4. 건설기계 유압
1. 유압 의의
유압은 작은 힘으로도 큰 힘을 얻을 수 있다. 속도를 자유로이 조정이 가능하여 여러 분야에
유용하게 사용된다. 파스칼원리를 기초로 하고 잇다.
(1) 유압의 특징 장단점
| 장점 | 단점 |
| ① 소형으로써 강력한 토크(torque)를 얻을 수 있다. ② 소경량으로 출력이 크며 음답성이 좋다. ③ 에너지축적이 가능하며 안전장치가 간단하다. ④ 열악한 환경에서도 사용이 가능하다. ⑤ 전자, 전기의 조합이 간단해서 제어성이 우수하다. ⑥ 속도 범위가 넓의며 무단변속이 간단하고 진동이 적다. |
① 기름 누설 위험이 높다, ② 기름 온도변화로 액추에이터의 속도가 변한다. ③ 소음이 크고 화재위험성이 있다. ④ 작동유의 오염 등 관리가 필요하다. ⑤ 공기압장치에 비해 배관작업이 어렵다. ⑥ 먼지, 이물질, 녹 등에 대한 고려가 필요하다. |
(2) 파스칼의 원리 및 베르누이의 정리
① 밀폐된 용기 내에 있는 정지 유체의 일부에 압력을 가했을 때 유체 내 어느 부분의 압력도
가해진 만큼 증가 한다는 이론 원리
② 파스칼 원리 응용
㉠ 압력은 모든 방향이 같다.
㉡ 액체는 작용력을 감소시킨다,
㉢ 단면적 변화시 힘을 증대 시킬 수 있다.
㉣ 액체는 운동을 전달 할 수 있다,
㉤ 공기는 압축되지만 오일은 압축되지 않는다.
㉥ 유체 압력은 면에 대해 직각으로 작용한다.
③ 베르누이의 정리
유체의 속도와 압력의 관계는 항상 일정한 관계가 있다.
㉠ 유압량의 단위: L/min, GPM(분당 토출하는 유체의양)
㉡ 유량공식: 면적 ×속도 = 체적/시간
2. 유압 기기
1. 유압장치 기본 3요소: 유압발생부, 유압제어부, 유압구동부
(1) 유압 발생부
유압펌프나 전동기에 의해 유압을 발생하는 부분이다, 유압탱크와 여과기, 유압펌프, 압력계,
오일펌프 구동전동기 등으로 구성
① 유압펌프: 전동기나 원동기에서 기계적 에너지를 공급받아 유압액추에이터(유압실린더,
유압모터 등) 작동하는데 필요한 압력에너지로 변환한다, 유압유를 흡입하고 압축하여 액추에이터
에 공급한다.( 기어펌프, 베인펌프, 피스톤펌프)
(2)유압제어 부
유압실린더, 유압모터에 공급된 작동유의 압력, 유량, 방향을 바꾸어 힘의 크기, 속도 방향
목적에 따라서 자유롭게 제어를 한다,
①압력제어(압력제어 밸브): 일의 크기 결정 – 과부하방지 및 유압기기보호
② 유량제어(유량제어 밸브): 일의 속도 결정 – 액추에이터의 속도와 회전수 변화
③ 방향제어( 방향제어 밸브): 일의 방향 결정 – 역류 및 작동유의 흐름 방지
(3) 유압 구동 부
유압펌프에서 송출된 압력에너지를 기계적 에너지로 변환하는 부분이다,
① 유압모터: 유체의 압력에너지로 회전운동
② 유압실린더: 유체의 압력에너지로 직선운동
※ 직선 왕복운동: 유압실린더
연속회전 운동: 유압모터( 기어모터, 베인모터, 피스톤모터)
요동운동: 요동형 액추에이터
* 유압 모터의 특징
① 정 회전, 역회전 가능
② 무단 변속으로 회전력 수 조정
③ 회전체의 관성력 작아 응답성 좋다.
④ 소경량으로 큰 힘을 얻을 수 있다.
⑤ 자동제어 조작부 서부 기구 요소로 적합
2. 유압 발생장치 구성
구동전동기, 유압펌프, 릴리프밸브, 커플링, 압력계이지, 유압탱크, 유압여과기 등으로 구성
① 구동전동기: 전동기의 기계적 에너지를 유압펌프로 전달하여 유압에너지로 변환
② 유압펌프: 유압유를 흡입하고 압축해서 유압관로를 통해 액추에이터로 공급
③ 커플링: 유압펌프, 구동전동기를 연결
④ 유압필터: 유압유의 불순물제거 유압펌프 와 연결된 흡입관에 설치
⑤ 압력 릴리프 밸브: 유압펌프에서 만들어진 유압유의 압력을 유압장치에 필요한 압력으로
설정 및 유지
⑥ 유압탱크: 적당량의 유압유를 저장 및 유압유에 포함 된 열을 발산, 공기 제거, 응축수의 제거
오염물질의 침전기능
(1) 유압펌프 종류
유압펌프 1회전 당 유압유의 이송 량을 변화시킬 수 없는 정용량형 펌프와 변화시킬 수 있는
가변 용량형 펌프로 구분되고 기어펌프, 베인펌프, 피스톤 펌프 등이 사용된다.
