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이전 기사에서 우리는 유압 펌프 시스템과 그 전체 작동 원리에 대해 논의했습니다. 간략히 요약하자면, 유압 시스템은 유체를 매개로 하여 에너지를 전달하는 구동 기술입니다. 이 시스템은 전동기의 기계적 에너지를 액체 에너지로 변환한 후, 해당 에너지를 액체를 통해 실행 부품(executive components)으로 전달합니다. 유압 시스템의 주요 구성 요소로는 유압 펌프, 실행 부품(유압 모터), 밸브 및 오일 탱크가 있습니다.
이 기사에서는 유압 펌프와 유압 모터에 초점을 맞추고, 유압 시스템 내에서 이들이 어떻게 함께 작동하는지 설명할 것입니다. 먼저 유압 펌프부터 시작하겠습니다.
유압 모터의 분류
유압 모터는 일반적으로 다음 두 가지 주요 범주로 나뉩니다:
저속 고토크(LSHT) 유압 모터
고속 저토크(HSLT) 유압 모터
저속 유압 모터를 선택하면 시스템이 낮은 속도에서 더 높은 토크를 출력할 수 있습니다. 이 두 범주 내에서 구조에 따라 기어 모터, 밴 모터, 피스톤 모터로 추가 분류할 수 있습니다. 피스톤 모터는 축 방향 피스톤 모터와 원주 방향 피스톤 모터로 더 세분화될 수 있습니다.
유압 펌프의 분류
일반적인 유압 펌프의 종류는 다음과 같습니다:
1. 유량 조절 기능에 따라:
가변 펌프 — 출력 유량은 필요에 따라 조절할 수 있습니다
고정 배출량 펌프 — 출력 유량은 일정합니다
2. 구조별: 기어 펌프, 밴 펌프, 피스톤 펌프
기어 펌프: 크기가 작고 구조가 간단하며, 오일 청결도에 대한 요구가 낮고 비용이 저렴합니다. 그러나 펌프 샤프트는 불균형한 힘의 영향을 크게 받아 심한 마모가 발생하며 누유량이 큽니다.
밴 펌프: 단동형과 복동형으로 나눌 수 있습니다. 유량이 균일하고 운전이 안정적이며 소음이 낮으며, 기어 펌프보다 압력과 용적 효율이 높습니다. 하지만 구조가 기어 펌프보다 더 복잡합니다.
피스톤 펌프: 용적 효율이 높고 누유가 적으며 고압에서 작동이 가능하여 대출력 유압 시스템에 적합합니다. 그러나 구조가 복잡하고 재료 및 가공 정밀도에 대한 요구가 높아 비용이 크며, 오일 청결도에 대해서도 높은 요구를 합니다.
유압 펌프의 구성
유압 펌프는 일반적으로 커플링, 유압 오일 탱크 및 필터의 세 가지 주요 부품으로 구성되어 있습니다.
커플링
유압 펌프의 구동 축은 방사상 또는 축방향 힘을 견딜 수 없으므로, 축 끝부분에 풀리, 기어 또는 사슬 톱니를 직접 설치하는 것은 허용되지 않습니다. 일반적으로 구동 축은 커플링을 통해 펌프 구동 축에 연결됩니다.
제조상의 이유로 인해 펌프와 커플링의 동축도가 표준을 초과하고 조립 시 편차가 발생하는 경우, 펌프 속도가 증가함에 따라 원심력이 커져 커플링이 변형될 수 있습니다. 이 변형은 다시 원심력을 더욱 증가시켜 악순환을 일으키고, 궁극적으로 진동과 소음을 유발하여 펌프의 수명에 영향을 미칩니다. 또한, 커플링 핀의 느슨함이나 고무 링의 마모 등 제때 교체하지 않는 요인들도 펌프의 작동에 영향을 줄 수 있습니다.
유압유 탱크
유압 시스템에서 유압 오일 탱크의 주요 기능은 오일 저장, 열 방출, 오일에 포함된 공기를 분리하고 거품을 제거하는 것이다.
오일 탱크를 선택할 때 첫 번째 고려 사항은 그 용량이다. 이동식 장비의 경우 일반적으로 펌프의 최대 유량의 2~3배이며, 고정식 장비의 경우에는 3~4배이다. 두 번째로 오일 탱크의 오일 레벨을 고려해야 한다. 시스템의 모든 유압 실린더가 완전히 확장되었을 때 오일 탱크 내 오일 레벨은 최소 오일 레벨 이하가 되어서는 안 되며, 실린더가 수축했을 때는 최대 오일 레벨을 초과해서는 안 된다. 마지막으로 오일 탱크의 구조를 고려해야 하는데, 기존 오일 탱크의 배플은 오염물질을 효과적으로 침전시키지 못하므로 오일 탱크의 종축 방향을 따라 세로 배플을 설치해야 한다. 이 배플과 오일 탱크의 끝판 사이에는 간격이 있어야 하며, 이를 통해 배플 양쪽 공간이 서로 소통할 수 있도록 해야 한다. 유압 펌프의 입구 및 출구는 연결되지 않은 쪽 배플 끝에 배치하여 흡입유와 반환유 사이의 거리를 최대한 멀게 해야 한다. 동시에 오일 탱크는 열을 더 잘 방출할 수도 있다.
