[논문]Groove 단면형상에 따른 유압 Spool Valve의 윤활해석

박태조; 황윤건

doi:10.9725/kstle.2009.25.1.013

Groove 단면형상에 따른 유압 Spool Valve의 윤활해석
Lubrication Analysis of Hydraulic Spool Valve with Groove Cross Sectional Shapes 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.25 no.1, 2009년, pp.13 - 19

박태조 (경상대학교 기계항공공학부) , 황윤건 (경상대학교 대학원 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The spools in most hydraulic spool type control valve have several circumferential grooves to pre-vent well known hydraulic locking problems which result in high friction force and excessive wear. In this paper, a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT is used to investigate the flow and lubrication characteristics of grooved hydraulic spool valve. The stream lines and pressure distributions are obtained for various groove cross sectional shapes and film thicknesses. The stream lines are highly affected by groove cross sectional shape but pressure distributions mainly depend on the film shape and its magnitude. Therefore the numerical method adopted in this paper and results can be use in designing of various grooved spool valve.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 스푸울 밸브의 그루브 내에서의 유동 특성이 윤활특성에 미치는 영향을 중점적으로 조사하기 위하여 Fig. 4에서 B=0.3 mm, H/B=0.866,#=4|_im를 기준조건으로 사용하여 해석 결과를 제시하였다.
본 논문에서는 유압 스푸울 밸브의 성능향상을 위한 연구의 일환으로 그루브 형상과 유막두께가 그루브 내에서의 유동 및 윤활 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 열 .유체해석 상용프로그램인 FLUENT를 사용하였다.
이에 본 논문에서는 유압 스푸울 밸브의 성능을 향상시키기 위한 연구의 일환으로 그루브의 단면 형상과 유막 두께 변화에 따른 그루브 내에서의 유동 및 윤활 특성을 열 . 유체해석 상용 프로그램인 FLUENT[11]를 사용하여 상세하게 조사하고자 한다.

가설 설정

본 논문에서는 스푸울과 슬리브 사이의 유막과 그루브 내에서의 유압유 유동을 비압축성, 정상상태, 층류 유동으로 가정하였다 이 경우, 유동을 지배하는 Navier- Stokes 방정식과 연속방정식은 .각각 다음의 식 (1) 과식 (2)으로 표현된다.

제안 방법

본 논문에서는 그루브 단면형상에 따른 유동 및 윤활 특성을 조사하기 위하여 Fig. 5에 나타낸 것과 같이 사각형, U자형 및 정삼각형의 3가지를 기본형상으로 채용하고 FLUENT의 부속프로그램인 Gambit을 이용하여 격자계를 구성하였다. 수치해석에 사용한 격자수는 최대 25,000개 정도이며, 유압유의 밀도와 점도는 각각 962kg/m3, 0.
열 . 유체해석 상용 프로그램인 FLUENT[11]를 사용하여 상세하게 조사하고자 한다.

대상 데이터

1 mm 이상이다. 따라서, 이후의 제시할 결과는 그루브 깊이가 최소 0.25 mm인 경우를 대상으로 하였다. 참고로, 유막내에서의 최대유속과 레이놀즈수는 각각 0.

데이터처리

열 .유체해석 상용프로그램인 FLUENT를 사용하였다. 이 결과, 그루브 깊이가 유막두께보다 몇 배 이상일 경우에는 그루브 내의 압력분포는 단면 형상의 영향을 거의 받지 않지만 유동특성은 아주 크게 변화하였다.

성능/효과

6(a)과 같이 유막두께에 비하여 그루브 깊이가 2배(유막두께비로는 3배)인 경우에는 그루브 내의 평균유속은 1/3로 감소할 것이다. 따라서, 그루브 깊이가 깊어질수록 그루브 내에서의 유속은 급격하게 감소하며, 이러한 결과로 Fig. 7에 나타낸 것과 같이 그루브 내에서는 유동방향의 유체압력(정압, Hydrostatic pressure)은 일정할 것으로 주정된다. 보통사용되는 스푸울 밸브에서 유막두께는 수 gm 정도임에 반하여 그루브의 깊이는 최소 0.
이상의 고찰에서, 스푸울 밸브의 스푸울과 슬리브 사이에서는 유막두께가 아주 작기 때문에 극히 느린 점성 유동이 발생하였다. 이 결과, 원주방향으로 비대칭적인 압력분포로 인하여 유체고착이 쉽게 발생할 수 있다.
한편, 박태조[10]는 유압유의 압력에 따른 점도 변화를 고려한 고압용 스푸울의 최적 그루브 설계 방법을 제시하고 이의 윤활특성을 해석하였다. 이상의 연구 결과, 유체고착을 방지하는 가장 효과적인 방법은 스푸울에 다수의 그루브를 설계하는 것과 테이퍼진(Tapered) 형상으로 제작하는 것이다.

후속연구

이와는 반대로 유막의 크기와 형상은 그루브 내의 유동특성에는 거의 영향을 미치지 않지만 압력분포는 아주 크게 변화시켰다. 따라서, 본 논문의 해석 방법과 결과는 스푸울 밸브의 그루브 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대되며, 추가적인 연구가 요구된다.
이와는 반대로 유막의 크기와 형상은 그루브 내의 유동특성에 거의 영향을 미치지 않지만 압력분포는 아주 크게 변화시킨다. 따라서, 스푸울의 운동까지 고려한 다양한 운전조건과 그루브 형상과 배치에 따른 스푸울 밸브의 윤활특성을 조사하기 위해서는 많은 추가연구가 요구된다.

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