유압 기계

유압 기계 또는 유압 기기(hydraulic machinery)는 액체 유체 동력을 사용하여 작업을 수행한다. 건설기계가 흔한 예이다. 이러한 유형의 기계에서는 유압유가 기계 전체의 다양한 유압 모터와 유압 실린더로 펌핑되어 현재 저항에 따라 가압된다. 유체는 제어 밸브에 의해 직접 또는 자동으로 제어되며 호스, 튜브 또는 파이프를 통해 분배된다.

간단한 오픈 센터 유압 회로.

굴착기; 주요 유압 장치: 붐 실린더, 스윙 드라이브, 쿨러 팬, 트랙 드라이브

변속기에서 힘과 토크의 증가/감소를 위해 기계적 장치와 비교하여 유압 장치를 사용하는 기본적인 특징.

유압 시스템은 공압 시스템과 마찬가지로 폐쇄 시스템 내부의 유체에 가해지는 모든 압력이 모든 곳과 모든 방향으로 동일하게 전달된다는 파스칼의 원리에 기반을 둔다. 유압 시스템은 압축성 기체 대신 비압축성 액체를 유체로 사용한다.

유압 기계의 인기는 작은 튜브와 유연한 호스를 통해 전달될 수 있는 많은 양의 동력, 높은 동력 밀도 및 이 동력을 활용할 수 있는 다양한 액추에이터, 그리고 비교적 넓은 영역에 압력을 가하여 얻을 수 있는 막대한 힘의 증폭 때문이다. 기어와 샤프트를 사용하는 기계와 비교할 때 한 가지 단점은 동력 전달 시 파이프를 통한 유체 흐름 저항으로 인해 일부 손실이 발생한다는 것이다.

역사

조지프 브라마는 1795년에 유압 프레스 특허를 받았다.^[1] 브라마의 공장에서 일하던 헨리 모즐리는 컵 가죽 패킹을 제안했다.^[2] 그 결과 우수한 성능을 보여 유압 프레스는 결국 금속 단조용 증기 해머를 대체했다.^[3]

개별 증기기관으로는 비실용적이었던 대규모 동력을 공급하기 위해 중앙 집중식 유압 시스템이 개발되었다. 유압 동력은 영국 항구와 유럽의 다른 지역에서 크레인 및 기타 기계를 작동하는 데 사용되었다. 가장 큰 유압 시스템은 런던에 있었다. 유압 동력은 베서머 법 강철 생산에 광범위하게 사용되었다. 유압 동력은 엘리베이터와 운하 수문 및 다리의 회전 부분을 작동하는 데도 사용되었다.^[1][3] 이러한 시스템 중 일부는 20세기까지 계속 사용되었다.

해리 프랭클린 비커스는 미국 기계공학회(ASME)에 의해 "산업 유압의 아버지"라고 불렸다.^[왜?]

힘 및 토크 증폭

유압 시스템의 기본적인 특징은 입력과 출력 사이의 거리에 관계없이 기계적 기어 또는 레버 없이도 두 개의 연결된 실린더의 유효 면적을 변경하거나 펌프와 모터 사이의 유효 변위(cc/rev)를 변경하여 힘 또는 토크 증폭을 쉽게 적용할 수 있다는 것이다. 일반적인 경우, 유압 비율은 굴착기의 붐 움직임 및 트랙 드라이브와 같은 최적의 기계 설계를 위해 기계적 힘 또는 토크 비율과 결합된다.

예시

상호 연결된 두 개의 유압 실린더

실린더 C1은 반지름이 1인치이고, 실린더 C2는 반지름이 10인치이다. C1에 가해지는 힘이 10 lbf이면, C2에 의해 가해지는 힘은 C2가 C1보다 면적(S = πr²)이 100배 더 크므로 1000 lbf이다. 이 경우 단점은 C2를 1인치 움직이려면 C1을 100인치 움직여야 한다는 것이다. 가장 일반적인 용도는 작은 직경의 펌핑 실린더가 큰 직경의 리프팅 실린더에 연결된 고전적인 유압 잭이다.

펌프 및 모터

변위 10 cc/rev의 유압 로터리 펌프가 100 cc/rev의 유압 로터리 모터에 연결되면 펌프를 구동하는 데 필요한 샤프트 토크는 모터 샤프트에서 사용 가능한 토크의 10분의 1이지만, 모터의 샤프트 속도(rev/min)도 펌프 샤프트 속도의 10분의 1에 불과하다. 이 조합은 실제로 실린더 예시와 동일한 유형의 힘 증폭이며, 이 경우 선형 힘은 토크로 정의되는 회전력이다.

