유압식 테일보드 전원 장치
카테고리:DC 시리즈 유압 동력 장치
이 유압 동력 장치는 유압 테일 플레이트용으로 특별히 설계되었습니다. 차량 테일 플레이트 유압 동력 장치는 박스 트럭의 테일 플레이트 제어에 사용되는 동력 장치입니다. 이 일련의 유압 동력 장치는 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브와 솔레노이드 체크 밸브를 통해 테일 플레...
자세히 보기유압은 힘을 전달하고 기계적 작업을 수행하기 위해 거의 항상 오일 기반의 가압 유체를 사용하는 것입니다. 기본 원리는 파스칼의 법칙입니다. 밀폐된 유체에 가해지는 압력은 모든 방향으로 동일하게 전달됩니다. 이는 작은 피스톤 영역에 작용하는 상대적으로 작은 입력 힘이 더 큰 피스톤 영역에서 엄청난 출력 힘으로 증폭될 수 있음을 의미합니다. 실용적인 측면에서 소형 유압 실린더가 30톤 굴삭기 버킷을 들어 올리고, 수천 킬로뉴턴으로 프레스를 고정하거나, 정확하고 반복 가능한 정확도로 선박의 조향 기어를 구동할 수 있는 이유가 바로 여기에 있습니다.
유압 시스템의 에너지원은 유압 동력 장치 (HPU) — 때로는 수력 팩 또는 발전소라고도 합니다. 이는 유체를 가압하는 펌프를 구동하여 전기(또는 디젤) 에너지를 유압 에너지로 변환한 다음 호스, 밸브 및 실린더를 통해 작업이 필요한 모든 곳으로 해당 압력을 분배합니다. 적절한 크기의 HPU가 없으면 가장 정교한 다운스트림 구성 요소도 안정적으로 작동할 수 없습니다.
수력은 킬로와트(kW) 또는 마력(HP)으로 측정되며 시스템 압력은 bar 또는 PSI로 표시됩니다. 산업용 유압 시스템은 일반적으로 다음 사이에서 작동합니다. 150bar(2,175PSI) 및 350bar(5,076PSI) 그러나 항공우주 또는 해저 응용 분야의 초고압 시스템은 700bar를 초과할 수 있습니다. 분당 리터(L/min) 또는 분당 갤런(GPM)으로 측정되는 유량은 액추에이터 속도를 결정하고 압력은 힘 출력을 결정합니다.
완전한 유압 회로는 여러 개의 상호 의존적인 구성 요소로 구성됩니다. 각각은 특정 역할을 수행합니다. 어떤 부분의 약점이라도 전체 시스템 성능을 저하시킵니다.
HPU는 시스템의 핵심입니다. 일반적으로 전기 모터 또는 연소 엔진, 유압 펌프, 유체 저장용 저장소(탱크), 열 교환기 또는 냉각 회로, 여과 어셈블리, 압력 릴리프 밸브 및 다양한 설계의 어큐뮬레이터로 구성됩니다. 저수조 용량은 소형 파워 팩의 경우 몇 리터부터 대형 산업 스테이션의 경우 수천 리터까지 다양합니다. 산업용 HPU의 모터 정격은 일반적으로 다음과 같습니다. 0.37kW ~ 500kW 이상 , 애플리케이션 수요에 따라 달라집니다.
펌프는 기계적 에너지를 유압 흐름으로 변환합니다. 산업용으로 사용되는 세 가지 주요 펌프 유형은 기어 펌프(비용 효율적, 최대 250bar의 압력), 베인 펌프(부드러운 흐름, 70~175bar) 및 피스톤 펌프(최고의 압력 및 효율성, 최대 420bar 이상)입니다. 가변 변위 피스톤 펌프는 부하 수요에 맞게 유량 출력을 조정하고 에너지 소비를 다음과 같이 줄이므로 특히 중요합니다. 20~40% 고정 변위 대안과 비교.
방향 제어 밸브는 유체를 올바른 액추에이터로 보냅니다. 압력 제어 밸브(릴리프, 감소, 시퀀스)는 회로를 보호하고 힘 출력을 관리합니다. 유량 제어 밸브는 액추에이터 속도를 제어합니다. 현대 시스템에서는 전기 신호에 반응하여 폐쇄 루프 제어를 가능하게 하는 비례 또는 서보 밸브를 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 이는 CNC 기계, 사출 성형 및 로봇 공학에 필수적입니다.
