유압 회로 종류
1. 유압회로의 정의
- 유압회로에서 목적에 맞는 회로는 하나만 있는 것이 아니라 다양한 조합을 고려할 수 있으므로 경제성이나 효율 등을 고려하여 설계되어야 한다.
- 회로의 구성방법이 적절한가 하는 것은 장치의 제작비용이나 운전비용, 장치의 보수관리의 난이도,수명의 장단, 나아가서는 유압유의 열화에 까지 영향을 미치므로 신중히 검토할 필요가 있다.
- 유압회로의 종류는 목적에 따라 다양하지만 이들을 잘 살펴보면 기본회로의 조합인 경우가 상당히 많으므로 기본회로의 기능과 짜임새를 익혀두어야 한다.
- 이러한 기본회로는 지금까지의 경험을 바탕으로 해서 만들어진 것으로 유압회로의 표준이라고도 할 수 있다.
2. 릴리프 밸브를 사용한 언로딩 회로
2.1 릴리프 밸브 1개에 의한 압력제어회로
릴리프 밸브 1개를 사용하여 유압회로를 구성하는 회로 예이다.
릴리프 밸브에 의해 시스템 최고의 압력이 설정되며, 방향제어 밸브에 의해 전진, 후진, 및 중간정지가 이루어진며, 유량제어 밸브에 의해 속도가 조절된다.
방향제어밸브가 중립상태에서 실린더는 언제든지 중간정지 되고, 이때 압력은 릴리프 밸브에서 설정한 압력이 된다. 방향제어밸브를 동작시켜 실린더가 전진 중일 때에는 실린더의 부하에 해당하는 압력이 작용하며 릴리프밸브는 일부 닫히게 된다.
전진을 완료하면 릴리프 밸브에서 설정한 최고압력이 작용하여 최고의 힘으로 밀게 된다. 후진 시에도 전진과 같은 압력 변화가 관찰된다.
2.2 릴리프 밸브를 이용한 원격제어
릴리프 밸브의 벤트 포트에서 배관을 연결하여 멀리 떨어져 있는 파일롯 릴리프밸브로 연결하면 원격제어가 가능하다.
(1) 릴리프 밸브를 이용한 무부하 제어
- 릴리프 밸브의 벤트 포트에 언로드용 2 Port - 2 Way 방향제어 밸브를 연결하여 밸브를 개방하면 무부하 상태가 된다.
- 간접 작동식 릴리프 밸브의 특성상 벤트 포트를 개방하면 내부 밸런스피스톤의 압력차에 의해 밸브가 계속 열려 펌프는 압력(저항)을 받지 않는다.
- 2 Port - 2 Way 방향제어 밸브를 닫으면 상부 파일롯 밸브의 스프링의 조절압력으로 조절 받게 된다.
3. 차동 회로
실린더의 로드 와 헤드측에 동시에 압력을 공급하면 유체역학적인 힘에 의해 전진하게 된다.
이때 로드 측에서 밀려나오는 작동유는 배출되지 않고 헤드 측으로 공급되므로 그 유량 만큼
실린더의 전진속도가 빠르게 되는데 이것을 차동회로라고 한다.
4. 로직 밸브 (Logic Valve) 회로
- 로직밸브는 일명 카트리지 밸브라고 불리는데 빠른 응답성의 대용량 유압시스템에 적당하다.
- 1개의 밸브로 방향, 유량, 압력, 타이밍 등을 제어하기 때문에 시스템이 간단하게 되며, 구조가 포핏형이므로 누설이 적은 점 등 장점이 많아서 대형 유압설비에 많이 사용된다.
4.1 로직밸브의 구조와 각 포트간의 압력밸런스
A-포트 또는 B-포트의 압력이 파이롯 포트의 압력보다 높으면 밸브가 열리게 되고 반대의 경우 닫혀서 개폐동작이 이루어진다.
4.2 로직 회로 동작.
방향 전환 밸브가 전진 상태가 되면 파이롯 압력은 로직 엘리멘트 C2, C4를 닫고 C1, C3 를 열어 P →A, B →T포트로 오일이 흘러 작동기를 전진 시키게 된다.
반대로 방향 전환 밸브가 후진 상태가 되면 파이롯 압력은 C1, C3 를 닫고 C2, C4를 열어 P →B, A →T포트로 오일이 흐르게 되어 작동기는 복귀하게 된다.
5. 비례제어 회로
5.1 종래회로의 한계
- 종래의 유압시스템과 전기적인 유압시스템은 그들이 절환 되거나 여자됨에 따라서 작동기의 전진과 후진을 할 수 있는 상태를 만들고 이러한 작용을 할 수 있는 솔레노이드를 사용한다.
그러나 비례제어 기술은 솔레노이드가 수치적으로 제어 가능하며 더욱 정확한 동작 상태를 요구할 수 있게 되었다.
- 비례유압에서는 입력신호의 강도에 비례하여 조절되는 솔레노이드를 사용한다.
5.2 서보 유압 기술의 개발
- 서보유압 기술은 1940년대에 서보 밸브가 개발된 이래로 1970년대 초기까지만 해도 전기유압 신호변환기로서 항공, 우주 및 군사장비의 제어뿐만 아니라 산업기계의 제어에 광범위하게 이용되어 왔다.
