유압 실린더

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유압 실린더(선형 유압 모터라고도 함)는 단방향 스트로크를 통해 단방향 힘을 주는 데 사용되는 기계식 액추에이터다.그것은 특히 건설 장비(엔지니어링 차량), 제조 기계, 엘리베이터, 토목 공학 등 많은 응용 분야를 가지고 있다.

작전

유압 실린더는 일반적으로 오일인 가압된 유압 오일로부터 동력을 얻는다.유압 실린더는 실린더 배럴로 구성되며 피스톤 로드에 연결된 피스톤이 앞뒤로 움직인다.배럴은 실린더 바닥(캡이라고도 함)에 의해 한쪽 끝에서 닫히고 다른 쪽 끝은 실린더에서 피스톤 로드가 나오는 실린더 헤드(샘이라고도 함)에 의해 닫힌다.피스톤에는 슬라이딩 링과 씰이 있다.피스톤은 실린더 내부를 하단 챔버(캡엔드)와 피스톤 로드 측 챔버(로드 엔드/헤드엔드) 두 개의 챔버로 나눈다.

플랜지, 트러니언, 클라이비스 및 러그는 일반적인 실린더 장착 옵션이다.또한 피스톤 로드에는 실린더를 밀거나 당기는 물체 또는 기계 구성 요소에 연결하기 위한 장착 부착물이 있다.

유압 실린더는 이 시스템의 액추에이터 또는 "모터" 측이다.유압 시스템의 "제너레이터" 쪽은 피스톤을 움직이기 위해 유압 실린더에 고정되거나 조절된 오일의 흐름을 전달하는 유압 펌프다.널리 사용되는 펌프는 유압 핸드 펌프, 유압 공기 펌프, 유압 전기 펌프 등 세 종류가 있다.^[1]피스톤은 다른 챔버의 오일을 탱크로 다시 밀어 넣는다.연장 스트로크 중에 오일이 캡 엔드에서 들어오고 로드 엔드/헤드 엔드의 오일 압력이 약 0이라고 가정할 때 피스톤 로드의 힘 F는 피스톤 영역 A를 곱한 실린더 내 압력 P와 동일하다.

$F=P\cdot A}$

수축력차이

이중 작동 단일 로드 실린더의 경우 입력 및 출력 압력이 역전될 때 피스톤의 한쪽이 피스톤에 부착된 로드에 의해 가려져 피스톤의 양쪽 사이에 힘 차이가 발생한다.실린더 로드는 피스톤의 표면적을 감소시키고 수축 스트로크에 적용할 수 있는 힘을 감소시킨다.^[2]

수축 행정 중, 로드 엔드의 헤드(또는 글랜드)에 오일이 펌핑되어 캡 엔드의 오일이 압력 없이 탱크로 역류하는 경우 로드 엔드의 유체 압력은 (Pull Force) / (피스톤 영역 - 피스톤 로드 영역):

${\displaystyle P={\frac {F_{p}{A_{p}-A_{r}}}}}}}}$

여기서 P는 유체 압력, F는_p 당김력, A는_p 피스톤 면, A는_r 로드 단면 영역이다.

이중 작용 이중 로드 실린더의 경우 피스톤 표면 영역이 동일한 크기의 로드에 의해 머리 양쪽에 균등하게 덮여 있을 때 힘 차이가 없다.그러한 실린더는 일반적으로 고정식 마운트에 실린더 본체를 부착한다.

적용들

유압 실린더는 붐, 암 또는 버킷을 들어 올리거나 내리기 위해 지구가 움직이는 장비에 사용된다.이 실린더는 또한 유압 벤딩 기계, 금속 시트 깎는 기계, 입자 보드 또는 뜨거운 압착을 만드는 합판에도 사용된다.

부품.

유압 실린더에는 다음 부품이 있다.

