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유압 및 유압 시스템의 기초


유압 및 유압 시스템의 기초

유압은 동력 전달의 매개체인 작동유를 사용하여 힘과 운동을 발생시키는 것입니다. 유압 시스템은 중장비 작동에 매우 중요합니다. '유압학'이라는 단어는 물을 뜻하는 그리스어에서 유래했으며 원래는 정지하거나 움직이는 물의 물리적 거동에 대한 연구를 의미했습니다. 오늘날, 그 의미는 유압유를 포함한 모든 액체의 물리적 거동을 포함하도록 확장되었습니다. 유압 시스템은 업계에 새로운 것이 아닙니다. 그들은 많은 유형의 산업 장비를 작동하는 수단을 제공했습니다. 산업 장비가 더욱 정교해짐에 따라 유압 동력을 사용하는 새로운 시스템이 개발되고 있습니다.

유압 시스템은 현대적인 생산 공장 및 제조 시설에서 사용되며 철강 산업, 광업, 건설 및 자재 취급 장비에서 중요한 역할을 합니다. 유압 시스템은 재료를 들어 올리고, 밀고, 옮기는 도구를 작동하는 데 사용됩니다. 업계에서 유압 시스템의 광범위한 적용은 1950년대부터 시작되었습니다. 그 이후로 이러한 형태의 전원은 산업 장비 작동의 표준이 되었습니다. 오늘날 유압 시스템은 현대 자동화 기술에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 많은 이유가 있습니다. 그 중 일부는 유압 시스템이 동력 전달을 위해 다재다능하고 효율적이며 단순하다는 것입니다.

동력 전달은 한 형태에서 다른 형태로 동력을 변경하기 때문에 유압 시스템의 작업입니다. 유압 시스템에서 유체에 의해 가해지는 힘은 기계적 메커니즘으로 전달됩니다. 유압 시스템이 어떻게 작동하는지 이해하려면 유압 원리를 이해해야 합니다. 수리학은 파이프와 실린더의 운동과 압력에 대한 연구입니다.



수리학은 (i) 유체역학과 (ii) 유체정역학의 두 가지 분야로 나눌 수 있습니다. 유체 역학은 움직이는 액체를 다룹니다. 유체 역학의 응용 프로그램의 예로는 수차 또는 터빈이 있습니다. 사용되는 에너지는 모션 또는 물과 토크 컨버터에 의해 생성된 것입니다. Hydrostatics는 압력을 받는 액체를 다룹니다. 하이드로스테틱 적용의 예로는 유압 잭 또는 유압 프레스 및 유압 실린더 작동이 있습니다. 정수압 장치에서 갇힌(제한된) 액체를 밀면 전력이 전달됩니다. 액체가 시스템에서 움직이거나 흐르면 해당 시스템에서 움직임이 발생합니다. 오늘날 사용되는 유압 기반 장비의 대부분은 정수압으로 작동합니다.

힘, 움직임 및 신호를 생성하기 위한 제어 기술의 맥락에서 가장 일반적으로 사용되는 세 가지 기술은 유압, 전기 및 공압입니다. 다른 기술에 비해 유압 장치의 장점은 다음과 같습니다.

유압 시스템의 단점은 (i) 폐유로 인한 환경 오염(화재 또는 사고의 위험), (ii) 먼지에 대한 민감성, (iii) 과도한 압력으로 인한 위험(절단된 라인) 및 (iv) 온도 의존성입니다. (점도 변화).

고정식 유압 시스템과 이동식 유압 시스템 사이에는 기본적인 차이점이 있습니다. 이동식 유압 시스템이 바퀴나 트랙에서 움직이는 동안 고정식 유압 시스템은 한 위치에 단단히 고정되어 있습니다. 이동식 유압 시스템의 특징은 밸브가 자주 수동으로 작동된다는 것입니다. 고정식 유압 시스템의 경우 일반적으로 솔레노이드 밸브가 사용됩니다.

이동식 유압 시스템의 일반적인 적용 분야에는 (i) 건설 장비, (ii) 덤프 트럭, 굴착기, 승강 플랫폼, (iii) 리프팅 및 운반 장치, (iv) 정원 자재 취급 장비가 포함됩니다. 고정식 유압 시스템의 주요 응용 분야는 (i) 모든 유형의 생산 및 조립 기계, (ii) 이송 라인, (iii) 리프팅 및 운반 장치, (iv) 압연기, (v) 프레스, (vi) 리프트입니다. 및 (vii) 사출 성형기 등 공작 기계가 대표적인 응용 분야입니다.

