유 압 공 학 유압회로 설계 창원대학교 로보틱스실험실 정원지 교수님.

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1 유 압 공 학 유압회로 설계 창원대학교 로보틱스실험실 정원지 교수님

2 유압회로 설계 개 요 유압회로의 정의(KS BO19) :각종 유압기기 등의 요소에 의하여 조립된 유압장치의 구성 유압 회로설계시 고려해야 할 점 1. 설계(design)-회로설계는 유압동력 전달과정에서 가능한 동력손실을 적게하여 목적하는 일을 할 수 있도록 효율적 회로를 구성 2. 분석(analysis)-회로의 분석은 설계된 회로의 성능을 분석 평가하는 과정 유압회로 설계의 순서 부하의 상태 배관내 흐름저항 힘의 크기 작업의 속도 작업의 순서 사이클 선도 유압회로 이해 효율적인 회로선택 요소규격 결정 각종회로 연구

3 유압회로 설계 유압에너지의 전달 위치에너지의 변화량 위치에너지의 변화량 기계적 에너지(유압에너지)
유압동력장치 : 동력원 즉 원동기로부터 얻은 기계적 에너지를 유압에너지로 변환시켜 부하에 전달시키므로 유용한 일을 하게 하는 장치. 위치에너지의 변화량 위치에너지의 변화량 기계적 에너지(유압에너지) 실린더의 피스톤 속도는 작동유의 흐름속도와 같다. 즉 펌프로부터 발생된 운동에너지는 피스톤이 외부에 일을 하는 운동에너지와 같다(KE= 0) 펌프로부터 토출된 유체의 위치에너지가 처음으로 실린더의 피스톤으로 전달되면 피스톤은 피스톤행정만큼 이동하면서 일을 하게 됨 (유압위치에너지가 일로 변환(PE = 일)) 에너지원은 전동기에 전달되면서 열역학적 손실과 전달손실이 일어남.

4 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 유압회로설계를 위한 기본적인 설계사항 (1) 하중의 형태 (2) 사이클시간 (3) 유량곡선
(4) 압력곡선 (5) 동력곡선

5 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (1) 하중의 형태 가. 저항성 하중(resisitive load)
가공물이 공구에 닿아 절삭작업이 시작될 때 발생되는 절삭저항하중 테이블 이송방향과 반대방향으로 작용되므로 실린더 피스톤(작동기)에 대해서 정 방향으로 작용(양의하중(positive load))

6 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (1) 하중의 형태 나. 자주성 하중(overrunning load)
그림과 같이 실린더의 피스톤이 진행하는 방향으로 하중의 방향이 작용할 때 피스톤은 끌어 당기게된다. 이와 같이 피스톤의 이동방향과 동일한 방향으로 작용되는 하중을 자주성 하중이라고 하고, 때로는 음의 하중(negative load)이라고도 한다.

7 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (1) 하중의 형태 계속 다. 관성하중(inertial load)
그림과 같은 유압모터로 플라이휠을 회전시키려고 할 때 질량은 회전하지 않으려는 관성이 발생한다. 이러한 관성에 의한 하중을 관성하중이라 하고 때로는 가속하중(acceleration load)이라고도 한다. 이것은 플라이휠이 정상속도에 이르기까지 가속구간에 걸리는 하중이다. 계속

8 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (1) 하중의 형태 계속 가속구간에 가 작용한다면 이때의 관성하중은 다음 식으로 표시.
가속구간에 가 작용한다면 이때의 관성하중은 다음 식으로 표시. T=J 여기서 J: 관성능률, T:모멘트 직선운동을 할 경우에는 F =ma 여기는 m : 질량 , a : 가속도 저항성 하중이나 자주성 하중은 속도가 일정할 때만 존재하고 속도가 변하는 구간에는 관성하중이 크게 지배 계속

9 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (1) 하중의 형태
하중 사이클 선도(load cycle diagram) : 작동기가 일을 하는 동안 작용되는 하중의 크기와 방향과 형태를 표시 그림은 하중의 크기를 피스톤 행정의 함수로 표시한 하중 사이클 선도이다. 이 그림에서 곡선의 모양에 영향을 주는 요인은 다음 다섯 가지가 있다.