이 두 가지 예는 일반적으로 특정 유압 "기어비"를 포함하는 유압 변속기 또는 정수압 변속기라고 불린다.

유압 회로

유압 회로는 액체를 수송하는 상호 연결된 이산 부품 세트로 구성된 시스템이다. 이 시스템의 목적은 유체가 흐르는 곳(열역학 시스템의 냉각수 튜브 네트워크처럼)을 제어하거나 유체 압력을 제어하는 것(유압 증폭기처럼)일 수 있다. 예를 들어, 유압 기계는 무거운 하중을 이동하기 위해 유압 회로(유압 펌프, 파이프, 튜브, 호스, 유압 모터, 유압 실린더 등을 통해 유압유가 압력 하에 밀려 나가는)를 사용한다. 이산 부품 측면에서 유체 시스템을 설명하는 접근 방식은 전기 회로 이론의 성공에서 영감을 받았다. 전기 회로 이론이 요소가 이산적이고 선형일 때 작동하는 것처럼, 유압 회로 이론은 요소(파이프 또는 전송 라인과 같은 수동 부품 또는 동력 장치 또는 펌프와 같은 능동 부품)가 이산적이고 선형일 때 가장 잘 작동한다. 이는 일반적으로 유압 회로 분석이 화학 공정 흐름 시스템 또는 마이크로 스케일 장치에서 발견되는 이산 펌프가 있는 길고 얇은 튜브에 가장 잘 작동한다는 것을 의미한다.^[4][5][6]

회로는 다음 구성 요소로 구성된다.

• 능동 부품
  • 유압 파워 팩
• 전송 라인
  • 유압 호스
• 수동 부품
  • 유압 실린더

유압유가 작업을 수행하려면 액추에이터 및 모터로 흐른 다음 저장소로 돌아와야 한다. 그런 다음 유체는 필터링되고 다시 펌핑된다. 유압유가 흐르는 경로를 유압 회로라고 하며, 여러 유형이 있다.

• 오픈 센터 회로는 연속적인 흐름을 공급하는 펌프를 사용한다. 흐름은 제어 밸브의 오픈 센터를 통해 탱크로 돌아온다. 즉, 제어 밸브가 중앙에 있을 때 탱크로의 개방된 회귀 경로를 제공하며 유체는 고압으로 펌핑되지 않는다. 그렇지 않으면, 제어 밸브가 작동되면 유체를 액추에이터와 탱크로 또는 액추에이터에서 탱크로 보낸다. 펌프는 일정한 출력을 가지므로 유체의 압력은 모든 저항에 맞춰 상승한다. 압력이 너무 높아지면 유체는 압력 릴리프 밸브를 통해 탱크로 돌아온다. 여러 제어 밸브를 직렬로 연결할 수 있다. 이러한 유형의 회로는 저렴하고 정변위 펌프를 사용할 수 있다.
• 클로즈드 센터 회로는 어떤 밸브가 작동되든 안 되든 제어 밸브에 완전한 압력을 공급한다. 펌프는 작동자가 밸브를 작동하기 전까지는 유압유를 거의 펌핑하지 않고 유량만 변경한다. 따라서 밸브의 스풀은 탱크로의 개방형 회귀 경로가 필요 없다. 여러 밸브를 병렬로 연결할 수 있으며 시스템 압력은 모든 밸브에서 동일하다.

오픈 루프 및 클로즈드 루프 회로

오픈 루프 회로

오픈 루프: 펌프 입구와 모터 회귀(방향 밸브를 통해)는 유압 탱크에 연결된다. 루프라는 용어는 피드백에 적용된다. 더 정확한 용어는 오픈 대 클로즈드 "회로"이다. 오픈 센터 회로는 연속적인 흐름을 공급하는 펌프를 사용한다. 흐름은 제어 밸브의 오픈 센터를 통해 탱크로 돌아온다. 즉, 제어 밸브가 중앙에 있을 때 탱크로의 개방된 회귀 경로를 제공하며 유체는 고압으로 펌핑되지 않는다. 그렇지 않으면, 제어 밸브가 작동되면 유체를 액추에이터와 탱크로 또는 액추에이터에서 탱크로 보낸다. 펌프는 일정한 출력을 가지므로 유체의 압력은 모든 저항에 맞춰 상승한다. 압력이 너무 높아지면 유체는 압력 릴리프 밸브를 통해 탱크로 돌아온다. 여러 제어 밸브를 직렬로 연결할 수 있다. 이러한 유형의 회로는 저렴하고 정변위 펌프를 사용할 수 있다.

