1) 개요
- 유압 : 유체역학에 의한 힘과 운동량을 제어하여 동력을 전달하는 것으로, 오일을 매개체로 하고, 전동기 또는 엔진에 의한 동력원으로 부터 압송된 유압유가 Actuator(구동부)를 움직여 기계장치에 사용된다.
- 전달 매체는 펌프에 의해 압송되는 유압 작동유이다.
- 힘과 운동의 제어는 주로 밸브에 의한다.
2) 유압 시스템
(1) 유압 시스템의 구성
- 유압장치의 3요소(5요소) : 유압 발생부, 유압 구동부, 유압 제어부, (오일 탱크 및 배관, 기타 부속장치)
가). 유압 펌프(유압발생부) : 기계적 에너지를 유압 에너지로 변환하는 기기, 오일 탱크 내 작동유 흡입 및 유압을 송출
- 종류 : 기어 펌프, 베인 펌프, 플런저 펌프
나). Actuator(유압모터, 유압실린더 : 유압구동부) : 유체 에너지를 기계적 에너지로 변환한느 장치
- 종류
a). 유압실린더 : 단동, 복동 실린더
b). 요동 모터 : 베인형 요동 모터
c). 유압 모터 : 기어모터, 베인모터, 엑시얼(Axial) 플런저 모터, 레이디얼(Radial) 플런저 모터
다). 제어밸브(유압 제어부)
라). 오일 탱크 및 배관
- 유량 확보
- 적정온도 유지
- 기포 발생방지 및 소멸
마). 기타 부속장치
- 오일냉각기
- 필터
- 압력계
2) 특징
가). 장점
- 소형장치로 큰 힘을 낼 수 있다.
- 응답성이 좋다.(반응시간이 짧다.)
- 제어가 용이하다.
- 회전운동 및 직선운동을 간단히 얻을 수 있다.(E 전달방식이 간단)
- 윤활 방청성이 우수하다.
- 에너지 축적이 가능하다.
- 운동방향 제어가 용이하다.
- 내구성이 우수하다.
- 전기적 신호를 이용한 자동조작 혹은 프로그램 제어가 가능하다.
- 과부하에 대한 안전장치 조합이 간단하다.
나). 단점
- 먼지나 외부 이물질에 의해 시스템이 오염되어 고장을 일으키기 쉽다.
- 별도의 유압 파워유닛이 필요하다.
- 기름이 누출되기 쉽다.
- 온도 변화에 민감하다.
- 에너지 효율 혹은 출력 효율이 낮다.(에너지 전화 손실이 많다.)
- 시스템 구성 비용이 많이 든다.
- 보수 관리 및 점검이 어렵다.
3) 유압펌프 및 모터
(1) 유압펌프(Hydraulic Pump)
모터 또는 엔진의 기계적E를 유체의 유량E로 변환하여 배관 계통을 통해, Actuator의 운동에 필요한 압유를 공급하는 장치
가). 요구조건
- 토출압 변화에도 토출량 변화가 적어야 한다. 즉, 큰 하중에도 속도가 일저앻야 한다.
- 토출량의 맥동이 적도 일정해야 한다.
나). 피스톤 펌프 작동 단계 : 흡입 -> 흡입실, 압축실 분리 -> 압축 송출 -> 압축실, 흡입실 분리
(2) 유압 펌프의 종류
가). 용적형 펌프 : 부하 압력에 관계없이 토출량이 거의 일정한 것이 특징이다.
a). 정 토출형 : 구동축 1회전당 토출량이 일정하다.
- 기어 펌프 : 외접 기어펌프, 내접 기어펌프
- 나사펌프
b). 가변 토출형 : 구동축 1회전당 토출량이 변화한다.
- 베인펌프 : 평형형, 비평형형(가변 토출량형)
- 피스톤 펌프
- 액시얼형(Axial) : 경사판 회전식, 경사판 고정식
- 레이디얼형(Radial)
나) 비용적형 펌프 : 부하 압력에 따라 토출량이 변화하는 것이 특징이다.
- 원심펌프
- 액시얼형 픔프
- 혼류형 펌프
- Rotor Jet 펌프
3) 나사 펌프(Screw Pump)
- 외접 기어 펌프와 같은 구조이나 오일이 회전되는 축 방향으로 이송되는 점이 다르다.
- 압력 : 40 kg/cm2 이내
- 용도 : 점섬이 큰 연료의 수송에 사용한다.
- 특징 : 진동과 소음이 적고, 고속 운전에 용이하다.
마찰력이 크고 효율이 낮다.