오일 필터
일반적으로, 입자 크기가 10 μ m 미만인 오염물질은 펌프에 거의 영향을 주지 않지만, 입자 크기가 10 μ m을 초과하고 특히 40 μ m을 초과하는 경우 펌프의 수명에 상당한 영향을 미친다. 유압유에 포함된 고체 오염 입자는 펌프 내부의 상대적으로 움직이는 부품 표면의 마모를 가속하기 쉬우므로, 오염도를 줄이기 위해 오일 필터를 설치해야 한다. 권장 여과 정밀도는 다음과 같다: 액션 피스톤 펌프의 경우 10~15 μ m, 베인 펌프의 경우 25 μ m, 기어 펌프의 경우 40 μ m. 고정밀 오일 필터를 사용하면 유압 펌프의 수명을 크게 연장할 수 있다.
유압 모터의 기능
유압 모터는 유체의 압력 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 토크와 회전 운동을 출력하는 구동 요소로, 유압 시스템에서 중요한 역할을 한다.
유압 모터는 일반적으로 저토크와 고토크의 두 가지 유형으로 나뉜다. 최근 몇 년간 유압 기술이 고압 및 고출력 방향으로 지속적으로 발전하고 있으며, 환경 보호에 대한 관심이 높아짐에 따라 유압 액추에이터는 낮은 소음, 낮은 오염, 부드러운 작동 등의 특성을 가져야 한다. 따라서 고토크 모터는 발전 추세 중 하나가 되었다.
에너지 변환 관점에서 유압 펌프와 유압 모터는 서로 가역적인 유압 구성 요소이다. 임의의 유압 펌프에 작동 유체를 공급하면 유압 모터 작동 상태로 전환할 수 있으며, 반대로 외부 토크에 의해 유압 모터의 주축을 회전시키면 유압 펌프 작동 상태로도 전환할 수 있다. 그 이유는 두 장치 모두 밀폐 가능하며 주기적으로 변화하는 용적과 이에 상응하는 오일 분배 메커니즘이라는 동일한 기본 구조 요소를 가지고 있기 때문이다.
유압 시스템에서 유압 펌프의 역할
간단히 말해, 유압 펌프는 기계적 에너지를 유압 에너지로 변환하는 장치이다. 유압 전달 시스템은 부하를 극복하고 동력을 출력하기 위해 다양한 유형의 유압 펌프를 사용한다.
예를 들어, 굴착기와 같은 유압 구동 시스템에서 유압 펌프는 차량이나 중장비를 들어올리는 데 필요한 압력을 공급하는 역할을 한다. 대부분의 중장비는 유압 펌프를 장착하고 있으며, 이는 유압 시스템의 핵심 구성 요소이다.
대형 장비 외에도 절단 도구, 프레스, 유압 톱 등 다양한 유압 공구를 구동시키기 위한 소형 유압 펌프도 사용된다. 이러한 공구들은 모두 효율적인 작동을 위해 유압 펌프에 의존하고 있다.
유압 펌프와 일반 펌프의 차이점
유압 펌프와 일반 펌프의 가장 큰 차이점은 작동 방식에 있다. 일반 펌프는 일반적으로 액체의 일정한 흐름을 유지하는 반면, 유압 펌프의 유량은 부하 압력과 밀접한 관련이 있다.
또한 그들의 기능도 다르다: 유압 펌프는 시스템 부하에 의해 발생하는 압력을 극복해야 하지만, 일반 펌프는 단지 액체를 지속적으로 수송하거나 순환시키는 역할만 한다.
유압 모터의 기능
유압 모터는 회전 동작 부품으로, 회전 액추에이터라고도 한다. 주요 기능은 유압 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 부하를 구동하는 것이다.
유압 모터의 출력은 유압 오일의 압력 강하와 유량에 의해 결정된다. 즉, 유압 모터의 출력은 회전 속도에 비례한다.
유압 펌프와 유압 모터의 협동 작동 원리
유압 펌프와 유압 모터의 기능을 이해한 후, 이제 시스템 내에서 이들이 어떻게 함께 작동하는지 살펴보겠습니다.
먼저 유압 펌프는 전기 모터나 디젤 엔진과 같은 원동기로부터 나오는 기계적 에너지를 유압 에너지로 변환하며, 이 에너지는 흐르는 유압 오일 형태로 존재합니다.
이후 유압 모터는 유압 펌프가 생성한 유압 에너지를 받아 다시 기계적 에너지로 변환하고, 이를 통해 부하를 구동하여 작업을 수행합니다.
유압 모터에 의한 이러한 변환 과정이 완료되면, 전체 시스템은 작업을 수행하는 데 필요한 기계적 에너지를 갖게 됩니다. 유압 시스템은 우리 일상생활 전반에 널리 사용되며, 예를 들어 엘리베이터, 연료 급유기, 놀이시설 등이 모두 유압 펌프와 유압 모터의 협력 작용에 의존하고 있습니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
1. 유압 펌프와 유압 모터의 차이점은 무엇입니까?