클로즈드 루프 회로

클로즈드 루프: 모터 회귀는 펌프 입구에 직접 연결된다. 저압 측의 압력을 유지하기 위해 회로에는 냉각 및 필터링된 오일을 저압 측에 공급하는 충전 펌프(작은 기어 펌프)가 있다. 클로즈드 루프 회로는 일반적으로 이동식 응용 분야의 정수압 변속기에 사용된다. 장점: 방향 밸브가 없고 응답이 더 빠르며, 회로가 더 높은 압력에서 작동할 수 있다. 펌프 스위블 각도는 양의 흐름 방향과 음의 흐름 방향을 모두 포함한다. 단점: 펌프를 다른 유압 기능에 쉽게 활용할 수 없으며 제한된 오일 흐름 교환으로 인해 냉각이 문제가 될 수 있다. 고출력 클로즈드 루프 시스템은 일반적으로 펌프와 모터의 기본 누설 흐름보다 훨씬 더 많은 흐름을 교환하기 위해 회로에 '플러시 밸브'를 장착하여 냉각 및 필터링을 늘려야 한다. 플러시 밸브는 일반적으로 모터 하우징 자체에서 회전하는 오일의 냉각 효과를 얻기 위해 모터 하우징에 통합된다. 회전 효과로 인한 모터 하우징의 손실과 볼 베어링의 손실은 상당할 수 있으며, 최대 차량 속도에서 모터 속도는 4000-5000 rev/min 또는 그 이상에 도달할 수 있다. 누설 흐름과 추가 플러시 흐름은 충전 펌프에 의해 공급되어야 한다. 따라서 변속기가 고압 및 고모터 속도로 설계된 경우 대형 충전 펌프는 매우 중요하다. 예를 들어, 기계를 한 작업장에서 다른 작업장으로 운반할 때와 같이 차량 속도가 높을 때 정수압 변속기를 사용하는 경우 높은 오일 온도가 일반적으로 주요 문제이다. 장기간 높은 오일 온도는 변속기 수명을 급격히 단축시킨다. 오일 온도를 낮추려면 운반 중 시스템 압력을 낮춰야 하며, 이는 모터의 최소 변위를 합리적인 값으로 제한해야 함을 의미한다. 운반 중 회로 압력은 200-250 bar가 권장된다.

이동 장비의 클로즈드 루프 시스템은 일반적으로 기계식 및 유체 역학적(컨버터) 변속기의 대안으로 변속기에 사용된다. 장점은 무단 변속비(연속 가변 속도/토크)와 부하 및 작동 조건에 따라 기어비를 보다 유연하게 제어할 수 있다는 것이다. 정수압 변속기는 일반적으로 최대 200 kW의 동력으로 제한되는데, 이는 유체 역학적 변속기와 비교하여 더 높은 동력에서는 총 비용이 너무 높아지기 때문이다. 따라서 대형 휠 로더와 같은 중장비는 일반적으로 컨버터 변속기를 장착한다. 컨버터 변속기에 대한 최근 기술적 성과는 효율성을 향상시켰고, 소프트웨어 개발도 특성을 향상시켰는데, 예를 들어 작동 중 선택 가능한 기어 변속 프로그램과 더 많은 기어 단계로 인해 정수압 변속기와 유사한 특성을 제공한다.

정압 및 부하 감지 시스템

트랙 로더와 같은 토목 기계용 정수압 변속기는 종종 별도의 '인치 페달'을 장착하여 디젤 엔진 rpm을 일시적으로 높이는 동시에 차량 속도를 줄여 낮은 속도에서 작동 유압 장치에 사용 가능한 유압 동력 출력을 늘리고 견인력을 높인다. 이 기능은 고엔진 rpm에서 컨버터 기어박스를 정지시키는 것과 유사하다. 인치 기능은 '정수압' 기어비 대 디젤 엔진 rpm의 사전 설정된 특성에 영향을 미친다.

정압 시스템

폐쇄 센터 회로는 일반적으로 오일을 공급하는 가변 펌프의 조절기와 관련된 두 가지 기본 구성으로 존재한다.

