60 : 피스톤
31 : 제2 오리피스 몸체 64,94 : 전면수압면
32 : 제2 오리피스 66,96 : 신호수압면
33 : 시트유로 67,97 : 후면수압면
34 : 시트면 71,91 : 밸런스 수압실
40 : 하우징 73,93 : 밸런스유로
40a,40b : 하우징 내벽 75,95 : 밸런스 배압실
41 : 신호입구 79,99 : 밸런스장치
42 : 탱크입구
본 발명은 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치를 구비하여 탱크 압력이 변동되 는 경우에도 파일럿 포펫의 설정압력이 변화되지 않아 릴리프 밸브의 기능이 안정적으로 이루어질 수 있는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 관한 것이다.
일반적으로 유압으로 가동되는 굴삭기 등과 같은 중장비에는 유압펌프로부터 토출되는 압유를 이용하여 중장비에 장착된 여러 가지 작업기를 구동하기 위한 유압회로 시스템이 사용된다. 유압펌프로부터의 압유는 방향제어의 기능을 수행하는 메인 제어밸브에 의해 각각의 작업기의 액추에이터로 공급되는데, 상술한 메인 제어밸브 내에 설치되는 릴리프 밸브는 '메인 릴리프 밸브'라고도 하며 과도한 부하로부터 구동원을 포함한 유압회로 전체 시스템을 보호하기 위해 최고압을 규제하는 기능을 수행한다.
릴리프 밸브는 회로의 압력이 밸브의 설정압력에 도달하면 유체의 일부 또는 전량을 배출시켜 회로 내의 압력을 설정값 이하로 유지하는 기능을 수행하는 압력 제어밸브의 하나로서, 릴리프 밸브의 설정압력을 변경할 수 있어서 장비에 사용되는 작업기를 변경하는 경우에 대응할 수 있게 이루어진다. 그러나 일반적인 릴리프 밸브에서는 압력계를 사용하여 외부에서 직접 압력계를 보면서 압력 설정을 변경하여야 하는 불편함이 있기 때문에, 메인 제어밸브에 사용되는 메인 릴리프 밸브에는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브가 주로 사용되고 있다.
굴삭기 등의 중장비가 버켓을 사용하여 굴삭 작업을 수행하거나, 선회모터에 의해 선회하거나, 주행모터에 의해 주행을 하는 경우 유압회로 시스템에 형성되는 압력이 작업을 수행하기에 부족한 현상이 발생한다. 따라서 근래에는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 설정압력을 2단계로 나누고, 부하가 큰 작업을 수행할 때에는 릴 리프 밸브의 설정압력을 일시적으로 증가시킴으로써 중장비의 굴삭능력, 주행능력, 선회능력을 향상시키고 있다.
이와 같은 파일럿 포펫형 릴리프 밸브는 파일럿 신호압력에 의해 릴리프 밸브의 설정압력을 무단으로 변경할 수 있도록 이루어진다. 즉 외부 또는 운전석에서 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 인가되는 파일럿 신호압을 조정하면, 이에 대응하여 릴리프 밸브의 설정압력이 자동적으로 변경되는 특징을 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 단면도를 도시한다. 종래의 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 따르면, 유압펌프(200)로부터 공급되는 압유가 릴리프 밸브(100)를 경유하여 중장비의 작업기(미도시)를 구동하고, 작업기(미도시)의 액추에이터가 최대 스트로크에 도달하면 유압펌프(200)로부터의 압유는 릴리프 밸브(100)를 경유하여 탱크(201)로 귀환한다.
릴리프 밸브(100)는 슬리브(110)와, 슬리브(110)에 결합되는 본체(180)를 포함하여 이루어진다.
슬리브(110) 내에는 메인포펫(120), 메인포펫 스프링(122), 제2 오리피스 몸체(130), 시트부(140)가 설치되는데, 메인포펫(120)은 중앙에 제1 오리피스(121)가 형성되어 슬리브(110) 내에서 길이방향으로 이동 가능하게 설치되고, 메인포펫 스프링(122)은 메인포펫(120)을 탄성 지지한다. 또한 메인포펫 스프링(122)의 후단은 제2 오리피스 몸체(130)에 지지되고, 제2 오리피스 몸체(130)의 후단은 시트부(140)에 지지되도록 설치된다. 제2 오리피스 몸체(130)에는 중앙을 관통하는 제2 오리피스(131)가 형성된다. 또한 시트부(140)에는 그 중앙을 관통하여 제2 오 리피스(131)와 연결되는 시트유로(142)와, 시트유로(142)의 후면에 경사지게 형성되는 시트면(141)이 설치된다.
