[논문]SimulationX®를 이용한 가변 사판식 액셜 피스톤 펌프의 밸브플레이트 노치 최적화에 관한 연구

이산성; 정원지; 임동재; 차태형; 김수태; 이정실; 최경신

doi:10.14775/ksmpe.2018.17.4.104

SimulationX®를 이용한 가변 사판식 액셜 피스톤 펌프의 밸브플레이트 노치 최적화에 관한 연구
SimulationX®-based Modeling for Valve-Plate Notch Design of Variable Swash-Plate Axial Piston Pump 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.17 no.4, 2018년, pp.104 - 112

이산성 (국립 창원대학교 기계설계공학과) , 정원지 (국립 창원대학교 기계설계공학과) , 임동재 (국립 창원대학교 기계설계공학과) , 차태형 (국립 창원대학교 기계설계공학과) , 김수태 (국립 창원대학교 기계공학과) , 이정실 (세계유압) , 최경신 (로이드선급)

Abstract ▼ AI-Helper

Considering the shape of a valve plate in design is important for reducing the pulsation phenomenon, which is a negative factor in pump performance. The purpose of this study is to propose an optimized method for a valve-plate V-type notch of a piston pump by modeling and simulation. The method uses $SimulationX^{(R)}$, a commercial hydraulic analysis program, and to provide data for the designing of the notch. The opening areas are determined by performing kinematic analysis of the notch part where the opening area changes rapidly. After applying the result analysis, the main effects on maximum pressure pulsation and maximum backflow according to the notch design factors are analyzed by using the full factorial method of experimental design. The optimized solutions are derived for the notch design variables, based on the analyzed data.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 Fig. 1과 같은 가변 사판식 액셜 피스톤 펌프의 밸브 플레이트의 설계에 활용할 수 있도록 노치의 설계 변수에 따라 변화하는 개구면적을 분석하고 상용 유압 해석 프로그램인 , SimulationXⓇ를 이용하여 불필요한 압력 및 유량에 대한 데이터를 도출하고 분석하여 V-type노치에 대한 최적화 방안을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 유압 액셜형 피스톤 펌프의 성능을 저하시키는 비정상적인 압력 맥동과 역류 현상을 저감하기 위하여 펌프의 성능 및 제원에 따른 밸브 플레이트 노치의 설계변수의 최적화에 V-type 관하여 연구하였다.

제안 방법

V-type 노치의 설계 요소에 따른 압력 및 유량특성을 알아보기 위해 실험계획법을 이용하여 , Fig. 5, 6의 노치부의 Θ1의 최대값 및 Θ2 , Θ3의 크기를 실험 계획의 반응 인자로 선정하였다.
노치부를 제외한 토출 및 흡입 포트 구간에서의 개구면적의 증가나 감소는 선형적으로 계산되어질 수 있으나 노치 구간의 경우 이후 설명할 천이영역으로 불리는 주요 관심 구간으로서 본 연구에서는 맥동 및 유동 특성 해석에 앞서 그 영역에서의 개구면적에 대한 기하학적 분석을 진행하였다.
다음으로 실험계획법의 완전요인배치법을 이용하여 노치 설계변수인 최대 Θ1, 그리고 Θ2, Θ3를 반응 인자로 설정하고 인자 수준으로 총 회의 실험계획에서 각각의 조건을 만족하는 모델을 SimulationXⓇ 로 모델링하여 최적화를 진행하였다 해석결과로 최 .
대 압력 맥동과 최대 역류 유량에 대한 데이터를 도출하였고 Θ1 , Θ2 , Θ3에 대한 주효과도를 분석하여 Θ1 , Θ2 , Θ3가 실린더 내부 압력구배에 미치는 영향을 파악하였다 결론적으로 .
상용 데이터 분석 프로그램인 MINITAB^Ⓡ을 이용 하여 도출된 Table 4의 실험 데이터에 대한 분석을 진행하였다 각 인자간의 독립적 효과를 추정하기 위하여 최대 압력 맥동 및 최대 역류 유량에 대한주효과도를 그려 분석을 진행하였다. 주효과도에서는 직선의 기울기가 급할수록 즉 수평선과 이루는 사이 각이 클수록 효과가 크다고 할 수 있다.
시뮬레이션을 통하여 실린더 내에서의 최대 압력 맥동 최대 역류 유량에 대한 데이터를 얻을 것이며 얻은 데이터를 통해 완전요인배치법을 이용하여 , 최적의 노치를 선정할 것이다.
완전요인배치법을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였고 반응 인자의 수준은 수준으로 에서 나타낸 바와 같이 기존 노치의 설계치수인 V-type 최대 Θ1은 16°, Θ2는 14°, Θ3는 9°에서 10%를 상승, 하락하여 선정하였다.
첫째로 SimulationX^Ⓡ의 해석에 적용하기 위하여 개구면적이 급변하게 되는 밸브 플레이트 노치부의 개구면적에 대한 기하학적 분석과 계산을 진행하였다. 천이 영역의 노치부에서의 개구면적은 V-type 결과적으로 평면도상의 면적보다 측면도상의 면적이 항상 더 작음으로 나타났고 결국 개구면적은 그 시점에서의 단면적이 최소가 되는 것이므로 측면도 상의 면적으로 결정되었다.

