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KR101411234B1 - 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법 - Google Patents

복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법 Download PDF

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KR101411234B1
KR101411234B1 KR1020130092405A KR20130092405A KR101411234B1 KR 101411234 B1 KR101411234 B1 KR 101411234B1 KR 1020130092405 A KR1020130092405 A KR 1020130092405A KR 20130092405 A KR20130092405 A KR 20130092405A KR 101411234 B1 KR101411234 B1 KR 101411234B1
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booster
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port
fluid
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정헌술
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군산대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 1 사이클로 압력 유체의 유입/유출을 연속적으로 반복하면서 피스톤이 왕복 가능한 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터는 일측에 제1실린더실이 형성되고 타측에 제2실린더실이 형성된 실린더와, 제1실린더실에서 작동하는 제1피스톤과, 제2실린더실에서 작동하는 제2피스톤과, 제1피스톤과 제2피스톤을 일체로 연결하는 피스톤 로드를 포함하며; 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)이 유압원에 연통되고 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)이 연통하여 구동장치에 유체를 공급하거나, 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)이 유압원에 연통되고 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)이 연통하여 구동장치에 유체를 공급하는 방법으로 작동시킨다.
이러한 구성의 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법에 의하면, 피스톤에 대한 피스톤 로드의 크기비(직경비 또는 면적비)를 작게 하여 이동체의 중량을 줄이면서 증압비를 높이는 한편 부스터 작동에 소요되는 관성 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 유출되는 구동유량을 많게 하여 출력을 높일 수 있고, 피스톤에 대한 피스톤 로드의 설계 직경비 및 면적비가 넓으므로 설계 자유도가 높고, 사용 가능한 크기비에서 증압비 범위가 넓고 크기비의 변화에 따른 증압비 변화가 크므로 설계 민감도를 높이는 효과가 있다.

Description

복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법{Reciprocatable double acting booster and Operating method thereof}
본 발명은 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1 사이클로 압력 유체의 유입/유출을 연속적으로 반복하면서 피스톤이 왕복 가능한 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법에 관한 것이다.
압력 부스터는 실린더 내부에 변위가 자유로운 피스톤을 설치하여 실린더의 작동실에 공급된 압력 유체의 작용에 따라 피스톤이 변위함으로써, 피스톤에 대해 작동실로부터 반대측에 형성된 증압실에 있는 압력 유체는 압력이 상승되어 출구 압력이 증가되어 구동 장치에 공급되고, 압력 유체가 체크밸브를 통해 배출구로부터 배출되는 장치로서, 단동식 압력 부스터와 복동식 압력 부스터가 있다.
단동식 압력 부스터(10)는 2 사이클로 압력 유체의 유입/유출을 번갈아 반복하는 부스터로서, 도 1에 도시한 바와 같이 일측에 구동실(11a)이 형성되고 타측에 증압실(11b)이 형성된 실린더(11)와, 구동실(11a)에서 작동하는 구동 피스톤(12)과, 증압실(11b)에서 작동하는 증압 피스톤(13)으로 이루어지고, 구동 피스톤(12)과 증압 피스톤(13)은 피스톤 로드(14)에 의해 연결된 구성이다. 단동식 압력 부스터(10)에는, 유체의 유입과 유출 방향을 제어하기 위한 제어밸브(V1)가 구동실(11a)의 양측 포트에 연결되어 설치되고, 증압된 압력 유체를 구동장치(F)에 공급하고 탱크(T)에서 압력 유체의 흡입 방향을 제어하기 위한 다수(2개)의 체크밸브(V2)가 증압실(11b)의 포트에 연결하여 설치된다.
복동식 압력 부스터(20)는 1 사이클로 압력 유체의 유입/유출을 번갈아 반복하는 부스터로서, 도 2에 도시한 바와 같이 중간에 구동실(21a)이 형성되고 양측에 증압실(21b)이 형성된 실린더(21)와, 구동실(21a)에서 작동하는 구동 피스톤(22)과, 증압실(21b)에서 작동하는 증압 피스톤(23)으로 이루어지고, 증압 피스톤(23)은 구동 피스톤(22)의 양측면에서 돌출된 구성이다. 복동식 압력 부스터(20)에는, 유체의 유입과 유출 방향을 제어하기 위한 제어밸브(V1)가 구동실(21a)의 양측 포트에 연결되어 설치되고, 증압된 압력 유체를 구동장치(F)에 공급하고 탱크(T)에서 압력 유체의 흡입 방향을 제어하기 위한 다수(4개)의 체크밸브(V2)가 증압실(21b)의 포트에 연결되어 설치된다.
이러한 단동식 및 복동식 압력 부스터는 부스터를 작동시키는 유체 회로와 작동 결과로 증압되는 유체 회로가 서로 분리되어 있으며 방향 전환시 서지 압력(surge pressure)이 발생하고 부하변화에 따라 출구 압력이 변동하며, 복동식 압력 부스터는 실린더의 길이가 길어야 하는 단점이 있다. 길이가 길어지는 단점을 보완하기 위해 복동식 왕복가능 부스터(reciprocatable double acting booster)가 한국공개특허 제2008-0083603호, 한국등록특허 제10-1028380호 등으로 개시되어 되어 있다.