슬리브(110)와 결합되는 본체(180) 내에는 파일럿 포펫(150)과, 파일럿 포펫 스프링(160)과, 피스톤(170)이 설치된다. 파일럿 포펫(150)은 파일럿 포펫 스프링(160)에 의해 탄성 지지되며 본체(180) 내에 길이 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 파일럿 포펫 스프링(160)의 후단은 피스톤(170)에 지지된다. 파일럿 포펫(150)은 원추형상으로 이루어져 파일럿 포펫 스프링(160)의 스프링력에 의하여 시트부(140)의 시트면(141)에 접촉함으로써 시트유로(142)를 개폐하는 기능을 한다.
파일럿 포펫 스프링(160)을 지지하는 피스톤(170)은 본체(180) 내에 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 본체(180) 좌측에는 파일럿 신호라인(190)이 형성되어 피스톤(170)의 후면과 연결된다. 파일럿 신호라인(190)은 외부로부터 파일럿 신호압(Pi)을 공급받아 피스톤(170)을 가압하여 피스톤(170)이 좌우 방향으로 슬라이드 이동되게 하므로, 피스톤(170) 후면에는 파일럿 신호압(Pi)에 의한 배압실(171)이 형성된다. 이와 같이 피스톤(170)과 파일럿 포펫 스프링(160)은 파일럿 신호라인(190)을 통해 입력되는 파일럿 신호압(Pi)에 의해 우측으로 가압되어 파일럿 포펫 스프링(160)의 스프링력이 변화됨으로써 릴리프 밸브(100)의 압력 설정이 이루어진다.
슬리브(110)에는 유압펌프(200)로부터의 고압유가 공급되는 고압입구(111)와, 고압입구(111)의 압유를 탱크(201)로 귀환시키기 위한 탱크유로(112)가 형성된 다. 따라서 슬리브(110) 내에서 메인포펫(120)이 좌측으로 이동하면 고압입구(111)의 압유가 탱크유로(112)를 경유하여 탱크(201)로 귀환된다.
이하에서는, 유압펌프(200)로부터의 압유에 의해 고압입구(111) 측에 형성되는 압력을 고압입구측 압력이라고 하고, 메인포펫(120)의 제1 오리피스(121)를 통과한 압유가 제2 오리피스(131)로 유입되기 전에 메인포펫(120)의 공간부(120a) 내에 형성되는 압력을 배압실측 압력이라 칭한다.
메인포펫(120)은 고압입구측 압력이 작용하는 고압입구(111)의 수압면적(A1)이 배압실측 압력이 작용하는 공간부(120a) 수압면적(A2)보다 작도록 이루어진다.
상술한 구성으로 이루어지는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브(100)의 작동을 설명하면 다음과 같다. 유압펌프(200)로부터의 압유는 고압입구(111)와 제1 오리피스(121)를 경유하여 메인포펫(120)의 공간부(120a)로 유입된다.
고압입구(111) 측의 압력이 상술한 파일럿 포펫 스프링(160)에 의해 설정된 설정압력 이하에 해당되는 경우에는, 파일럿 포펫(150)이 파일럿 포펫 스프링(160)의 스프링력에 의해 시트면(141)에 접촉하므로 압유가 제2 오리피스(131)로 흐르지 않아 고압입구측 압력과 배압실측 압력이 동일하게 형성된다. 상술한 바와 같이 메인포펫(120)은 고압입구측 압력이 작용하는 수압면적(A1)이 배압실측 압력이 작용하는 수압면적(A2)보다 작게 이루어지므로, 메인포펫(120)은 메인포펫 스프링(122)에 의해 슬리브(110) 내에서 우측으로 지지된다. 따라서 탱크유로(112)는 메인포펫(120)에 의해 폐쇄된 상태로 유지된다.
한편, 중장비의 작업기(미도시)가 최대 스트로크에 도달하면 장비의 시스템 압력이 상승하므로, 고압입구(111) 측의 압력이 상승하여 고압입구측 압력 및 배압실측 압력이 상술한 파일럿 포펫 스프링(160)에 의해 설정된 설정압력 이상에 다다르고 압유가 파일럿 포펫 스프링(160)의 스프링력에 저항하여 파일럿 포펫(150)을 좌측으로 이동시킴으로써 시트부(140)의 시트유로(142)가 개방된다.
