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배관 압력을 이용한 서보밸브 정적 특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on Static Characteristics of Servo Valves using Transmission Line Pressures 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.13 no.2, 2016년, pp.42 - 50  

김성동 (Department of Mechanical System Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ,  주별진 (Dong Yang Industrial Co., LTD. TOP Run R&D Center) ,  윤소남 (Dept. of Extreme Energy Systems, Korea Institute of Machinery & Materials)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The conventional technique to measure the hysteresis and the null of servo valves is defined in ISO 10770-1 and based on load flow signal of the servo valve. A new technique based on the transmission line pressures is suggested in this study. The new measuring method was verified through a series of...

주제어

#서보밸브   #히스테리시스   #영점   #유량   #배관 압력   #스풀변위  

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

문제 정의

  • 본 연구는 기존의 서보밸브 정적 성능 시험 항목 중에서 영점과 히스테리시스를 측정하기 위하여 유량 신호 혹은 스풀 변위를 사용하였을 경우에 발생하는 어려움을 개선 하고자 배관 압력 신호를 이용하는 방법을 제시하고, 이 방법의 효율성을 실험적으로 확인하였다. 연구 결과는 다음과 같이 요약된다.
  • 본 연구에서는 서보밸브의 성능진단 항목들 중에서 히스테리시스와 영점오차를 측정하는 방법으로서 배관 압력 신호를 이용하는 방법을 제시하며, 기존에 사용하고 있는 유량 신호와 스풀 변위 신호를 이용하여 측정한 결과와 비교하려 한다. 서보밸브의 제어 포트를 차단한 상태에서 측정한 양 쪽 제어포트의 차압을 이용하여 히스테리시스와 영점을 측정할 수 있음을 Kim 등이 제시하였다(14).
  • 제어포트를 차단한 상태에서는 서보밸브를 흐르는 유량도 차단되는데, 유체력(flow force) 효과가 측정 결과에 반영되지 않을 가능성이 존재한다. 본 연구에서는 서보밸브의 제어포트를 배관으로 연결한 상태에서 두 제어포트의 압력과 차압을 이용하는 방법에 관하여 실험적으로 조사한다. 두 제어포트 압력의 차압은 일정한 유량이 흐르는 배관에서의 유동 저항 압력을 의미하기도 하는데, 통상 ‘부하압력(load pressure)’으로 호칭된다.

가설 설정

  • 11의 (a) 경우에 해당하며, Fig. 11의 (b) 경우에는 영점에서 포트 압력이 공급 압력의 절반보다 높게 된다. P1, P2 포트 압력이 압력 PS/2로부터 이탈하는 정도는 스풀-슬리브의 틈새 크기와 비부합 오차의 상대적 크기에 따라 영향을 받을 것으로 예측된다.
  • 5에서 보여주는 바와 같이 스풀과 슬리브가 최대한 상호 대칭 형상으로 정렬된 상태로 가정할 수 있을 것이다. 또한 스풀과 슬리브의 대칭 상태는 ISO와 무그 사에서 정의하는 영점으로 서보밸브 두 출력 포트 압력이 대칭하는 조건인 부하압력 0의 상태와 일치하는 것으로 가정한다. 이러한 가정에서 스풀 랜드들의 두께와 거리, 슬리브 포트들의 두께와 거리 등의 형상 치수들은 영점 그 자체의 위치에 영향을 미치지만, 영점오차에는 무관하다고 결론할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
서보밸브는 어떤 분야에 사용되고 있는가? 서보밸브는 기계장치의 빠른 거동과 함께 정확한 위치를 제어하는 용도로 사용되는 부품으로서, 큰 동력이 요구되는 유압 동력장치에 널리 사용된다. 예를 들어, 일정한 위치와 힘의 제어가 필요한 압연기와 큰 힘이 필요하면서 정확한 제어가 필요한 비행기의 조타장치, 인공위성 제어장치 등의 다양한 장치에서 사용되고 있다. 서보밸브와 서보밸브가 적용되는 장치는 고가이기 때문에 서보밸브의 안정성과 수명을 진단하는 것은 매우 중요하다.
서보밸브는 어떤 부품인가? 서보밸브는 기계장치의 빠른 거동과 함께 정확한 위치를 제어하는 용도로 사용되는 부품으로서, 큰 동력이 요구되는 유압 동력장치에 널리 사용된다. 예를 들어, 일정한 위치와 힘의 제어가 필요한 압연기와 큰 힘이 필요하면서 정확한 제어가 필요한 비행기의 조타장치, 인공위성 제어장치 등의 다양한 장치에서 사용되고 있다.
유량 히스테리시스를 측정하는 데에 노즐-플래퍼는 어떤 한계를 가지고 있는가? 하지만 ISO에서 제시하는 유량의 측정은 측정대상인 서보밸브의 정격 유량과 측정 정밀도에 따라 적절한 용량과 정밀도의 유량센서로 교체하여야 하는 번거로움이 따른다. 또한, 일반적으로 가장 많이 사용되는 노즐-플래퍼 (nozzle-flapper type) 형은 대부분 스풀 변위 센서가 내장 되어 있지 않아서 스풀 변위 신호를 이용하기에 한계가 있다.
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참고문헌 (16)

  1. ISO 10770-1 Hydraulic fluid power - Electrically modulated hydraulic control valves - Part 1: Test methods for four-way directional flow control valves. 1998. 

  2. William J. Thayer, "Specification Standards for Electrohydraulic Flow Control Servo valves, Moog Technical Bulletin 117", Moog Inc. Control Division, 1962. 

  3. Robert A. Nasca, "Testing Fluid Power Components", Industrial Press Inc. (New York USA), pp 212-240, 1990. 

  4. ISO 4411 Hydraulic fluid power - Valves - Determination of pressure differential / flow characteristics. 1986. 

  5. ISO 1219-1, Fluid power systems and components - Graphic symbols and circuit diagrams - Part 1: Graphic symbols for conventional use and data-processing applications 

  6. ISO 3448, Industrial liquid lubricants - ISO viscosity classification, 1992. 

  7. ISO 4406, Hydraulic fluid power - Fluids - Method for coding level of contamination by solid particles 

  8. ISO 5598, Fluid power systems and components - Vocabulary 

  9. ISO 6743-4, Lubricants, industrial oils and related products (Class L) - Classification - Part 4: Family H (Hydraulic systems) 

  10. ISO 9110-1, Hydraulic fluid power - Measurement techniques - Part 1: General measurement principles, 1990. 

  11. ISO 10771-1, Hydraulic fluid power - Fatigue pressure testing of metal pressure-containing envelopes - Part 1: Test method 

  12. IEC 60617-DB, Graphical symbols for diagrams 

  13. KS B 6511 Test methods for electro - hydraulic proportional directional series flow control valves. 2011. 

  14. Sungdong Kim, Sunghoe Son and Y. B. Ham, Effect of Spool-Sleeve Geometry on Static Pressure Characteristics of Servo Valves, Journal of Drive and Control, Korean Society for Fluid Power and Construction Equipment, ISSN 2234-8328, Vol. 13 No. 1, pp34-42, 2016. 

  15. Herbert E. Merritt, "Hydraulic Control Systems", John Wiley &Sons, Inc. (New York USA), ISBN 0 471 59617 5, pp289-290, 1967. 

  16. Moog Inc., "D633 Direct Drive Proportional valve manual" 

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