복동식 왕복가능 부스터(30)는 1 사이클로 압력 유체의 유입/유출을 번갈아 반복하는 부스터로서, 도 3에 도시한 바와 같이(한국공개특허 제2008-0083603호 참고) 일측에 제1실(31a)이 형성되고 타측에 제2실(31b)이 형성된 실린더(31)와, 제1실(31a)에서 작동하는 제1피스톤(32)과, 제2실(31b)에서 작동하는 제2피스톤(33)으로 이루어지고, 제1피스톤(32)과 제2피스톤(33)은 피스톤 로드(34)에 의해 연결되며, 제1실(31a)과 제2실(31b)은 각각 제1피스톤(32)과 제2피스톤(33)에 의해 압력 유체가 공급되고 방출되는 구동실과 압력 유체의 압력이 변화되어 배출되는 배압실로 나누어지는 구성이다. 복동식 왕복가능 부스터(30)에는 제1실(31a)과 제2실(31b)의 구동실에 유체의 유입과 유출 방향을 제어하기 위한 전환밸브(41)가 설치되는 한편, 제1실(31a)와 제2실(31b)의 배압실에서 변화된 압력 유체를 구동장치에 공급하는 한편 배압실에 배압을 형성하기 위한 다수(4개)의 체크밸브(42)가 설치된다.
그런데, 이와 같은 복동식 왕복가능 부스터(30)는 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 제1실(31a)의 구동실과 제2실(31b)의 배압실이 연통되어 유체가 유입되고(IN-1) 제1실(31a)의 배압실에서 증압된 유체가 구동장치에 공급되거나(OUT-1), 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 제2실(31b)의 구동실과 제1실이 배압실이 연통되어 유체가 유입되고(IN-2) 제2실(31b)의 배압실에서 증압된 유체가 구동장치에 공급되는(OUT-2) 구조와 작동방법으로 작동한다.
따라서, 통상적으로 피스톤에 대한 피스톤로드의 크기비(직경비 또는 면적비)가 작으므로 피스톤 로드가 위치하는 배압실에서 증압되는 유체의 증압비가 높지 않으며, 증압비를 높이기 위해 피스톤 로드의 크기(직경 또는 면적)을 크게 하면 이동체(피스톤 및 피스톤 로드)의 중량이 커서 부스터 작동에 소요되는 관성 에너지 소모가 클 뿐만 아니라 유출되는 구동유량이 적게 되어 출력을 높일 수가 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 피스톤에 대한 피스톤 로드의 크기비(직경비 또는 면적비)를 작게 하여 이동체의 중량을 줄이면서 증압비를 높이는 한편 부스터 작동에 소요되는 관성 에너지 소모를 줄일 수 있으며 유출되는 구동유량을 많게 하여 출력을 높일 수 있는 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 피스톤에 대한 피스톤 로드의 설계 직경비 및 면적비가 넓으므로 설계 자유도가 높고, 사용 가능한 크기비에서 증압비 범위가 넓고 크기비의 변화에 따른 증압비 변화가 크므로 설계 민감도를 높이는 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터는 일측에 제1실린더실이 형성되고 타측에 제2실린더실이 형성된 실린더와, 제1실린더실에서 작동하는 제1피스톤과, 제2실린더실에서 작동하는 제2피스톤과, 제1피스톤과 제2피스톤을 일체로 연결하는 피스톤 로드를 포함하며; 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)이 유압원에 연통되고 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)이 연통하여 구동장치에 유체를 공급하거나, 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)이 유압원에 연통되고 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)이 연통하여 구동장치에 유체를 공급한다.
제2실린더실의 일측과 타측, 또는 제1실린더실의 일측과 타측은 오리피스를 통하여 연통된다.
제1피스톤과 제2피스톤의 단면적은 동일하고, 제1피스톤 또는 제2피스톤의 단면적을 A라고 하고 피스톤 로드의 단면적을 r이라 할 때 증압비가 2~10 정도로 크더라도 제1피스톤 또는 제2피스톤에 대한 피스톤 로드의 면적비(r/A)는 0.1~0.5인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제1피스톤 또는 제2피스톤의 직경을 D라고 하고 피스톤 로드의 직경을 d라 할 때 증압비가 2~10 정도로 크더라도 제1피스톤 또는 제2피스톤에 대한 피스톤 로드의 직경비(d/D)는 0.3~07인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법은 일측에 제1실린더실이 형성되고 타측에 제2실린더실이 형성된 실린더와, 제1실린더실에서 작동하는 제1피스톤과, 제2실린더실에서 작동하는 제2피스톤과, 제1피스톤과 제2피스톤을 일체로 연결하는 피스톤 로드를 포함하는 복동식 왕복가능 압력 부스터를 작동시키는 방법에 있어서, 정방향 작동시에는 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)을 유압원에 연통시키고 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)을 연통시켜 구동장치에 유체를 공급하고, 역방향 작동시에는 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)을 유압원에 연통시키고 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)을 연통시켜 구동장치에 유체를 공급한다.