따라서 압유는 시트유로(142)와 탱크입구(181)를 경유하여 탱크(201)로 귀환되므로, 제1 오리피스(121)를 통과하여 공간부(121a)로 유입되는 압유가 저항을 받아 배압실측 압력이 고압입구측 압력보다 떨어진다. 배압실측 압력이 고압입구측 압력보다 하강하면 고압입구측 압력이 작용하는 수압면적(A1)에 가해지는 힘이 배압실측 압력이 작용하는 수압면적(A2)에 가해지는 힘을 초과하므로, 메인포펫(120)이 좌측으로 이동되어 압유가 탱크유로(112)를 통해 탱크(201)로 귀환된다.
도 2는 종래 기술에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 파일럿 신호압과 시스템 압력의 특성선도이다.
파일럿 포펫형 릴리프 밸브(100)는 상술한 작동에 의해 고압입구(111) 측 압력이 설정된 압력 이상으로 상승하면 압유가 탱크(201)로 귀환되어 릴리프 기능을 수행한다.
파일럿 신호압(Pi)이 오프상태인 경우에는 피스톤(170)이 파일럿 포펫 스프링(160)을 가압하지 않아 릴리프 밸브(100)의 설정압력은 저압의 1차 설정압력으로 설정되고, 고압입구(111)에 공급되는 유압펌프(200)로부터의 압력이 파일럿 포펫 스프링(160)에 설정된 저압의 1차 설정압력보다 큰 경우에만 메인포펫(120)이 작동 되므로, 유압시스템의 설정압력이 큰 부하가 요구되지 않은 일반적인 사용상태로 유지된다.
반대로 파일럿 신호압(Pi)이 파일럿 신호라인(190)에 공급되면, 피스톤(170)에 의해 파일럿 포펫 스프링(160)이 압축되므로 릴리프 밸브(100)의 설정압력은 고압의 2차 설정압력으로 설정되고, 고압입구(111)에 공급되는 유압펌프(200)로부터의 압력이 파일럿 포펫 스프링(160)에 설정된 고압의 2차 설정압력보다 커지는 경우에만 메인포펫(120)이 작동되므로, 유압시스템의 설정압력은 중장비가 굴삭, 선회, 주행 등 큰 부하가 요구되는 작업을 실시할 때에 적합한 상태가 된다.
상술한 바와 같이 파일럿 신호라인(190)에 입력되는 파일럿 신호압(Pi)이 릴리프 밸브(100)의 압력 설정을 가변적으로 변화시키는데, 구체적으로는 파일럿 신호압(Pi)이 피스톤(170)을 가압하여 파일럿 포펫 스프링(160)의 압축 길이가 달라짐으로써 스프링력이 변화하여 설정압력이 변경된다. 그러나 피스톤(170)의 양측에는 파일럿 신호압(Pi)에 의한 압력과, 파일럿 포펫 스프링(160)에 의한 스프링력 뿐만 아니라 탱크입구(181)에 의해 가해지는 탱크(201) 압력이 작용력으로 가해진다.
파일럿 신호압(Pi)이 가해지는 피스톤(170)의 배압실(171) 신호압 수압면적을 Dp, 파일럿 포펫 스프링(160)의 스프링력을 Fs, 탱크입구(181)에 의한 탱크 압력을 Pt, 피스톤(170)의 탱크 압력 수압 면적을 Dt 라고 한다면, 피스톤(170)에 작용하는 작용력의 관계식은 다음과 같이 표현된다.
Pi × Dp = Fs + (Pt × Dt) = 설정압력
상기 관계식에 따르면 릴리프 밸브(100)의 설정압력은 탱크 압력(Pt)의 영향을 받는다. 즉 파일럿 신호압(Pi)이 일정한 압력으로 설정되어 있는 경우이더라도 탱크 압력(Pt)이 일정 압력범위에서 변동되면 도 2에 도시된 바와 같이 맥동이 발생되는 문제점이 있다. 이와 같은 현상으로 인해 릴리프 밸브의 성능이 불량해질 경우에는 작업기의 작업 성능이 저하되어 장비의 전체적인 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서 탱크 압력이 변동되는 경우에도 설정압력이 변화되지 않아 릴리프 밸브의 기능이 안정적으로 이루어질 수 있는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 기술이 절실하게 요구되어 왔다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치를 설치하여 탱크 압력이 변동되는 경우에도 파일럿 포펫의 설정압력이 변화되지 않아 릴리프 밸브의 기능이 안정적으로 이루어지도록 하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치를 구비하여 탱크 압력이 변동되는 경우에도 파일럿 포펫의 설정압력이 변화되지 않아 릴리프 밸브의 기능이 안정적으로 이루어지는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브를 제공한다.
