자석을 이용한 유압조절 벨브에 관한 연구

Abstract

유압회로에서 압력조절 밸브는 system 압력이 설정압력에 달하였을때 열리고 설정 압력 이하로 되었을때 닫히게 하므로서 회로내의 압력을 일정하게 유지시켜 과도한 압력으로 부터 유압회로, 모터 및 펌프를 보호하는 역활을 한다. 압력조절 밸브에 있어 문제가 되는 것은 불안정성으로 인한 chattering현상, 갑자기 변하는 유량에 따라 밸브가 빨리 작동해야 한다는 response 문제, Cracking 압력이 설정압력 보다 훨씬 작고 resetting할때 Dead band가 커서 이용 할 수 있는 많은 양의 기름을 손실 한다는 점에서 overide 특성 곡선의 개선 문제가 문제되고 있으며 본 논문은 직동형 압력조절 밸브에 자석을 이용하므로서 이러한 문제점들을 개선 할 수 있음을 이론 및 실험적으로 규명하였다. 이론에 있어서는 유체의 압축성 및 온도에 따른 변화가 없고, 마찰로 인한 Damping 효과는 무시 될수 있으며, 자력을 적절히 선형화하고, 유체의 Delivery line의 효과를 고려하여 정력학적 특성 및 동역학적 특성을 해석하였다. 해석 결과 Cracking 압력을 높일 수 있어 overide 특성곡선을 개선할 수 있고, 주어진 시간간격에 대해서 밸브 변위를 크게 하므로서 response 및 Stability가 개선될 수 있다는 결론을 얻었다. 이러한 이론적 타당성을 검토하기 위하여 설정압력 50 kg /㎠, 용량 30l/mm을 설계 기준으로 한자석-스프링형 밸브를 제작하였다. 실험은 NACHI 표준 유압실험기를 이용하였으며 공급압력을 변화시켜 이에 따른 유량을 측정하여 현존하는 직동형 밸브 및 파일 롯드형 밸브와 override 특성곡선을 비교 하였다. 설정압력 보다 20kg/㎠ 만큼 더 큰 공급압력을 주었을 경우에 시간에 따른 압력변화를 Recorder에 기록하여 안정성을 관찰했고 또한 시간에 따른 밸브 변위를 기록하여 response 를 측정하였다. override 특성곡선은 이론 해석과 같이 Cracking 압력을 설정압력의 92% 까지 올릴 수 있었으나 resetting 시에는 이론에서 예기 하지 못한 Deadband가 크게 일어 났다. 자석을 이용하므로서 response 를 설정압력에서 직동형보다 21% 정도 빠르게 할수 있었고 Chattering 과 같은 불안정요소를 제거하여 안정성을 개선 할수 있다는 사실도 이론과 부합되었다. 본 실험에서 얻어진 결론은 자석을 이용하면 override 특성 곡선이 개선되고, response 를 빠르게 할 수 있고, chattering과 같은 불안정 요소를 제거하여 안정성을 개선할 수 있고, 설정압력에서 압력 regulating 현상은 직동형 밸브와 같다는 것이다. 그러나 pressure negative Gain 으로 인한 압력 over shooting 및 resetting할 때 일어나는 Deadband 때문에 자력의 제한이 요구된다. 파일롯트 밸브에 자석을 사용하므로서 특성을 개선 할 수 있으리라는 예측도 얻었다.