- 그러나 서보밸브가 근본적으로 우주 항공용으로 개발된 것이기 때문에 산업기계의 제어에 사용하기에는 필요이상으로 소형이고 정밀하며 너무 고가인데다 작동유체의 오염에 대해 치명적으로 민감하다는 단점이 있다.
5.3 비례제어 밸브의 등장
이러한 문제점에 자극이 되어 1970년대 초반부터 개발되어 나오기 시작한 것이 산업용 비례제어 밸브이다.
비례제어 밸브는 단순한 개폐제어 기능을 무단 아날로그 제어 기능으로 개선 전환시킨 밸브이기 때문에 일반 개폐 솔레노이드 밸브와 큰
차이 없이 구조가 간단하고 신뢰도가 높으며 가격이 서보 밸브 보다 훨씬 저렴하고 작동유체의 오염에도 덜 민감하다는 장점이 있다.
5.4 종래 유압회로의 문제점
- 다단계 속도와 압력제어를 할 경우 회로가 복잡해진다.
- 밸브의 급격한 절환은 시스템에 충격파를 형성하여 밸브손상과 소음을 일으킨다.
- 개회로 제어이며 더 정확한 제어를 위해 폐회로 제어로 만들 수 없다.
- 배관이 복잡하고 보수가 어렵다.
5.5 전자 비례밸브를 사용하는 목적
- 압력, 속도 등을 다양하게 설정할 경우 유압회로가 간략화 된다.
- 작동시의 충격을 방지하여 출발과 정지가 부드럽다.
- 제어 정밀도를 높이거나 폐회로 자동제어를 적용할 수 있다.
- 정밀한 설정값을 빈번히 바꾸는 것이 가능하다.
- 회로기능의 변경이나 증설이 쉽다.
5.6 비례제어 회로의 구성
1개의 앰프에 설정기 3개 (① , ② , ③)를 사용하여 언로딩과 각각 3가지의 정밀한 출력(압력)을 얻을 수 있다.
①번 설정기를 통전하면 앰프는 200 [mA]를 공급하여 그에 상당하는 압력을 얻게 되고,
②번과 ③번 설정기를 통전하면 앰프에서는 각각 400 [mA]와 600 [mA]를 밸브에 공급하여 그에 상당하는 고압을 얻게 된다.
이와 같이 비례제어에서는 정밀한 설정값을 빈번히 변경할 수 있는 장점이 있다.
5.7 비례 솔레노이드의 구성
비례 솔레노이드의 기본 구성은 다음과 같다.
비례 솔레노이드의 출력은 설정기(POTENTIO-METER)의 입력값(0~10V)에 의해 조절되며
설정기를 여러 개 사용하면 다양한 압력 및 속도를 얻을 수 있다.
출력의 NULL 및 GAIN을 조절 할 수 있으며 ON 및 OFF에 걸리는 시간을 조절할 수 있는 RAMP기능이 있다.
응답성을 나타내는 히스테리시스를 감소 시키기 위해 교류성분을 부여하여 정지 마찰 계수를 줄여주는 디져(DITHER)기능을 사용한다.
6. 실린더의 중간정지
4 port - 3 way 밸브를 이용하여 실린더를 중간에 정지할 필요가 있을 경우는 아래의 4종류가 있다.
[그림 1] 차단형 중립위치(Closed center)
- 차단형 중립 위치를 가진 4 port - 3 way 밸브 밸브를 이용하여 실린더를 중간 정지시키는 방법
- 문제점
유압 방향 제어 밸브는 스풀 (Spool) 에 의해 슬라이딩 되는 형식 구조를 갖고 있어
내부 누설이 발생되기 때문에 제한된 조건에서만 사용된다.
즉, 실린더가 중간에 멈추어 있는 시간이 짧아야 하고 실린더에 큰 부하가 작용하지 않고 있어야 한다.
[그림 2] 차단형 중립위치(Closed center) + P-Line 파일럿 체크밸브
- 밸브의 차단형 중립위치에서 정지되고 P-Line 파일럿 체크밸브가 실린더의 후진을 방지한다.
- 문제점
순간 정지에 의한 P-Line 의 배압으로 P-Line 파일럿 체크밸브가 기능을 상실하게 됨으로 잘못된 회로
[그림 3] ABT 접속형 중립위치 (Floating center) + P-Line 파일럿 체크밸브
- 밸브의 ABT 접속형 중립위치에서 정지되고 P-Line 파일럿 체크밸브가 실린더의 후진을 방지한다.
- 문제점
파일럿 체크밸브를 하나만 사용하면 실린더의 내부 누설이 발생되거나 부하가 불규칙한 경우에는 문제가 발생되게 된다.
즉, 실린더에 후진 운동 방향의 힘이 작용하면 실린더는 움직이게 된다.
[그림 4] ABT 접속형 중립위치 (Floating center) + 더블 파일럿 작동형 체크밸브
- 밸브의 ABT 접속형 중립위치에서 정지되고 양방향 (PT-Line) 파일럿 체크밸브가 실린더의 전 후진을 방지한다.
- 4 가지 방법 중 가장 좋은 방법이다.