본 발명에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브는 펌프의 압유가 공급되는 고압입구와 고압입구의 압유를 탱크로 귀환시키는 탱크유로가 형성되는 슬리브,
전방은 고압입구와 연통되어 후방에 형성되는 배압실로 압유가 유입되고 메인포펫 스프링에 의해 탄지되어 고압입구와 탱크유로를 개폐하도록 슬리브 내에 설치되는 메인포펫,
배압실에 연통되는 시트유로가 형성되어 슬리브 내에 설치되는 시트부,
파일럿 신호압이 입력되는 신호입구와 탱크유로와 연통되는 탱크입구가 형성되며 전단은 시트유로와 연통되도록 슬리브에 연결되는 하우징,
하우징 내에 파일럿 포펫 스프링에 의해 이동 가능하게 탄지되어 전단부가 탱크입구와 시트유로를 개폐하도록 설치되는 파일럿 포펫,
파일럿 포펫 스프링의 후단부를 지지하도록 하우징 내에 이동 가능하게 설치되며 신호입구에서 입력되는 파일럿 신호압(Pi) 및 파일럿 포펫 스프링의 탄성력과, 이와 대항하는 피스톤 스프링의 탄성력에 의해 탄설되는 피스톤,
하우징 내의 피스톤 전면에 형성되어 탱크유로와 연결되는 밸런스 수압실과 피스톤 중심에 관통 형성되는 밸런스유로와 밸런스유로에 의해 밸런스 수압실과 연통되는 밸런스 배압실을 포함하여 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
피스톤의 외주연에는 신호입구로부터의 파일럿 신호압을 수압하는 신호수압면이 형성되고, 하우징 내에는 피스톤 스프링이 설치되어 피스톤을 파일럿 신호압에 대항하여 탄성 지지하고, 밸런스 배압실은 피스톤의 후면수압면과 하우징 내부 후벽에 의해 형성되고, 밸런스 수압실에 접하는 피스톤의 전면수압면은 후면수압면과 동일한 면적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 피스톤의 후단에는 보조피스톤이 삽입되고, 보조피스톤의 후단에는 신호입구로부터의 파일럿 신호압을 수압하는 신호수압면이 형성되며, 밸런스 배압실은 보조피스톤의 전단 요홈과 피스톤 후면의 후면수압면으로 이루어지며, 밸런스 수압실에 접하는 피스톤의 전면수압면은 후면수압면과 동일한 면적으로 이루어지도록 할 수 있다.
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이하, 첨부 도면의 바람직한 실시예 들을 통하여, 본 발명에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브(1)의 측면단면도이다.
릴리프 밸브(1)는 슬리브(10)와, 슬리브(10) 내에 이동 가능하게 설치되는 메인포펫(20)과, 슬리브(10)내에 설치되는 시트부(30)와, 슬리브(10) 후단에 연결되는 하우징(40)과, 하우징(40) 내에 이동 가능하게 설치되는 파일럿 포펫(50)과, 파일럿 신호압에 의해 이동되는 피스톤(60)과, 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치(79)를 포함하여 이루어진다.
릴리프 밸브(1)는 유압펌프(200)로부터의 압유가 공급되는 고압입구(11) 및 탱크(T)로 연결되는 탱크유로(12)를 개폐하는 메인포펫(20)이 설치되어 고압입구(11)의 압력이 파일럿 신호압(Pi)에 의한 설정압력을 초과할 때에는 메인포펫(20)이 고압입구(11)의 압유를 탱크(T)로 배출시킴으로써 전체 유압 시스템의 압력을 일정값 이하로 유지하는 기능을 한다.
릴리프 밸브(1)의 선단에는 유압펌프(200)의 압유가 공급되는 고압입구(11)와 탱크유로(12)가 형성된 슬리브(10)가 설치된다. 탱크유로(12)는 고압입구(11)의 압유를 탱크(T) 측으로 배출할 수 있도록 고압입구(11)와 연결되어 있다.
