초고압 시스템은 유압동력 발생장치, 충격압력 발생장치, 초고압부 오일 보충장치, 기동 및 제어반 등으로 일반적으로 구성된다. 유압동력 발생장치는 초고압 발생기에 유압원을 공급하고, 초고압 발생기에서는 공급되어진 유압원을 이용하여 초고압으로 압력을 증폭한다. 기동 및 제어반에서는 시스템을 운전하기 위한 전기모터, 밸브, 센서 등에 대한 제어 및 관찰을 하기 위해 사용된다. 본 연구에서는 초고압 압력을 발생시키기 위한 제어 방법을 서보밸브를 사용한 유량제어 방식에서 비례 릴리프 밸브를 사용한 압력제어 방법을 사용하여 연구하며, 초고압 압력 발생기의 압력을 가하는 주기와 유압동력 발생장치의 작동유의 온도 변화에 따라 충격압력을 발생시키는 성능이 변화하는 특성을 연구하는 것을 목적으로 한다.
초고압 시스템은 유압동력 발생장치, 충격압력 발생장치, 초고압부 오일 보충장치, 기동 및 제어반 등으로 일반적으로 구성된다. 유압동력 발생장치는 초고압 발생기에 유압원을 공급하고, 초고압 발생기에서는 공급되어진 유압원을 이용하여 초고압으로 압력을 증폭한다. 기동 및 제어반에서는 시스템을 운전하기 위한 전기모터, 밸브, 센서 등에 대한 제어 및 관찰을 하기 위해 사용된다. 본 연구에서는 초고압 압력을 발생시키기 위한 제어 방법을 서보밸브를 사용한 유량제어 방식에서 비례 릴리프 밸브를 사용한 압력제어 방법을 사용하여 연구하며, 초고압 압력 발생기의 압력을 가하는 주기와 유압동력 발생장치의 작동유의 온도 변화에 따라 충격압력을 발생시키는 성능이 변화하는 특성을 연구하는 것을 목적으로 한다.
An ultra high- pressure system generally consists of a hydraulic power unit, an oil supply unit, an electrical power supply device, and an electrical control device. The hydraulic power unit supplies the hydraulic power to the intensifier to create generate ultra high pressure. The intensifier ampli...
An ultra high- pressure system generally consists of a hydraulic power unit, an oil supply unit, an electrical power supply device, and an electrical control device. The hydraulic power unit supplies the hydraulic power to the intensifier to create generate ultra high pressure. The intensifier amplifies increases the pressure using the oil supplied from by the hydraulic power unit. The electrical supply devices and control devices maintain are provided for the electric motors, valves, and sensors. In this study, instead of a flow-control device, a pressure-control type device was mounted on a manifold block in the hydraulic power unit instead of the flow-control type. A servo valve was fitted in the intensifier, and the performance characteristics of the intensifier varied according to the variations of in the pressure cycle and with the temperature of the operating oil in the hydraulic power unit.
An ultra high- pressure system generally consists of a hydraulic power unit, an oil supply unit, an electrical power supply device, and an electrical control device. The hydraulic power unit supplies the hydraulic power to the intensifier to create generate ultra high pressure. The intensifier amplifies increases the pressure using the oil supplied from by the hydraulic power unit. The electrical supply devices and control devices maintain are provided for the electric motors, valves, and sensors. In this study, instead of a flow-control device, a pressure-control type device was mounted on a manifold block in the hydraulic power unit instead of the flow-control type. A servo valve was fitted in the intensifier, and the performance characteristics of the intensifier varied according to the variations of in the pressure cycle and with the temperature of the operating oil in the hydraulic power unit.
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문제 정의
본 연구에서는 초고압 발생기에서 발생하는 초고압 압력에 변화를 주는 주요 인자인 압력과 온도의 변화에 따른 초고압 압력 특성의 변화와 유량제어와 압력제어에 따른 시스템 특성을 연구하였다.
그러므로 본 연구에서는 유압 충격압력 발생기에 유압동력을 공급하기 위해 필요한 유압동력 발생장치, 시스템의 온도를 제어하기 위한 가열장치, 초고압부의 압력을 제거하기 위해 필요한 초고압 발생기 등의 기본 설계와, 구축된 시험장비의 성능을 확인하기 위하여 유압동력 발생장치의 온도와 압력을 변화시켜 주어, 성능 및 특성에 대하여 연구하는 것을 목적으로 한다. 또한 초고압 발생기에 장착되어 있는 서보밸브를 이용하여 서보제어를 하여 시험한 결과와 유압동력 발생장치에 비례 릴리프 밸브를 장착하여 시험한 결과를 비교 검토하여 개선된 시험조건을 찾도록 하였다.