제2실린더실의 일측과 타측, 또는 제1실린더실의 일측과 타측은 오리피스를 통하여 연통시킨다.
제1피스톤과 제2피스톤의 단면적은 동일하게 하고, 제1피스톤 또는 제2피스톤의 단면적을 A라고 하고 직경을 D라고 하며, 피스톤 로드의 단면적을 r이라 하고 직경을 d라 하며, 공급포트의 압력을 Ps라 하고 구동포트의 압력을 Pc라 할 때, 제1피스톤 또는 제2피스톤에 대한 피스톤 로드의 면적비(r/A)는 0.1~0.5로 하고 직경비(d/D)는 0.3~0.7로 하고 증압비(x=Pc/Ps)를 2~10으로 하는 것이 바람직하다.
부스터의 정방향 작동과 역방향 작동은 하나의 제어밸브에 의해 유로 방향을 전환하여 작동시킨다. 부스터를 작동시키는 유체 회로와 작동 결과로 증압되는 유체 회로를 하나로 혼합하여 두 회로 작동을 하나의 제어밸브로 작동시킨다. 또한 방향전환용 제어밸브와 작동/증압 회로의 모든 제어밸브는 스풀이 동시에 작동하는 하나의 일체형 제어밸브를 사용한다.
제어밸브의 스풀은 전자석이나, 스프링이나, 유압 파일롯식이나, 기계식 압봉으로 작동시킬 수 있다.
본 발명에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터 및 그 작동방법에 의하면, 피스톤에 대한 피스톤 로드의 크기비(직경비 또는 면적비)를 작게 하여 이동체의 중량을 줄이면서 증압비를 높이는 한편 부스터 작동에 소요되는 관성 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 유출되는 구동유량을 많게 하여 출력을 높일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피스톤에 대한 피스톤 로드의 설계 직경비 및 면적비가 넓으므로 설계 자유도가 높고, 사용 가능한 크기비에서 증압비 범위가 넓고 크기비의 변화에 따른 증압비 변화가 크므로 설계 민감도를 높이는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 단동식 압력 부스터가 결합된 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 일반적인 복동식 압력 부스터가 결합된 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터를 나타내는 구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 따른 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터를 나타내는 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터를 나타내는 구성도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터와 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터의 면적비에 대한 증압비를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터와 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터의 직경비에 대한 증압비를 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터를 나타내는 구성도이다. 제1실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터는 8개의 포트와 각 포트를 개폐하는 개폐밸브 8개로 작동시키는 구조이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 복동식 왕복 가능 압력 부스터(50)는 실린더(51)와, 제1피스톤(52)과, 제2피스톤(53)과, 피스톤 로드(54)를 포함한다.
실린더(51)는 일측에 형성된 제1실린더실(51a)과 타측에 형성된 제2실린더실(51b)이 연결되어 일체로 되어 있다. 제1피스톤(52)은 제1실린더실(51a) 내에서 작동한다. 제2피스톤(53)은 제2실린더실(51b) 내에서 작동한다. 피스톤 로드(54)는 제1피스톤(52)과 제2피스톤(53)을 일체로 연결한다.
제1실린더실(51a)의 일측(제1피스톤 측)에는 제1입출력 포트(55a)가 형성되고, 제2실린더실(51b)의 일측(제2피스톤 측)에는 제2입출력 포트(55b)가 형성되며, 제1실린더실(51a)의 타측(피스톤 로드 측)에는 제1배출 배압 포트(56a)가 형성되고, 제2실린더실(51b)의 타측(피스톤 로드 측)에는 제2배출 배압 포트(56b)가 형성된다. 제1 및 제2입출력 포트(55a)(55b)와, 제1 및 제2배출 배압 포트(56a)(56b)에는 정방향 작동시에 열려 유체가 유입 유출하는 제1개폐밸브(SV1)가 각각 설치된다.
제1입출력 포트(55a)는 제1개폐밸브(SV1)을 매개로 유압원(도시안됨)에 연통하고, 제2입출력 포트(55b)와 제2배출 배압 포트(56b)는 제1개폐밸브(SV1)을 매개로 연결되어 구동장치(도시안됨)에 연통하며, 제1배출 배압 포트(56a)는 제1개폐밸브(SV1)을 매개로 리턴 탱크(T1)에 연통한다. 제2입출력 포트(55b)와 제2배출 배압 포트(56b)는 제1개폐밸브(SV1) 사이에서 제1오리피스(O1)를 매개로 연결된다. 제1오리피스(O1)는 제2입출력 포트(55b)의 압력을 신속히 제2배출 배압 포트(56b)에 전달시켜 제2피스톤(53)에 배압을 작용시키는 역할을 한다.
