유압모터란 펌프로부터 토출된 유압유를 받아들여 구동축을 회전시키는 유압기기이다. 즉 펌프로부터 흘러나온 유체에너지를 기계적인 회전에너지로 변환시키는 역할을 한다.
기어 모터(Gear Motor)
기어펌프와 구조가 비슷하며 다른 점은 아래와 같다.
- 좌우 양쪽으로 회전시키기 위해 접속구의 양측이 고압이 되기 때문에 Oil seal 부분의 내부 누유량은 외부 드레인 배관에 의하여 탱크로 귀환한다.
- 양 접속구의 크기가 같다. (기어펌프의 경우는 캐비테이션 현상이라고 부르는 흡입조건의 악화로 발생하는 공동현상을 방지하기 위하여 흡입구가 토출구보다 일반적으로 더 크다.)
작동원리 : 기어 모터의 흡입구에 유압유가 진입하면 기어 치면에 걸리는 압력으로 출력 토크를 발생시켜 토출구로 압축율가 빠져 나가게 된다. 이 때 모터의 두개의 흡입구 중에서 어느쪽으로 진입하느냐에 따라서 모터의 축은 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있으며 또는 동시에 두 방향으로 회전할 수도 있다.
액시얼 피스톤 모터(Axial Piston Motor)
액시얼 피스톤 모터는 피스톤 펌프와 구조가 비슷하며 몇 가지 다른 점은 아래와 같다.
- 피스톤 펌프와 달리 양접속구의 크기가 같다.
- 소음방지를 위해 포트 플레이트에 설치되어 있는 작은 홈의 크기 및 개수가 다르다. (피스톤 펌프의 개수는 2개인데 비해 액시얼 피스톤 모터의 개수는 4개이다.)
특징 : 이 모터 중에서 경전각이 변하지 않도록 되어 있는 것은 정용량형이고 가변용량형 모터는 경전각이 25도~7도 사이에서 변할 수 있기 때문에 이 모터의 변속비는 약 3.5정도까지 가능하다. 이 모터로 작은 부하(저토크)시에는 고속회전, 큰부하(고토크)시에는 저속회전을 사용이 가능하다. 볼록형의 펌프 플레이트의 경전각 조정은 피스톤을 유압이나 수동조작 시킴으로써 각도제어를 할 수 있다.
레디얼 피스톤 모터(Radial Piston Motor)
주로 10~200rpm의 저속회전 및 고출력 토크가 필요한 곳에 사용되며 이때 대형의 것이 많이 사용된다. 이 모터가 사용되는 곳은 대차나 건설기계차량의 차축, 윈치드럼, 믹셔차등 저속회전 구동부에 사용된다.
특징
- 용량이 매우 세밀하게 등급화되어 선택의 폭이 넓다.
- 시동 토크가 상당히 높다.
- 고효율이고 높은 연속 출력이 가능하다.
- 극저속에서 회전이 부드럽다.
- 고온에 대한 충격 저항이 없다.
- 역회전이 가능하고, 폐회로 제어 적용분야에 매우 적합하다.
- 고수명의 롤러 베어링을 채택했다.
- 작동시 소음이 매우 적다.
취급상의 주의사항
정격압력과 최고압력의 차이점
정격압력은 연속사용이 가능한 압력의 상한 값이다. 이 정격압력을 초과하여 연속해서 사용하는 경우에는 성능(용적효율, 기계효율)이 저하되고 발열에 의하여 급격한 파손이 일어나기 쉽다.
최고압력은 단시간내에 사용할 때 정격압력의 1.2~1.5배 정도를 초과해 사용해도 괜찮으나 이 단시간내라고 하는 말의 정확한 규정(duty cycle time의 5%이하)은 없다.
일반적으로는 릴리프 밸브의 설정압력의 한계를 정격압력으로 조정해 놓는다. 급격한 부하가 가해지면 릴리프 밸브가 열릴 때까지의 시간지연에 따라 일시적으로 설정압역의 1.2~1.5배의 서지압력이 발생하기 때문이다.
사용 회전수 범위
최저 회전수의 한계는 다음사항을 검토하여 결정한다.
- 용적효율의 저하로 이상 발열에 의한 내부 부품이 파손되지 않는 범위
- 전효율이 나쁘더라도 실용상 문제가 되지 않는 범위
- 유압모터의 경우는 출력축에 회전이 원활한 범위
최고 회전수의 한계는 다음사항을 검토하여 결정한다.
- 베어링 습동부의 이상 발열에 따른 내부부품의 파손에 관계가 없는 범위
- 베어링의 수명이 짧게 되어 일반 사용조건으로는 적합하지 않은 경우
- 실용상 문제가 되지 않는 소음 발생 범위
최고 회전수는 사용압력과 관계가 있으며, 성능표에 의해 전효율을 고려하여 선택한다.