액추에이터는 유압 에너지를 다시 기계적 작업으로 변환합니다. 선형 액추에이터(실린더)는 밀거나 당기는 힘을 생성하는 반면, 유압 모터는 회전 토크를 생성합니다. 실린더 보어 직경은 소형 기계의 20mm부터 대형 프레스 장비의 1,000mm 이상까지 다양합니다. 300bar에서 작동하는 200mm 보어의 실린더는 대략적인 전력을 생성합니다. 942kN(약 96미터톤) 클램핑 또는 리프팅 힘.
유압유는 동력 전달, 내부 부품 윤활, 열 방출, 틈새 밀봉이라는 네 가지 기능을 동시에 수행합니다. ISO VG 46 미네랄 오일은 산업 기계에 가장 널리 사용되는 등급입니다. 오염은 유압 고장의 주요 원인입니다. 유체 동력 산업의 연구 결과에 따르면 유압 시스템 고장의 70% 이상 오염과 관련이 있습니다. 목표 청정도는 일반적으로 서보 시스템의 경우 ISO 4406 클래스 16/14/11이고 표준 회로의 경우 18/16/13입니다.
HPU의 내부 순서를 이해하면 문제 해결과 시스템 설계 모두에 도움이 됩니다.
가스 충전 블래더가 있는 압력 용기인 어큐뮬레이터를 추가하여 유압 에너지를 저장하고 수요 급증 시나리오에서 이를 방출할 수 있으므로 HPU는 최대 부하 요구 사항을 충족하면서도 더 작은 모터를 사용할 수 있습니다. 이 기술은 프레스 브레이크 기계 및 다이캐스팅 장비에서 일반적입니다.
엔지니어는 설계를 결정하기 전에 유압, 전기 및 공압 시스템을 자주 비교합니다. 각 접근 방식에는 진정한 강점과 구체적인 한계가 있습니다.
| 기준 | 유압 | 전기(서보) | 공압식 |
|---|---|---|---|
| 힘 밀도 | 매우 높음(≥50kN/kg) | 중간 | 낮음(10bar 이하 실용적) |
| 정밀/위치 제어 | 높음(서보유압) | 우수 | 제한적 |
| 에너지 효율성 | 60~85%(가변 펌프) | 85~95% | 25~35% |
| 과부하 보호 | 고유(릴리프 밸브) | 전자제품 필요 | 고유한 |
| 유지 관리의 복잡성 | 중간–High | 낮음~중간 | 낮음 |
| 일반적인 작동 압력 | 150~420바 | 해당 없음 | 5~10바 |
유압 동력은 컴팩트한 형태로 매우 높은 힘을 요구하는 응용 분야에서 확실한 이점을 제공합니다. 500kN을 생산하는 유압 실린더의 무게는 30kg입니다. 볼스크류 전동 액추에이터로 동일한 힘을 얻으려면 5배나 더 무거운 시스템이 필요할 수 있습니다. 반대로, 밀리미터 미만의 위치 지정 정확도와 누출 없음 요구 사항이 지배적인 곳에서는 전기 서보 드라이브가 공작 기계 및 반도체 장비의 기존 유압 설계를 대부분 대체했습니다.
현대 전기 유압 시스템은 두 가지 세계를 결합합니다. 가변 속도 서보 모터가 유압 펌프를 구동하여 유압 장치의 힘 밀도를 유지하면서 전기 작동에 가까운 효율성으로 주문형 압력과 흐름을 제공합니다. 이러한 서보 유압 동력 장치는 사출 성형 및 금속 성형 분야에서 빠르게 채택되고 있습니다.
무거운 하중의 이동, 성형 또는 힘 제어와 관련된 거의 모든 부문에 유압 동력이 내장되어 있습니다. 전 세계 유압 장비 시장의 가치는 대략 다음과 같습니다. 2023년 400억 달러 건설 활동과 산업 자동화 수요에 힘입어 2030년까지 약 4.5%의 CAGR로 성장할 것으로 예상됩니다.
굴삭기, 불도저, 크레인 및 로더는 붐, 암 및 버킷 이동을 위해 전적으로 유압 동력에 의존합니다. 표준 20톤 굴착기는 대략적으로 전달되는 유압 동력 장치를 운반합니다. 130~180kW 약 350bar의 시스템 압력에서. 최신 굴삭기의 부하 감지 유압 시스템은 필요한 순간 굴착력에 맞게 펌프 변위를 자동으로 조정하여 기존 정압 시스템에 비해 연료 소비를 최대 25% 줄입니다.