한편, 제2실린더실(51b)의 일측(제2피스톤 측)에는 제3입출력 포트(55c)가 형성되고, 제1실린더실(51a)의 일측(제1피스톤 측)에는 제4입출력 포트(55d)가 형성되며, 제2실린더실(51b)의 타측(피스톤 로드 측)에는 제3배출 배압 포트(56c)가 형성되고, 제1실린더실(51a)의 타측(피스톤 로드 측)에는 제4배출 배압 포트(56d)가 형성된다. 제3 및 제4입출력 포트(55c)(55d)와, 제3 및 제4배출 배압 포트(56c)(56d)에는 역방향 작동시에 열려 유체가 유입 유출하는 제2개폐밸브(SV2)가 각각 설치된다.
제3입출력 포트(55c)는 제2개폐밸브(SV2)을 매개로 유압원(도시안됨)에 연통하고, 제4입출력 포트(55d)와 제4배출 배압 포트(56d)는 제2개폐밸브(SV2)을 매개로 연결되어 구동장치(도시안됨)에 연통하며, 제3배출 배압 포트(56c)는 제2개폐밸브(SV2)을 매개로 리턴 탱크(T2)에 연통한다. 제4입출력 포트(55d)와 제4배출 배압 포트(56d)는 제2개폐밸브(SV2) 사이에서 제2오리피스(O2)를 매개로 연결된다. 제2오리피스(O2)는 제4입출력 포트(55d)의 압력을 신속히 제4배출 배압 포트(56d)에 전달시켜 제1피스톤(52)에 배압을 작용시키는 역할을 한다.
위와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 방법을 도 6a 및 도 6b에 따라 설명한다. 도 6a는 도 5에서 정방향 작동시(피스톤이 우측으로 이동)에 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이며, 도 6b는 도 5에서 역방향 작동시(피스톤이 좌측으로 이동)에 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이다.
도 5에서 제1개폐밸브(SV1)을 모두 열고 제2개폐밸브(SV2)를 모두 닫으면, 도 6a에 도시한 바와 같이 유체 공급원(도시 안됨)에서 제1입출력 포트(55a)를 통해 제1실린더실(51a)의 일측(좌측) 공간(제1피스톤의 좌측 공간)에 유체가 유입하고(IN-1), 피스톤 결합체(제1피스톤과 제2피스톤 및 피스톤 로드)(52, 53, 54)를 우측으로 이동시킨다. 한편, 제1실린더실(51a)의 타측(우측) 공간(제1피스톤의 우측 공간)에 있는 유체는 제1배출 배압 포트(56a)를 통해 유출되어 리턴 탱크(T1)로 배출된다. 이와 동시에 제2실린더실(51b)의 일측(우측) 공간(제2피스톤의 우측 공간)에 있는 유체는 제2입출력 포트(55b)를 통해 유출되어, 제1오리피스(O1)와 제2배출 배압 포트(56b)을 통해 제2실린더실(51b)의 타측(좌측) 공간(제2피스톤의 좌측 공간)에 배압을 가하는 한편, 구동장치(도시 안됨)에 공급된다(OUT-1).
도 5에서 제2개폐밸브(SV2)을 모두 열고 제1개폐밸브(SV1)을 모두 닫으면, 도 6b에 도시한 바와 같이 유체 공급원(도시 안됨)에서 제3입출력 포트(55c)를 통해 제2실린더실(51b)의 일측(우측) 공간(제2피스톤의 우측 공간)에 유체가 유입하고(IN-2), 피스톤 결합체(제1피스톤과 제2피스톤 및 피스톤 로드)(52, 53, 54)를 좌측으로 이동시킨다. 한편, 제2실린더실(51b)의 타측(좌측) 공간(제2피스톤의 좌측 공간)에 있는 유체는 제3배출 배압 포트(56c)를 통해 유출되어 리턴 탱크(T2)로 배출된다. 이와 동시에 제1실린더실(51a)의 일측(좌측) 공간(제1피스톤의 좌측 공간)에 있는 유체는 제4입출력 포트(55d)를 통해 유출되어, 제2오리피스(O2)와 제4배출 배압 포트(56d)을 통해 제1실린더실(51a)의 타측(우측) 공간(제1피스톤의 우측 공간)에 배압을 가하는 한편, 구동장치(도시 안됨)에 공급된다(OUT-2).
이와 같이 피스톤 결합체(제1피스톤과 제2피스톤 및 피스톤 로드)가 실린더(51) 내에서 정방향 및 역방향 작동을 반복함에 따라 유체 공급원에서 공급되는 유체는 복동식 왕복가능 압력 부스터(50)를 통해 증압되어 구동장치를 연속적으로 구동한다. 또한, 압력 부스터를 작동시키는 유체 회로와 작동 결과로 증압되는 유체 회로를 서로 분리시키지 않고 하나로 혼합하여 작동시킨다. 또한 방향전환용 제어밸브와 작동/증압 회로의 모든 제어밸브는 스풀이 동시에 작동하는 하나의 일체형 제어밸브를 사용한다.