실린더 배럴

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실린더 본체의 주요 기능은 실린더 압력을 포함하는 것이다.실린더 배럴은 대부분 연마된 튜브로 만들어진다.^[3]경음 튜브는 적합한 Hone 강철 냉간 흡입 이음 튜브(CDS 튜브) 또는 DOM(Drawed Over Mandrel) 튜브에서 생산된다.경음 튜브는 추가 ID 처리 없이 유압 실린더에 사용할 수 있다.실린더 배럴의 표면 마감은 일반적으로 4~16마이크로인치다.연마 공정과 SRB(Skiving & Roller Burning) 공정은 실린더 튜브 제조 공정의 두 가지 주요 유형이다.^[4]피스톤은 실린더에서 왕복한다.실린더 배럴은 내부 표면이 매끈하고, 정밀도가 높으며, 사용 시 내구성이 뛰어난 등의 특징을 가지고 있다.

실린더 베이스 또는 캡

캡의 주요 기능은 압력실을 한쪽 끝에 둘러싸는 것이다.캡은 용접, 나사산, 볼트 또는 타이 로드에 의해 차체에 연결된다.캡은 실린더 장착 구성 요소[캡 플랜지, 캡 트러니언, 캡 클레비스]로도 작동한다.Capsize는 벤딩 응력에 기초하여 결정된다.정적 씰/오링은 캡과 배럴 사이에 사용된다(용접된 구조 제외).

실린더 헤드

헤드의 주요 기능은 압력실을 반대쪽 끝에서 감싸는 것이다.머리에는 통합된 로드 씰링 배열 또는 씰 글랜드를 수용하는 옵션이 있다.헤드는 나사산, 볼트 또는 타이 로드를 사용하여 신체에 연결된다.머리와 통 사이에 정적 씰/오링이 사용된다.

피스톤

피스톤의 주요 기능은 배럴 내부의 압력 구역을 분리하는 것이다.피스톤은 탄성체 또는 금속 씰과 베어링 요소를 장착할 수 있는 홈으로 가공된다.이 바다표범들은 1회 작동 또는 2회 작동될 수 있다.피스톤의 양쪽 사이의 압력 차이는 실린더가 팽창하고 수축하게 한다.피스톤은 선형 운동을 전달하기 위해 나사산, 볼트 또는 너트를 사용하여 피스톤 로드에 부착된다.

피스톤 로드

피스톤 로드는 일반적으로 피스톤에 부착되고 실린더에서 로드 엔드 헤드를 통해 확장되는 단단한 크롬 도금 냉연강 조각이다.더블 로드 엔드 실린더에서, 액추에이터는 피스톤의 양쪽에서 연장되어 배럴의 양 끝을 벗어나는 로드를 가지고 있다.피스톤 로드는 작업을 수행하는 기계 구성 요소에 유압 액추에이터를 연결한다.이 연결은 기계 나사산 또는 장착 부착물의 형태일 수 있다.피스톤 로드는 접지력이 높고 광택이 있어 믿을 수 있는 밀봉을 제공하고 누설을 방지한다.

물개샘

실린더 헤드에는 가압 오일이 로드와 헤드 사이의 인터페이스를 지나 새지 않도록 씰이 장착되어 있다.이 부위는 물개샘이라고 불린다.물개샘의 장점은 쉽게 제거하고 밀개를 교체할 수 있다는 것이다.씰 글랜드는 1차 씰, 2차 씰/버퍼 씰, 베어링 요소, 와이퍼/스크래퍼 및 정적 씰을 포함한다.어떤 경우에는 특히 작은 유압 실린더에서 로드 글랜드와 베어링 요소는 단일 일체형 가공 부품으로 만들어진다.

바다표범

씰은 실린더 작동 압력, 실린더 속도, 작동 온도, 작동 매체 및 용도에 따라 고려/설계된다.피스톤 씰은 동적 씰이며, 단일 작동 또는 이중 작동일 수 있다.일반적으로 니틀 고무, 폴리우레탄 또는 기타 재료로 만든 엘라스토머 씰이 저온 환경에서는 가장 좋은 반면, 플루오르카본 비톤으로 만든 씰은 고온에 더 좋다.금속 씰도 사용할 수 있으며 일반적으로 씰 재료에 주철을 사용한다.로드 씰은 동적 씰이며 일반적으로 단일 작동이다.로드 씰의 화합물은 니트릴 고무, 폴리우레탄 또는 플루오르탄 비톤이다.와이퍼/스크래퍼는 실린더 벽, 로드, 씰 및 기타 구성 요소에 광범위한 손상을 입힐 수 있는 수분, 먼지, 먼지 등의 오염물질을 제거하는 데 사용된다.와이퍼를 위한 일반적인 화합물은 폴리우레탄이다.금속성 스크레이퍼는 영하의 온도 적용 및 이물질이 로드에 침전될 수 있는 용도에 사용된다.베어링 요소/웨어 밴드는 금속과 금속의 접촉을 제거하는 데 사용된다.웨어 밴드는 측면 부하 요건에 따라 설계된다.웨어 밴드에 사용되는 주요 화합물은 충전 PTFE, 직물 강화 폴리에스테르 수지, 청동이다.