스탬핑, 단조, 딥 드로잉 및 다이 캐스팅을 위한 유압 프레스에는 기계식 드라이브로는 달성하기 어려운 매우 높은 제어력이 필요합니다. 대형 단조 프레스는 다음에서 작동합니다. 5천만~7억 5천만 (메가뉴턴), 병렬로 작동하는 여러 HPU로 구동됩니다. 판금 굽힘용 프레스 브레이크 기계는 서보 유압 동력 장치를 사용하여 ±0.01mm 램 위치 반복성을 달성합니다. 이는 고정 흐름 유압 회로에서는 불가능한 사양입니다.
해저 유압 시스템은 BOP(분출 방지 장치), ROV(원격 작동 차량) 및 해양 플랫폼의 앵커 윈들러스를 제어합니다. 최대 690bar 정격의 고압 유압 동력 장치는 심해 BOP 제어 시스템에 사용됩니다. 크레인, 해치 커버, 선미 경사로 등 선박 갑판 장비는 선박 전체에 압력을 분산시키는 중앙 집중식 유압 발전소에 의존합니다.
사출 성형기, 다이캐스팅 기계, 고무 가황 프레스, 제지 공장 장비는 모두 전용 HPU를 사용합니다. 일반적인 1,000톤 사출성형기에는 다음과 같은 정격의 유압 동력 장치가 필요합니다. 55~75kW 100~200L/min의 유속으로. 이러한 기계를 서보 유압식 HPU로 전환하면 일반적으로 생산 주기당 전력 소비가 30~60% 감소합니다.
항공기 비행 조종면, 랜딩 기어 및 역추력 장치는 다음에서 작동하는 유압 시스템에 따라 달라집니다. 207bar(3,000PSI) 구형 상업용 항공기에서는 345bar(5,000PSI)이며 Boeing 787 및 Airbus A380과 같은 최신 설계에서는 345bar(5,000PSI)입니다. 더 높은 압력에서 작동함으로써 무게가 감소하므로 구성품이 더 작고 가벼워집니다. 탱크, 곡사포, 잠수함 잠망경과 같은 군용 차량도 마찬가지로 소형 유압 동력 시스템에 의존합니다.
전력 포착을 최적화하고 과속을 방지하기 위해 각 블레이드의 각도를 조정하는 풍력 터빈 피치 제어 시스템은 유압 어큐뮬레이터와 실린더를 사용합니다. 유압식 피치 시스템은 일반적으로 그리드 고장 시 안전하게 페더 블레이드에 백업 에너지 저장 장치(어큐뮬레이터)를 제공합니다. 이는 전기 유압식 시스템이 극한의 추위나 더위 속에서도 안정적으로 처리하는 안전 기능입니다.
유압 동력 장치를 선택하려면 여러 엔지니어링 및 운영 매개변수의 균형을 맞춰야 합니다. HPU 크기가 작으면 사이클 시간이 느려지고 과열 및 조기 마모가 발생합니다. 대형화는 자본과 에너지를 낭비합니다.
액추에이터 부하 계산부터 시작하십시오. 실린더의 경우: 힘(N) = 압력(Pa) × 면적(m²). 100mm 보어 실린더에서 200kN이 필요한 경우 최소 255bar의 작동 압력(안전 여유가 있음)이 필요합니다. 유속이 속도를 결정합니다. 50mm/s의 속도로 확장되는 100mm 보어의 실린더에는 대략적인 유속이 필요합니다. 24L/분 . 필요한 모터 전력은 P(kW) = [압력(bar) × 유량(L/min)] ¼ 600이며, 펌프 효율에 맞게 조정됩니다(일반적으로 85-90%).
일반적인 경험 법칙은 저장소의 크기를 다음과 같이 결정하는 것입니다. 분당 펌프 유량의 3~5배 . 따라서 40L/min을 전달하는 펌프에는 120~200리터의 저장소가 필요합니다. 이 용량은 유체가 펌프 흡입구로 재순환되기 전에 동반된 공기가 빠져나가고, 열이 소멸되고, 입자가 침전될 수 있는 충분한 체류 시간을 제공합니다.
고정 변위 기어 펌프 HPU는 가장 경제적이지만 수요에 관계없이 지속적으로 전체 흐름을 제공하여 초과 에너지를 열로 변환합니다. 가변 변위 피스톤 펌프 HPU의 비용은 대략적입니다. 2~3배 이상 처음에는 지속적인 생산 환경에서 18~36개월의 투자 회수 기간을 달성할 수 있을 만큼 에너지 비용을 절감할 수 있습니다. 기계가 전체 시간 중 50% 이상 유휴 상태인 간헐적인 작업 주기의 경우 언로드 밸브가 있는 고정 펌프 HPU가 더 나은 경제적 선택인 경우가 많습니다.