슬리브(10) 내에는 메인포펫(20)과, 메인포펫 스프링(23)과, 제2 오리피스 몸체(31)와, 시트부(30)가 차례로 설치된다. 메인포펫(20)은 메인포펫 스프링(23)에 의해 탄성 지지되며 고압입구(11)와 탱크유로(12)를 개폐할 수 있도록 슬리브(10) 내에 이동 가능하게 설치된다. 즉 메인포펫(20)이 도면 상 우측으로 이동되면 메인포펫(20)의 전단부가 고압입구(11)와 탱크유로(12)의 연결을 폐쇄하고, 좌측으로 이동되면 고압입구(11)와 탱크유로(12)가 연결되어 고압입구(11)로부터의 압유가 탱크유로(12)로 배출될 수 있다.
메인포펫(20)의 후단을 탄성 지지하는 메인포펫 스프링(23)은 제2 오리피스 몸체(31)에 의해 지지되며, 제2 오리피스 몸체(31)는 시트부(30)에 의해 지지된다. 또한 시트부(30)의 후단은 슬리브(10)에 대해 고정되며, 제2 오리피스 몸체(31)의 후단은 시트부(30) 전단에 안착되어 메인포펫 스프링(23)을 안정적으로 지지하므로 메인포펫(20)은 메인포펫 스프링(23)에 의해 고압입구(11) 측으로 가압되는 상태에 놓인다.
메인포펫(20)의 전방에는 고압입구(11) 측과 연통되는 제1 오리피스(21)가 형성되며, 후방에는 제1 오리피스(21)와 연통되는 배압실(22)이 형성된다. 또한 제2 오리피스 몸체(31)의 중심에는 제2 오리피스(32)가 관통 형성되어 배압실(22)과 연결된다. 시트부(30)의 중심에도 시트유로(33)가 관통 형성되어 제2 오리피스(32)와 연통된다. 따라서 슬리브(10) 내측에는 고압입구(11)로부터의 압유가 제1 오리피스(21), 배압실(22), 제2 오리피스(32) 및 시트유로(33)를 차례로 경유하는 유로가 형성된다. 또한 시트부(30) 후단에는 시트유로(33)에서 외측으로 연장되는 시트면(34)이 형성된다.
슬리브(10)의 후단에는 하우징(40)이 결합되며, 하우징(40) 내에 파일럿 포펫(50), 피스톤(60) 및 파일럿 포펫 스프링(51)이 설치되어 파일럿 포펫형 릴리프 밸브(1)의 작동 압력을 설정하는 기능을 수행한다.
파일럿 포펫(50)은 파일럿 포펫 스프링(51)에 의해 탄성 지지되어 하우징(40)내에서 이동가능하게 설치된다. 파일럿 포펫(50)은 그 전단부가 원추형상으로 이루어져 파일럿 포펫 스프링(51)의 스프링력에 의해 가압되어 시트부(30)의 시트면(34)과 접촉함으로써 시트유로(33)를 개폐한다. 하우징(40) 내측의 전방에는 상술한 탱크유로(12)와 연통되는 탱크입구(42)가 형성되는데, 파일럿 포펫(50)이 시트유로(33)를 개폐함으로써 탱크입구(42)와 시트유로(33)를 연결/폐쇄하는 기능을 한다.
피스톤(60)은 파일럿 포펫 스프링(51)의 후단부를 지지하며 하우징(40) 내에서 슬라이드 이동가능하게 설치된다. 하우징(40)의 대략 중앙부 측면에는 외부로부터의 파일럿 신호압(Pi)이 입력되는 신호입구(41)가 형성되며, 피스톤(60)의 대략 중앙부 외주연에는 신호입구(41)에 연결되어 파일럿 신호압(Pi)을 수압하는 신호수압면(66)이 형성된다. 또한 피스톤(60)의 후단은 피스톤 스프링(62)에 의해 탄성 지지되는데, 피스톤 스프링(62)이 신호수압면(66)에 작용하는 파일럿 신호압(Pi) 및 파일럿 포펫 스프링(51)의 탄성력에 대항하여 피스톤(60)을 도면상, 우측방향으로 가압한다.
