[논문]사판식 피스톤 펌프의 피스톤 회전 반경에 따른 윤활 특성

조인성; 정재연

doi:10.7736/kspe.2013.30.7.749

사판식 피스톤 펌프의 피스톤 회전 반경에 따른 윤활 특성
The Lubrication Characteristics According to the Rotating Radius of Piston in a Swash-Plate Type Piston Pump 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.30 no.7, 2013년, pp.749 - 753

조인성 (전북대학교 기계시스템공학부) , 정재연 (전북대학교 기계시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Hydraulic systems are used to transform mechanical energy and fluid energy into each other. Its applications are very wide over the whole industries such as automobiles, public works, rockets, machine tools, construction heavy equipments, airplaces and so on. They are hydraulic pumps that transform energy in the systems. In this study, with basic operation principles as a start point, I tried to understand how the rotating radius of a piston affects the lubrication characteristics in more practical conditions, a swash-plate with tilt angle zero capable of rotating motion and other devices was used. In this paper, a slipper was located on 45mm eccentricity from the center of a swash-plate. As a result, through this experiment, it was found that the rotating radius of a piston affects load capacity, leakage flow and lubrication characteristics and it is one of the important parts for improving the pump efficiency.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 논문에서는 사판식 유압 피스톤 펌프의 주요 상대 운동부 중에서 슬리퍼와 사판 사이에서의 윤활적 특성을 파악하고자 한다. 이 상대운동 부분에 있어서는 여러 가지 다양한 조건에 따른 마찰과 거동해석 등 여러 특성에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있으나 구조적 특징에 의한 제한으로 실제 기동시의 거동과 윤활적 특성에 대한 연구는 많지 않다.
이 상대운동 부분에 있어서는 여러 가지 다양한 조건에 따른 마찰과 거동해석 등 여러 특성에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있으나 구조적 특징에 의한 제한으로 실제 기동시의 거동과 윤활적 특성에 대한 연구는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 보다 실제적인 조건에 접근하여 해석을 수행하기 위해동적인 상태에서도 측정이 가능하도록 사판과 슬리퍼를 모델링하여 실험을 수행하였으며, 기초적인 연구로서 사판의 각도를 0^o로 설정하고 회전이 가능하도록 하였다. 또한, 피스톤 펌프의 실제 운전조건과 근접하게 수행하기 위하여 슬리퍼와 사판의 접동부 위치를 실제와 같이 편심을 주어 실시하였으며, 편심의 위치에 따른 특성을 파악하기 위하여 편심 거리를 기준 위치에서 변경시켜 실험하여 비교 분석하였다.
본 연구는 유압 피스톤 펌프에 있어 중요 윤활부의 하나인 슬리퍼와 사판 사이의 윤활 특성에 대해서 피스톤의 회전반경의 변화에 따른 특성 변화를 파악하고자 하였으며, 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