서보 유압(또는 전기 유압) 동력 장치는 가변 속도 AC 서보 드라이브와 고정 변위 펌프를 결합합니다. 드라이브는 사이클의 각 순간에 필요한 정확한 유량 및 압력과 일치하도록 모터 RPM을 조정합니다. 이 아키텍처는 다음을 제공합니다. 40~70%의 에너지 절감 사출 성형과 같은 응용 분야에서 기존의 정속 HPU와 비교했을 때, 유지 단계에서 모터가 급격하게 느려지기 때문에 소음 수준이 10~15dB(A) 감소합니다.
유압 시스템에서 손실된 모든 에너지는 오일의 열로 변합니다. 75% 효율로 작동하는 37kW 모터를 갖춘 시스템은 지속적으로 제거해야 하는 약 9kW의 폐열을 생성합니다. 공기 분사식 냉각기는 모바일 장비의 표준입니다. 주변 온도가 제어되는 실내 산업 설비에는 수냉식 열 교환기가 선호됩니다. 크기 냉각이 제대로 이루어지지 않으면 씰과 펌프 수명이 크게 단축됩니다. 오일 온도가 80°C를 초과하면 산화가 가속화되어 10°C 상승할 때마다 유체 분해 속도가 두 배로 늘어납니다.
유압유는 모든 기계 구성 요소만큼 중요합니다. 동시에 에너지 운반체, 윤활유, 열 전달 매체 및 밀봉재이기도 합니다.
점도, 산가, 입자 수 및 수분 함량을 추적하는 유체 상태 모니터링은 시스템 수명을 연장하고 계획되지 않은 가동 중지 시간을 방지합니다. 주요 산업 플랜트의 오일 분석 프로그램은 일상적으로 다음과 같은 목표를 달성합니다. 5,000~10,000시간의 유체 사용 수명 , 모니터링 프로그램이 없을 때 권장되는 기본 변경 간격은 2,000시간입니다.
잘 설계된 유압 시스템이라도 시간이 지나면서 문제가 발생합니다. 증상과 근본 원인을 알면 문제 해결 시간이 몇 시간에서 몇 분으로 단축됩니다.
| 증상 | 가능한 원인 | 진단 단계 |
|---|---|---|
| 느린 액추에이터 속도 | 낮음 pump flow, clogged filter, worn pump | 펌프 출구의 유량을 측정합니다. 정격값과 비교 |
| 높은 오일 온도 | 쿨러 고장, 과도한 내부 누수, 릴리프 밸브 바이패스 | 냉각기 흐름을 확인하십시오. 시스템 압력과 릴리프 설정을 모니터링합니다. |
| 시끄러운 펌프(캐비테이션) | 막힌 흡입 스트레이너, 낮은 저장소 수위, 높은 유체 점도 | 펌프 흡입구의 진공 상태를 점검하십시오. 0.3bar 미만이어야 합니다. |
| 실린더 드리프트 | 피스톤 씰이 마모되고 방향 밸브 스풀이 오염되었습니다. | 수동 밸브로 실린더를 격리합니다. 압력 감쇠 측정 |
| 압력이 설정점에 도달하지 않음 | 릴리프 밸브가 오염되었거나 너무 낮게 설정되어 있고 펌프가 마모되었습니다. | 닫힌 밸브에 대한 데드 헤드 펌프; 최대 압력 읽기 |
| 거품이 나는 오일 | 흡입 라인 누출 또는 낮은 저장통 수위를 통한 공기 흡입 | 모든 흡입 연결부를 검사하십시오. 저수지 보충 |
오일 분석, 펌프와 모터의 진동 모니터링, 호스 피팅과 밸브 본체의 적외선 열화상을 결합한 상태 기반 유지 관리 프로그램은 MTBF(평균 고장 간격)를 다음과 같이 연장할 수 있습니다. 50~80% 시간 기반의 예약된 유지 관리만 사용한 것과 비교됩니다. 현재 많은 최신 유압 동력 장치에는 통합 IoT 센서와 클라우드 연결이 포함되어 있어 수동 검사 없이 유지 관리 팀에 지속적인 상태 데이터를 제공합니다.
유압장치는 역사적으로 직접 전기 구동 장치에 비해 에너지 효율이 낮다는 비판을 받아왔습니다. 이러한 격차는 지난 10년 동안 여러 기술 개발을 통해 크게 줄어들었습니다.
