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3 포트 ERF 밸브의 유량-방향 제어 성능 실험 -유압시스템 및 자동화 융합연구-
Performance Test of 3 Port ERF Valve for Controlling Flow Rate-Direction 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.16 no.6, 2012년, pp.92 - 97  

장성철 (한국폴리텍항공대학 메카트로닉스과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, ER fluids were working fluid and yield shear stress of attained dispersive ER fluids made by analyzed to adapt effectively at the practical equipment like three port ER valve. In addition, movement of ER particle was observed by using a microscope the same as the strength of electric ...

주제어

#전기점성유체   #3포트 ER밸브   #압력 강하   #3포트 사각튜브   #부하유량   #방향  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 모터의 정격 회전수는 100rpm이고 3상 교류 전압 220V로 구동하였다. 3포트 ER밸브의 공급압력은 입구에 장착된 압계로 측정하였다. 공급압력은 펌프 송출측의 유량제어밸브(flow control valve), 바이패스밸브(by pass valve), 교축밸브 1,2,3을 조절하여 일정한 압력으로 유지하였다.
  • 3포트 ER밸브의 상부판의 입구부와 부하부 및 송출부에 압력 측정공을 뚫어 차압계를 연결하여 압력강하 ΔP1과 ΔP2를 측정하였다.
  • 3포트 ER밸브의 작동유체는 실리콘 오일(50cSt)과 전분입자의 무게분율이 35wt%인 ER유체를 사용하였다. ER유체에 혼합되어 있는 전분 입자의 침전을 방지하고, 입자분포를 균일하게 하기 위하여 탱크 안에 전동식 교반기를 장착하여 ER유체를 교반하였다. 유량을 공급하기 위한 펌프는 ER유체와 같이 유체내의 작은 입자들이 포함되어 있는 특수한 형태의 유체를 이송시키기에 적합한 트로코이드 펌프를 사용하였고, 최대 유량은 4.
  • 3포트 ER밸브의 공급압력은 입구에 장착된 압계로 측정하였다. 공급압력은 펌프 송출측의 유량제어밸브(flow control valve), 바이패스밸브(by pass valve), 교축밸브 1,2,3을 조절하여 일정한 압력으로 유지하였다. 실험에서는 유량을 변화시켜 전기장 강도에 따른 압력강하를 측정하였다.
  • 본 연구에서는 3포트 사각튜브를 자체 제작하고, 전극 사이를 흐르는 ER유체에 전기장의 강도를 변화 시키면서 송출 및 부하 유량을 측정하고, CCD 카메라를 이용하여 유동가시화 실험을 수행한 후 3포트 ERF 밸브를 설계ㆍ제작하여, 송출유량과 부하유량, 송출부와 부하부의 압력강하를 측정하여 유압시스템의 적용연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 3포트 사각튜브를 자체 제작하고, 전극 사이를 흐르는 ER유체에 전기장의 강도를 변화 시키면서 송출 및 부하 유량을 측정하고, CCD카메라를 이용하여 유동가시화 실험을 수행한 후 3포트 ER밸브를 설계ㆍ제작하여, 송출유량과 부하유량, 송출부와 부하부의 압력강하를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 공급압력은 펌프 송출측의 유량제어밸브(flow control valve), 바이패스밸브(by pass valve), 교축밸브 1,2,3을 조절하여 일정한 압력으로 유지하였다. 실험에서는 유량을 변화시켜 전기장 강도에 따른 압력강하를 측정하였다. 유량은 단위 시간당 발생된 ER유체의 중량유량을 측정하였으며, 실리콘오일의 점성 및 전분 입자의 무게분율을 고려하여 체적유량으로 환산하였다.
  • 실험에서는 유량을 변화시켜 전기장 강도에 따른 압력강하를 측정하였다. 유량은 단위 시간당 발생된 ER유체의 중량유량을 측정하였으며, 실리콘오일의 점성 및 전분 입자의 무게분율을 고려하여 체적유량으로 환산하였다. 전기장의 강도는 0～4kV/mm까지 1kV/mm씩 증가시켰다.
  • 4는 본 연구의 실험 장치를 나타낸 것이다. 펌프에서 송출된 ER유체를 3포트 ER밸브 간극 내부로 유입시키고, ER밸브에 인가되는 전기장의 강도를 변화시켜 ER효과를 발생하게 하였다. 3포트 ER밸브의 작동유체는 실리콘 오일(50cSt)과 전분입자의 무게분율이 35wt%인 ER유체를 사용하였다.

