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두 개의 EPPR 밸브가 적용된 정/역 가변형 사판식 액셜 피스톤 펌프 시스템 모델링
System Modeling of a Bi-directional Outlet Variable Swash Plate Type Axial Piston Pump with Two EPPR Valves 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.17 no.1, 2020년, pp.51 - 60  

김용길 (DAIHO HYDRAULIC Co., Ltd.) ,  김수태 (Department of Mechanical Engineering, Changwon National University) ,  함영복 (Energy Systems Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials(KIMM)) ,  윤소남 (Energy Systems Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials(KIMM)) ,  손호연 (DAIHO HYDRAULIC Co., Ltd.)

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This study addresses the modeling of a bi-directional outlet variable swash plate type axial piston pump with two EPPR valves and an analysis of the response characteristics to the angle control of that pump. In this paper, the combination of the EPPR valve and double rod type piston is referred to ...

주제어

#전자비례감압 레귤레이터   #응답특성   #사판식 피스톤 펌프   #외부토크   #시뮬레이션엑스  

표/그림 (19)

AI 본문요약
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제안 방법

  • Table 2와 같은 EPPR 밸브의 설계변수를 기반으로 해석모델을 구축하기 위해 수압면적, 개도면적, 유로관계 및 스프링 등으로 대상을 분할하여 모델링을 진행하였다.
  • 각각의 단품들과 연결된 유로를 연결하였고, 더블 로드 피스톤으로 공급되는 파일럿 압력과 펌프의 시스템 최고압력을 설정하도록 릴리프밸브도 회로에 삽입하여 모델링 하였다. 9개의 피스톤이 배치된 펌프의 모델링과 더블로드 피스톤과 토크 아암의 관계식이 적용된 사판각도 제어기 모델을 연결하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 상용 해석프로그램인 SimulationX를 이용하여 EPPR 레귤레이터가 적용된 피스톤 펌프의 해석모델을 개발하고 외부 부하토크를 시뮬레이션 조건에 반영한다. 이를 통해 EPPR 레귤레이터의 설계 타당성과 응답특성을 알아보고자 한다.
  • 본 연구는 상용 해석 소프트웨어인 SimulationX 를 이용하여 EPPR 밸브의 해석모델을 개발하여 동특성을 분석하였으며, 2 개의 EPPR 밸브와 사판의 경전각을 제어하는 더블 로드 피스톤을 연결하여 정/역가변형 사판식 액셜 피스톤 펌프의 레귤레이터로 구성하였다.
  • 본 연구에서는 사판식 액셜 피스톤 펌프의 정·역 가변 제어 가능한 더블 로드형 피스톤 및 EPPR 밸브 2개를 적용하여 비교적 간단한 회로구성으로 우수한 응답특성을 갖는 사판 경사각을 정·역으로 제어할 수 있도록 Fig. 1(a)의 유압 회로도를 제안하였다.
  • 실험을 통해 회로구성의 타당성을 알아보는데 여러 번의 시행착오가 필요하고 시간과 비용이 과도하게 소요되므로 요소부품과 회로를 모델링하여 시뮬레이션하고 이를 통해 특성을 해석해 보기로 한다.
  • 요소부품 해석에서와 같이 최대 경전 부하토크를 파악하기 위해 최대 사판 각도 17.2°와 릴리프밸브 압력 420 bar를 설정하고 해석을 수행하였다.
  • 최대 경전 부하토크를 파악하기 위해 최대 사판 각도 17.2°와 릴리프밸브 압력 420 bar를 설정하고 해석을 수행하였다. Fig.

대상 데이터

  • EPPR 밸브와 정역가변 제어 사판식 액셜 피스톤 펌프의 사판제어 더블로드 피스톤을 조합한 유압회로도는 Fig. 1(a)와 같으며, 파일럿 펌프, 릴리프밸브, 2개의 EPPR 밸브, 양 로드형 피스톤과 사판으로 구성된다.
  • 본 연구에서는 국내 DH사의 국산 EPPR 밸브를 대상으로 모델링 하였으며, Fig. 3은 밸브의 내부 구조와 작동원리를 설명하기 위한 조립 단면도를 나타낸다.
  • 사판식 피스톤 펌프의 구성품인 9개의 피스톤, 실린더 배럴, 전동기, 오리피스를 조합하여 Fig. 5와 같이 모델링 하였다.