도 7는 본 발명의 제2실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터를 나타내는 구성도이다. 제2실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터는 4개의 포트와 각 포트를 통한 유체의 흐름 방향을 제어하는 제어밸브 1개로 작동시키는 구조이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터(60)는 하나의 제어밸브(100)에 의해 유로가 전환되어 작동하며, 제어밸브(100)는 제1밸브 몸체(110)와, 제2밸브 몸체(120)와, 제1스풀(130)과, 제2스풀(140)을 포함한다.
복동식 왕복 가능 압력 부스터(60)는 일측에 제1실린더실(61a)이 형성되고 타측에 제2실린더실(61b)이 형성된 실린더(61)와, 제1실린더실(61a)에서 작동하는 제1피스톤(62)과, 제2실린더실(61b)에서 작동하는 제2피스톤(63)과, 제1피스톤(62)과 제2피스톤(63)을 일체로 연결하는 피스톤 로드(64)로 이루어진다. 제1실린더실(61a)의 일측(제1피스톤 측)에는 제1입출력 포트(65a)가 형성되고, 제2실린더실(61b)의 일측(제2피스톤 측)에는 제2입출력 포트(65b)가 형성되며, 제1실린더실(61a)의 타측(피스톤 로드 측)에는 제1배출 배압 포트(66a)가 형성되고, 제2실린더실(61b)의 타측(피스톤 로드 측)에는 제2배출 배압 포트(66b)가 형성된다.
제1밸브 몸체(110)와 제2밸브 몸체(120)는 연결 통로부(101)를 통해 연결되어 일체로 되어 있으며, 제1밸브 몸체(110)의 단부(내측)에는 제1스풀(130)에 접하여 탄성복원력을 가하여 스풀(제1스풀과 제2스풀)을 작동시키는 작동스프링(102)이 설치되고, 제2밸브 몸체(120)의 단부(외측)에는 제2스풀(140)에 전자력을 가하여 스풀(제1스풀과 제2스풀)을 작동시키는 전자석(103)이 설치된다. 제1밸브 몸체(110)에 전자석이 설치되고, 제2밸브 몸체(120)에 작동스프링이 설치될 수도 있다. 또한 제1밸브 몸체(110)와 제2밸브 몸체(120)에 모두 전자석이 설치되어 작동될 수도 있다.
제1밸브 몸체(110)에는 부스터 연결관(D11)을 통해 제1입출력 포트(65a)에 연결되는 연결 포트(A포트)(A)가 제1밸브 몸체(110)의 내면에 요입공간을 이루며 형성되는 한편, 부스터 연결관(D12)을 통해 제2입출력 포트(65b)에 연결되는 연결 포트(B포트)(B)가 제1밸브 몸체(110)의 내면에 요입공간을 이루며 형성된다. 또한 제1밸브 몸체(110)에는 공급 연결관(E10)을 통해 유체 공급원(도시 안됨)으로부터 유체가 공급되는 공급 포트(P포트)(P)가 제1밸브 몸체(110)의 내면에 요입공간을 이루며 형성된다. 그리고, 제1밸브 몸체(110)에는 구동 연결관(F10)을 통해 복동식 왕복가능 압력 부스터(60)에서 증압된 유체를 구동장치(도시 안됨)에 공급하는 2개의 구동 포트(C포트)(C1, C2)가 제1밸브 몸체(110)의 내면에 요입공간을 이루며 형성된다. 2개의 구동 포트(C1)(C2)는 구동 연결관(F10)을 통해 연결된다. 제1밸브 몸체(110)에는 모두 5개의 포트가 형성되어 있다.
제2밸브 몸체(120)에는 부스터 연결관(D13)을 통해 제1배출 배압 포트(66a)에 연결되는 연결 포트(Xa포트)(Xa)가 제2밸브 몸체(120)의 내면에 요입공간을 이루며 형성되는 한편, 부스터 연결관(D14)을 통해 제2배출 배압 포트(66b)에 연결되는 연결 포트(Xb포트)(Xb)가 제2밸브 몸체(120)의 내면에 요입공간을 이루며 형성된다. 또한 제2밸브 몸체(120)에는 리턴 연결관(G10)을 통해 유체를 탱크(104)로 되돌리는 2개의 리턴 포트(R포트)(R1, R2)가 제2밸브 몸체(120)의 내면에 요입공간을 이루며 형성된다. 그리고, 제2밸브 몸체(120)에는 오리피스(O)를 통해 구동 연결관(F10)에 연결되어 배압을 형성하는 구동 포트(C포트)(C3)가 제2밸브 몸체(120)의 내면에 요입공간을 이루며 형성된다. 2개의 리턴 포트(R1)(R2)는 리턴 연결관(G10)을 통해 연결된다. 제2밸브 몸체(120)에는 모두 5개의 포트가 형성되어 있다.