제안 방법
그러므로 본 연구에서는 유압 충격압력 발생기에 유압동력을 공급하기 위해 필요한 유압동력 발생장치, 시스템의 온도를 제어하기 위한 가열장치, 초고압부의 압력을 제거하기 위해 필요한 초고압 발생기 등의 기본 설계와, 구축된 시험장비의 성능을 확인하기 위하여 유압동력 발생장치의 온도와 압력을 변화시켜 주어, 성능 및 특성에 대하여 연구하는 것을 목적으로 한다. 또한 초고압 발생기에 장착되어 있는 서보밸브를 이용하여 서보제어를 하여 시험한 결과와 유압동력 발생장치에 비례 릴리프 밸브를 장착하여 시험한 결과를 비교 검토하여 개선된 시험조건을 찾도록 하였다.
본 연구에서 적용된 제어방식은 서보밸브를 사용한 피드백 제어를 적용하여 시스템이 구성되어 있으며, PID 제어를 통하여 시스템의 압력을 얻을 수 있도록 하였다. 또한 비례압력제어밸브를 유압동력 발생장치 내에 설치하여 압력제어방법으로 시스템을 구성하였다.
한 대는 1차 압력부에 압력을 가하여 피스톤을 전 후진 시키는 역할을 하고, 다른 것은 2차 압력부에 저압 상태에서 압력을 보충하기 위한 것으로 구분하여 사용된다. 유압동력 발생시스템에 히터와 냉각용 쿨러를 장착하여 가열 및 냉각을 할 수 있도록 시스템을 구축하였다.
초고압 발생기의 제어방식은 유량제어를 통한 방법과 비례 압력제어 방법을 통한 방법으로 구분하여 적용되었다. 유량 제어 방식은 요구되는 시험 사이클을 동안 초고압 발생기에 장착되어 있는 서보밸브 PID 제어를 이용하여 시험을 진행하였다.
초고압 발생기의 제어방식은 유량제어를 통한 방법과 비례 압력제어 방법을 통한 방법으로 구분하여 적용되었다. 유량 제어 방식은 요구되는 시험 사이클을 동안 초고압 발생기에 장착되어 있는 서보밸브 PID 제어를 이용하여 시험을 진행하였다.
(2) 초고압 발생기의 제어방법을 서보밸브를 이용한 유량제어 방법과 비례압력제어밸브를 사용한 압력제어 방식을 적용하여 시험을 진행하였다. 유량제어 방법은 압력제어 방법에 비하여 순간적인 변화를 주기에는 적합하나, 초고압에서는 유압 작동유의 압축으로 인하여 시스템에서 요구하는 제어를 하기에는 어려움을 확인할 수 있었다.
본 연구에서 적용된 제어방식은 서보밸브를 사용한 피드백 제어를 적용하여 시스템이 구성되어 있으며, PID 제어를 통하여 시스템의 압력을 얻을 수 있도록 하였다. 또한 비례압력제어밸브를 유압동력 발생장치 내에 설치하여 압력제어방법으로 시스템을 구성하였다.
성능/효과
기본 설계는 1:19의 압력비율로 설계 제작 되었으나 실제적으로 나타나는 압력의 그래프는 약간씩 다르게 나타나지만 비교적 정확하게 면적비율에 따른 압력을 생성시키는 것을 확인할 수 있었다. Fig.
그래프에서 한 부분의 꼭지점은 한 사이클의 최고압력을 나타내고 있으며, 변위도 한 사이클에서 최대변위를 나타내고 있다. 일정한 초고압 압력을 얻기 위해서는 일정한 변위를 나타내어야만 하며, 일정하지 않을 경우는 시스템의 어느 부분에서 누유가 발생하므로 점검이 필요하다는 것을 알 수 있었다.
Fig. 12에서의 그래프는 압력제어 방법으로 제어를 진행하였으며, 유압동력 발생장치에서 보내주는 압력을 추종하였으며, 충격과 소음이 유량제어 방법과 비교하여 상당히 줄어드는 효과를 가져와서 안정적인 시험이 가능하였다.
(1) 초고압 발생기에서 압력과 온도 변화를 확인할 수 있는 시스템을 구축하고 시스템의 온도가 증가할수록 초고압 압력은 반비례하여 낮아지는 것을 Fig. 8을 통하여 확인할 수 있었다. 이유로는 유압작동유의 점도변화에 따라 초고압 발생기의 내부 누유량이 증가하여 압력이 낮아지는 것으로 사료된다.
(2) 초고압 발생기의 제어방법을 서보밸브를 이용한 유량제어 방법과 비례압력제어밸브를 사용한 압력제어 방식을 적용하여 시험을 진행하였다. 유량제어 방법은 압력제어 방법에 비하여 순간적인 변화를 주기에는 적합하나, 초고압에서는 유압 작동유의 압축으로 인하여 시스템에서 요구하는 제어를 하기에는 어려움을 확인할 수 있었다. 그렇지만 비례제어 밸브를 사용한 압력제어를 사용한 경우는 시험에서 요구하는 압력을 발생시키는데 다른 시스템에 영향을 적게 주고 시험을 진행할 수 있었다.