4는 Test block을 보여준다. Supply line을 통해 작동유를 공급하고 공급압력은 매니폴드에 릴리프 밸브를 설치하여 조절하였고 온도와 압력을 동시에 측정할 수 있는 센서를 설치하여 확인하였다. 사판은 전기 모터로 회전시켰고 인버터로 회전 속도를 조절하였다.
사판은 전기 모터로 회전시켰고 인버터로 회전 속도를 조절하였다. Test unit으로 부터의 압력 측정 신호는 Slip ring을 거쳐 Oscillographic으로 저장하여 PC에서 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 보다 실제적인 조건에 접근하여 해석을 수행하기 위해동적인 상태에서도 측정이 가능하도록 사판과 슬리퍼를 모델링하여 실험을 수행하였으며, 기초적인 연구로서 사판의 각도를 0^o로 설정하고 회전이 가능하도록 하였다. 또한, 피스톤 펌프의 실제 운전조건과 근접하게 수행하기 위하여 슬리퍼와 사판의 접동부 위치를 실제와 같이 편심을 주어 실시하였으며, 편심의 위치에 따른 특성을 파악하기 위하여 편심 거리를 기준 위치에서 변경시켜 실험하여 비교 분석하였다. 측정의 항목으로는 동적인 상태에서의 상대 운동부의 누설 유량, 포켓(pocket)부와 랜드(land)부의 압력 분포를 피스톤의 회전반경의 변화에 따라서 측정하고 분석하고자 한다.
본 실험에서는 사판의 경사각을 0으로 설정하여 실험장치를 설계 제작하여 실험하였다. 그러나 실제는 사판의 경사가 존재하며, 피스톤의 스트로크가 있기 때문에 이에 따른 변동성이 존재하리라 여겨진다.
또한, 피스톤 펌프의 실제 운전조건과 근접하게 수행하기 위하여 슬리퍼와 사판의 접동부 위치를 실제와 같이 편심을 주어 실시하였으며, 편심의 위치에 따른 특성을 파악하기 위하여 편심 거리를 기준 위치에서 변경시켜 실험하여 비교 분석하였다. 측정의 항목으로는 동적인 상태에서의 상대 운동부의 누설 유량, 포켓(pocket)부와 랜드(land)부의 압력 분포를 피스톤의 회전반경의 변화에 따라서 측정하고 분석하고자 한다.
펌프의 구동은 AC servo motor를 사용하였으며, 이를 vector inverter를 사용하여 0~1800rpm까지 무단 변속 시킬 수 있도록 하였다. 펌프와 모터는 절연 커플링으로 연결하고 펌프의 토출 측에는 압력, 유량, 온도를 측정할 수 있는 Hydro-turbine을 부착하였으며, 토출 압력을 제어하기 위하여 릴리프 밸브를 장착하였고 테스트 유닛으로 압력유 공급을 위한 shut-off valve를 장착하였다. 회로 내 작동유의 청결을 위해 토출과 흡입 라인에 필터를 장착하였고, 작동유의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 열 교환기를 설치하였다.
5cc/rev급 펌프를 사용하였다. 펌프의 구동은 AC servo motor를 사용하였으며, 이를 vector inverter를 사용하여 0~1800rpm까지 무단 변속 시킬 수 있도록 하였다. 펌프와 모터는 절연 커플링으로 연결하고 펌프의 토출 측에는 압력, 유량, 온도를 측정할 수 있는 Hydro-turbine을 부착하였으며, 토출 압력을 제어하기 위하여 릴리프 밸브를 장착하였고 테스트 유닛으로 압력유 공급을 위한 shut-off valve를 장착하였다.
펌프와 모터는 절연 커플링으로 연결하고 펌프의 토출 측에는 압력, 유량, 온도를 측정할 수 있는 Hydro-turbine을 부착하였으며, 토출 압력을 제어하기 위하여 릴리프 밸브를 장착하였고 테스트 유닛으로 압력유 공급을 위한 shut-off valve를 장착하였다. 회로 내 작동유의 청결을 위해 토출과 흡입 라인에 필터를 장착하였고, 작동유의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 열 교환기를 설치하였다.

대상 데이터

2는 실험에서 구성한 유압 회로도를 보여주고 있다. 테스트 유닛으로의 압력유 공급은 7.5cc/rev급 펌프를 사용하였다. 펌프의 구동은 AC servo motor를 사용하였으며, 이를 vector inverter를 사용하여 0~1800rpm까지 무단 변속 시킬 수 있도록 하였다.

성능/효과

1. 포켓부와 랜드부의 압력 특성은 피스톤의 회전반경의 영향을 받았으며, 피스톤의 회전반경이 커질수록 슬리퍼 정압 베어링의 포켓압력이 작아지고, 이로 인해 정압 베어링의 부하용량도 작아질 수 있음을 확인하였다.
2. 사판과 슬리퍼 간의 누설 특성은 피스톤의 회전반경이 증가할수록 누설유량이 증가하는 경향을 보였다. 이는 사판과 슬리퍼 간의 상대속도의 변화에 따른 동압 효과에 의해 유막 두께가 커지기 때문이며, 이러한 요소들은 동적인 상태에서 펌프의 효율과 직접적으로 연관이 되기 때문에 피스톤 펌프의 최적 설계를 위한 기초적인 설계 자료로 활용될 수 있을 것으로 여겨진다.
공급압력이 증가함에 따라 포켓압력이 선형적으로 증가하는 경향을 보였고, 공급압력이 증가할수록 포켓압력이 공급압력에 비해 더 작아지는 경향을 보였다. 이는 슬리퍼와 사판의 간극을 통한 누설량이 증가하기 때문이다.
사판의 회전수가 증가할수록 포켓압력이 낮아지는 것을 확인하였다. 이는 사판의 회전속도가 빨라질수록 동압 효과와 원심력의 증가에 의해서 사판과 슬리퍼 사이의 간극이 증가하여 누설유량이 증가하기 때문에 포켓압력이 감소하는 것으로 보여진다.
8과 같은 조건에서 피스톤의 편심거리에 따른 누설유량을 보여주고 있다. 피스톤의 편심거리가 증가할수록 누설유량이 급격하게 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있으며, 이는 피스톤의 편심거리가 증가할수록 사판의 회전 선속도가 증가하여 사판과 슬리펀 간의 상대운동에 따른 동압 효과에 의해서 유막 두께가 증가하고 사판의 회전으로 인한 작동유에 작용하는 원심력이 증가하기 때문에 누설유량이 증가하는 현상을 가져 오는 것으로 판단된다.