GD^2 값이란
유압 모터내에서 회전하고 있는 부품의 관성모멘트를 나타내는 값이다. 장치 본체측의 GD^2 값을 고려하여 장치 전체가 기동 혹은 정지할 때의 필요한 가감속 토크나, 규정 회전속도에 달할 때까지의 소요시간 또는 정지까지의 소요시간 등에 의하여 선정된다.
토크 정수란
유압 모터에 유효 차압(입구측 압력과 출구측 찹력의 압력차) 1kgf/㎠ 이 가해졌을 때 발생하는 유압모터의 출력 토크이다. 토크 정수 × 유효차압 = 출력 토크이나 이 출력 토크에는 기계효율이 고려되어 있지 않기 때문에 실제 출력 토크는 기계효율분 만큼 낮다.
회전방향
구동기와 펌프의 회전방향은 구동축을 보았을 때 시계방향으로 회전하는 것이 우회전이다. 구동기가 우회전이라면 펌프는 반대인 좌회전을 선정해야 한다. 펌프를 역회전 시키면 흡입구와 토출구가 반대로 된다. 이 때문에 펌프표면에 명기되어 있는 회전방향에 주의가 필요하다. 펌프에는 우회전형과 좌회전형이 있으며, 유압모터는 양회전형이 있다. 외관상으로는 큰차이가 없으나 각각 내부 부품이 조금씩 다르고 전용할 수 없는 점에 주의할 필요가 있다.
드레인 배관요령
기어 펌프를 제외한 기어 모터, 베인 펌프 및 베인 모터, 피스톤 펌프 및 피스톤 모터는 내부 누설기름을 탱크로 보내지 않으면 내장되어 있는 Oil seal부가 파손된다. 이를 위한 배관이 드레인 배관이다. 기어 펌프만은 이 내부누설 기름을 펌프 내부에서 흡입구측으로 보내게 되어있기 때문에 외부 드레인 배관은 필요하지 않다.
내부 누설유는 펌프나 모터의 베어링부의 윤활과 냉각작용을 겸하고 있기 때문에 필요한 것이지만, 누유량이 많아지면 전달 동력효율이 저하된다.
이상의 상황을 종합하여 드레인 배관은 다음과 같은 요령으로 한다.
- 드레인 배관 포트는 제일 상부의 것을 사용하고 본체 내부가 기름으로 충전되도록 한다. 드레인 배관 포트가 1개이며 하측부로 되어 있을 때에는 본체 내부의 기름이 누설되지 않도록 드레인 배관을 일단 본체의 제일 높은 위치 보다도 높게 배관하고 나서 탱크에 접속시키는 게 좋다.
- 내장되어 있는 Oil seal의 장기간 사용 가능한 내압은 카탈로그에 기재되어 있으며 일반적으로 1kgf/㎠ 정도이다.
따라서 드레인 배관의 통과저항을 이 내압값 이하로 조정하는 일이 필요하며 배관의 굵기, 길이, 굽음개소의 수를 결정한다.
또 드레인 배관은 탱크에 단독으로 접속하도록 하며 대유량이 흐르는 귀환 배관에 합류시키지 않도록 한다.
펌프 · 모터의 효율
펌프와 모터의 성능의 양,부는 다음의 3가지 효율을 성능표에서 보고 판단한다.
용적효율
일반적으로 효율은 η로 나타낸다. 용적효율은 ηv라고 쓰며, 펌프 및 모터의 내부누설의 상태를 판단하는 다음식으로 구한다.
유압모터 용적효율 = [내부누설이 없는 극저압시의 출구측 유량 / (측정압력시의 출구측 유량+외부드레인유량)] × 100(%)
펌프 용적효율 = (내부누설이 발생하고 있는 측정압력시의 토출유량 / 내부누설이 없는 극저압시의 토출유량) × 100(%)
기계효율(토크효율이라고도 한다)
기계효율 ηt는 펌프 및 모터의 베어링부의 구름저항이라든가 습동부의 습동저항에 의하여 전달토크가 낮아지는데 이 저하율을 나타낸다. 감속기등의 전달효율이 이에 해당한다.
전효율
일반적으로 η로 나타내며 펌프 전효율과 유압모터 전효율을 구별할 경우는 각각 ηp, ηm이라는 문자를 첨가한다. 이 전효율 η는 용적효율과 기계효율을 곱하여 구할 수 있다.
유압 모터의 기동 토크
유압 모터를 기동시킬 때에는 정마찰 저항을 극복하기 위한 기동 토크가 필요하다. 기동후는 동마찰 저항으로 변하므로 기동 토크보다 낮은 토크로 구동할 수 있따. 이런 원인으로 유압모터의 기동시에 전부하가 걸려 있을 때는 기동 토크를 고려하지 않으면 기동되지 않는다. 기동 토크는 유압모터의 기동 토크 효율로 산출한다.
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