• 정압 시스템(CP), 표준. 펌프 압력은 항상 펌프 조절기의 압력 설정과 같다. 이 설정은 최대 요구 부하 압력을 충족해야 한다. 펌프는 소비자에게 필요한 총 유량에 따라 유량을 공급한다. CP 시스템은 기계가 부하 압력에 큰 변화가 있고 평균 시스템 압력이 펌프 조절기의 압력 설정보다 훨씬 낮은 경우 큰 동력 손실을 발생시킨다. CP는 설계가 간단하고 공압 시스템처럼 작동한다. 새로운 유압 기능을 쉽게 추가할 수 있으며 시스템은 응답 속도가 빠르다.
• 정압 시스템, 언로드됨. '표준' CP 시스템과 동일한 기본 구성이지만 모든 밸브가 중립 위치에 있을 때 펌프는 낮은 대기 압력으로 언로드된다. 표준 CP만큼 응답 속도가 빠르지는 않지만 펌프 수명이 길어진다.

부하 감지 시스템

부하 감지 시스템(LS)은 펌프가 부하 요구 사항에 맞게 유량과 압력을 모두 줄일 수 있으므로 동력 손실이 적지만, 시스템 안정성과 관련하여 CP 시스템보다 더 많은 조정이 필요하다. LS 시스템은 또한 방향 밸브에 추가적인 논리 밸브와 보상 밸브가 필요하므로 기술적으로 CP 시스템보다 더 복잡하고 비싸다. LS 시스템은 펌프 조절기의 조절 압력 강하와 관련된 일정한 동력 손실을 발생시킨다.

${\displaystyle {\text{Power loss}}=\Delta p_{\text{LS}}\cdot Q_{\text{tot}}}$

평균 ${\displaystyle \Delta p_{LS}}$는 약 2 MPa (290 psi)이다. 펌프 유량이 높으면 추가 손실이 상당할 수 있다. 부하 압력이 많이 변동하면 동력 손실도 증가한다. 동력 손실을 줄이기 위해 실린더 면적, 모터 변위 및 기계적 토크 암은 부하 압력과 일치하도록 설계되어야 한다. 여러 기능이 동시에 작동될 때 펌프 압력은 항상 최대 부하 압력과 같으며 펌프에 대한 동력 입력은 (최대 부하 압력 + Δp_LS) x 유량의 합과 같다.

5가지 기본적인 부하 감지 시스템 유형

1. 방향 밸브에 보상 장치가 없는 부하 감지. 유압 제어 LS 펌프.
2. 각 연결된 방향 밸브에 업스트림 보상 장치가 있는 부하 감지. 유압 제어 LS 펌프.
3. 각 연결된 방향 밸브에 다운스트림 보상 장치가 있는 부하 감지. 유압 제어 LS 펌프.
4. 업스트림 및 다운스트림 보상 장치의 조합을 사용하는 부하 감지. 유압 제어 LS 펌프.
5. 더 빠른 응답, 향상된 안정성 및 더 적은 시스템 손실을 위해 전기 제어 펌프 변위와 전기 제어 밸브 유량 영역을 동기화한 부하 감지. 이것은 아직 완전히 개발되지 않은 새로운 유형의 LS 시스템이다.

기술적으로 밸브 블록에 다운스트림으로 장착된 보상 장치는 물리적으로 "업스트림"에 장착될 수 있지만, 다운스트림 보상 장치로 작동한다.

시스템 유형 (3)은 펌프 유량 용량과 무관하게 활성화된 기능이 동기화되는 장점을 제공한다. 펌프가 최대 스위블 각도에 도달하더라도 두 개 이상의 활성화된 기능 간의 유량 관계는 부하 압력과 무관하게 유지된다. 이 기능은 굴착기와 같이 펌프가 최대 스위블 각도에서 작동하고 속도 동기화가 필요한 여러 활성화된 기능이 있는 기계에 중요하다. 유형 (4) 시스템에서는 업스트림 보상 장치가 있는 기능(예: 휠 로더의 스티어링 기능)이 우선한다. 다운스트림 보상 장치가 있는 시스템 유형은 일반적으로 밸브 제조업체에 따라 "LSC"(Linde Hydraulics), "LUDV"(보쉬 렉스로스 유압) 및 "플로우 셰어링"(Parker Hydraulics) 등 고유한 상표를 가지고 있다. 이 유형의 시스템에 대한 공식적인 표준화된 이름은 정해지지 않았지만, 플로우 셰어링이 일반적인 이름이다.