① 기어펌프
㉠ 형식, 구조가 간단하고 흡인력이 크나 소음이 다소 발생된다. 펌프 전체효율 85%정도다.
㉡ 기어 펌프의 종류
● 외접기어펌프 : 전동기기가 구동기어에 회전력전달( 종동기어 같이 회전, 틈으로 유압유 유입)
● 내접기어펌프: 안쪽기어 로터가 전동기에 의해 회전 바깥쪽 로터 같이 회전 (안쪽의 로터 모양
에 송출량 결정)
② 베인펌프
㉠ 일반 진공펌프, 내부구조는 로타 베인 및 실린더로 되어 있어 로타의 중심과 실린더 중심이
편심으로 되어 있다.
㉡ 용량은 큰 펌프로 소음은 작으나 수명이 짧고 전체효율 80%정도이다.
③ 피스톤 펌프
㉠ 고속운전 가능하고 소형으로도 고압, 고성능을 얻을 수 있다.
㉡ 여러 개의 피스톤으로 고속운전 되며 송출 압의 맥동이 작고 진동이 작다
㉢ 송출압력 100~300이고, 송출량은 10~50L/min 이다.
㉣ 피스톤 펌프는 축 방향 피스톤펌와 반지름 방향 피스톤펌프 가 있다.
㉤ 경사각을 조절해 유압 송출량을 조절.
3. 유압 작동유
(1) 유압 작동유 성질
① 동력을 전달하는 유압 작동유는 중간 동력손실이 적어야 하며 전달시간 지연이 적어야한다.
② 압축률이 적으며 유동저항이 적은 점도의 것이 바람직 하나 너무 낮으면 윤활유 유지가
어려워져 적당한 범위 내의 것이 필요하다
(2) 유압 작동유 요구되는 특성
① 온도, 압력, 미끄러지는 속도 양호하고 윤활성능 유지되며 접동부 마모가 적어야한다.
② 펌프와 기타 유압기에 적당한 점도유지를 하고 온도에 따라 점도변화가 적고 안정성이
양호해야한다.
③ 물리적 화학적 변화가 적어야 한다.
④ 물과 불순물이 빨리 분리가 되어야한다.
⑤ 금속에 대해 부식성이 적어야한다.
⑥ 팽윤, 경화 등에 변질이 없고 휘발성이 적고 발포가 적으며 방호성 양호한 것
(3) 유압 작동유 종류
① 석유계
㉠ 유분에 첨가제를 배합한 것
㉡ 마모방지제를 배합한 것(점도 온도특성 개량한 것)
㉢ 석유계는 성능도 뛰어나고 입수도 용의 하며 충분한 성능과 내구성을 얻을 수 있으나 내화성 내열성에 한계가 있음
② 합성유계
㉠ 저유동점, 양호한 점도온도특성 고온에서 뛰어난 내열화성, 난연성 등으로 연구된 것
㉡ 우수한 성능은 가지나 석유계에 비해 가격이 비싸다,
③ 수성형(난연성)
㉠ 비 함수의계 것(내화성의 합성물)과 함수계의 것이 있다,
㉡ 비 함수계의 것으로 인산에스테르와 폴리올 에스테르가 대표적이다. 함수계는 수중유적형
(O/W)와 유중수적형(W/O) 와 물- 글리콜계 등
(4) 작동유의 성질
① 점도특성
㉠ 마찰손실, 열의발생량, 마모, 누유, 시동성, 효율에 직접적 관계로 작동액 선정에 있어
고려.
㉡ 적당한 점도 유압펌프의 형식, 작동압력, 운전온도, 등의 의해 결정
㉢ 점도는 온도, 압력에 따라 변하는 것외 점도지수, 향상제 배합으로 전단속도 커지면 일시적으로
감소되거나 영구적 저하됨
② 윤활유특성
㉠ 기계 효율적 관점에 작동유 점도 낮은 것이 바람직 하나 유압장치, 기계접동부는 유체윤활
경계윤활 혼합상태로 즉 너무 낮으면 마모가 많아짐
㉡ 디알킬디티오인아연 인화합물, 인- 황화하합물 등 마모방지제 사용(혹한 조건)
③ 산화안정성
㉠ 공기, 습기, 금속과 접하여 온도 상승
㉡ 장기간 가혹한 에 사용하면 열화증대, 슬러지 생성, 원활한 작동저하, 필터폐쇄, 부식등의 원인
(5) 작동유 온도
① 워밍업(난기운전)시 오일온도 20~27℃, 최고허용온도 80℃, 최저허용온도40℃ 정상온도
40~60℃, 열화된 오일온도는 80~100℃이다.