제1스풀(130)과 제2스풀(140)은 스풀 연결 로드부(105)를 통해 연결되어 일체로 되어 있다. 스풀 연결 로드부(105)는 연결 통로부(101)의 내부를 통해 연결된다. 제1스풀(130)은 제1밸브 몸체(110)와 함께 5포트 3위치 밸브를 이루고 있고, 제2스풀(140)은 제2밸브 몸체(120)과 함께 5포트 3위치 밸브를 이루고 있다. 제1스풀은 제1밸브 몸체와 함께 5포트 2위치 밸브 또는 제4포트 2위치 밸브를 이룰 수도 있고, 제2스풀은 제2밸브 몸체와 함께 5포트 2위치 밸브 또는 4포트 2위치 밸브를 이룰 수도 있다.
제1스풀(130)은 제1밸브 몸체(110) 내에서 작동하며, 3개의 랜드부(131, 132, 133)가 2개의 스풀 로드부(134, 135)에 의해 연결된 구조이다. 랜드부(131)은 구동 포트(C1)를 여닫고, 랜드부(132)는 공급 포트(P)를 여닫으며, 랜드부(133)은 구동 포트(C2)를 여닫는다. 스풀 로드부(134)는 랜드부(131)과 랜드부(132)를 연결하고, 스풀 로드부(135)는 랜드부(132)와 랜드부(133)을 연결한다. 제1스풀(130)의 내부에는 제1밸브 몸체(110) 내의 제1스풀(130) 좌 우측 공간을 연통시켜 유체를 이동시키는 이동 통로(136)가 형성된다.
제2스풀(140)은 제2밸브 몸체(120) 내에서 작동하며, 2개의 랜드부(141, 142)가 1개의 스풀 로드부(143)에 의해 연결된 구조이다. 랜드부(141)은 연결포트(Xa)를 여닫고, 랜드부(142)는 연결 포트(Xb)를 여닫는다. 스풀 로드부(143)는 랜드부(141)과 랜드부(142)를 연결한다.
도 7은 제1스풀(130)의 랜드부(131, 132, 133)가 공급 포트(P) 및 구동 포트(C1, C2)를 닫고 있고, 제2스풀(140)의 랜드부(141, 142)가 연결 포트(Xa, Xb)를 닫고 있는 상태로서, 유체가 복동식 왕복가능 압력 부스터(60)의 제1입출력 포트(65a) 또는 제2입출력 포트(65b)에 공급되지 않는 중립위치를 나타낸다.
위와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 방법을 도 8a 및 도 8b에 따라 설명한다. 도 8a는 도 7에서 정방향 작동시(피스톤이 우측으로 이동)에 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이며, 도 8b는 도 7에서 역방향 작동시(피스톤이 좌측으로 이동)에 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동 상태도이다.
도 7의 중립위치에서 작동스프링(102)과 전자석(103)의 작용에 따라 제1스풀(130)과 제2스풀(140)이 우측으로 이동하면, 도 8a 에 도시한 바와 같이 공급 포트(P)는 연결 포트(A)와 연통하고, 연결 포트(B)는 구동 포트(C2)와 연통하며, 연결 포트(Xa)는 리턴 포트(R1)와 연통하고, 연결 포트(Xb)는 구동 포트(C3)와 연통한다(이하, 'A위치'라 한다.)
따라서, 유체 공급원(도시 안됨)으로부터 공급 연결관(E10)을 통해 공급되는 유체는 공급 포트(P)와 연결 포트(A)로 이어지고, 부스터 연결관(D11)을 지나서 제1입출력 포트(65a)를 통해 제1실린더실(61a)의 일측(좌측) 공간(제1피스톤의 좌측 공간)에 유입되고, 피스톤 결합체(제1피스톤과 제2피스톤 및 피스톤 로드)(62, 63, 64)를 우측으로 이동시킨다. 이와 동시에 제2실린더실(61b)의 일측(우측) 공간(제2피스톤의 우측 공간)에 있는 유체는 제2입출력 포트(65b)를 통해 유출되어 부스터 연결관(D12)을 지나서 연결 포트(B)와 구동 포트(C2)로 이어지고, 구동 연결관(F10)을 통해 구동장치(도시 안됨)로 공급된다.
한편, 제1실린더실(61a)의 타측(우측) 공간(제1피스톤의 우측 공간)에 있는 유체는 제1배출 배압 포트(66a)를 통해 유출되어 부스터 연결관(D13)을 지나서 연결 포트(Xa)와 리턴 포트(R1)로 이어지고, 리턴 연결관(G10)을 통해 탱크(104)로 배출된다. 이와 동시에 연결 포트(B)와 구동 포트(C2)를 통해 유출하는 유체는 구동 포트(C3)와 연결 포트(Xb)를 통해 부스터 연결관(D14)를 지나서, 제2배출 배압 포트(66b)를 통해 제2실린더실(61b)의 타측(좌측) 공간(제2피스톤의 좌측 공간)에 유입되어 제2피스톤(63)에 배압을 가한다.