구성 요소

유압 펌프

외부 기어 펌프의 분해 도면.

유압 펌프는 시스템의 구성 요소에 유체를 공급한다. 시스템의 압력은 부하에 반응하여 발생한다. 따라서 5,000 psi 등급의 펌프는 5,000 psi의 부하에 대해 유량을 유지할 수 있다.

펌프는 전기 모터(부피 기준)보다 약 10배 더 높은 동력 밀도를 가지고 있다. 펌프는 진동을 줄이기 위해 기어, 벨트 또는 유연한 탄성체 커플링을 통해 연결된 전기 모터 또는 엔진으로 구동된다.

유압 기계 응용 분야에서 일반적인 유압 펌프 유형은 다음과 같다.

• 기어 펌프: 저렴하고 내구성이 좋으며(특히 G-로터 형태) 간단하다. 고정 변위이므로 효율성이 떨어지며 주로 20 MPa (3000 psi) 미만의 압력에 적합하다.
• 회전 날개 펌프: 저렴하고 간단하며 신뢰할 수 있다. 고유량 저압 출력에 적합하다.
• 축 피스톤 펌프: 많은 펌프가 가변 변위 메커니즘으로 설계되어 압력의 자동 제어를 위해 출력 유량을 변경한다. 스와시 플레이트(때로는 밸브 플레이트 펌프라고도 함) 및 체크볼(때로는 워블 플레이트 펌프라고도 함)을 포함하여 다양한 축 피스톤 펌프 설계가 있다. 가장 일반적인 것은 스와시 플레이트 펌프이다. 가변 각도 스와시 플레이트는 피스톤이 회전당 더 많거나 적은 거리를 왕복하게 하여 출력 유량과 압력을 변경할 수 있도록 한다(변위 각도가 클수록 유량이 높고 압력이 낮아지며 그 반대도 마찬가지이다).
• 방사형 피스톤 펌프: 일반적으로 작은 유량에서 매우 높은 압력에 사용된다.

피스톤 펌프는 기어 또는 베인 펌프보다 비싸지만, 고압, 까다로운 유체 및 긴 연속 작동 주기에서 작동할 때 더 긴 수명을 제공한다. 피스톤 펌프는 정수압 변속기의 절반을 구성한다.

제어 밸브

고소작업차의 제어 밸브

방향 제어 밸브는 유체를 원하는 액추에이터로 보낸다. 일반적으로 주철 또는 강철 하우징 내부의 스풀로 구성된다. 스풀은 하우징 내에서 다른 위치로 미끄러지며, 교차하는 홈과 채널은 스풀 위치에 따라 유체를 보낸다.

스풀은 스프링으로 유지되는 중앙(중립) 위치를 가지며, 이 위치에서 공급 유체는 차단되거나 탱크로 돌아간다. 스풀을 한쪽으로 밀면 유압유가 액추에이터로 보내지고 액추에이터에서 탱크로 돌아오는 경로를 제공한다. 스풀이 반대 방향으로 움직이면 공급 및 회귀 경로가 전환된다. 스풀이 중립(중앙) 위치로 돌아가도록 허용되면 액추에이터 유체 경로가 차단되어 그 위치에 고정된다.

방향 제어 밸브는 일반적으로 쌓을 수 있도록 설계되며, 각 유압 실린더마다 하나의 밸브가 있고, 하나의 유체 입력이 스택의 모든 밸브에 공급된다.

높은 압력을 처리하고 누출을 방지하기 위해 허용 오차가 매우 엄격하며, 스풀은 일반적으로 하우징과의 유압 간격이 1/1000인치(25 μm) 미만이다. 밸브 블록은 밸브 블록의 변형과 밸브의 민감한 구성 요소의 걸림을 방지하기 위해 3점 패턴으로 기계 프레임에 장착된다.

스풀 위치는 기계식 레버, 유압 파일럿 압력 또는 스풀을 왼쪽 또는 오른쪽으로 밀어내는 솔레노이드에 의해 작동될 수 있다. 씰 (공구)은 스풀의 일부가 하우징 밖으로 돌출되어 액추에이터에 접근할 수 있도록 한다.

주요 밸브 블록은 일반적으로 유량 용량과 성능에 따라 선택된 기성 방향 제어 밸브의 스택이다. 일부 밸브는 비례식(유량은 밸브 위치에 비례)으로 설계되었지만 다른 밸브는 단순히 온-오프일 수 있다. 제어 밸브는 유압 회로에서 가장 비싸고 민감한 부품 중 하나이다.

