유압 호스 팽창 방지: 전문가 가이드

조시 코스포드(Josh Cosford), 기고 편집자

호스 팽창이 있다는 사실조차 모르셨겠죠? 유압 호스가 주로 합성 고무로 만들어져 유연하고 부드럽다는 건 알 겁니다. 고무를 쓰는 이유가 문자 그대로, 비유적으로 배관 라우팅 옵션에 유연성을 더하기 위함이니까요. 고무 내부 튜브와 커버층은 우리 호스 샌드위치에서 보강재라는 고기 사이에 낀 덜 맛있는 빵입니다. 이 조합은 강하면서도 유연하지만, 팽창에 면역은 아닙니다.

호스 팽창은 강철, 합성 섬유, 직물 보강층의 지지가 있음에도 압력 하에서 튜브 내경이 증가할 때 발생합니다. 보강재도 약간 늘어나지만, 호스 팽창은 선형적이면서 방사형입니다: 압력 하에서 호스가 약간 길어지면서 튜브가 압축되면, 오일과 보강재 사이에 끼인 내부 직경이 효과적으로 증가합니다.

내부 보강층 유형이 호스 팽창 억제에 가장 큰 영향을 미칩니다.

호스 팽창은 몇 가지 이유로 나쁜 소식입니다. 특히 고압에서 작동하는 정밀 모션 제어 애플리케이션에서 그렇습니다. 고속, 고정밀 액추에이터가 있는 시스템에서 긴 호스 런은 유압유에 탄력성을 더해 유효 벌크 모듈러스(오일의 압축 저항)를 감소시킵니다. 고정밀 애플리케이션에서는 때때로 이러한 호스 유도 강성 감소가 압력 스파이크를 줄이고 고주파 작동 시 댐핑을 제공하므로 좋은 경우도 있습니다.

하지만 여기서 좋은 것의 과유불급은 쉽게 일어납니다. 호스 팽창은 느린 성능, 열악한 제어, 고무가 자체 변형 유도 내부 마찰을 발생시키며 열 증가로 이어지기도 합니다. 서보 밸브 제어 애플리케이션은 표준 유압과 다르게 작동합니다. 피스톤 양쪽에 항상 압력이 가해지며, 움직임은 절대 압력이 한 포트를 탱크로 배출하는 것만이 아닌 차압을 제어함으로써 작동합니다. 이는 액추에이터를 가속하고 정밀하게 제어하기 쉬운 긴장 상태로 유지합니다.

압력은 캡 포트와 작업 포트 사이에서 초당 수십 번 사이클할 수 있으며, 매번 호스 튜브를 팽창시키고 성능을 저하시킵니다. 고무가 압축될 때마다 에너지를 저장했다가 압력 상태가 변하면 방출합니다. 하지만 이를 완화하는 방법이 있으며, 심지어 완전히 제거하는 극단적인 방법도 있습니다.

어떤 호스 구조 유형은 팽창에 더 취약하므로, 기계 설계 단계에서 더 강한 호스를 선택하는 것부터 시작할 수 있습니다. 브레이드 호스는 매우 유연하며, 현대식 100R17 브레이드 호스는 등압 특성(R17은 모든 크기가 일반적으로 4,000 psi로 등급) 덕분에 구형 100R2 구조보다 우수합니다. 궁극적인 팽창 저항을 위해 4~6층 보강재가 있는 100R12 또는 100R13 나선형 권선 호스를 선택하세요. 나선형 권선은 브레이드 보강재보다 방사형 힘을 더 잘 억제하여 약간의 외부 유연성을 제거합니다.

그리고 물론, 더 짧은 호스는 팽창할 전체 면적이 적습니다. 액추에이터 설치 시 밸브를 액추에이터에 최대한 가깝게 설치하세요. 이는 고무의 표면적 감소뿐만 아니라 밸브와 실린더 사이에 가속되어야 할 추가 오일 질량을 제거하므로 더 반응성 좋은 시스템을 제공합니다.

마지막으로, 호스 팽창을 완전히 제거하려면 호스를 없애면 됩니다. 액추에이터를 유압 호스보다 훨씬 더 딱딱한 고강도 강철 튜브로 배관할 수 있습니다. 또는 서보 또는 비례 밸브를 실린더에 직접 장착하면 양쪽 작업 포트에 짧은 배관만 필요합니다. 밸브의 작업 포트가 실린더의 작업 포트와 등거리일 때 양방향 유체 부피가 동일하게 유지되어 도움이 됩니다.

호스 팽창은 흥미로운 주제이며, 여기서 설명한 것보다 훨씬 더 깊이 파고들 수 있습니다. 컴플라이언스 효과는 앞서 언급한 오일 벌크 모듈러스, 하중 질량, 밸브 역학 등 다양한 매개변수를 포함해 모델링할 수 있으며, 미분적분학에 능숙하지 않다면 들여다보지 마세요. 핵심은 고성능 설계에 호스 팽창을 고려해야 하며, 필요하다면 그 자리에서 막아야 한다는 것입니다.

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