(6) 유압유 노화촉진 원인
① 유압유온도 80℃이상 높을 때
② 다른 오일 혼합사용
③ 유압에 수분 혼입
(7) 유압유 과열 원인
효율불량, 노화, 냉각기 성능 불량, 유압유부족, 점도불량, 안전밸브 작동압력 너무 낮을 때
(8) 유압유 온도 상승 원인
① 높은 열을 갖는 물체 유압유와 접촉, 괴부하
② 오일 냉각기 불량 태양열 작용.
③ 캐비테이션현상발생 유압손실 클 때
※ 캐비테이션발생시 영향: 체적효율저하, 소음, 진동, 과포화, 높은 압렵형성, 액추에이터
액추에이터 효율저하 등
4. 유압 밸브
(1) 압력제어밸브(일의 크기 결정)
① 릴리프밸브: 회로 내 최고 압력 설정, 설정 값에 도달하면 유압유를 탱크로 복귀 시켜
압력제어
② 리듀싱(감압밸브): 기본 압력보다 낮은 2차 압력을 얻음(액추에이터의 작동순서 결정)
③ 시퀸시 밸브: 회로 미리 정해 놓은 순서에 따라 실린더를 작동
④ 언로더 밸드: 장치가 정치해 있을 때 유압유를 유압저장탱크로 돌려보냄 유암펌프 무부하 상태
⑤ 카운터 밸런스 밸브: 유압실린더 등이 자유낙하 하는 것 방지 배기압력 유지.
(2) 유량제어밸브(일의 속도 제어)
유량을 조절해 액추에이터의 작동속도 제어
① 스로틀밸브: 압력강하에 필요밸브
② 오리피스밸브: 온도변화 점도변화에 따른 무관한 곳에 사용 밸브.
③ 일방향제어밸브: 첵 밸브 내장으로 한 방향으로만 유량제어 반대방향 첵 밸브 열려 유압유
저항 없이 흐름.
④ 보싱유량제어 밸브(많이 사용): 디바이더 밸브, 분류밸브, 슬로 리턴 밸브 등
(3) 방향제어 밸브
① 기능: 유압의 흐름을 차단하거나 흐름방향을 전환 유압모터, 유압실린더, 등의 시동 장치
등의 방향 등을 정확히 제어할 목적 사용.
② 방향제어밸브 종류
㉠ 첵 밸브, 셔틀밸브: 유압을 한쪽방향으로만 흐르게 하고 반대로 흐르지 못하게 함.
● 첵 밸브에 의한 펌프 회로 보호: 유압펌프 구동전동기가 정지 되었을 때 유압유가
반대방향으로 흐르는 것을 방지.
㉡ 스풀밸브: 작동유의 흐름 방향변환(유량조절 가능 )
㉢ 디셀레이션밸브: 감속밸브
(4) 유압 회로
① 유압장치 구성도
㉠ 유압발생부(유압동력 공급): 유압에너지 생성 및 압력 유체 조절
㉡ 에너지 전달부: 동력공급부에서 생성된 에너지 구동부까지 전달
㉢ 유압구동부: 전달부로 공급된 에너지를 기계에너지로 변환
㉣ 유압제어(제어 신호처리): 신호처리 및 신호입력
② 유압회로도의 종류: 기호회로도(많이 사용), 그림회로도, 단면회로도, 조합회로도 등
※ 누설오일보충회로도: 누설된 유압유를 보충하기 위해 축압기의 압력으로 프레스 밀어줌
서지압력(충격)방지회로도: 밸브를 급격히 차단했을 때 회로 내 발생된 서지압력 및 충격흡수.
5. 어큐뮬레이터 , 오일냉각기, 패킹(오일 실)
(1) 어큐뮬레이터
①축압기 압력저장장치, 유체에너지 축적시켜 충격압력 흡수.
② 오일의 체적변화와 맥동 압력보상과 맥동 감쇄.
※ 축압기: 고압의 유압유 저장용기, 서지압력 방지 목적으로 사용
(2) 오일 냉각기
① 작동유 온도 40~60℃로 유지, 열화방지
② 슬러지 형성방지 및 유막파괴 방지
(3) 패킹(오일 실 )
① 오일회로에 오일이 외부로 흘러들어가는(누출)것을 방지
② 구비조건
㉠ 저항력이 크며, 금속면 손상을 주지 않을 것.
㉡ 내열성이 강하고, 마멸성이 큰 것.
㉢ 잘 끼워지며, 피로 강도가 클 것.
③ 종류: U패킹, O링, 더스트 실 등