• 압력 릴리프 밸브는 유압 기계의 여러 곳에서 사용된다. 브레이크, 파일럿 라인 등을 위해 소량의 압력을 유지하기 위한 회귀 회로에 사용된다. 유압 실린더에서는 과부하 및 유압 라인/씰 파열을 방지한다. 유압 저장소에서는 수분 및 오염을 방지하는 소량의 양압을 유지한다.
• 압력 조절기는 다양한 회로에 필요한 유압유의 공급 압력을 줄인다.
• 시퀀스 밸브는 유압 회로의 시퀀스를 제어한다. 예를 들어, 한 유압 실린더가 완전히 확장된 후에 다른 실린더가 작동을 시작하도록 한다. 유압 회로는 예를 들어 오일 차단 리클로저의 경우 세 번 트립 및 재폐쇄한 다음 잠금과 같은 일련의 작업을 자동으로 수행할 수 있다.^[7]
• 셔틀 밸브는 논리 논리합 기능을 제공한다.
• 체크 밸브는 단방향 밸브로, 기계가 꺼진 후에도 어큐뮬레이터가 충전되고 압력을 유지할 수 있도록 한다.
• 파일럿 제어 체크 밸브는 외부 압력 신호에 의해 (양방향으로) 열릴 수 있는 단방향 밸브이다. 예를 들어, 부하가 더 이상 체크 밸브에 의해 유지되어서는 안 될 때 사용된다. 종종 외부 압력은 모터 또는 실린더에 연결된 다른 파이프에서 온다.
• 카운터밸런스 밸브는 사실 특수 유형의 파일럿 제어 체크 밸브이다. 체크 밸브가 열리거나 닫히는 반면, 카운터밸런스 밸브는 파일럿 제어 유량 제어와 약간 비슷하게 작동한다.
• 카트리지 밸브는 사실 체크 밸브의 내부 부품이다. 표준화된 외형을 가진 기성 부품으로, 독점 밸브 블록에 쉽게 채울 수 있다. 온/오프, 비례, 압력 릴리프 등 다양한 구성으로 제공된다. 일반적으로 밸브 블록에 나사로 조여지고 스위치 또는 마이크로프로세서에 의해 전기적으로 제어되어 필요에 따라 유체 동력을 보낸다.
• 유압 퓨즈는 압력이 너무 낮아지면 유압 라인을 자동으로 밀폐하거나, 압력이 너무 높아지면 유체를 안전하게 배출하도록 설계된 인라인 안전 장치이다.
• 보조 밸브는 복잡한 유압 시스템에서 축압기 충전, 냉각 팬 작동, 에어컨 동력 등 운전자에게 보이지 않는 다양한 작업을 처리하기 위해 보조 밸브 블록을 가질 수 있다. 일반적으로 특정 기계용으로 설계된 맞춤형 밸브이며, 포트와 채널이 뚫린 금속 블록으로 구성될 수 있다. 카트리지 밸브는 포트에 나사로 조여지고 스위치 또는 마이크로프로세서에 의해 전기적으로 제어되어 필요에 따라 유체 동력을 보낸다.

액추에이터

• 유압 실린더
• 유압 모터 (역으로 배관된 펌프); 축 방향 구성을 가진 유압 모터는 매우 정확한 제어를 위해 스와시 플레이트를 사용하며 '정지 없는' 연속 (360°) 정밀 위치 지정 메커니즘에도 사용된다. 이들은 종종 순차적으로 작동하는 여러 유압 피스톤에 의해 구동된다.
• 정수압 변속기
• 브레이크

저장소

유압유 저장소는 실린더 확장 및 수축, 온도 변화로 인한 팽창 및 수축, 누출로 인한 부피 변화를 수용하기 위해 여분의 유압유를 보관한다. 저장소는 또한 유체에서 공기를 분리하는 데 도움을 주며, 최고 동력이 사용될 때 시스템의 손실을 보상하기 위한 열 축열기 역할도 한다. 저장소는 또한 먼지와 기타 입자를 오일에서 분리하는 데 도움을 줄 수 있는데, 이는 입자가 일반적으로 탱크 바닥에 침전되기 때문이다.

일부 설계에는 유체 회귀 경로에 동적 유동 채널이 포함되어 있어 더 작은 저장소를 사용할 수 있다.