17세기에 Blaise Pascal이라는 프랑스 과학자는 수리학의 기초를 형성하는 기본 법칙을 공식화했습니다. 파스칼의 법칙은 '제한된 액체에 가해지는 압력은 모든 방향으로 감소하지 않고 전달되며 모든 동일한 면적에 동일한 힘으로 작용하고 해당 면적에 직각으로 작용한다'고 명시되어 있습니다. 이 원리는 또한 제한된 유체의 법칙으로 알려져 있습니다. 파스칼은 자신의 법칙의 실제 사용을 시연하고 작은 영역에 작은 입력 힘을 가하면 출력 영역을 확대하여 큰 힘을 가할 수 있음을 보여주었습니다. 더 큰 출력 영역에 적용될 때 이 압력은 더 큰 힘을 생성합니다. 힘을 곱하는 방법입니다.

힘을 곱하는 것은 유압유를 사용하여 동력을 전달할 때 얻을 수 있는 이점 중 하나일 뿐입니다. 또한 힘이 직선으로(선형적으로) 전달될 필요는 없습니다. 힘은 증폭되는 동안 모서리 주위로 전달되거나 다른 비선형 방식으로 전달될 수 있습니다. 유체 동력은 진정으로 유연한 동력 전달 개념입니다. 실제로 유체 동력은 기본적으로 고정된 회전 소스에서 액추에이터라고 하는 원격 위치의 회전(원형) 또는 선형(직선) 힘 증폭 장치로 동력을 전달하는 것입니다. 유체 동력은 일종의 위치 에너지를 능동적인 기계적 형태(선형 또는 회전력 및 동력)로 변환하는 변환 과정의 일부로도 볼 수 있습니다. 기본 에너지가 유체 동력으로 변환되면 다음과 같은 다른 이점이 있습니다.

유압액

유압 시스템 유체는 주로 작동할 다양한 장치에 힘을 전달하고 분배하는 데 사용됩니다. 액체는 거의 압축할 수 없기 때문에 이것을 할 수 있습니다. 물은 낮은 온도에서 얼고 100℃에서 끓기 때문에 작동유로 부적합하며 또한 부식과 녹을 일으키고 윤활을 거의 제공하지 않습니다. 대부분의 유압 시스템은 압축할 수 없고 시스템을 윤활하기 때문에 오일(유압유체)을 사용합니다. 작업 및 작업 환경에 따라 다양한 이유로 유압 시스템에 많은 유형의 유체가 사용되지만 모두 다음과 같은 기본 기능을 수행합니다.

특정 시스템에 대해 만족스러운 작동유로 액체를 선택할 때 고려해야 하는 몇 가지 속성 및 특성은 다음과 같습니다.

유압 시스템의 적절한 작동을 보장하고 유압 시스템의 비금속 구성요소에 대한 손상을 방지하려면 올바른 유체를 사용해야 합니다. 유압유의 세 가지 주요 범주는 (i) 광유, (ii) 폴리-알파-올레핀 및 (iii) 인산 에스테르입니다.

광유 기반 작동유는 화재 위험이 비교적 낮은 많은 유압 시스템에 사용됩니다. 그들은 석유에서 처리됩니다. 합성 고무 씰은 석유 기반 유체와 함께 사용됩니다. 폴리알파올레핀계 작동유는 광유계 작동유의 가연성을 극복하기 위한 내화성 경화유입니다. 난연성은 훨씬 높지만 저온에서 점도가 높다는 단점이 있습니다. 이 유체의 사용은 일반적으로 -40℃로 제한됩니다. 인산염 에스테르 기반 작동유는 내화성이 매우 뛰어납니다. 그러나 그들은 내화성이 없으며 특정 조건에서는 화상을 입습니다. 조성의 차이로 인해 석유 기반 유체와 인산 에스테르 기반 유체는 혼합되지 않습니다. 또한 한 유체에 대한 씰은 다른 유체와 함께 사용할 수 없거나 허용되지 않습니다.

유압 시스템에는 유압유와 호환되는 특수 액세서리를 사용해야 합니다. 적절한 씰, 개스킷 및 호스는 사용 중인 유체 유형에 맞게 특별히 지정해야 합니다. 시스템에 설치된 구성 요소가 작동유와 호환되도록 주의해야 합니다.