도 7의 중립위치에서 작동스프링(102)와 전자석(103)의 작용에 따라 제1스풀(130)과 제2스풀(140)이 좌측으로 이동하면, 도 8b에 도시한 바와 같이 공급 포트(P)는 연결 포트(B)와 연통하고, 연결 포트(A)는 구동 포트(C1)와 연통하며, 연결 포트(Xa)는 구동 포트(C3)와 연통하고, 연결 포트(Xb)는 리턴 포트(R2)와 연통한다(이하, 'B위치'라 한다.)
따라서, 유체 공급원(도시 안됨)으로부터 공급 연결관(E10)을 통해 공급되는 유체는 공급 포트(P)와 연결 포트(B)로 이어지고, 부스터 연결관(D12)을 지나서 제2입출력 포트(65b)를 통해 제2실린더실(61b)의 일측(우측) 공간(제2피스톤의 우측 공간)에 유입되고, 피스톤 결합체(제1피스톤과 제2피스톤 및 피스톤 로드)(62, 63, 64)를 좌측으로 이동시킨다. 이와 동시에 제1실린더실(61a)의 일측(좌측) 공간(제1피스톤의 좌측 공간)에 있는 유체는 제1입출력 포트(65a)를 통해 유출되어 부스터 연결관(D11)을 지나서 연결 포트(A)와 구동 포트(C1)로 이어지고, 구동 연결관(F10)을 통해 구동장치(도시 안됨)로 공급된다.
한편, 제2실린더실(61b)의 타측(좌측) 공간(제2피스톤의 좌측 공간)에 있는 유체는 제2배출 배압 포트(66b)를 통해 유출되어 부스터 연결관(D14)을 지나서 연결 포트(Xb)와 리턴 포트(R2)로 이어지고, 리턴 연결관(G10)을 통해 탱크(104)로 배출된다. 이와 동시에 연결 포트(A)와 구동 포트(C1)를 통해 유출하는 유체는 구동 포트(C3)와 연결 포트(Xa)를 통해 부스터 연결관(D13)을 지나서, 제1배출 배압 포트(66a)를 통해 제1실린더실(61a)의 타측(우측) 공간(제1피스톤의 우측 공간)에 유입되어 제1피스톤(62)에 배압을 가한다.
이와 같이 피스톤 결합체(제1피스톤과 제2피스톤 및 피스톤 로드)가 실린더(61) 내에서 중립위치와 A위치 및 B위치를 반복함에 따라 유체 공급원에서 공급 포트(P)를 통해 공급되는 유체는 복동식 왕복가능 압력 부스터(60)를 통해 증압되어 구동 포트(C1, C2)를 통해 구동장치를 연속적으로 구동한다. 또한, 압력 부스터를 작동시키는 유체 회로와 작동 결과로 증압되는 유체 회로를 서로 분리시키지 않고 하나로 혼합하여 작동시킨다. 또한 방향전환용 제어밸브와 작동/증압 회로의 모든 제어밸브는 스풀이 동시에 작동하는 하나의 일체형 제어밸브를 사용한다.
제어밸브(100)의 제1스풀(130)과 제2스풀(140)은 전자석이나 스프링 외에 일반적인 유압 파일롯식이나 기계식 압봉으로 작동시킬 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터를 도 6a 및 도 6b에 따라 작동시킬 때와, 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터를 도 4a 및 도 4b에 따라 작동시킬 때에 피스톤에 대한 피스톤 로드의 면적비에 따른 증압비를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도시한 바와 같이, 제1피스톤과 제2피스톤의 단면적은 동일하고, 제1피스톤 또는 제2피스톤의 단면적을 A라고 하고 피스톤 로드의 단면적을 r이며, 공급포트 압력이 Ps이고 구동포트 압력이 Pc라고 할 때, 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터의 증압비(x=Pc/Ps)는 (2A-r)/(A-r)로 표현되고, 본 발명의 복동식 왕복가능 압력 부스터의 증압비(x=Pc/Ps)는 A/r로 표현된다.
