개념 한 쪽
유압 제어 회로는 유체의 흐름과 압력을 적절히 제어하여 액추에이터를 목적대로 움직이게 하는 장치들의 결합을 말한다. 밸브는 흐름의 방향, 유량, 압력 등 각기 다른 역할을 수행하므로 기능을 구분하여 이해해야 한다. 안전장치와 필터류도 회로 신뢰성 확보에 중요한 요소로 작용한다.
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출제기준 단원 「유얍제어 회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압력제어장치 분류 | 1 | 기기 명칭을 통해 밸브와 스위치 기능을 구분하는 능력 |
| 과압보호 장치 식별 | 1 | 과압 시 파열·귀환 기능을 근거로 안전장치 구분하기 |
| 실린더·유량 계산 | 1 | 힘과 압력으로 단면적·지름을 구하고 속도에서 유량 계산하기 |
유압 회로에서 액추에이터의 속도는 유입되는 유체의 유량에 직접 비례한다는 원리에 따라 속도 제어는 유량제어밸브로 수행한다. 유량제어밸브는 통로의 유효 단면을 조절하여 흐름량을 변경함으로써 실린더나 모터의 이동 속도를 조절한다. 방향제어밸브는 유체의 흐름 경로를 전환하여 유로를 개폐하는 역할을 한다.
압력을 조절하거나 과압을 방지하는 장치는 여러 종류가 있다. 릴리프 밸브는 설정 압력 이상으로 올라가면 유로를 열어 압력을 낮추는 조절식 장치이고, 카운터 밸런스 밸브는 부하 제거 시 급속 전진을 방지하기 위해 배압을 형성하는 장치이다. 한편 유체 퓨즈는 설정 압력을 초과하면 파열되어 유체를 탱크로 귀환시키는 일회성 과압 방지 장치로 기능이 구분된다.
유압 회로의 구성요소는 조작 방식과 기능을 구분하여 이해해야 한다. 방향제어밸브의 조작 방식은 인력, 기계, 전자(솔레노이드) 등이 있으며, 유량제어는 조작 방식이 아니라 속도 제어의 수단임을 구분해야 한다. 또한 스트레이너는 펌프 흡입구에 설치하여 큰 이물질을 걸러 펌프 손상을 방지하고, 서보유압밸브는 정밀 제어와 빠른 응답성을 가지나 고가 부품이라는 점에서 특징을 보인다.
유압 시스템에 공기가 혼입되면 공기의 압축성으로 인해 시스템 강성이 떨어지고 실린더의 구동이 불안정해져 불규칙한 작동을 초래한다. 이런 현상은 유압유의 불압축성이라는 특성이 깨지기 때문에 발생한다고 이해해야 한다.
대표 계산 문제는 실린더 단면적과 펌프 토출유량을 구하는 방식으로 풀어야 한다. 힘 F와 사용압력 P가 주어지면 단면적 A = F / P로 구하고 원형 실린더의 지름 D는 A = πD²/4를 변형하여 구한다. 예를 들어 힘 5000 kgf, 사용압력 240 kgf/cm²이면 A ≈ 20.83 cm²이고 이를 원 면적으로 환산하면 지름 D가 도출된다. 제시된 계산에 따르면 D는 약 163 mm 수준이 된다.
토출유량 Q는 속도 v와 단면적 A의 곱으로 구한다(Q = v × A). 속도가 0.01 m/s로 가정되면 단면적을 m²로 변환하여 계산하면 약 11 L/min 수준의 토출유량이 나온다. 계산 문제에서는 단위 환산에 주의를 기울여 위 공식을 적용하면 된다.
하역 운반 기계 회로 중 회로압이 설정압을 초과하면 유체압에 의해 파열되어 압유를 탱크로 귀환시키고 동시에 압력상승을 막아 기기를 보호하는 역할을 하는 유압기기는 무엇인가?
정답 ② · 문항은 회로압이 설정압을 초과했을 때 파열되어 유체를 탱크로 귀환시키는 과압 보호 장치를 묻고 있다. 과압 시 일회성으로 내부가 파열되어 유체 흐름을 차단하거나 탱크로 되돌리는 장치는 명칭상 퓨즈와 유사한 동작을 하는 유체 퓨즈이다.
유체 퓨즈는 설정 압력 초과 시 파열되어 유체를 탱크로 귀환시키고 과압을 방지하는 안전 장치이다.
240kgf/cm²의 사용압력으로 5000Qkgf의 힘을 내고 0.5m 의 행정거리를 0.Q1m/sec 의 속도로 움직 이는 유압 프레스를 설계활 때 필요한 실린더 직경 및 펌프의 토출유량은 약 얼마인가?
정답 ② · 문항은 주어진 힘, 사용압력, 행정거리 및 속도로 실린더 직경과 펌프 토출유량을 계산하라는 문제이다. 실린더 직경은 F = P·A = P·(πD²/4)을 변형해 D = sqrt(4F/(πP))로 구하고, F=5000 kgf, P=240 kgf/cm²를 대입하면 D≈163 mm가 나온다.
실린더 직경은 힘/압력으로 구하고, 토출유량은 속도×단면적으로 계산한다.
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