유압 시스템

유압 시스템은 개방형 센터 시스템 또는 폐쇄형 센터 시스템일 수 있습니다. 개방형 센터 시스템은 유체 흐름이 있지만 작동 메커니즘이 유휴 상태일 때 시스템에 압력이 없는 시스템입니다. 펌프는 저장소에서 선택 밸브를 통해 저장소로 유체를 순환시킵니다. 개방형 센터 시스템은 각 하위 시스템에 대한 선택 밸브가 있는 임의의 수의 하위 시스템을 사용할 수 있습니다. 개방형 센터 시스템의 선택 밸브는 항상 서로 직렬로 연결됩니다. 이 배열에서 시스템 압력 라인은 각 선택 밸브를 통과합니다. 유체는 항상 각 선택 밸브를 통해 자유롭게 통과하고 선택 밸브 중 하나가 메커니즘을 작동하도록 배치될 때까지 저장소로 다시 이동할 수 있습니다. 선택기 밸브 중 하나가 작동 장치를 작동하도록 배치되면 유체는 작동 라인 중 하나를 통해 펌프에서 작동기로 보내집니다. 선택기 밸브가 이 위치에 있으면 밸브를 통해 저장소로 흐르는 유체의 흐름이 차단됩니다. 저항을 극복하기 위해 시스템에 압력이 형성되고 작동 실린더의 피스톤이 움직입니다. 액츄에이터의 반대쪽 끝에서 나온 유체는 선택기 밸브로 돌아가고 저장소로 다시 흐릅니다. 구성품 작동 후 시스템 작동은 사용 중인 선택 밸브 유형에 따라 다릅니다.

폐쇄형 센터 시스템에서 유체는 파워 펌프가 작동할 때마다 압력을 받습니다. 병렬로 배열된 다수의 액츄에이터가 있고 다수의 액츄에이팅 유닛이 동시에 작동하는 반면 일부 다른 액츄에이터 유닛은 작동하지 않습니다. 이 시스템은 선택기 또는 방향 제어 밸브가 직렬이 아닌 병렬로 배열된다는 점에서 개방형 센터 시스템과 다릅니다. 펌프 압력 제어 수단은 폐쇄 센터 시스템에서 다양합니다. 일정 전달 펌프를 사용하는 경우 시스템 압력은 압력 조절기에 의해 조절됩니다. 릴리프 밸브는 레귤레이터가 고장난 경우 백업 안전 장치 역할을 합니다. 가변 용량 펌프를 사용하는 경우 시스템 압력은 펌프의 통합 압력 메커니즘 보상기에 의해 제어됩니다. 보정기는 볼륨 출력을 자동으로 변경합니다. 압력이 정상 시스템 압력에 도달하면 보정기가 펌프의 유량 출력을 감소시키기 시작합니다. 정상 시스템 압력에 도달하면 펌프가 완전히 보상됩니다(유량 거의 0에 가깝게). 펌프가 이 완전히 보상된 상태에 있을 때 내부 바이패스 메커니즘은 냉각 및 윤활을 위해 펌프를 통해 유체 순환을 제공합니다. 릴리프 밸브는 안전 백업으로 시스템에 설치됩니다.

폐쇄 센터 시스템에 비해 개방형 센터 시스템의 장점은 시스템의 지속적인 가압이 제거된다는 것입니다. 셀렉터 밸브가 작동 위치로 이동된 후 압력이 점진적으로 형성되기 때문에 압력 서지에 의한 충격이 매우 적습니다. 이 동작은 작동 메커니즘의 더 부드러운 작동을 제공합니다. 선택 밸브가 위치하는 순간 압력을 사용할 수 있는 폐쇄형 센터 시스템보다 작동이 느립니다.

유압 시스템의 기본 구성요소

기능과 디자인에 관계없이 유압 시스템은 유체가 전달되는 수단 외에도 최소한의 기본 구성 요소를 가지고 있습니다. 기본 시스템은 유압 펌프, 작동유 저장고, 방향 밸브, 체크 밸브, 감압 밸브, 선택 밸브, 액추에이터 및 필터로 구성됩니다. 기본 유압 시스템은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 기본 유압 시스템

유압 저장소는 경미한 누출 및 증발로 인한 손실을 충당하기 위한 예비를 포함하여 시스템 공급에 필요한 유체를 보관하기 위한 컨테이너입니다. 저장소는 일반적으로 유체 팽창을 위한 공간을 제공하고 유체에 동반된 공기가 빠져나가도록 하며 유체를 냉각하는 데 도움이 되도록 설계되었습니다. 수압 저장고는 대기로 배출되거나 대기에 폐쇄되어 가압됩니다. 유체는 저장소에서 펌프로 흐르고 시스템을 통해 강제로 흘러 결국 저장소로 돌아갑니다. 저장소는 시스템의 작동 요구 사항을 공급할 뿐만 아니라 누출로 인해 손실된 유체를 보충합니다. 또한 저장소는 열팽창(온도 변화로 인한 유체 체적 증가), 축압기, 피스톤 및 로드 변위에 의해 시스템 밖으로 밀려나는 초과 유체에 대한 오버플로 대야 역할을 합니다. 저장소는 또한 유체가 시스템에 들어갈 수 있는 기포를 제거할 장소를 제공합니다. 시스템에서 픽업된 이물질은 저장소의 유체에서 분리되거나 라인 필터를 통과할 때 분리될 수도 있습니다. 저장소는 가압되거나 가압되지 않습니다. 배플 및/또는 핀은 대부분의 저장소에 통합되어 저장소 내의 유체가 소용돌이(소용돌이) 및 서징과 같은 임의의 움직임을 갖는 것을 방지합니다. 이러한 조건에서는 유체에 거품이 발생하고 공기가 유체와 함께 펌프로 들어갈 수 있습니다.