답변: 유압 펌프는 기계적 에너지를 유압 에너지(가압된 유체)로 변환하는 반면, 유압 모터는 유압 에너지를 다시 기계적 에너지(토크 및 회전 운동)로 변환합니다.
2. 유압 모터의 주요 유형은 무엇입니까?
답변: 유압 모터는 주로 다음 두 가지 범주로 나뉩니다:
저속 고토크(LSHT) 모터
고속 저토크(HSLT) 모터
또한 구조별로 기어 모터, 밴 모터, 피스톤 모터(축방향 및 방사형 피스톤 유형 포함)가 있습니다.
3. 일반적인 유압 펌프의 종류와 그 분류 방법은 무엇입니까?
답변: 유압 펌프는 일반적으로 다음 두 가지 방식으로 분류됩니다:
유량 조절 가능성: 가변 펌프(조절 가능) 및 고정 펌프(일정 유량)
구조 유형: 기어 펌프, 밴 펌프, 피스톤 펌프.
기어 펌프: 소형이며 구조가 간단하고 비용이 낮지만 마모와 누유가 심하다.
베인 펌프: 유량이 균일하고 작동이 부드러우며 소음이 적고 기어 펌프보다 효율이 높으나 구조가 복잡하다.
피스톤 펌프: 체적 효율이 높고 누유가 적으며 고압에서 작동이 가능하여 고출력 시스템에 적합하지만 비용이 높고 오일의 청결도에 대한 요구 사항이 높다.
4. 유압 펌프 시스템의 구성 요소는 무엇인가?
답변: 유압 펌프 시스템은 일반적으로 다음을 포함한다.
커플링(구동축과 펌프 축 연결)
유압 오일 탱크(오일 저장, 열 방출, 공기 분리 및 거품 제거)
필터(오일 내 고체 오염물질 입자 감소)
시스템의 신뢰성을 보장하기 위해 커플링의 정확한 정렬, 적절한 용량과 구조를 갖춘 오일 탱크, 그리고 정밀도가 맞는 필터 선택이 필요하다.
5. 유압 모터가 시스템에서 수행하는 역할은 무엇인가?
답변: 유압 모터는 가압된 유체를 받아 유압 에너지를 기계적 에너지로 변환하며, 토크와 회전 운동을 출력합니다. 출력 동력은 유체의 압력 강하와 유량에 따라 달라지므로, 유량이나 압력이 변화하면 모터의 출력도 이에 따라 변화합니다.
6. 유압 펌프와 유압 모터는 어떻게 함께 작동하는지 설명하시오.
답변: 유압 시스템에서:
유압 펌프는 원동기(예: 전동기 또는 디젤 엔진)가 제공하는 기계적 에너지를 유체 에너지로 변환합니다.
유압 모터는 이러한 가압 유체를 받아 기계적 에너지로 다시 변환하여 부하를 구동합니다.
이러한 에너지 변환을 통해 시스템은 필요한 기계적 출력을 달성할 수 있습니다.
7. 왜 유압 시스템에서 오일의 청결도와 여과가 매우 중요한가?
답변: 유압 오일 내 고체 입자들(특히 10 μ m 이상, 더욱이 40 μ m)은 펌프 및 모터의 내부 부품 마모를 가속화하여 효율성과 수명을 단축시킬 수 있습니다. 적절한 정밀도의 필터를 설치하면(예: 밸브 펌프는 10-15 μ m, 베인 펌프의 경우 25 μ m, 기어 펌프는 40 μ m) 시스템의 신뢰성을 효과적으로 유지할 수 있습니다.
8. 유압 펌프에서 소음이나 진동이 발생할 경우 점검해야 할 사항은 무엇입니까?
답변: 일반적인 원인으로는 다음이 있습니다.
- 펌프와 커플링/샤프트 간의 정렬 불량
- 정격 값을 초과하는 속도 또는 하중
- 흡입 라인 내 공기 유입 또는 캐비테이션
- 오일 청결도 부족 또는 오일 양/종류가 잘못됨
- 커플링 또는 펌프 내부 부품의 마모 또는 손상
이러한 문제들을 해결하면 소음과 진동을 줄이고 펌프 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.
9. 유압 펌프가 시스템 내에서 압력을 '생성'합니까?
답변: 사실 그렇지 않습니다. 유압 펌프의 주요 기능은 압력을 생성하는 것이 아니라 유량을 생성하는 것입니다. 압력은 유량이 시스템 내에서 저항(예: 하중, 밸브 또는 액추에이터)을 만날 때 비로소 형성됩니다. 따라서 압력 생성을 오직 펌프 하나에만 귀속시키는 것은 부정확합니다.
10. 유압 펌프와 모터의 효율 지표에는 어떤 것들이 있습니까?
답변: 주요 효율 지표로는 다음이 있습니다.
- 체적 효율: 실제 유량 ÷ 이론 유량
- 기계적/유압적 효율: 이론 토크 ÷ 실제 토크 (또는 기계적 손실과 관련됨)
- 종합 효율: 체적 효율 × 기계적/유압적 효율