피스톤 로드의 크기(직경 또는 단면적)를 크게 하면 이동체(피스톤 및 피스톤 로드)의 중량이 크게 될 뿐만 아니라 유출되는 구동유량이 적게 되어 출력을 높일 수가 없으므로, 통상적으로 피스톤에 대한 피스톤로드의 직경비(d/D)는 0.3~0.7 영역에서 그리고 면적비(r/A)는 0.1~0.5 영역에서 제작되어 사용된다. 이 직경비 영역 (0.3~0.7) 및 면적비 영역(0.1~0.5)에서 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터는 증압비가 2~3인데 반해, 본 발명의 복동식 왕복가능 압력 부스터는 증압비가 2~10으로 현저히 높다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터에 의하면, 피스톤에 대한 피스톤 로드의 크기비(직경비 또는 면적비)를 작게 하여 이동체의 중량을 줄이면서 증압비를 높이는 한편 유출되는 구동유량을 많게 하여 출력을 높일 수 있다. 또한 본 발명에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터에 의하면, 피스톤에 대한 피스톤 로드의 설계 직경비 및 면적비가 넓으므로 설계 자유도가 높고, 사용 가능한 크기비에서 증압비 범위가 넓고 크기비의 변화에 따른 증압비 변화가 크므로 설계 민감도를 높일 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 의한 복동식 왕복가능 압력 부스터를 도 6a 및 도 6b에 따라 작동시킬 때와, 종래 복동식 왕복가능 압력 부스터를 도 4a 및 도 4b에 따라 작동시킬 때에 피스톤에 대한 피스톤 로드의 직경비(d/D)에 따른 증압비를 비교하여 나타낸 그래프이다. 여기서, D는 제1피스톤 또는 제2피스톤의 직경을 나타내고, d는 피스톤 로드의 직경을 나타낸다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
50, 60 : 복동식 왕복가능 압력 부스터
51, 61 : 실린더 51a, 61a : 제1실린더실
51b, 61b : 제2실린더실 52, 62 : 제1피스톤
53, 63 : 제2피스톤 54, 64 : 피스톤 로드
55a, 65a : 제1입출력 포트 55b, 65b : 제2입출력 포트
55c : 제3입출력 포트 55d : 제4입출력 포트
56a, 66a : 제1배출 배압 포트 56b, 66b : 제2배출 배압 포트
56c : 제3배출 배압 포트 56d : 제4배출 배압 포트
100 : 제어밸브
101 : 연결 통로부 102 : 작동스프링
103 : 전자석 104 : 탱크
105 : 스풀 연결 로드부 110 : 제1밸브 몸체
120 제2밸브 몸체 130 : 제1스풀
140 : 제2스풀
A, B, Xa, Xb : 연결 포트 C1, C2, C3, C4 : 구동 포트
D11, D12, D13, D14 : 부스터 연결관
E10 : 공급 연결관 F10 : 구동 연결관
G10 : 리턴 연결관 O : 오리피스
P : 공급 포트 R1, R2 : 리턴 포트
SV1, SV2 : 제1, 제2개폐밸브

Claims (16)

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  5. 일측에 제1실린더실이 형성되고 타측에 제2실린더실이 형성된 실린더와, 상기 제1실린더실에서 작동하는 제1피스톤과, 상기 제2실린더실에서 작동하는 제2피스톤과, 상기 제1피스톤과 상기 제2피스톤을 일체로 연결하는 피스톤 로드를 포함하는 복동식 왕복가능 압력 부스터를 작동시키는 방법에 있어서,
    정방향 작동시에는 상기 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)을 유압원에 연통시키고 상기 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)을 연통시켜 구동장치에 유체를 공급하고,
    역방향 작동시에는 상기 제2실린더실의 일측(제2피스톤 측)을 유압원에 연통시키고 상기 제1실린더실의 일측(제1피스톤 측)과 타측(피스톤 로드 측)을 연통시켜 구동장치에 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2실린더실의 일측과 타측, 또는 상기 제1실린더실의 일측과 타측은 오리피스를 통하여 연통시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1피스톤과 상기 제2피스톤의 단면적은 동일하게 하고,
    상기 제1피스톤 또는 상기 제2피스톤의 단면적을 A라고 하고 직경을 D라고 하며, 상기 피스톤 로드의 단면적을 r이라 하고 직경을 d라 하며, 공급포트의 압력을 Ps라 하고 구동포트의 압력을 Pc라 할 때, 상기 제1피스톤 또는 상기 제2피스톤에 대한 상기 피스톤 로드의 면적비(r/A)는 0.1~0.5로 하고 직경비(d/D)는 0.3~0.7로 하고 증압비(x=Pc/Ps)를 2~10으로 하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 정방향 작동과 상기 역방향 작동은 제어밸브에 의해 유로 방향을 전환하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 복동식 왕복가능 압력 부스터를 작동시키는 유체 회로와 작동 결과로 증압되는 유체 회로를 하나로 혼합하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 복동식 왕복가능 압력 부스터를 작동시키는 유체 회로와 작동 결과로 증압되는 유체 회로를 하나의 제어밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 복동식 왕복가능 압력 부스터를 작동시키는 유체 회로의 방향 전환용 제어밸브와 부스터 작동/증압 회로용 제어밸브를 하나의 일체형 제어밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어밸브는 스풀이 동시에 작동하는 하나의 일체형 제어밸브를 사용하는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스풀은 전자석으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 스풀은 스프링으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 스풀은 유압 파일롯식으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 스풀은 기계식 압봉으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 복동식 왕복가능 압력 부스터의 작동방법.
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