유압 부품이 올바르게 작동하려면 유체를 가능한 한 깨끗하게 유지해야 합니다. 유압유의 오염은 유압 시스템 문제의 일반적인 원인 중 하나입니다.

밸브, 펌프 및 기타 구성 요소의 정상적인 마모로 인한 이물질 및 작은 금속 입자는 일반적으로 유압 시스템에 유입됩니다. 스트레이너, 필터 및 마그네틱 플러그는 작동유에서 이물질을 제거하는 데 사용되며 오염 방지 장치로 효과적입니다. 저장소에 있는 마그네틱 플러그는 유체에서 철 또는 강철 입자를 제거하는 데 사용됩니다. 스트레이너는 작동유에서 큰 이물질 입자를 제거하는 1차 여과 시스템입니다. 스크리닝 작용이 필터만큼 좋지는 않지만 스트레이너는 흐름에 대한 저항이 적습니다. 스트레이너는 압력 강하를 최소로 유지해야 하는 입구 라인을 펌핑하는 데 사용됩니다. 필터는 작동유에서 작은 이물질을 제거하고 오염 물질에 대한 보호 장치로 가장 효과적입니다. 필터는 저장소, 압력 라인, 리턴 라인 또는 기타 필요한 위치에 있습니다. 그들은 전체 흐름 또는 비례 흐름으로 분류됩니다. 본체의 우회 릴리프 밸브는 액체가 필터 요소를 우회하고 요소가 막힐 때 출구 포트를 통해 직접 통과하도록 합니다. 바이패스 릴리프 밸브가 없는 필터에는 오염 표시기가 있습니다. 이 표시기는 유체가 필터에 들어갈 때와 요소를 떠난 후의 압력 차이의 원리에 따라 작동합니다.

축전지는 축전지와 같습니다. 유압 어큐뮬레이터는 잠재적인 동력을 저장합니다. 이 경우 유압유는 향후 유용한 작업으로 전환할 수 있도록 압력을 가합니다. 이 작업에는 실린더 및 유체 모터 작동, 펌프 또는 정전 시 필요한 시스템 압력 유지, 누출로 인한 압력 손실 보상 등이 포함될 수 있습니다. 어큐뮬레이터는 유체 디스펜서 및 유체 장벽으로 사용될 수 있으며 충격 흡수(쿠션) 작용을 제공할 수 있습니다. 어큐뮬레이터는 스프링 로드, 백 유형 또는 피스톤 유형이 될 수 있습니다.

유압 펌프는 원동기(전기 모터)의 기계적 에너지를 유압(압력) 에너지로 변환합니다. 압력 에너지는 액추에이터를 작동하는 데 사용됩니다. 펌프는 유압 유체를 밀어 흐름을 생성합니다. 결합된 펌핑 및 구동 모터 유닛은 유압 펌프로 알려져 있습니다. 유압 펌프는 저장 탱크에서 작동유를 가져와 유압 회로의 나머지 부분으로 전달합니다. 일반적으로 펌프의 속도는 일정하고 펌프는 각 회전에서 동일한 양의 유체를 전달합니다. 유체 흐름의 양과 방향은 일부 외부 메커니즘에 의해 제어됩니다. 어떤 경우에는 유압 펌프 자체가 서보 제어 모터에 의해 작동되지만 시스템이 복잡해집니다. 유압 펌프는 유량 용량, 전력 소비량, 구동 속도, 배출구에서 전달되는 압력 및 펌프 효율성이 특징입니다. 펌프는 100% 효율적이지 않습니다. 펌프의 효율은 두 가지 방법으로 지정할 수 있습니다. 하나는 가능한 최대 이론 부피에 전달되는 실제 유체 부피의 비율인 부피 효율성입니다. 두 번째는 입력 기계/전력에 대한 출력 유압의 비율인 전력 효율입니다. 펌프의 일반적인 효율은 90%에서 98%까지 다양합니다. 유압 펌프는 일반적으로 (i) 원심 펌프와 (ii) 왕복 펌프의 두 가지 유형이 있습니다.