대상 데이터

Fig. 3에 노치의 대표적인 형태인 노치를 V-type 나타내었고 해석 모델로서 선정하였다.

이론/모형

밸브 플레이트 노치의 설계 요소에 대한 유동 특성을 해석하기 위해서는 먼저 사판식 피스톤 펌프의 기구학적인 분석이 필요하며 이미 Jang[6]의 논문에서 Fig. 9 에서와 같이 복합회전행렬 (Fixed Angle Frame)을 이용하여 식 (7)과 같은 결과를 도출하였다.

성능/효과

Θ1의 크기가 커질수록 예압축 구간의 감소로 인해 실린더 내부의 상승 압력구배가 커짐으로서 최대 압력 맥동 및 최대 역류 유량이 증가함으로 판단되었으며 주효과도의 다양한 , 기울기를 보았을 때 Θ1, Θ2 , Θ3의 적절한 조합으로 최대 압력 맥동과 최대 역류 유량을 최소화할 수있음으로 판단되었다.
결과적으로 Fig. 8에서와 같이 어느 시점에서도 평면도상의 면적보다 측면도상의 면적이 더 작음이 나타났고, 개구면적은 측면도상의 면적을 따른다.
결과적으로 비정상적인 압력 맥동과 역류 유량을 최소화하기 위해서는 최대 Θ1, Θ2, Θ3 즉 세 가지 인자의 조합을 적절히 선정해야함으로 판단되었다.
그리고, 1st V-type 2 노치와 2nd U-type 노치, 2nd V-type 노치의 비교 분석을 통하여 2nd V-type 노치가 다른 두 노치에 비해 압력 맥동을 더 효율적으로 저감시킨다는 것을 확인하였다.
분석결과 최대 Θ1의 크기가 커지게 되면 이러한 예압축 구간이 감소하여 실린더 내부 상승 압력 구배가 커짐으로서 최대 압력 맥동 및 최대 역류 유량이 증가함으로 판단되었다.
천이 영역의 노치부에서의 개구면적은 V-type 결과적으로 평면도상의 면적보다 측면도상의 면적이 항상 더 작음으로 나타났고 결국 개구면적은 그 시점에서의 단면적이 최소가 되는 것이므로 측면도 상의 면적으로 결정되었다.
최종적으로 MINITAB^Ⓡ의 반응 최적화 기능을 이용하여 최대 압력 맥동 및 최대 역류 유량이 최소화 될 수 있는 최적조건을 도출하였다. Fig.