축압기

유압 축압기는 유압 기계의 일반적인 부품이다. 그 기능은 가압된 가스를 사용하여 에너지를 저장하는 것이다. 한 가지 유형은 떠 있는 피스톤이 있는 튜브이다. 피스톤의 한쪽에는 가압된 가스가 충전되어 있고, 다른 쪽에는 유체가 있다. 다른 설계에서는 블래더가 사용된다. 저장소는 시스템의 유체를 저장한다.

축압기 사용의 예로는 스티어링 또는 브레이크를 위한 백업 동력 또는 유압 회로의 충격 흡수 장치 역할을 하는 것이 있다.

유압유

트랙터 유체라고도 불리는 유압유는 유압 회로의 생명이다. 일반적으로 다양한 첨가제가 함유된 석유 오일이다. 일부 유압 기계는 용도에 따라 내화성 유체가 필요하다. 식품이 준비되는 일부 공장에서는 건강 및 안전상의 이유로 식용유 또는 물이 작동 유체로 사용된다.

에너지 전달 외에도 유압유는 구성 요소를 윤활하고, 오염 물질과 금속 조각을 필터로 운반하기 위해 부유시키고, 수백 도의 화씨 또는 섭씨 온도에서도 잘 작동해야 한다.

필터

필터는 유체에서 불필요한 입자를 제거하는 유압 시스템의 중요한 부분이다. 금속 입자는 기계 부품에 의해 지속적으로 생성되며 다른 오염 물질과 함께 제거해야 한다.^[8]

필터는 여러 위치에 배치될 수 있다. 필터는 저장소와 펌프 흡입구 사이에 위치할 수 있다. 필터가 막히면 공동현상이 발생하고 펌프가 고장날 수 있다. 때로는 필터가 펌프와 제어 밸브 사이에 위치하기도 한다. 이 배열은 필터 하우징이 가압되므로 더 비싸지만, 공동현상 문제를 해결하고 펌프 고장으로부터 제어 밸브를 보호한다. 세 번째 일반적인 필터 위치는 리턴 라인이 저장소로 들어가기 직전이다. 이 위치는 막힘에 비교적 둔감하고 가압 하우징이 필요하지 않지만, 외부 소스에서 저장소로 들어오는 오염 물질은 시스템을 한 번 이상 통과하기 전까지는 필터링되지 않는다. 필터는 유압유의 점도 등급에 따라 7미크론에서 15미크론까지 사용된다.

튜브, 파이프 및 호스

유압 튜브는 유압용으로 특별히 제조된 이음새 없는 강철 정밀 파이프이다. 튜브는 다양한 압력 범위에 대한 표준 크기를 가지며, 표준 직경은 최대 100 mm이다. 튜브는 제조업체에서 6 m 길이로 공급되며, 세척, 오일 처리 및 마개 처리된다. 튜브는 다양한 유형의 플랜지(특히 더 큰 크기와 압력용), 용접 콘/니플(O-링 씰 포함), 여러 유형의 플레어 연결 및 컷링으로 상호 연결된다. 더 큰 크기에서는 유압 파이프가 사용된다. 내부를 검사할 수 없으므로 튜브를 용접하여 직접 연결하는 것은 허용되지 않는다.

유압 파이프는 표준 유압 튜브를 사용할 수 없는 경우에 사용된다. 일반적으로 저압용으로 사용된다. 나사 연결로 연결할 수 있지만, 일반적으로 용접으로 연결한다. 직경이 더 크기 때문에 파이프는 일반적으로 용접 후 내부를 검사할 수 있다. 블랙 파이프는 아연 도금되지 않은 파이프이며 용접에 적합하다.

유압 호스는 압력, 온도 및 유체 호환성으로 등급이 지정된다. 호스는 파이프나 튜브를 사용할 수 없는 경우, 일반적으로 기계 작동 또는 유지 보수를 위한 유연성을 제공하기 위해 사용된다. 호스는 고무와 강철 층으로 구성된다. 고무 내부는 여러 겹의 직조 와이어와 고무로 둘러싸여 있다. 외부는 내마모성을 위해 설계되었다. 유압 호스의 굽힘 반경은 호스 고장이 치명적일 수 있고 호스의 최소 굽힘 반경을 위반하면 고장이 발생하므로 기계 설계에 신중하게 고려된다. 유압 호스는 일반적으로 강철 피팅이 끝 부분에 스웨이징되어 있다. 고압 호스의 가장 약한 부분은 호스와 피팅의 연결 부분이다. 호스의 또 다른 단점은 고무의 수명이 짧아 주기적인 교체가 필요하다는 점인데, 일반적으로 5~7년 간격이다.