유압 액츄에이터는 압력 에너지를 받아 기계적 힘과 운동으로 변환합니다. 액추에이터는 선형 또는 회전식일 수 있습니다. 선형 액추에이터는 힘과 모션 출력을 직선으로 제공합니다. 더 일반적으로 실린더라고 하지만 램, 왕복 모터 또는 선형 모터라고도 합니다. 회전식 액추에이터는 토크와 회전 동작을 생성합니다. 더 일반적으로 유압 모터 또는 모터라고 합니다.

압력 조절은 높은 소스 압력을 애플리케이션에 적합한 낮은 작동 압력으로 감소시키는 과정입니다. 허용 가능한 한계 내에서 출구 압력을 유지하려는 시도입니다. 압력 조절은 압력 조절기를 사용하여 수행됩니다. 압력 조절기의 주요 기능은 유체 흐름을 수요와 일치시키는 것입니다. 동시에 레귤레이터는 특정 허용 한계 내에서 출구 압력을 유지해야 합니다.

밸브는 유압 시스템에서 액추에이터의 작동을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 밸브는 특별한 압력 조건을 생성하고 회로의 일부에서 흐르는 유체의 양과 어디로 가는지 제어하여 압력을 조절합니다. 유압 밸브의 세 가지 범주는 압력 제어, 유량(체적) 제어 및 방향 제어입니다. 일부 밸브에는 여러 기능이 있어 둘 이상의 범주로 분류됩니다. 밸브는 크기, 압력 ​​기능 및 압력 강하/유량으로 평가됩니다.

유압 시스템에서 세 가지 일반적인 유형의 파이프 라인은 파이프, 튜빙 및 가요성 호스이며 강성, 반강성 및 연성 라인이라고도 합니다. 유압 라인에 사용되는 두 가지 유형의 튜브는 심리스 및 전기 용접입니다. 둘 다 유압 시스템에 적합합니다. 흐름, 유체 유형, 유체 속도 및 시스템 압력을 알면 사용해야 하는 튜브 유형을 결정하는 데 도움이 됩니다. 호스는 유연성이 필요할 때 사용됩니다.

피팅은 순환 시스템의 개별 섹션을 포함하여 유압 시스템의 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 유압 시스템에는 다양한 유형의 커넥터를 사용할 수 있습니다. 사용되는 유형은 순환 시스템의 유형(파이프, 튜브 또는 플렉시블 호스), 유체 매체 및 시스템의 최대 작동 압력에 따라 다릅니다. 가장 일반적인 유형의 커넥터에는 나사산 커넥터, 플레어 커넥터, 플렉시블 호스 커플링 및 재사용 가능한 피팅이 있습니다.

유압 회로도

유압 회로도는 유압 회로의 완전한 도면입니다. 다이어그램에는 설명, 일련의 작업, 참고 사항 및 구성 요소 목록이 포함되어 있습니다. 정확한 다이어그램은 설계자, 기계를 만드는 사람, 유압 시스템을 유지 관리하는 사람에게 필수적입니다. 유압 회로 다이어그램에는 네 가지 유형이 있습니다. 블록, 컷어웨이, 그림 및 그래픽입니다. 이 다이어그램은 (i) 구성 요소와 구성 요소가 상호 작용하는 방식, (ii) 구성 요소를 연결하는 방법, (iii) 시스템이 작동하는 방식 및 각 구성 요소가 수행하는 작업을 보여줍니다.

블록 다이어그램은 연결 및/또는 상호 작용을 나타내는 블록 사이에 선이 있는 구성 요소를 보여줍니다. 절단 다이어그램은 구성 요소의 내부 구성과 흐름 경로를 보여줍니다. 다이어그램은 선과 통로에 색상, 음영 또는 다양한 패턴을 사용하기 때문에 다양한 흐름 및 압력 조건을 표시할 수 있습니다. 그림은 회로의 배관 배열을 보여줍니다. 구성 요소는 외부에서 볼 수 있으며 일반적으로 실제 모양과 크기를 가깝게 재현합니다. 그래픽 다이어그램은 업계의 약식 시스템이며 일반적으로 설계 및 문제 해결에 선호됩니다. 간단한 기하학적 기호는 구성 요소와 해당 컨트롤 및 연결을 나타냅니다. 유압 회로의 일반적인 그래픽 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 유압 회로의 일반적인 그래픽 다이어그램



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