후속연구

그러나 실제는 사판의 경사가 존재하며, 피스톤의 스트로크가 있기 때문에 이에 따른 변동성이 존재하리라 여겨진다. 따라서 향 후의 연구에서는 사판의 경사를 조정할 수 있도록 실험장치를 구성하여 좀더 실제에 근접한 조건에서 슬리퍼 부의 압력, 유막두께 및 누설량 등을 측정하여 분석하는 실험을 진행할 계획이다.
사판과 슬리퍼 간의 누설 특성은 피스톤의 회전반경이 증가할수록 누설유량이 증가하는 경향을 보였다. 이는 사판과 슬리퍼 간의 상대속도의 변화에 따른 동압 효과에 의해 유막 두께가 커지기 때문이며, 이러한 요소들은 동적인 상태에서 펌프의 효율과 직접적으로 연관이 되기 때문에 피스톤 펌프의 최적 설계를 위한 기초적인 설계 자료로 활용될 수 있을 것으로 여겨진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유압 피스톤 펌프에 있어 중요 윤활부의 하나인 슬리퍼와 사판 사이의 윤활 특성에 대해서 피스톤의 회전반경의 변화에 따른 특성 변화를 파악한 결과는?	1. 포켓부와 랜드부의 압력 특성은 피스톤의 회전반경의 영향을 받았으며, 피스톤의 회전반경이 커질수록 슬리퍼 정압 베어링의 포켓압력이 작아지고, 이로 인해 정압 베어링의 부하용량도 작아질 수 있음을 확인하였다. 2. 사판과 슬리퍼 간의 누설 특성은 피스톤의 회전반경이 증가할수록 누설유량이 증가하는 경향을 보였다. 이는 사판과 슬리퍼 간의 상대속도의 변화에 따른 동압 효과에 의해 유막 두께가 커지기 때문이며, 이러한 요소들은 동적인 상태에서 펌프의 효율과 직접적으로 연관이 되기 때문에 피스톤 펌프의 최적 설계를 위한 기초적인 설계 자료로 활용될 수 있을 것으로 여겨진다.
	유압 펌프란?	유압 펌프는 기계적 에너지를 유체 에너지로 변환시켜주는 에너지 변환장치로서, 주요 상대 운동부의 윤활 특성은 유압 펌프의 성능과 효율에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 매우 중요하게 생각되어 많은 실험과 이론 연구가 진행되어 왔다.
	본문에서 진행한 실험결과, 공급압력에 따른 변화를 설명하시오.	공급압력이 증가함에 따라 포켓압력이 선형적으로 증가하는 경향을 보였고, 공급압력이 증가할수록 포켓압력이 공급압력에 비해 더 작아지는 경향을 보였다. 이는 슬리퍼와 사판의 간극을 통한 누설량이 증가하기 때문이다.

참고문헌 (8)

Sharma, S. C., Jain, S. C., and Bharuka, D. K., "Influence of recess shape on the performance of a capillary compensated circular thrust pad hydrostatic bearing," Tribology International, Vol. 35, No 6, pp. 347-356, 2002.

상세보기
Harris, R. M., Edge, K. A., and Tilley, D. D., "Predicting the behavior of slipper pads in swash plate-type axial piston pumps," Journal of Dynamic Systems Measurement and Control, Vol. 118, No. 1, pp. 41-47, 1996.

상세보기
Koc, E., Hooke, C. J., and Li, K. Y., "Slipper balance in axial piston pumps and motors," Transaction of the ASME, Vol. 114, No. 4,pp. 766-772, 1992.
Koc, E. and Hooke, C. J., "Considerations in the design of partially hydrostatic slipper bearings," Tribology International, Vol. 30, No. 11, pp. 815-823, 1977.
Jung, J. Y. et al., "A study on lubrication characteristic of slipper hydrostatic bearing in hydraulic piston pump," Trans. of the KFPS, Vol. 4, No. 3, pp. 1-6, 2007.
Cho, I. S., "Theoretical Analysis of the Slipper Hydrostatic Bearing Shape in the Swash Plate Type Axial Piston Pump," Journal of the KSFC, Vol. 10, No. 1, pp. 14-20, 2013.

원문보기 상세보기
Kim, K. H., Choi, M. J., Lee, K. W., and Jang, J. S., "A Study on the Reduction in Pressure Ripples for a Bent-Axis Piston Pump by a Phase Interference," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 21, No. 9, pp. 103-110, 2004.
Park, T. J. and Yoo, J. C., "Flow Analysis in a Slipper Bearing for Swash Plate Type Axial Piston Pump," Journal of the KSTLE, Vol. 24, No. 6, pp. 343-348, 2008.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증