10 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (2)사이클 시간 ①사이클 시간은 변위 사이클에 상대적으로 유량이 얼마나 요구되는가를 설정.
② 전체회로 혹은 부분회로상의 동력이 얼마나 요구되는가를 설정. 사이클 시간의 결정기준 -최저 사이클 시간 -일정한 동력

11 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (3) 유량곡선 작동기의 형태와 사이클 시간으로부터 그 려진다.
작동기의 형태와 사이클 시간으로부터 그 려진다. – 작업구간별로 유량을 계산하여 작동기의 행정에 대해서 유량곡선을 그린다. – 펌프를 선정하는데 대단히 중요

12 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (3) 유량곡선
압력곡선은 작동기(actuator)를 선정하는데 대단히 중요한 역할을 한다. 압력곡선은 일을 해야 하는 하중에 따라 그려지므로 사이클동안 압력의 변동을 피스톤변위로 표시한 것이 아래 그림이다. 하중을 알고 최대압력을 알면 작동기의 피스톤 단면적을 계산할 수 있다. 따라서 작동기 선정의 기준이 된다.

13 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 (4)동력곡선
동력곡선은 유량시스템의 소요동력을 사이클 시간 동안 피스톤 변위에 따라 그린 것이다. 이 동력곡선은 유량곡선과 압력곡선으로부터 구해진다. 이 곡선으로부터 작동기가 일을 하고 있는 사이클 동안 펌프에 작용하는 동력의 변동을 시각적으로 알 수 있다.

14 유압회로 설계 유압회로의 설계기준 완전한 사이클선도

15 유압회로 설계 하중분석 저항성 하중

16 유압회로 설계 하중분석 자주성 하중

17 유압회로 설계 열림센터회로설계 열림회로 시스템 : 유압시스템의 최종 출력인 실린더의 피스톤의 위치가 측정되지 않고 이 신호가 피드백(feed back) 되지 않는 시스템. 일반산업기계에 많이 사용

18 유압회로 설계 닫힘센터회로설계 닫힘회로 시스템 : 피스톤의 위치를 측정하여 그 신호를 피드백해서 목표치와 일치될 때까지 계속 작동되는 시스템. 위치 혹은 속도를 제어하기 위한 서보 기구(servo mechanism)에 사용.

19 유압회로 설계 열림센터형과 닫힘센터형의 비교 가. 열림센터 회로 1. 회로 설계가 용이하다
2. 부품이 다양하여 가격이 저렴하다 3. 건설장비나 운반차량에 많이 이용된다 4. 펌프의 토출압력은 작동기에 걸리는 하중에 따라 결정된다. 5. 펌프의 토출유랑은 작동기의 순간 요구 속도에 따라 결정되지 않는다. 6. 작동기의 속도는 밸브의 오리피스를 조절하여 조정한다 7. 방향 밸브가 중립위치에 있을 때 펌프의 토출유량은 탱크로 유출된다.

20 유압회로 설계 열림센터형과 닫힘센터형의 비교 나. 닫힘 센터 회로
가지(branch)가 많은 회로에 적합하고, 가지사이에 요구유량의 차가 큰경우에 많이 사용한다. 2. 요구유량의 범위가 넓은 회로에 적합하다. 3. 축압기와 정용량형 펌프를 사용한 회로에서 시스템 압력은 무부하 밸브에 설정한 압력 에 따라 결정된다. 4. 압력보상형 펌프를 사용한 회로에서는 압력보상기에 설정한 압력에 따라 시스템의 압력이 결정된다. 5. 펌프의 토출량은 작동기의 요구에 따라 변한다. 6. 작동기의 크기는 하중에 대응하는 힘에 따라 결정된다. 7. 작동기의 속도는 밸브의 오리피스를 조절하여 조정한다. 8. 방향 밸브가 중립위치에 있을 때 펌프의 토출유량은 밸브를 통하여 탱크 무부하로 유출된다.