그렇지만 비례제어 밸브를 사용한 압력제어를 사용한 경우는 시험에서 요구하는 압력을 발생시키는데 다른 시스템에 영향을 적게 주고 시험을 진행할 수 있었다. 그러므로 압력제어 방법이 초고압을 발생시키는 시험의 경우 서보밸브를 사용한 유량제어 방법보다 효율적인 것을 확인할 수 있었다. 복잡한 제어를 필요로 하는 경우에는 두 가지 방법을 동시에 적용하여 보다 개선된 시험을 진행할 수 있을 것으로 사료된다.
그러므로 유압원을 공급하는 유압동력 발생장치의 기동으로 인하여 시스템의 온도가 상승하게 된다. 시스템 온도제어 범위는 35 ℃에서 55 ℃에서 자동으로 이루어질 수 있도록 하였으며, 시스템 온도 변화에 대한 초고압 압력의 변화가 확인 되었다. Fig.
10은 초고압 압력과 LVDT의 변위 상태를 나타내고 있다. 그래프에서는 초고압 압력이 3 사이클 정도는 정상적인 압력 상태에서의 변위와 압력을 나타내고 있지만, 그 이후에는 초고압 압력이 서서히 감소하는 것을 관찰할 수 있고, 이와 더불어 LVDT의 변위도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그래프에서 한 부분의 꼭지점은 한 사이클의 최고압력을 나타내고 있으며, 변위도 한 사이클에서 최대변위를 나타내고 있다.
(3) 초고압 압력이 발생 시 압력제어 신호 발생 후, 실제적으로 초고압 압력이 상승하는 시점은 Fig. 9의 경우는 1.1 sec 후에 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 로드부 변위와 초고압 압력은 시간지연을 나타내지 않고 응답특성이 좋은 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
그렇지만 온도를 다시 낮추어 주면 압력은 올라가는 현상이 관찰되었으며, 시스템의 온도는 유압 작동유에 영향을 주어 초고압 발생기 피스톤부에서 발생하는 누유 현상에 의해서 압력이 점차적으로 낮아지는 것으로 설명될 수 있다. 보다 일정한 압력을 얻기 위해서는 냉각시스템의 온도 변화 범위 간격을 좁히면 초고압발생기의 성능을 일정하게 유지할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유압동력 발생장치의 역할은 무엇인가?
초고압 시스템은 유압동력 발생장치, 충격압력 발생장치, 초고압부 오일 보충장치, 기동 및 제어반 등으로 일반적으로 구성된다. 유압동력 발생장치는 초고압 발생기에 유압원을 공급하고, 초고압 발생기에서는 공급되어진 유압원을 이용하여 초고압으로 압력을 증폭한다. 기동 및 제어반에서는 시스템을 운전하기 위한 전기모터, 밸브, 센서 등에 대한 제어 및 관찰을 하기 위해 사용된다.
초고압 시스템는 어떻게 구성되는가?
초고압 시스템은 유압동력 발생장치, 충격압력 발생장치, 초고압부 오일 보충장치, 기동 및 제어반 등으로 일반적으로 구성된다. 유압동력 발생장치는 초고압 발생기에 유압원을 공급하고, 초고압 발생기에서는 공급되어진 유압원을 이용하여 초고압으로 압력을 증폭한다.
산업 분야의 특수시스템에 주로 사용되는 초고압 시스템의 예는?
초고압 시스템은 산업 분야의 특수시스템에 주로 사용된다. 예를 들면, 축압기, 호스 조립체, 포열, 유압펌프 하우징 등의 내압시험 등과, 화학플랜트 설비 등의 촉매 주입용, 기타 여러 분야에서 응용 범위가 넓어지고 있는 상황이다. 유압 시스템 내에서는 밸브조작이나 유압 작동 유의 관성 및 기기의 고유특성 등에 의한 충격적인 압력이 자주 발생되는데 소형 경량화를 위해 고압화와 회로가 복잡해지는 추세에서 신뢰성 및 내구성이 매우 중시되어지고 있다.
참고문헌 (6)
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Kim, G. I., Chung, D. Y., Park, S. G. and Lee, G. S., 2004, "The Development and Application Wear Prediction Tool for Gun Barrel," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 7, No. 2, pp. 5-12.
SAE standard, 2001, "Test and Test Procedures for SAE100R Series Hydraulic Hose and Hose Assemblies SAE J343," SAE Standard REV Jul 2001
International Standard ISO, 1997, "Rubber and Plastics Hose Assemblies Flexing Combined Hydraulic Impulse Test Half-Omega Test," International Standard ISO.
Jung, D. S., 2007, "Multi-function Control of a Tandem Pump with EPPRV for Excavator," Chung Nam National University
Kim, H. E., Lee, G. C. and Kim, J. H., 2009, "Finite Element Analysis of the Ultra High Pressure Part for the Hydraulic Intensifier," Procedings of the KSME 2009 Fall Annual Meeting, pp. 1561-1566.
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