데이터처리

  • 비례감압밸브의 신뢰성시험 규격인 RS B 0058 규정의 입력전류 계단입력(step input)으로 스텝응답시험을 하였다. 해당 입력전류를 해석 모델에 직접 적용하였고, 이때 측정한 시험에 의한 제어압력1과 해석에 의한 제어압력2와 결과를 비교하였다. 이를 통해 Table.

이론/모형

  • 비례감압밸브의 신뢰성시험 규격인 RS B 0058 규정의 입력전류 계단입력(step input)으로 스텝응답시험을 하였다. 해당 입력전류를 해석 모델에 직접 적용하였고, 이때 측정한 시험에 의한 제어압력1과 해석에 의한 제어압력2와 결과를 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고압의 유압시스템은 어떤 장비에 이용되는가? 고압의 유압시스템은 동력밀도가 높아서 소형화에 유리하고 부하강성이 높고 긴 내구성을 지니고 있기때문에 주로 가혹한 환경에서 운전되는 장비에 이용된다.1)
피스톤 펌프의 토출유량은 무엇에 비례하여 결정되는가? 이러한 피스톤 펌프의 토출유량은 엔진의 회전속도와 사판의 각도에 비례하여 결정된다. 일반적인 전기모터의 회전속도는 고정하여 사용되므로 결국 토출유량을 결정하는 것은 사판의 각도를 조절하는 레귤레이터의 몫이다.
전자·무인화 기술적용에 용이하고 높은 응답성을 위해 전자-유압식 레귤레이터 수행된 연구에는 어떤 것들이 있는가? 레귤레이터의 종류는 크게 기계-유압식과 전자-유압식이 존재하지만, 근래에는 전자·무인화 기술적용에 용이하고 높은 응답성을 위해 전자-유압식 레귤레이터에 관한 연구들이 집중적으로 수행되어 왔다. Choi, 2010은 유압 굴삭기 자동화를 위한 서보 레귤레이터를 AMESim 프로그램을 사용하여 모델링하고 사판 제어에 따른 토출유량을 분석하였다.2) 그러나 전자 서보제어 레귤레이터는 빠른 응답특성을 갖는 반면에 오염에 민감하고 진동 및 충격이 노출되는 건설기계 등의 중장비에 탑재되면 신뢰성과 내구성이 저하될 수 있다는 치명적인 단점을 가지고 있어, 이러한 단점을 해결하기 위한 방안으로 전자 서보제어 밸브보다 오염입자에 덜 민감한 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve: EPPR Valve)를 이용한 레귤레이터를 제안하기도 하였다.3)
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참고문헌 (9)

  1. A. Esposito, Fluid Power with Applications, 7th Edition, Pearson Prentice Hall, New Jersey, pp.164-165, 2009. 

  2. J. H. Choi, "Development of AMEsim Model of Regulator System for Automation of Hydraulic Excavator", Proceedings of the KSME 2010 Fall Annual Meeting, pp.1533-1538, 2010. 

  3. D. S. Jung, H. E. Kim and E. S. Kang, "Multi-function Control of Hydraulic Variable Displacement Pump with EPPR Valve", The Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol.14, No.6, pp.160-170, 2006. 

  4. H. S. Jeong and J. H. Jang, "Linear-nonlinear Modeling Comparative Study of the Pressure Control using EPPR Valve for Variable Displacement Piston Pumps of a Construction Machinery", Proceedings of 2016 Autumn Conference on Drive and Control, pp.131- 136, 2016. 

  5. J. H. Seo, "A Study on the Response Characteristics of Servo Regulator for Variable Displacement Axial Piston Pump", University of Science and Technology, Master's Thesis, 2018. 

  6. C. H. Song, H. J. Yang and K. B. Kwon, "The research on hydraulic characteristic analysis of EPPR Valve", Proceedings of KSPE 2010 Autumn Conference, pp.1305-1306, 2010. 

  7. J. H. Seo et al., "Analysis of a Servo Regulator for Swash Plate Angle Positive and Negative Control in Closed Circuit Variable Displacement Type Axial Piston Pump", Proceedings of 2017 Spring Conference on Drive and Control, pp.133-134, 2017. 

  8. J. H. Jang and H. S. Jeong, "Modeling Technique for a Positive and Negative Variable Displacement Swash Plate Hydraulic Piston Pump in a Multibody Dynamics and Multi-Physics Co-Simulation Environment", Journal of Drive and Control, Vol.16, No.1, pp.36-44, 2019. 

  9. C. N. Kang et al, "Dynamic Characteristics of Electro-hydraulic Proportional Valve for an Independent Metering Valve of Excavator", Journal of Drive and Control, Vol.15, No.2, pp.46-51, 2018. 

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