하우징(40) 내에는 피스톤(60)에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치(79)가 설치된다. 밸런스장치(79)는 피스톤(60) 전면에 형성되어 탱크유로(12)와 연결되는 밸런스 수압실(71), 피스톤(60) 중심에 관통형성되는 밸런스유로(73) 및 밸런스유로(73)에 의해 밸런스 수압실(71)과 연통되는 밸런스 배압실(75)을 포함하여 이루어진다.
밸런스 배압실(75)은 하우징 내부 후벽(40a)과 피스톤(60)에 의해 형성되는 공간으로 이루어지고, 밸런스 수압실(71)은 파일럿 포펫 스프링(51) 및 파일럿 포펫(50)이 설치되는 피스톤(60) 전방에 형성된 공간으로 이루어진다. 밸런스 배압실(75)과 밸런스 수압실(71)은 밸런스유로(73)에 의해 서로 연결되며, 밸런스 수압실(71)은 탱크유로(12)에 연결되므로, 탱크유로(12)를 통해 탱크(T)로부터 공급되는 압유는 밸런스 수압실(71)과 밸런스유로(73)를 경유하여 밸런스 배압실(75)에까지 공급된다. 따라서 탱크압력은 피스톤(60) 전방의 밸런스 수압실(71) 및 피스톤(60) 후방의 밸런스 배압실(75)에 각각 형성되어 피스톤(60)의 양측에 동일한 탱크압력이 작용한다.
동일한 압력의 유압을 수압하는 수압면에 가해지는 작용력은 수압면적에 비례하므로, 밸런스 배압실(75)에 접하는 피스톤(60)의 후면수압면(67)과 밸런스 수압실(71)에 접하는 피스톤(60)의 전면수압면(64)이 동일한 면적으로 이루어지게 함으로써 탱크압력에 의해 피스톤(60)의 전후방 양측에 가해지는 작용력이 동일한 크기로 형성되게 할 수 있다.
즉, ((파일럿 포펫 스프링(51)의 탄성력) + (신호압(Pi) × 신호 수압면(66)) = 피스톤 스프링(62)의 탄성력이다.
전술한 신호 수압면(67)의 압력에 상관없이 신호압(Pi)에 의하여 피스톤 스프링(62)의 탄성력을 조정할 수 있으며, 이로 인해 유압시스템의 압력을 조정할 수 있다.
따라서 탱크압력이 변동되는 경우에도 상술한 밸런스장치(79)의 작용에 의해 피스톤(60)에 작용하는 탱크 압력이 상쇄되므로 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 설정압력이 탱크 압력에 영향을 받지 않고, 릴리프 밸브 본래의 기능을 원활히 수행할 수 있다.
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도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브(3)의 측면단면도이며, 이하에서 본 발명의 제3 실시예에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브를 설명함에 있어서 상술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 관한 설명은 생략한다.
신호입구(41)는 하우징(40)의 후단부에 설치된다. 그러나 피스톤(60)의 후면에 신호수압면(96)이 형성되는 구성은 다르게 이루어진다. 즉 피스톤(60)의 후단의 단차부에 보조피스톤(60a)이 삽입되고, 보조피스톤(60a)의 후단에 신호수압면(96)이 형성되어 신호입구(41)로부터 입력되는 파일럿 신호압(Pi)을 수압하는 기능을 한다. 보조피스톤(60a)의 신호수압면(96)에 파일럿 신호압(Pi)이 공급되면 피스톤(60)이 하우징(40) 내에서 도면상, 우측 방향으로 이동되어 파일럿 포펫 스프링(51)을 가압함으로써 설정압력을 변경시킨다.
하우징(40) 내에는 피스톤(60)에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치(99)가 설치된다. 밸런스장치(99)는 피스톤(60) 전면에 형성되어 탱크유로(12)와 연결되는 밸런스 수압실(91)과, 피스톤(60) 중심에 관통 형성되는 밸런스유로(93)와, 밸런스유로(93)에 의해 밸런스 수압실(91)과 연통되는 밸런스 배압실(95)을 포함하여 이루어진다.
밸런스 배압실(95)은 보조피스톤(60a)의 전단부에 형성되는 전단 요홈(98)과 피스톤(60) 후면의 후면수압면(97)에 의해 형성되는 공간으로 이루어진다. 피스톤(60) 내측에 형성되는 밸런스유로(93)는 밸런스 배압실(95)과 밸런스 수압실(91)을 연결한다.