후속연구

의 반응 최적화 기능을 이용하여 절충 조건을 만족시킬 수 있는 최적해를 도출하였고 이러한 밸브 플레이트의 노치 설계변수에 , 대한 최적화 방법으로 액셜형 피스톤 펌프의 성능을 저하시키는 불필요한 압력변동과 유량맥동을 최소화 할 수 있음을 확인하였다 향후 유압 펌프의 . 여러 가지 운전 조건에 대한 노치 최적화 방안에 대해서 연구를 진행할 예정이다.
최종적으로 MINITAB^Ⓡ의 반응 최적화 기능을 이용하여 절충 조건을 만족시킬 수 있는 최적해를 도출하였고 이러한 밸브 플레이트의 노치 설계변수에 , 대한 최적화 방법으로 액셜형 피스톤 펌프의 성능을 저하시키는 불필요한 압력변동과 유량맥동을 최소화 할 수 있음을 확인하였다 향후 유압 펌프의 . 여러 가지 운전 조건에 대한 노치 최적화 방안에 대해서 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	액셜형 유압 피스톤 펌프는 어떻게 분류되는가?	액셜형 유압 피스톤 펌프는 용이한 가변 용량화, 우수한 응답성 높은 에너지 효율 등의 이점 때문에 산업현장에서 널리 사용되어지고 있다. 액셜형 유압 피스톤 펌프는 구동축과 보통 7개 또는 9개의 피스톤이 삽입되는 실린더 블록과의 상관관계에 따라 사판식과 사축식 유압 피스톤 펌프로 분류된다.[1]
	액셜형 유압 피스톤 펌프의 장점은?	액셜형 유압 피스톤 펌프는 용이한 가변 용량화, 우수한 응답성 높은 에너지 효율 등의 이점 때문에 산업현장에서 널리 사용되어지고 있다. 액셜형 유압 피스톤 펌프는 구동축과 보통 7개 또는 9개의 피스톤이 삽입되는 실린더 블록과의 상관관계에 따라 사판식과 사축식 유압 피스톤 펌프로 분류된다.
	밸브 플레이트 노치부의 개구면적에 대한 기하학적 분석 결과는?	첫째로 SimulationXⓇ의 해석에 적용하기 위하여 개구면적이 급변하게 되는 밸브 플레이트 노치부의 개구면적에 대한 기하학적 분석과 계산을 진행하였다. 천이 영역의 노치부에서의 개구면적은 V-type 결과적으로 평면도상의 면적보다 측면도상의 면적이 항상 더 작음으로 나타났고 결국 개구면적은 그 시점에서의 단면적이 최소가 되는 것이므로 측면도 상의 면적으로 결정되었다.

참고문헌 (7)

Park, J. H., "The Study on Development of Fixed Displacement Piston Pump for Special Access Vehicle," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 9, No. 3, pp. 19-27, 2010.
Edge, k. Daling, J., "A Theoretical Model of Axial Piston Pump Flow Ripple," 1th Bath Int. Fluid Power Workshop, pp. 113-136, 1988.
Cho, I. S., "Characteristics of Lubrication between Slipper and Swash plate in Swash plate Type Hydraulic Piston Pump," Journal of the KSTLE, Vol. 29, No. 3, pp. 186-191, 2013.
Kim, J. G., "Performance Characteristics with Valve Plate Shapes in Swash Plate Type Oil Piston Pumps," A Thesis for a Doctorate, Chonbuk National University, Republic of Korea. 2003.
Kim, B. S., "A Study on Open-area Planning of Main Control Valve for Excavators,"A Master's Thesis, Ulsan National University, Republic of Korea. 2007.
Jang, J. H., Chung, W. J., "Application of Simulation X Based Simulation Technique to Notch Shape Optimization for a Variable Swash Plate Type Piston Pump," Proceedings of the International Conference on Scientific Computing, pp. 137-142, 2013.
Jeong, Y. S., Chung, W. J., "A Study on the Characteristic of Remote Control Valve Using SimulationX," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 16, No. 5, pp. 78-84, 2017.

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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].

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