유압회로에 의한 다양한 종류의 밸브는 펌프와 액츄에이터의 중간에 배치하여 액츄에이터 출력의 크기, 출력의 방향, 출력의 속도를 제어하기도 하고 펌프를 무부하 구동시키는 제어를 행하여 유압시스템이 필요로 하는 작업을 수행하는 데 없어서는 안되는 절대적으로 필요한 유압부품이다.
밸브의 종류
제어목적에 따른 분류
| 압력제어밸브 (Pressure Control Valve) |
릴리프밸브 (Relief Valve) |
직동형 |
| 밸런스피스톤형 | ||
| 감압밸브 (Reducing Valve) |
직동형 | |
| 밸런스피스톤형 | ||
| 시퀀스밸브 (Sequence Valve) |
릴리프밸브 | |
| 시퀀스밸브 | ||
| 카운터밸런스밸브 | ||
| 언로드밸브 | ||
| 언로딩릴리프밸브 (Unloading Relief Valve) |
||
| 브레이크밸브 (Brake Valve) |
||
| 압력스위치 (Pressure Switch) |
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| 방향제어밸브 (Directional Control Valve) |
체크밸브 (Check Valve) |
체크밸브 |
| 파일럿체크밸브 | ||
| 프리필밸브 | ||
| 셔틀밸브 | ||
| 전환밸브 (Directional Valve) |
수동전환밸브 | |
| 전자전환밸브 | ||
| 파일럿전환밸브 | ||
| 유량제어밸브 (Flow Control Valve) |
교축밸브 (Throttle Valve) |
|
| 유량조절밸브 (Flow Control Valve) |
||
| 분류밸브 (Flow Divide Valve) |
||
| 디셀러레이션 밸브 (Deceleration Valve) |
제어방법에 따른 분류
리모트 컨트롤 밸브(직동형 릴리프밸브), 전자비례밸브, 서보밸브
다기능복합밸브를 조립한 소자밸브
로직 밸브(카트리지형 2방향밸브)
악세서리에 의한 분류
스톱밸브(버터플라이 밸브), 게이지코크, 압력스위치 등이 있으나 이중에서 가장 많이 사용되고 있는 밸브에 대하여 설명한다.
압력제어 밸브(Pressure Control Valve)
압력을 감지하여 밸브를 개폐시켜 펌프 및 회로내의 설정압력 유지 및 유압기기를 보호하는 밸브이다.
릴리프 밸브(안전밸브) (Relief Valve)
밸브의 입구측(P포트)의 압력을 감지하여 설정 압력 이상으로 되면 밸브가 열려 펌프에서 나온 압유를 탱크(T 포트)로 보냄으로써 회로내의 압력이 설정압력 이상으로 되는 것을 방지하는 밸브이다. 다시 말하면 회로내의 압력 상한은 이 밸브에 의하여 제어된다.
입구측의 압력이 설정압력보다 낮아지면 밸브가 닫힌다. 이 밸브가 액츄에이터의 출력을 제어하기 위하여 사용될 때는 릴리프 밸브라고 하고 유압기기의 파손방지를 위하여 사용되어 비상시 이외에는 열리지 않는 기능을 할 때는 안전밸브라고 불리어진다.
밸브가 열렸을 때 P포트에서 T포트로 흐르는 압유(유량 Q)는 설정 압력으로부터 0 MPa로 압력이 떨어지며, 이때 잃어버리는 압력에너지는 유온을 상승시키는 발열에너지로 변한다.
액츄에이터가 정지했을 때에는 펌프로부터의 토출량은 전부 이 밸브를 통하여 탱크로 귀환되므로 구동기의 출력이 전부 열에너지로 변한다.(정용량형 펌프의 경우)
밸브시트의 열리는 정도는 통과하는 유량에 따라 변화하고 이 유량이 많아짐에 따라 P포트의 압력은 약간 높게 된다.
이 상태를 나타내는 것이 압력 오버라이드(Override) 특성인데, 통과 유량에 관계없이 P포트의 압력이 크래킹 압력(Cracking Pressure)(밸브가 열리기 시작할 때의 압력)과의 압력차가 적은 것이 성능이 좋은 밸브이다.
직동형 릴리프 밸브 (Direct Type Relief Valve)
이 밸브의 내부 작동원리는 다음과 같다.
포핏 밸브(Poppet Valve)는 스프링에 의하여 밸브 시트를 누르고 있고 스프링실은 탱크(T포트)로 연결되어 있으며, 포핏 밸브를 열기 위한 압력이 P포트에 적용된다.
스프링은 조정나사(조정 핸들)에 의하여 반발력을 자유롭게 조정할 수 있기 때문에 P포트 압력을 압력계로 보아가면서 임의로 설정할 수 있다.