밸런스 수압실(91)은 탱크유로(12)에 연결되므로, 탱크유로(12)를 통해 탱크(T)로부터 공급되는 압유는 밸런스 수압실(91)과 밸런스유로(93)를 경유하여 밸런스 배압실(95)에까지 공급된다. 탱크압력은 피스톤(60) 전방의 밸런스 수압실(91) 및 피스톤(60) 후방의 밸런스 배압실(95)에 각각 형성되어 피스톤(60)의 양측에 동일한 탱크압력이 작용한다.
탱크압력에 의해 피스톤(60)의 전후방 양측에 동일한 크기의 작용력이 가해지도록 하기 위해 밸런스 배압실(95)에 접하는 피스톤(60)의 후면수압면(97)과 밸런스 수압실(91)에 접하는 피스톤(60)의 전면수압면(94)이 동일한 면적으로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
즉, 피스톤(60)의 전면 수압면(94)의 면적(A)과 후면 수압면(97)의 면적(B)은 동일합니다. 또한 보조 피스톤(60a)의 신호압(Pi)의 수압면적은 (피스톤(60)의 대직경(C)의 면적 - 후면 수압면의 면적(B)) 입니다.
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즉, 파일럿 포펫 스프링(51)의 탄성력 = (보조 피스톤(60a)의 신호압 수압면적 × 신호압(Pi)) 입니다.
따라서, 탱크압력이 변동되는 경우에도 상술한 밸런스장치(99)가 피스톤(60)에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시켜 릴리프 밸브의 설정압력이 탱크 압력에 영향을 받지 않고, 릴리프 밸브 본래의 기능을 원활히 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 파일럿 포펫형 릴리프 밸브의 파일럿 신호압과 시스템 압력의 특성선도이다.
점선으로 표시된 부분은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 특성을 나타내고, 실선으로 표시된 부분은 상술한 본 발명의 제3 실시예에 따른 특성을 나타낸다.
신호압(Pi)이 릴리프 밸브(1,3)에 입력되면, 제1 실시예의 경우에는 릴리프밸브(1)의 설정압력이 고압의 2차 설정압력에서 저압의 1차 설정압력으로 변화된다.
파일럿 포펫 스프링(51)이 수축되어 설정압력이 고압으로 유지되는 2차 설정압력 상태에서는 고압입구(11)에 공급되는 유압펌프(200)로부터의 압력이 파일럿 포펫 스프링(51)에 설정된 고압의 2차 설정압력보다 커지는 경우에만 메인포펫(20)이 작동되므로, 유압시스템의 설정압력이 중장비가 굴삭, 선회, 주행 등 큰 부하가 요구되는 작업을 실시할 때에 적합한 상태가 된다.
반대로 파일럿 포펫 스프링(51)이 신장되어 스프링력이 감소됨으로써 설정압력이 저압으로 유지되는 1차 설정압력 상태에서는 고압입구(11)에 공급되는 유압펌프(200)로부터의 압력이 파일럿 포펫 스프링(51)에 설정된 저압의 1차 설정압력보다 큰 경우에만 메인포펫(20)이 작동되므로, 유압시스템의 설정압력은 큰 부하가 요구되지 않는 일반적인 사용상태로 유지된다.
