유압의기초1

유압의 기초1

1-1.유압이란?

유압이란 것은 유체역학에 의한 힘과 운동량을 제어하여 동력을 전달하는 것이다.

동력원은 전동기 및 엔진이고 이 동력을 움직이고 싶은 부분에 부착되어 있는 액튜에이터에 전달한다.

전달매체는 구동기에 부착되어 있는 펌프에 의하여 흡입 토출되는 유압작동유이다.

힘과 운동의 제어는 주로 밸브로 한다.

1-2. 유압이외의 동력전달방법

동력의 전달방식에는 유압방식외에 전기, 기계, 공압, 수압등의 여러 가지 방식이 있지만 각 방식이 갖고 있는 장단점을 충분히 검토하여 가장 적합한 방식을 채용한다.

유압방식은 이들 가운데서 가장 큰 대동력의 전달에 적합하기 때문에 미래에도 많이 이용될 것이다.

또 여러방식은 유압방식+전기방식처럼 가장 적절한 각 방식을 조합하여 사용하는 경우가 바람직하다.

제조가격 소마력의 경우 : 유체, 기계>전기

대마력의 경우 : 유체>기계, 전기

1-3. 유압의 특징 및 장단점

유압의 장점 유압의 결점

소형으로도 대동력의 전달가능

출력의 크기와 속도를 무단계로 간단히 제어가능

자동제어, 원격제어가 가능

전부하에서의 시동가능

과부하방지대책이 간단

입력부와 출력부의 위치를 자유로 바꿀 수 있다.

가동부의 관성이 작아 기동, 정치를 빠르게 할 수 있다.

동력의 축적이 어큐뮬레이터에 의하여 간단히 가능하다.

유온의 변화에 따라 출력부의 속도가 변하기 쉽다.

유압장치의 동력전달효율이 나빠 손실동력이 크다.

배관이 곤란하다.

소음, 진동이 발생하기 쉽다.

기름의 관리가 어렵다.

유압유는 가연성이 크므로 위험하다.

배관접속부, 패킹부 등에서 압유 누설 방지에 주의가 필요하다.

1-4. 전달하는 유체역학의 동력

동력 L1은 다음식으로 나타낼 수 있다.

L1=PQ/612(KW)=PQ/450(PS)

여기서  P : 압력(kgf/㎠)………힘에 비례한다.

Q : 유량(ℓ/min)………운동에 비례한다.

참고로 기계역학의 동력을 나타낸다.

(1) 직선운동을 하고 있는 경우의 동력 L2

L2=FV/102(KW)=FV/75(PS)

여기서  F : 물체의 무게 (kgf)

V : 물체의 속도(m/sec)

(2) 회전운동을 하고 있는 경우의 동력 L3

L3=NT/975(KW)=NT/716(PS)

여기서  N : 회전속도(rpm)

T : 토르크(kgf-m)

1-5. 압력이란?

압력이란 액튜에이터에 작용하는 부하에 대항해서 유압유에 발생하는 단위 면적당 작용하는 힘이다.

압력의 압이란 펌프로 부터 토출된 유압유가 부하가 걸리어 있는 액튜에이터와의 사이에서 압박, 압축되어 있는 상태를 나타내고 있다.

액튜에이터가 무부하 상태일때는 압력은 약 0kg/㎠으로 무부하 구동이 된다.

부하가 크면 큰 만큼 고압이 발생하고 1-4항의 식에 의해 필요 동력이 커지게 된다.

압력은 전기의 전압에 해당되고 눈에 보이지 않으므로 압력계에 의해 측정한다.

1-6. 유량이란?

유압유가 단위사간당 흐르는 량을 말한다. 흐름의 발생은 탱크의 기름을 펌프의 흡입구로 흡입하여 토출구로 토출시키는데서 일어난다.

펌프의 토출유량을 많게 하려면 대형펌프를 사용하던가, 펌프의 구동회전속도를 빨리하면 얻어지게 되지만 1-4항의 식에 의하여 구동력이 크게 된다.

액튜에이터에 유입되는 유량이 많을수록 출력의 속도가 빠르게 되며 유량제어 밸브를 사용하여 유량을 제어 하므로서 무단으로 변속이 가능하다.

유량은 전기의 경우에 전류에 해당되고 눈에 보이지 않기 때문에 유량계로 그 양을 측정한다.

1-7. 유압장치의 기본형

그림 A에서 피스톤을 빨리 상승시키려면 실린더에 단위 시간에 보다 많은 유압유를 공급하면 부하는 보다 빨리 상승한다. 그림 A의 시스템은 기본형이지만 실제 장치에 있어서는 다음과 같은 제어를 할 수 있도록 하여야 한다.

(1) 실린더 운동방향의 제어

(2) 실린더 운동속도의 제어

(3) 실린더 최대부하의 제한제어

그외에 수동식 피스톤 펌프를 회전식 연속구동펌프로 바꾸어야 한다. 그림 A에 제어가 가능하도록 부가한 것을 그림 B에 표시한다.

1-8. 유압회로의 기본해석

유압기기는 간소화된 유압용기호로 표시하고 그들이 어떻게 접속되어 있는가를 표시한 것이 유압회로도이다.

유압용기호는 ISO(국제표준화기구)에서 국제공통의 기호가 제정되어 있으며 우리나라에서도 KSB0054에 규격화되어 있다. 그림D은 그림C를 기호로 사용하여 그린 회로도이다.