파일럿 릴리프 밸브는 압력제어 밸브의 벤트 포트(X포트)에 접속하여 원격제어 또는 다단압력제어등 다양한 용도의 응용회로에 파일럿 밸브로 사용하는 밸브이며,
파일럿 배관의 관로 내부용적이 너무 크면 채터링이 발생하기 쉬우므로 반드시 내경은 4mm 정도의 배관으로 하는 것이 매우 중요한 사항이다. 대부분의 유압기기 제조업체에서는 직동형 릴리프 밸브는 주로 호칭치수가 작은 02(1/4") 사이즈만 주로 생산하고 있으며, 최대 통과유량도 5~16L/min 이하인 아주 소형 밸브에 속하는 편이다.
일부 유압기기 제조업체에서는 사이즈가 02~12(1/4"~11/2")이며,
최고 사용압력 630bar, 최대유량 330L/min인 제품들도 생산하고 있으므로 용도에 따라서 선택할 수 있는 범위가 매우 다양하다고 할 수 있다.
이 밸브는 포핏형과 볼형으로 구분되며, 볼형에는 밸브 진동을 흡수하는 쿠션(댐퍼)이 부착되어 있다.
포핏밸브의 스프링을 받치고 있는 아래면은 밸브가 열릴 때, 유압유 흐름의 충격력을 흡수하고 밸브 시트부를 더 열리도록 하여 압력 오버라이드 특성이 좋아지도록 하기 위하여 여러종류가 사용되고 있다.
파일럿 작동형 릴리프 밸브(Pilot Operated Type Relief Valve)
이 밸브는 펌프의 압력 설정용(P포트, T포트로 표시) 또는 압력제어 회로용(A포트, B포트로 표시)에서 과도한 큰 압력으로부터 보호하는 것과 함께, 유압회로 라인의 압력을 일정하게 제어하기 위해서 사용한다.
또한 이 밸브의 X포트를 활용한 벤트 회로(Vent Circuit)에 의해 원격제어(Remote Control) 및 무부하(Unloading)등 매우 다양한 유압 응용회로를 구성해서 유압기계의 사용목적에 알맞게 적용할 수가 있다.
이 밸브의 작동 원리는 P포트의 유압유는 주밸브의 내부에 있는 피스톤의 하부측(1차실)과 오리피스를 통하여 주피스톤의 상부측(2차실) 및 직동형 릴리프 밸브의 포핏밸브에도 작용하고 있다.
포핏 밸브가 열리지 않을 때에는 압력 밸런스가 유지되어 피스톤은 스프링에 의하여 피스톤 시트에 접촉되어 있어 P포트와 T포트는 통로가 닫힌 상태를 유지하게 된다.
P포트의 압력이 상승해서 직동형 릴리프 밸브의 포핏 밸브가 열릴 때, 오리피스를 통과한 유압유(피스톤의 상부측 2차실내의 용적량)는 피스톤의 중심부의 구멍을 통해 탱크 포트(T포트)로 흐른다.
이때 피스톤의 상부측의 2차실내 압력이 순간적으로 탱크 포트로 연결되는 시점에 무부하 즉, P=0이 되면서, 피스톤 상하부 실내의 압력 밸런스가 깨지고 피스톤의 하부실내에 지속적으로 펌프 압력이 공급되면 피스톤이 하부측 면적에 상당한느 출력이 발생하고,
이 출력은 피스톤을 위로 이동시켜 피스톤 시트부가 열리고 P포트로부터 T포트를 통하여 펌프 토출량이 전량 탱크로 유압유가 귀환하게 된다. 따라서 P포트의 압력은 설정압력 이상으로 되지 않게 하도록 되어 있다.
P포트의 압력이 낮아지면 피스톤의 실내압이 무부하 즉 P=0이 되면서 포핏밸브가 닫히고 피스톤은 스프링의 탄성력에 의하여 아래쪽으로 밀려 피스톤 시트부가 닫히게 되는 작동이 밸브 내부에서 일어나는 전체의 작동 사이클이며,
설정압력을 지속적으로 일정하게 정압을 유지하기 위해서 상기와 같은 밸브 내부의 포핏 밸브와 피스톤의 작동 빈도수 매우 많아야 가능하기 때문에 고빈도의 작동 밸브라고 할 수가 있다.
이 파일럿 작동형 릴리프 밸브는 직동형 릴리프 밸브에 비하여 다음과 같은 특징이 있다.
- 압력 오버라이드(Override) 특성이 좋다.
- 대용량의 경우에 소형, 경량화 되어 있다.
- 밸브의 채터링(Chattering)현상이 없는 편이다.
이 밸브를 사용시 주의사항은 벤트 포트(X Port)를 응요할 때, 벤트 관로의 내부 용적이 너무 크면 채터링 현상이 발생하기 쉬우므로 가능한 배관 내경은 작게, 관로의 길이도 짧게 하여야 한다.
유량이 적을 때는 설정 압력이 불안정해지는 경우가 있으므로 제조업체에서 제공하는 밸브의 사이즈별 최소 유량 이상으로 사용하여야 한다.
제조업체에서 제공되는 기술자료에 의하면 밸브 사이즈가 03(3/8"), 06(3/4")일 때의 최소 유량은 8L/min 이하, 10(1 1/4")일 때는 150L/min 이하의 설정압력 제어용으로 사용하지 않는 것을 권장하고 있으므로 주의를 요하는 사항이다.
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