대상 데이터

  • 펌프에서 송출된 ER유체를 3포트 ER밸브 간극 내부로 유입시키고, ER밸브에 인가되는 전기장의 강도를 변화시켜 ER효과를 발생하게 하였다. 3포트 ER밸브의 작동유체는 실리콘 오일(50cSt)과 전분입자의 무게분율이 35wt%인 ER유체를 사용하였다. ER유체에 혼합되어 있는 전분 입자의 침전을 방지하고, 입자분포를 균일하게 하기 위하여 탱크 안에 전동식 교반기를 장착하여 ER유체를 교반하였다.
  • 플라스틱 볼트의 재질은 애폭시이며 직경은 6mm이다. 그리고 ER유체의 누설을 방지하기 위해서 전극판과 전극판 사이에는 실리콘 고무를 이용하였다. 각각의 전극판은 고전압 발생장치와 연결되어 있어 (+), (-)전극판으로 작용한다.
  • 2는 본 연구에서 설계 · 제작한 3포트 ER 밸브의 전체적인 형상과 내부구조를 나타낸 것이다. 제작된 3포트 ER밸브의 형상은 사각형의 적층으로 구성하였으며 전극판의 개수를 6개로 하여 총 5개의 유로가 형성되게 하였다. 내부 전극판의 재질은 전기전도도가 좋은 구리이며, 플라스틱 재질의 덮개를 상ㆍ하면에 부착하였으며, 플라스틱 볼트를 가공하여 압착시켰다.
  • 내부 전극판의 재질은 전기전도도가 좋은 구리이며, 플라스틱 재질의 덮개를 상ㆍ하면에 부착하였으며, 플라스틱 볼트를 가공하여 압착시켰다. 플라스틱 볼트의 재질은 애폭시이며 직경은 6mm이다. 그리고 ER유체의 누설을 방지하기 위해서 전극판과 전극판 사이에는 실리콘 고무를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ER유체는 무엇인가? ER유체(electro-rheological fluid: 전기점성유체)는 비전도성의 절연성 오일 속에 강한 전도성의 고체 미립자를 분산시킨 현탁액이며, 전기장의 강도에 따라 유변학적 특성이 변화하는 기능성 유체이다. 전기적 신호만으로 ER유체의 유동을 제어할 수 있고, 응답시간이 수 내지 수십 ms 정도로 매우 빠르기 때문에 기존의 기계적 요소가 가지는 응답속도, 소음, 진동 등의 문제를 비교적 쉽게 해결할 수 있다.
ER유체를 3포트 ER밸브에 적용하기 위한 기술적 과제는 무엇인가? 그러나 지금까지의 연구결과에 의하면 2포트 ER밸브에 관한 연구는 많이 수행되어져 왔으나 3포트 ER밸브에 관한 연구는 수행된 경우가 없는 것으로 조사되었다. 또한 3포트 ER 밸브의 입구에서 출구와 부하 측으로 분기되는 두 지점의 복잡한 유변 현상을 규명하는 것은 중요한 기술적 과제이다.
ER유체 사용으로 기존의 기계적 요소가 가지는 응답속도, 소음, 진동 등의 문제를 비교적 쉽게 해결할 수있는 이유는 무엇인가? ER유체(electro-rheological fluid: 전기점성유체)는 비전도성의 절연성 오일 속에 강한 전도성의 고체 미립자를 분산시킨 현탁액이며, 전기장의 강도에 따라 유변학적 특성이 변화하는 기능성 유체이다. 전기적 신호만으로 ER유체의 유동을 제어할 수 있고, 응답시간이 수 내지 수십 ms 정도로 매우 빠르기 때문에 기존의 기계적 요소가 가지는 응답속도, 소음, 진동 등의 문제를 비교적 쉽게 해결할 수 있다. 또한 ER유체에 전기장을 인가하게 되면 절연성 오일 속에 분산된 전도성의 고체 미립자 사이에 분극현상이 발생하여 고체 미립자들이 체인 형태의 클러스터를 형성하게 되고, 이때 형성된 클러스터에 의해 유체유동이 방해되어 마찰저항이 증가하게 된다.
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참고문헌 (8)

  1. A. J. Simmonds, 1991, "Electro-Rheological Valves in a Hydraulic Circuit", IEE Proceeding-D, Vol. 138, No. 4, pp. 400-404. 

    상세보기 crossref

  2. S. Yokota, Y. Kondoh, 1996, "A Control valve by Making use of an ER Fluid", JSME, Vol. 62 No. 601, pp. 3478. 

  3. Y. S., Jeon., 1998, "Performance Investigation of Cylinder-Type ER Valves With Different Electrode Length", KSMTE, Vol. 7 No. 6, pp. 1-11 

  4. D. A. Brooks, 1992. 6, "Design and Development of Flow Based Electro-Rheological Devices", Journal of Modern Physics, Vol. 6 pp. 2705- 2730, 

    상세보기 crossref

  5. C, T. H and J, S. C., 2004, "An Experimental Study on Flow Characteristics of ERF Between Two Parallel-Plate Electrodes by Using PIV Technique", KSME International Journal, Vol.18 No.10, pp. 1763-1771. 

  6. S. C. Jang, M. O. Yum, 2003, "Design and Performance Test of Plate Type ER-Valve", KSMTE, Vol.12 No. 6, pp. 29-35. 

  7. S. C. Jang, 2011, "Flow Analysis of High Pressure and High Pressure Drop for Control Valve with 3-Dimensional Path Way Type", KSPSE Autum Conference, pp. 330-333. 

  8. J. S, Jang, 2012, "A Study on the Selection Method of Parameters for Energy Saving in Pneumatic Cylinder Driving Apparatus", Vol.16 No. 2, pp. 60-65. 

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