1-9. 유압요소기기의 정리

1. 유압펌프

2. 액튜에이터 : 실린더, 유압모터

3. 밸브 : 압력제어밸브, 방향제어밸브

4. 부속기기 : 압력계, 필터, 오일탱크, 쿨러, 히터, 유온계, 어큐뮬레이터   등

유압펌프와 유압모터는 구조가 거의 같기 때문에 동시에 설명을 하는 경우가 많다.

펌프는 구동기에 의하여 축이 회전하여 유압유를 흡입 토출하지만, 유압모터는 펌프로부터 토출된 유압유를 받아서 축을 회전시키는 역할이 서로 다르다.

2-1. 유압펌프, 유압모터의 종류와 특징

압력 유량 회전수 가격 소음 용량형

기어형 중 소~중 고 안 중~고 불가

베인형 저~중 대 중 중 저 가

피스톤(플랜저)형 고 중~대 저~대 고 중~고 가

2-2.기본계산식(펌프)

(1) 실토출량

Qp=qp×Np xηv/1,000nv(ℓ/min).

(2) 소요입력

Lp=PpxQp/612xηp(KW)=PpxQp/450xηp(ps)

여기서 qp : 밀어내는 용적(cc/rev)

Np : 회전수(rpm)

ηv : 용적효율

ηp : 펌프전효율

2-3.기본계산식(유압모터)

(1) 소요유량

Q0=q0×NO/1,000nv(ℓ/min).

(2) 출력토르크

T0=(p1-p2)q0nt(kgf-m)

(3) 출력

L0=N0T0/975(KW)=N0T0/716(ps)

여기서 q0 : 밀어내는 용적(cc/rev)

N0 : 회전수(rpm)

ηv : 용적효율

ηv : 토르크효율, 기계효율(전부하 기동시에는 기동토르크 효율로 바꾼다.)

3-1. 타이로드식 실린더

타이로드 볼트에 의하여 헤드카버와 로드카버를 실린더 튜브에 고정하고 있는 형식을 말한다.

실린더는 피스톤4, 부쉬6, 취부용 플렌지7로 구성되어 있으며 헤드측8과 로드측9와의 사이의 기름의 누설을 방지하기 위하여 피스톤 패킹10이, 또 피스톤로드5화 부쉬6과의 사이에는 외부로의 기름누설을 방지하기 위해 로드 패킹이 장착되어 있다.

패킹의 재질과 이것과 접촉하는 부분의 면조도에 의하여 실린더의 최저 및 최고속도가 결정된다.

최저속도는 스틱슬립현상이라든가, 일정속도가 얻어지지 않게 되는 한계로 정해지고 일반적으로 10mm/sec이하이다.

최고속도는 패킹의 내구성으로 결정되며 일반적으로 300mm/sec이다.

규격제품으로서의 시판되고 있는것은 다음과 같은 사항이다.

정격입력 : 35, 70, 140, 210kg/㎠

실린더내경 : 40~250mm

3-2. 지지형식(취부방법)

실린더의 취부방법은 피스톤로드의 좌굴강도의 관계로부터 스트로크의 길이를 정할때 문제가 된다.

따라서 전진에 사용한다든지 후진에 사용한다든지 사용상 또는 설계상 좌굴강도를 고려할 필요가 있다.

3-3. 피스톤로드의 좌굴

사례 예1

일단고정

타단자유 예2

(일반적 사례)

양단회전 예3

일반고정

타단회전 예4

양단고정

도시

n의 값 n=1/4 n=1 n=2.046≒2 n=4

실린더의 설치상태

좌굴강도에 관한 계산에는 통상 다음과 같은 오일러의 공식을 사용한다.

K=n·π²·E·I/L²

윗식에서 U : 좌중하중(kgf)

n : 취부상태에 따라 결정되는 정수(그림 49참조)

E : 탄성계수(강의 경우 2.1×106kgf/cm2)

I   : 로드 횡단면의 최소단면 2차 모멘트(cm4)

L : 로드길이(cm)………그림49참조

이식은 좌굴하중으로 로드가 좌굴해 버리는 의미이므로 다음식을 이용하여 최대작동 하중을 구한다.

F=K/S

여기서 F : 최대작동하중(kgf)

S : 안전계수(약2.5~3.5)

3-4.. 최대스트로크의 제한

로드의 좌굴강도면에서 생각하면 저부하이든가 고부하로 당기는 경우에는 로드를 길게 할 수가 있다.

그러나 일반적으로 규격품에서는 다음과 같이 최대스트로크를 제한하고 있기 때문에 주의를 요한다.

실린더내경 40,50 63,80 100~250

최대스트로크 1,200 1,600 2,000

3-5.. 기본계산식

(1) 수압면적(헤드측)

A1=πD²/400(cm²)………(π=3.14, D=√A1/π)

(2) 수압면적(로드측)

A2=π(D²-d²)/400(cm²)

(3) 출력

F1=P1×A1-P2×A2(kgf)………(A1=F1+P2×A2/P1,P1=F1+P2×A2/A1)

(4) 출력

F2=P2×A2-P1×A1(kgf)………(A2=F2+P1×A1/P2,P2=F2+P1×A1/A2)

(5)속도

V1=10000×Q1/60×A1=L/t1(mm/sec)………(Q=60×A1×V1/10000,t1=L/V1)

(6)속도

V2=10000×Q2/60×A2=L/t2(mm/sec)………(Q=60×A2×V2/10000,t2=L/V2)

(7) 소요압력 : P1, P2

위의 (3),(4)항 참조

(8) 소요유량 : Q1, Q2

위의 (5),(6)항 참조

(9) 스트로크 소요시간 : t1,t2

위의 (5), (6)항 참조

 

 

→유압기초설계.xls

→유압기초설계.xls

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