도 6에 도시된 바와 같이 파일럿 신호압(Pi)이 릴리프 밸브(1,3)에 공급됨에 따라 2차 설정압력에서 1차 설정압력으로 변화될 때에 릴리프 밸브(1,3)의 설정압력은 탱크 압력변화의 영향을 받지 않으므로 릴리프 밸브(1,3) 본래의 기능을 안정적으로 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 파일럿 포펫형 릴리프 밸브에 따르면, 탱크 압력이 변동되는 경우에도 밸런스장치가 피스톤에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키므로 파일럿 포펫의 설정압력이 변화되지 않아 릴리프 밸브의 기능이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 펌프(200)의 압유가 공급되는 고압입구(11)와 고압입구(11)의 압유를 탱크(201)로 귀환시키는 탱크유로(12)가 형성되는 슬리브(10);
    전방은 고압입구(11)와 연통되어 후방에 형성되는 배압실(22)로 압유가 유입되고, 메인포펫 스프링(23)에 의해 탄지되어 고압입구(11)와 탱크유로(12)를 개폐하도록 슬리브(10)내에 설치되는 메인포펫(20);
    상기 배압실(22)에 연통되는 시트유로(33)가 형성되어 슬리브(10)내에 설치되는 시트부(30);
    파일럿 신호압(Pi)이 입력되는 신호입구(41)와 탱크유로(12)와 연통되는 탱크입구(42)가 형성되며, 전단은 시트유로(33)와 연통되도록 슬리브(10)에 연결되는 하우징(40);
    상기 하우징(40)내에 파일럿 포펫 스프링(51)에 의해 이동가능하게 탄설되며, 전단부가 탱크입구(42)와 시트유로(33)를 개폐하도록 설치되는 파일럿 포펫(50);
    상기 파일럿 포펫 스프링(51)의 후단부를 지지하여 하우징(40)내에 이동가능하게 설치되며, 신호입구(41)에서 입력되는 파일럿 신호압(Pi) 및 파일럿 포펫 스프링(51)의 탄성력과, 이와 대항하는 피스톤 스프링(62)의 탄성력에 의해 탄설되는 피스톤(60); 및
    상기 하우징(40)내의 피스톤(60)전면에 형성되어 탱크유로(12)와 연결되는 밸런스 수압실(71)과, 피스톤(60)중심에 관통 형성되는 밸런스유로(73)와, 밸런스유로(73)에 의해 밸런스 수압실(71)과 연통되는 밸런스 배압실(75)을 포함하여 피스톤(60)에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치(79)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤(60)의 외주연에 신호입구(41)로부터의 파일럿 신호압(Pi)을 수압하는 신호수압면(66)이 형성되고, 하우징(40)내에 피스톤 스프링(62)이 설치되어 피스톤(60)을 파일럿 신호압(Pi)에 대항하여 탄성지지하고, 밸런스 배압실(75)은 피스톤(60)의 후면수압면(67)과 하우징(40)내부 후벽에 의해 형성되고,
    밸런스 수압실(71)에 접하는 피스톤(60)의 전면수압면(64)은 후면수압면(67)과 동일한 면적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브.
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  4. 펌프(200)의 압유가 공급되는 고압입구(11)와 고압입구(11)의 압유를 탱크(201)로 귀환시키는 탱크유로(12)가 형성되는 슬리브(10);
    전방은 고압입구(11)와 연통되어 후방에 형성되는 배압실(22)로 압유가 유입되고, 메인포펫 스프링(23)에 의해 탄지되어 고압입구(11)와 탱크유로(12)를 개폐하도록 슬리브(10)내에 설치되는 메인포펫(20);
    상기 배압실(22)에 연통되는 시트유로(33)가 형성되어 슬리브(10)내에 설치되는 시트부(30);
    파일럿 신호압(Pi)이 입력되는 신호입구(41)와 탱크유로(12)와 연통되는 탱크입구(42)가 형성되며, 전단은 시트유로(33)와 연통되도록 슬리브(10)에 연결되는 하우징(40);
    상기 하우징(40)내에 파일럿 포펫 스프링(51)에 의해 이동가능하게 탄설되며, 전단부가 탱크입구(42)와 시트유로(33)를 개폐하도록 설치되는 파일럿 포펫(50);
    상기 파일럿 포펫 스프링(51)의 후단부를 지지하여 하우징(40)내에 이동가능하게 설치되며, 신호입구(41)에서 입력되는 파일럿 신호압(Pi) 및 이와 대항되는 파일럿 포펫 스프링(51)의 탄성력에 의해 탄설되는 피스톤(60); 및
    상기 피스톤(60) 전면에 형성되어 탱크유로(12)와 연결되는 밸런스 수압실(91)과, 피스톤(60) 중심에 관통 형성되는 밸런스유로(93)와, 밸런스유로(93)에 의해 밸런스 수압실(91)과 연통되는 밸런스 배압실(95)을 포함하여 피스톤(60)에 작용하는 탱크 압력을 상쇄시키는 밸런스장치(99)를 포함하며,
    상기 피스톤(60)의 후단에는 보조피스톤(60a)이 삽입되고, 보조피스톤(60a)의 후단에는 신호입구(41)로부터의 파일럿 신호압(Pi)을 수압하는 신호수압면(96)이 형성되며, 밸런스 배압실(95)은 보조피스톤(60a)의 전단 요홈(98)과 피스톤(60)후면의 후면수압면(97)으로 이루어지며,
    상기 밸런스 수압실(91)에 접하는 피스톤(60)의 전면수압면(94)은 후면수압면(97)과 동일한 면적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파일럿 포펫형 릴리프 밸브.
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