유압 일반

1. 유압의 개요

1.1 유압의 정의

유압(oil hydraulics) 이란 유압펌프에 의하여 기계적 동력 에너지를 유체의 압력 에너지로 바꾸어 유체 에너지에 압력, 유량, 방향의 기본적인 3 가지 제어를 하여 유압 실린더나 유압 모터 등을 작동시킨 후 다시 기계적 에너지로 바꾸는 역할을 하는 것이며, 동력의 변환이나 전달을 하는 장치 또는 방식을 말한다. 물이나 기름 등을 매체로 하여 동력을 전달하는 장치는 18세기 말에 "파스칼의 원리"를 응용

1.2 유압의 응용분야

유압설비는 이동성에 따라 고정식 유압과 이동식 유압 설비로 나누어진다.

1.2.1 고정식 유압장치 한 장소에 설치되어 가동 되는 장비 프레스, 사출기, 롤링머신 승강기와 컨베이어 장치 이송(Transfer)
1.2.2 이동식 유압장치 바퀴나 체인을 이용하여 이동이 가능한 장비 건설 장비 굴삭기, 크레인, 레미콘 등 농기계, 선박, 광산기계, 항공기

1.3 유압의 특징

유압은 높은 압력을 이용하기 때문에 많은 장점과 단점을 갖고 있다.

1.3.1 유압의 대표적인 장점

• 직선운동을 얻는 것이 용이한다.
• 높은 압력을 이용하기 때문에 크기에 비해 큰 힘을 낼 수 있다.
• 비교적 비 압축성의 유체를 이용하기 때문에 정확한 위치제어가 가능한다.
• 힘과 속도의 무단조절이 가능하고, 방향전환이 원활한다.
• 과 부하에 대하여 비교적 안전한다.

1.3.2 유압의 대표적인 단점

• 유압시스템은 온도변화에 민감하며, 특히 오염 이물질에는 기기의 성능 및 수명이 크게 영향을 받는다.
• 작업속도가 느리다. (실린더의 최대속도는 0.5 m/sec)
• 복귀라인이 필요하므로 배관이 복잡한다.
• 모터와 펌프에서는 캐비테이션 (Cavitation) 이 일어날 수도 있다.
• 에너지 저장이 불편한다.
• 유압은 매체가 갖고 있는 고유한 특성으로 인하여, 유압장치의 설계 시 고려해야 한다.

2. 유압의 물리적 원리

2.1 유체의 압력

P = F / A
P : 압력 (kgf/cm²), F : 힘 (kgf) , A : 단면적 (cm²)
유체에 있어서 압력은 다음과 같이 정의 되어진다.
밀폐된 용기에 유체를 채우고 피스톤에 힘을 가하면 액체에는 누르는 힘에 대항하려는 힘이 발생된다.

이러한 힘을 반력이라고 하며, 유체의 반력을 압력(Pressure) 이라고 한다.

유체의 압력은 발생되는 압력의 크기는 힘 F를 피스톤 면적 A로 나눈 값이며,

단위로서는 kgf/cm², bar, Pa(파스칼) 등을 사용한다.

2.2 압력의 분류

압력을 나타내는 데에는 측정하는 기준(압력이 0인 상태) 에 따라 절대압력과 게이지 압력으로 나눈다.

2.2.1 절대압력(Absolute pressure)

절대진공 상태를 압력 0으로 하여 표시한다. 절대진공 상태란 어떤 체적속에 공기분자가 하나도 없는 상태를 말한다.

2.2.2 게이지 압력(Gauge pressure)

기후조건에 따라 변하는 국소대기압을 압력 0으로 하여 표시한다.

1atm (표준 대기압) = 760mmHg = 1.0332kgf/cm² = 101.322kpa = 14.7psi

2.3 유량

유량이란 단위 시간에 이동하는 액체의 양을 말하며, 유압에서는 유량은 토출량으로 나타낸다.

단위는 [ℓ/min](분당 토출양) 또는 [cc/sec](초당 토출양) 로 표시한다.

유량의 계산식은 다음과 같습니다.
Q = V / t
Q : 유량 [ ℓ/min ] , V : 이동하는 액체의 체적 [ ℓ ] , t : 시간 [ min ]
배관에서의 유량
그림과 같은 관로에서 유량·유속 및 관의 단면적의 관계를 식으로 나타내면 다음과 같습니다.

Q = V / t ----- V = A x s 이므로

Q = A x s / t

Q = A x v

V : 체적〔㎤〕 , A : 관의 단면적〔cm²〕 , v = 유체의 속도〔cm/sec〕, s：거리[cm]

2.4 유속

단위시간에 액체가 이동한 거리를 나타내며, 유압에서는 단위는 [m/sec] (매초당 움직인 거리) 로 나타낸다.
v = S / t
v : 유속 (m /sec ) , s : 이동한 거리 (m) , t : 시간 (sec)

2.5 연속의 정리

액체가 흐를 때 흐름의 상태가 변하지 않는 경우(정상류) , 유량은 통과하는 관로의 면적에 관계없이 일정한다. 이를 연속의 법칙이라 한다.

즉, 면적이 작아지면 유속이 빨라지게 되어 일정한 유량을 유지하게 된다.

이것을 식으로 나타내면 다음과 같습니다.
Q1 = Q2 , Q = A · V 이므로
∴ A1 · V1 = A2 · V2 ----- 연속의 식

2.6 파스칼의 정리

밀폐된 용기 중에 정지되어 있는 유체의 일부에 가하여진 압력은 유체의 모든 부분에 같은 세기로 모든 방향에 동시에 전달된다.

정지하고 있는 액체는 다음과 같은 특성이 있다.
a) 압력은 유체가 접하여 있는 면에 수직으로 작용한다.
b) 정지 유체중의 한점에 있어서 압력은 모든 방향에서 같습니다.
c) 밀폐된 용기의 유체에 가해진 압력은 같은 세기로 모든 방향으로 전달된다.
이것을 파스칼의 정리라 하며 압력의 전달에 관한 기본법칙이다.