개념 한 쪽
유압 제어는 유체의 압력과 유량을 이용하여 기계의 힘과 속도를 제어하는 기술이다. 유압 시스템의 핵심 요소로는 압력을 제어하는 밸브, 유량을 제어하는 구성품, 그리고 방향을 제어하는 밸브가 포함된다. 실무에서는 밸브의 기능과 액추에이터의 종류 및 유량·속도 계산을 정확히 이해해야 문제를 올바르게 풀 수 있다.
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출제기준 단원 「유압 제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 밸브 기능 매칭 | 1 | 압력·유량·방향 제어 기능을 올바르게 대응하는지 묻는다 |
| 전동기 동력 영향판단 | 1 | 동력 부족 시 유압계의 압력·추력 변화 관계를 설명하는지 묻는다 |
| 펌프·단면적 유속 계산 | 1 | 주어진 유량과 지름으로 배관 유속과 피스톤 속도를 계산하는지 묻는다 |
유압 제어 밸브는 제어 대상인 '일'의 특성에 따라 기능이 분류된다. 압력 제어 밸브는 작업기가 발휘하는 힘의 크기, 즉 추력을 조절한다. 방향 제어 밸브는 실린더나 모터에 전달되는 유체의 흐름 방향을 바꿔 동작 방향을 결정한다. 유량 제어 밸브는 흐르는 유체의 부피 흐름률을 조절하여 작업기의 속도를 조절한다.
유압 액추에이터는 운동 형태에 따라 구분된다. 연속적인 회전 운동을 만드는 장치는 유압 모터이고, 직선 운동을 만드는 장치는 유압 실린더이다. 한정된 각도 내의 왕복 회전운동을 만드는 장치는 유압 요동 액추에이터이다. 따라서 요구되는 운동 형태에 맞추어 액추에이터를 선택해야 한다.
유압 시스템의 거동은 동력→압력→추력의 전달 관계로 이해해야 한다. 전동기의 구동 동력이 부족하면 펌프가 충분한 압력을 만들지 못하여 실린더의 추력이 감소한다. 작동유의 점도는 온도에 민감하여 성능에 영향을 줄 수 있으나, 동력 부족이 미치는 가장 직접적인 영향은 압력 저하에 따른 추력 감소이다.
유량과 속도 계산은 Q=AV 공식을 사용하여 풀어야 한다. 주어진 유량을 적절한 단위로 변환한 뒤 배관 및 피스톤의 단면적을 각각 계산하여 유속과 실린더의 전진속도를 구한다. 단위 변환과 반지름·지름의 구분에 유의해야 오답을 피할 수 있다.
대표 계산 예시를 하나 제시한다. 펌프의 토출량이 15 ℓ/min일 때 이를 m³/s로 변환하면 15ℓ = 0.015 m³이므로 초당 유량 Q는 0.015/60 = 0.00025 m³/s가 된다. 배관 지름이 6 mm이면 반지름은 0.003 m이고 배관 단면적 A배관 = π(0.003)² ≈ 2.83×10⁻⁵ m²이므로 배관 내 유속 V배관 = Q / A배관 ≈ 0.00025 / 2.83×10⁻⁵ ≈ 8.84 m/s가 된다. 피스톤 직경이 32 mm이면 반지름은 0.016 m이고 피스톤 단면적 Apiston = π(0.016)² ≈ 8.04×10⁻⁴ m²이므로 피스톤 전진속도 V피스톤 = Q / Apiston ≈ 0.00025 / 8.04×10⁻⁴ ≈ 0.31 m/s가 된다.
다른 유형의 예로는 밸브와 기능의 매칭 문제가 자주 출제된다는 점을 들 수 있다. 압력은 힘(추력)과 대응하고, 유량은 속도와 대응하며, 방향은 말 그대로 동작 방향을 바꾸는 기능을 수행한다는 기본 매칭을 기억하면 선지 판별이 빠르다.
유압 선형 액추에이터 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 유압 선형 액추에이터는 비압축성 유체를 사용하여 정밀한 힘과 속도 제어가 가능하다는 장점이 있으나, 유체의 점도가 온도에 민감하여 영향을 받습니다. 공압에 비해 속도가 느린 특성이 있어 '빠른 속도가 필요한 곳에 유용하다'는 설명은 틀립니다.
유압은 정밀하고 힘이 크지만 속도가 느려, 빠른 속도 요구에는 부적합합니다.
전동기 구동동력이 부족할 때 발생하는 현상은?
정답 ① · 유압 시스템에서 전동기는 유압 펌프를 구동하여 유압을 발생시키는 원동기 역할을 합니다. 만약 전동기의 구동 동력이 부족하면 펌프가 정상적인 토출 압력을 형성하지 못합니다.
전동기 구동 동력이 부족하면 펌프 토출 압력이 낮아져 실린더의 추력이 감소한다.
일반적으로 구조가 간단하고 값이 싸므로 차량, 건설기계, 운반기계등에 널리 사용되고 있으며, 외접, 내접, 로브, 트로코이드, 스크류 펌프의 종류가 있는 펌프를 무엇이라고 하는가?
정답 ① · 문제는 구조가 단순하고 가격이 저렴해 차량·건설기계 등에 널리 쓰이며 외접·내접 등 여러 형식이 있는 펌프 종류를 묻고 있다. 기어펌프는 단순한 구조와 낮은 제조비로 광범위하게 사용되며 외접·내접·로브·트로코이드·스크류형 등 다양한 형식이 존재한다.
기어펌프는 구조가 단순하고 가격이 저렴하여 차량 및 건설기계 등에 널리 쓰이며 외접, 내접 등 여러 형식이 존재한다.
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