개념 한 쪽
유압 계통의 핵심 구성요소는 펌프, 실린더, 모터, 그리고 보호 및 제어를 위한 밸브들이다. 유압 계산은 압력, 힘, 면적의 기본 관계와 유량-회전수 관계를 적용하는 문제가 자주 출제된다. 펌프와 모터의 구조적 특성에 따라 적합한 용도와 성능이 달라지므로 구성 요소별 특징을 정확히 구분해야 한다.
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출제기준 단원 「유압 밸브」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 실린더 압력 계산 | 1 | 실린더 단면적으로부터 필요한 압력 또는 직경을 계산하는 절차를 묻는다 |
| 동일축 복합 펌프 선택 | 1 | 동일 축상에 서로 다른 유량원을 공급할 때 적합한 펌프 유형을 고르게 한다 |
| 모터 회전수 산정 | 1 | 공급 유량과 한 바퀴당 토출량으로 최대 회전수를 구하는 계산을 묻는다 |
유압에서는 힘(F), 압력(P), 면적(A) 사이의 기본 관계 F = P × A를 사용한다. 실린더 설계나 압력 요구치를 구하는 문제는 이 공식을 통해 면적 또는 직경을 계산하는 절차를 따른다. 면적은 원단면적 공식 A = πr² 또는 A = (π/4)D²로 구한다.
유압 모터의 회전수는 공급 유량(Q)과 모터가 한 바퀴를 돌 때 배출하는 용적(q)과의 비로 결정한다. 공식은 n = Q / q이며, 단위를 통일하여 계산하는 것이 핵심이다. 유량 단위(ℓ, cc)와 용적 단위의 변환을 실수 없이 처리해야 한다.
펌프 종류별 특성은 사용처 선택의 기준이다. 피스톤 펌프는 밀폐성이 좋아 높은 압력을 낼 수 있으므로 고압 운전에 적합하다고 본다. 기어 펌프는 구조가 단순하고 제작이 용이하여 가격이 저렴한 것이 특징이다. 베인 펌프는 구조적 특성상 중간 특성의 성능을 보이며, 동일 축상에 소·대용량을 각각 공급해야 할 경우 2연 베인 펌프를 사용한다.
가변 용량 베인 펌프는 로터와 캠링의 편심량을 조절하여 토출량을 변화시키며, 로터를 고정하고 캠링을 이동시키는 방식이 바람직하다고 설명한다. 펌프 소음은 흡입 불량, 필터 막힘, 작동유의 높은 점성 등 유체 공급 문제에서 주로 발생하며, 릴리프 밸브의 정상적인 닫힘 상태는 소음 원인이 아니라고 본다.
예1 — 압력 계산: 내경 10cm 실린더의 반지름은 5cm이므로 단면적 A = πr² ≈ 78.5 cm²이다. 추력 F가 3140 kgf이면 압력 P = F/A ≈ 3140 / 78.5 ≈ 40 kgf/cm²이므로 따라서 필요한 최소 유압은 40 kgf/cm²라 한다.
예2 — 모터 회전수 계산: 한 바퀴당 토출 유량이 50㏄(0.05ℓ)이고 공급 유량이 30ℓ/min이면 회전수 n = Q / q = 30 / 0.05 = 600 rpm이라 한다.
내경 10cm, 추력 3140 kgf, 피스톤 속도 40m/min인 유압 실린더에서 필요로 하는 유압은 최소 몇 kgf/cm² 인가?
정답 ① · 문항은 내경 10 cm인 실린더에 추력 3140 kgf를 전달할 때 필요한 유압(압력)을 계산하는 문제이다. 실린더 단면적은 반지름 r=5 cm이므로 A=πr^2=3.14×25=78.5 cm^2이고, 압력 P는 힘을 면적으로 나눈 값이므로 P=F/A=3140/78.5≈40 kgf/cm^2이다.
압력(P)은 힘(F)을 면적(A)으로 나눈 값이므로, P=F/A 공식을 이용해 최소 유압을 계산한다.
소용량 펌프와 대용량 펌프를 동일 축상에 조합시켜 각각 다른 유압원이 필요한 경우에 사용되는 펌프는?
정답 ③ · 문제는 한 축에 소용량과 대용량 펌프를 조합하여 서로 다른 유압원을 공급할 수 있는 펌프형태를 묻고 있다. 한 샤프트에 두 개의 베인 유닛을 병렬 또는 탠덤으로 배치하여 각기 다른 압력·유량을 독립적으로 공급하는 것은 2연(탠덤) 베인 펌프의 구조적 특징이다.
2연 베인 펌프는 한 축에 두 개의 임펠러가 직렬로 연결되어 저압용과 고압용 유량을 각각 공급할 수 있는 구조이다.
유압 베인 모터의 1회전당 유량이 50㏄일 때,공급 압력을 80㎏f/㎝2,유량을 30ℓ /min으로 할 경우 최대 회전수(rpm)는 ?
정답 ④ · 유압 모터의 회전수는 공급 유량을 1회전당 토출 유량(용적)으로 나누어 계산합니다. 공식은 N = Q / q이며, 여기서 Q는 30ℓ/min, q는 50㏄(0.05ℓ)입니다.
회전수(n)는 공급 유량(Q)을 1회전당 토출 유량(q)으로 나눈 값이므로 600rpm이다.
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