유압실린더(2)

요동 모터(Rotary Actuator)

요동 모터는 링크 장치들을 사용하지 않고 요동 회전 운동을 필요로 하는 경우에 사용되고, 부착이 간단하고 작은 공산에서 높은 토크를 얻을 수 있는 장점이 있다.

 요동 모터는 최대 요동 각도가 90º~270º로 구분되며, 방식으로는 베인형(Vane Type)과 피스톤 랙크형(Piston Rack)의 2 종류가 있다.

 

베인형(Vane Type)

더블 베인형의 경우 회전 각도가 90º로 회전하며 입구포트로 유압유가 진입하면 두 개의 베인 날개 면적에 힘이 생겨서 베인 날개와 연결된 요동 모터 축을 회전하게 된다.

 입고 포트와 출구 포트에 유압유의 진입 방향을 바꾸게 되면 정회전에서 역회전 동작으로 바뀌게 된다.

 베인형의 요동 모터는 제조업체에 따라서 싱글 베인형, 더블 베인형, 3베인형 등으로 구분되고 회전각도는 90º, 180º, 270º 등을 선택해서 사용할 수 있다.

 요동 모터의 축에 회전관성 모멘트가 큰 곳의 용도에 사용할 때는 반드시 베인의 수가 여러개 있는 모델로 선택하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

 

피스톤 랙크 피니언형(Piston Rack Pinion Type)

양쪽 피스톤 사이에 부착되어 있는 랙은 유압력에 의해 좌우로 움직인다. 랙은 조합 설치되어 있는 피니언 기어를 회전시켜 출력축이 어떤 회전 각도 범위내에서 회전한다.

 출력축의 토크는 작동압력에 비례하여 결정되고, 회전속도는 공급되는 유량에 의하여 결정된다.

 조정나사는 일종의 스토퍼로서 랙 피스톤의 스트로크를 제어함으로써 출력축의 회전 각도를 임의로 조정할 수가 있게 된다.

 통상 360º 이내의 회전에 사용된다. 대형 밸브으 개폐용이라든가 선박용 해치커버의 개폐등에 사용된다.

 

실린더 취급시 주의점

 

로드형식

규격품에서는 동일한 실린더 내경에 대해 피스톤 로드는 표준형(C형이라고도 한다)과 약간 굵은 강력형(B형이라고도 한다)의 2종류가 시판되고 있다.

 표준형과 비교하여 강력형은 다음과 같은 특징이 있다.

 

 - 로드가 굵기 때문에 좌굴강도가 크다.

 - 로드측의 수압면적이 감소하기 때문에 후진 속도를 빨리하기가 용이하다.

 - 로드측의 수압면적이 감소되기 때문에 출력이 낮다.

 

최대 스트로크의 제한

로드의 좌굴 강도면에서 생각하면 저부하이든가 고부하로 당기는 경우에는 로드를 길게 할 수가 있다.

 그러나 일반적으로 규격품에서는 다음과 같이 최대 스크로크를 제한하고 있기 때문에 주의를 요한다.

실린더 내경	40, 50	63, 80	100~250
최대 스트로크	1,200	1,600	2,000

 

포트, 쿠션기구, 공기빼기의 위치

포트의 배관 작업, 쿠션 기구의 조정 작업, 공기빼기 작업을 하기 위해선느 충분한 작업공간이 필요하다.

 규격품의 형식표는 이것들의 위치(상, 하, 좌, 우의 4방향 위치)를 명기하는 부분이 있기 때문에 주의를 요한다.

 

최고 기동압력과 성능

규격품에서는 캡측에 가압해 움직이지 않으면 안되는 압력의 상한이 3kgf/㎠으로 규정하고 있다. 이것이 최고 기동압력으로 이 압력 이하에서 기동하여야 한다. 피스톤 패킹, 로드 패킹의 정마찰 저항이 이 압력에 상당하지만 기동후는 동마찰 저항으로 움직이기 때문에 0.2~0.3 kgf/㎠으로 낮아진다.

 유압모터의 경우는 기계효율(토크효율)이 0.2~0.3kgf/㎠에 상당해서 기동 토크(효율)가 3kgf/㎠에 상당한다. 그러나 이들의 압력은 사용압력에 비해서 대단히 저압이기 때문에 실용상은 실린더의 기계효율은 100%라고 생각해도 좋다.

 용적효율은 피스톤 패킹, 로드패킹으로 부터으 누설이 없으므로 100%이다. 따라서 실린더엔느 성능표가 없다.