ISO 4413 표준과 최신 ISO 16431(유압 시스템 효율성 벤치마크)은 이제 유럽과 북미 지역에서 새로운 HPU 사양을 안내하고 있으며 제조업체는 조달 문서의 일부로 검증된 효율성 수치를 게시하도록 강요하고 있습니다.
유압 시스템은 상당한 에너지를 저장합니다. 300bar의 200리터 저장소에는 대략적인 에너지가 들어 있습니다. 3,000kJ의 저장된 에너지 , 이는 시속 180km로 이동하는 소형 자동차의 운동 에너지와 비슷합니다. 안전 절차를 따르지 않으면 고압 유체 주입 및 저장된 에너지 방출로 인해 심각한 부상을 입을 수 있습니다.
유압은 유압력의 한 구성 요소입니다. 전력은 압력에 유량을 곱한 것과 같습니다: P(kW) = [bar × L/min] ¼ 600. 5 L/min 유량의 300 bar 시스템은 2.5 kW를 제공합니다. 50L/min의 100bar에서도 8.3kW를 제공합니다. 높은 압력만으로는 높은 전력을 의미하지 않으며 유량도 똑같이 중요합니다.
적절한 유체 유지 관리 및 필터 교체를 통해 잘 구축된 산업용 HPU는 일반적으로 지속됩니다. 15~25세 . 펌프는 일반적으로 가장 먼저 마모되는 구성품으로, 유형, 작동 압력 및 유체 청결도에 따라 정격 사용 수명이 8,000~20,000시간입니다. 기어 펌프는 오염된 환경에서 가장 내구성이 뛰어납니다. 피스톤 펌프는 ISO 4406 클래스 16/14/11 이상에서 유체 청결도가 유지될 때 가장 긴 수명을 제공합니다.
예, 실외용으로 설계된 경우에만 가능합니다. 이는 모터 및 제어판, 스테인리스 스틸 또는 코팅된 저장소 및 프레임, 저온 유체(ISO VG 32 또는 북극 조건의 경우 -40°C 등급의 합성 유체) 및 UV 방지 호스 커버에 대한 IP65 이상의 전기 인클로저 등급을 의미합니다. 건설 장비의 이동식 HPU는 본질적으로 실외, 전천후 작동을 위해 설계되었습니다.
가장 일반적인 원인은 크기가 작거나 오염된 열 교환기, 과도한 내부 누출(유용한 작업을 수행하지 않고 에너지를 열로 재순환), 필요한 작동 압력에 너무 가깝게 설정된 릴리프 밸브(자주 균열이 발생함), 저장소가 너무 작아서 적절한 열 질량을 제공할 수 없는 경우입니다. 80°C 이상의 오일 온도에서 지속적으로 작동하면 구성품 수명이 크게 단축되므로 조사가 시작되어야 합니다.
개루프 회로에서 액추에이터의 복귀 유체는 펌프로 다시 흡입되기 전에 저장소로 되돌아갑니다. 이는 가장 일반적인 배열이며 냉각 및 여과를 단순화합니다. 폐쇄 루프(또는 폐쇄 중앙) 회로에서 리턴 유체는 펌프 흡입구로 직접 되돌아가며 작은 차지 펌프만이 누출 손실을 보충합니다. 폐쇄 루프 회로는 콤바인, 소형 트랙 로더 및 산업용 지게차와 같은 차량의 정역학적 전달을 위한 가변 변위 유압 모터와 함께 주로 사용됩니다. 기계식 기어박스 없이 양방향으로 부드럽고 무단계 속도 제어를 제공합니다.
크기 조정은 최대 힘(부하 분석에 따름), 필요한 속도(사이클 시간 요구 사항에 따름), 듀티 사이클(전부하 상태에서 시간의 백분율) 등 액추에이터 요구 사항부터 시작됩니다. 힘과 실린더 보어로부터 작동 압력을 계산합니다. 속도와 보어로부터 필요한 유량을 계산합니다. 비효율성을 설명하기 위해 1.2-1.3의 서비스 계수를 적용합니다. 해당 출력에 맞는 펌프와 모터를 선택한 다음 결과적인 열 부하에 맞게 저장소와 냉각기의 크기를 조정하십시오. 많은 HPU 제조업체에서는 무료 크기 조정 소프트웨어를 제공합니다. 이러한 매개변수를 입력하면 권장 구성이 자동으로 생성됩니다.