- 토출량Q
4) 기어펌프(Gear Pump)
- 고속회전이 가능하고, 제작 정도와 치형을 적당히 선정하면 70~80%의 펌프 효율을 얻을 수 있다.
- 구성 : 펌프 Case, 구동기어, 종동기어
- 압력 : 최고 210 Kg.cm2
가). 송출량과 유동력
a). 이론 송출량 Q th
b). 실제 송출량 Q
c). 유동력 L
d). 1회전당 송출량 V th
e). 토크 T
나). 특징
- 장점
- 구조가 간단하고 운전 및 유지보수가 용이하다
- 가격이 저렴하고 신뢰도가 높아 유압펌프로 많이 사용한다.
- 고속 회전, 저 토크에 적합하다.
- 단점
- 가변 용량으로는 제작이 곤란하고, 정용량으로만 제작이 가능하다.
- 누설량이 많아 효율이 떨어진다.
- 소음이 크다.
다). 개입(패쇄) 현상
- 기어 홈 안으로 흡입된 기름이 기어 회전에 따라 Casing내 원통을 돌아 토출 측으로 이송되는데, 기어의 맞물림에 의해 토출측의 기름일부가 압축기어 사이의 퍠쇠현상으로 인해 흡입구로 복귀하는 현상이다.
주로, 외접 기어펌프에서 발생한다.
- 영향
- 펌프 토출량 감소
- 맥동 및 소음 발생
- 제거방법 : 케이스 측벽이나 측판의 적절한 곳에 릴리프 홈을 만들거나 전위 기어를 사용한다.
5) 베인 펌프(Vain Pump)
- 구성 : 베인, 로터, 캠링과 같이 압력 발생장치 등
- 압력 : 70~210 kg/cm2 의 중고압
- 특징
- 송출 압력에 맥동 및 소음이 적다.
- 구동 동력에 비해 소형이고 구조가 간단하며 고장이 적고 보수가 용이하다.
- 베인의 선단이 마모되어도 압력 저하가 발생하지 않는다.
- 사용유의 점도에 제한을 받고, 청결도에 주의가 필요하다.
- 부품 수가 비교적 많다.
※ 가변 용량형 베인 펌프
- 특징
- 필요한 유량만을 송출하여 동력이 절감된다.
- 유온의 상승이 감소된다.
- 유압 탱크가 소형이다.
- 릴리프 밸브가 불필요하다.
- 실제 송출량 Q
- 종류
- 평형형 : 회전수를 반경 방향으로 작용하여 유압적으로 평행하게 하므로 베어링 작용 하중이 감소된다.
- 비평형형 : 로터의 회전에 의한 원심력으로 베인이 캠링에 밀착되어 펌프실을 형성한다. 로터와 캠링 편심량을 변경하여 토출량 조절이 가능하여, 가변 용량형으로 사용된다.
6) 플런저 펌프(Plunger Pump : 피스톤 펌프)
- 회전 피스톤 펌프라고도 한다.
- 압력 : 210 kg/cm2 이상(초고압 펌프)
- 특징
- 고속 운전이 가능하다.
- 비교적 소형으로 고압, 고성능이다.
- 동력에 비해 설치면적이 적다.
- 송출유의 맥동이 극히 작고 진동 및 소음도 작아 원활한 운전을 할 수 있다.
- 고압에 누설이 적고, 체적 효율이 적다.
- 가변 요량형으로 제작이 가능하다.
- 수명이 길고, 유압 펌프로 가장 적합하다.
- 구조가 복잡하고 부품수가 많으며 고가이다.
- 종류
가) 액시얼형(Axial) 플런저 펌프 : 회전축에 의해 플런저를 회전하면서 실린터 블록 내를 왕복하여 유압유를 송출한다.
a). 종류
(a). 기구 형태에 따른 구분 : 경사판 식, 경사축 식
(b). 구동 축과 실린더 블록이 이루는 각도(θ)의 가변유무에 따른 구분
b). 송출량 Q
나). 레이디얼형(Radial) 플런저 펌프 : 실린더 블록에 방사상으로 배열된 실린더 구멍이 있고 이것에 삽입된 피스톤이 반지름 방향의 왕복운동을 하여 유압유를 송출한다.
구동축의 회전방향을 변환시키지 않고, 송출 방향을 바꿀수 있다.
a). 종류
(a). 회전사판식 플런저 펌프
(b). 회전 실린더식 플런저 펌프
(c). 고정 실린더식 플런저 펌프
7) 로터리 펌프(Rotor Pump)
내측로터(Inner-rotor)와 외측로터(Outer-rotor)의 회전방향이 동일하다.
- 기어의 회전에 의한 용적변화로 흡, 토출
- 형상이 적고, 고속회전에 적합
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