유압 응용 분야용 튜브와 파이프는 시스템을 가동하기 전에 내부를 오일 처리한다. 일반적으로 강철 배관은 외부를 도색한다. 플레어 및 기타 커플링이 사용되는 곳에서는 너트 아래의 페인트가 제거되어 부식이 시작될 수 있는 위치가 된다. 이러한 이유로 해양 응용 분야에서는 대부분의 배관이 스테인리스 스틸이다.

씰, 피팅 및 연결

 이 부분의 본문은 씰 (공구)입니다.

유압 시스템의 구성 요소(예: 펌프, 제어 장치(예: 밸브) 및 액추에이터(예: 실린더))는 유압유를 누출 없이 포함하고 지시하며 작동하게 하는 압력을 잃지 않고 연결해야 한다. 어떤 경우에는 구성 요소를 유체 경로가 내장된 볼트 연결 방식으로 만들 수 있다. 그러나 더 많은 경우, 유연한 호스 또는 단단한 튜브가 한 구성 요소에서 다음 구성 요소로 흐름을 지시하는 데 사용된다. 각 구성 요소에는 예상되는 유체량에 따라 크기가 지정된 유체 출입구(포트라고 함)가 있다.

호스 또는 튜브를 구성 요소에 부착하는 데 사용되는 여러 표준화된 방법이 있다. 일부는 사용 및 서비스의 용이성을 위한 것이고, 다른 일부는 더 높은 시스템 압력 또는 누출 제어에 더 적합하다. 가장 일반적인 방법은 일반적으로 각 구성 요소에 암나사 포트를 제공하고, 각 호스 또는 튜브에 암나사 고정 너트를 제공하고, 일치하는 숫나사를 가진 별도의 어댑터 피팅을 사용하여 두 개를 연결하는 것이다. 이는 기능적이고 제조 비용이 저렴하며 서비스하기 쉽다.

피팅은 여러 가지 목적을 수행한다.

• 포트 크기가 다른 구성 요소를 연결한다.
• 다른 표준을 연결한다. 예를 들어 O링 보스 씰을 JIC 피팅에, 또는 나사 파이프를 면 씰에 연결한다.
• 구성 요소의 올바른 방향을 허용하기 위해 필요에 따라 90°, 45°, 직선 또는 스위블 피팅을 선택한다. 올바른 방향으로 배치한 다음 조이도록 설계되었다.
• 유체가 장애 벽을 통과하도록 격벽 하드웨어를 통합한다.
• 호스 또는 밸브를 수정하지 않고도 기계에 퀵 디스커넥트 피팅을 추가할 수 있다.

일반적인 기계 또는 중장비에는 수천 개의 밀봉 연결 지점과 여러 가지 유형이 있을 수 있다.

• 파이프 피팅, 피팅은 단단해질 때까지 나사로 조여지며, 각진 피팅을 과도하게 조이거나 덜 조이지 않고 올바르게 방향을 잡기 어렵다.
• O-링 보스, 피팅은 보스에 나사로 조여지고 필요에 따라 방향이 잡히며, 추가 너트가 피팅, 와셔 및 O링을 제자리에 조인다.
• 플레어 피팅, 콘 너트로 변형된 금속 대 금속 압축 씰이며 플레어 접합부에 압착된다.
• 면 씰, 홈과 O-링 씰이 있는 금속 플랜지가 함께 고정된다.
• 빔 씰은 주로 항공기에서 사용되는 값비싼 금속 대 금속 씰이다.
• 스웨이징 씰, 튜브는 영구적으로 제자리에 스웨이징된 피팅으로 연결된다. 주로 항공기에서 사용된다.

엘라스토머 씰(O링 보스 및 면 씰)은 중장비에서 가장 일반적인 유형의 씰이며, 6,000 psi (41 MPa) 이상의 유체 압력을 안정적으로 밀봉할 수 있다.

같이 보기

• 자동변속기
• 브레이크액
• 유체 역학
• 하겐-푸아죄유 방정식
• 고밀도 고체 펌프
• 수리학
  • 유압 브레이크
  • 유압구동계
• 유압 아날로그
• 미국 유체 동력 협회
• 사이드 리프터
• 유압 프레스
• 파스칼의 원리