 

속도의 상한과 하한

규격품에서는 최고속도는 300mm/sec, 최저속도는 10mm/sec로 규정하고 있다.

 양측 한계를 초월할 경우는 패킹의 형상 재질등을 변경하지 않으면 안되는 특수한 재품이 된다.

 최고속도는 패킹의 마찰파손이 빨리 일어나도록 하는 문제가 되고 최저속도는 실린더 속도가 고르지 못한 현상을 일으키는 문제가 된다.

 

공기 빼기

설치후의 시운전시에 실린더내의 공기를 헤드측, 캡측의 양쪽 방향으로 공기빼기 밸브에 의하여 공기를 빼야 한다.

 공기의 잔량에 비례하여 실린더의 움직임이 고르지 못한 현상이 발생된다.

 

피스톤로드의 보호

로드부의 녹과 상처는 로드패킹을 파손시켜 외부누설을 발생시킨다. 방청 대책으로서는 다음 사항을 고려한다.

 

- 로드는 실린더 속에 들어가 있는 시간을 길게하고 외기에 노출되어 있는 시간을 짧게 한다.

- 물이나 해수등의 대처방법은 스텐레스 재료로 재질을 변경하든가 도금을 한다.

- 로드 외경측이 외부 이물질등ㅇ로 부터 흠집이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 고무 자바라 종류등의 보호 커버를 로드 외경측에 부착 사용하거나 보호 커버의 강도에 문제가 있는 경우에는 철판 등으로 보호 커버를 제작하여 부착한다.

 

횡하중

로드에 횡하중을 가할 때, 가이드가 없으면 실린더내에는 증폭된 힘이 가해져 실린더 내부를 파손시키므로 주의를 요한다.

 

스트로크 중간에서 급속 정지

스트로크 종단부에서는 피스톤이 실린더 본체측에 닿아 있기 때문에 실린더 내부의 강도가 문제가 되는데 대하여 스트로크 중간부에서의 급속정지의 경우는 선단부의 강도의 검토와 아울러 감속 정지용 유압회로를 설치할 필요가 있다.

 

부(-)의 부하대책

실런더를 사용하면서 어떤 경우에는 부하의 자중에 의하여 실린더의 낙하 상태가 발생할 수 있다. 따라서 부(-)의 부하시에는 실린더의 폭주를 막기 위하여 탱크의 귀환즉(A포트측)에 카운터 밸런스 밸브(배압밸브)라든가 유랑제어 밸브가 필요하다.

 

피스톤의 U-패킹과 웨어링을 사용시에 대한 분석

실린더 튜브 내경과 피스톤 외경 사이에는 표준형 유압 실린더에서 튜브 내경에 따라서 1~2mm 정도의 틈새를 주도록 설계하게 되므로, 이 틈새로 인하여 실린더 작동중에 튜브 내경과 피스톤 외경 사이의 원주상에서 흠집이 발생할 수 있으므로, 반드시 두 개의 U-패킹 사이에 튜브 내경을 슬라이드 할 수 있는 웨어링(Wear Ring)을 피스톤에 삽입해서 조립하여 사용하게 되면, 실린더 행정이 길어질 때 일수록 로드측에 걸리는 편심 부하에 따라서 슬라이드 공차에 의한 기울어짐을 방지해 주는 것이 바로 웨어링이며, 재질로는 레아프론과 폴리아미드수지 및 에스프론 테입(롤 테입) 등이 사용된다. 웨어링의 규격은 실린더 내경에 따라서 패킹 제조업체에서 표준화되어 있는 제품으로 사용하는 것이 일반적이고 매우 편리한 방법으로 규격 제품을 선정해서 사용하면 된다.

 

피스톤에 사용하는 U-패킹의 밀림 현상에 대한 원인과 대책

실린더 튜브와 피스톤 사이의 틈새를 주어 설계하게 되는데, 이 틈새로 인하여 최고사용 압력 조건에 따라서 가압 방향측 U-패킹의 후면이 밀려나는 현상이 발생하게 되어, 패킹의 외경 후면측이 파손되어 패킹으로서의 성능이 발휘 되지 못하는 치명적인 문제점을 해결해 주는 방안이 백업링(Back-up Ring)을 U-패킹 후면에 삽입해서 보완해주게 되면, 패킹의 밀림 현상을 방지할 수가 있어 패킹의 내구성이 보장되는 방법이므로 최고 사용압력 조건이 7MPa 이상에서는 반드시 백업링을 사용해야 한다.