기타부위

유압 실린더의 내부 부분을 구성하는 부품들이 많이 있다.이 모든 조각들이 결합되어 완전한 기능을 하는 구성 요소를 만든다.^[5]

• 실린더 베이스 연결부
• 쿠션
• 내부 나사형 연성 헤드
• 헤드 글랜드
• 폴리팍 피스톤스
• 실린더 헤드 캡
• 버트 플레이트
• 아이 브래킷/클레스 브래킷
• MP 분리형 마운트
• 로드 아이즈/로드 클레비스
• 피벗 핀
• 구면 볼 부싱
• 구형 로드 아이
• 정렬 연결기
• 포트 및 부속품

싱글 연기 vs 더블 연기

• 단일 작동 실린더는 경제적이고 가장 단순한 설계다.유압 오일은 실린더의 한쪽 끝에 있는 포트를 통해 유입되며, 이는 면적 차이로 로드를 확장한다.외부 힘, 내부 수축 스프링 또는 중력이 피스톤 로드를 반환한다.
• 이중 작동 실린더는 피스톤의 각 끝 또는 측면에 포트로 있으며, 수축과 확장을 위한 유압 오일이 공급된다.^[6]

디자인

업계에서 사용되는 유압 실린더 구조에는 주로 타이 로드 스타일의 실린더와 용접된 차체 스타일의 실린더의 두 가지 주요 스타일이 있다.

타이 로드 실린더

타이 로드 스타일의 유압 실린더는 실린더 배럴에 두 엔드 캡을 고정하기 위해 고강도 나사산 강철 로드를 사용한다.그것들은 산업용 공장 어플리케이션에서 가장 흔히 볼 수 있다.소형 보어 실린더는 보통 4개의 타이 로드를 가지고 있으며, 대형 보어 실린더는 엔드 캡을 생성되는 엄청난 힘 하에서 유지하기 위해 최대 16개 또는 20개의 타이 로드가 필요할 수 있다.타이 로드 스타일 실린더는 서비스 및 수리를 위해 완전히 분해할 수 있으며, 항상 사용자 정의가 가능한 것은 아니다.^[7]

NFPA(National Fluid Power Association)는 유압 타이 로드 실린더의 치수를 표준화하였다.이를 통해 여러 제조업체의 실린더를 동일한 마운팅 내에서 교환할 수 있다.

용접 본체 실린더

용접된 차체 실린더에는 타이 로드가 없다.배럴은 엔드 캡에 직접 용접된다.포트는 배럴에 용접되어 있다.프론트 로드 글랜드는 대개 실린더 배럴에 나사산이 들어가거나 볼트로 고정된다.피스톤 로드 어셈블리와 로드 씰을 탈거하여 수리할 수 있도록 한다.

용접된 차체 실린더는 타이 로드 스타일의 실린더에 비해 여러 가지 장점이 있다.용접된 실린더는 더 좁은 몸체와 종종 더 짧은 전체 길이를 가지기 때문에 좁은 기계 경계선에 더 잘 맞도록 한다.용접된 실린더는 높은 압력과 긴 스트로크에서 타이 로드 스트레칭으로 인해 고장이 발생하지 않는다.용접된 디자인은 또한 맞춤 제작에 도움이 된다.특수 포트, 맞춤형 마운트, 밸브 매니폴드 등 실린더 본체에 특수 기능이 쉽게 추가된다.^[7]

용접된 실린더의 매끄러운 외부는 다단 텔레스코픽 실린더의 설계도 가능하게 한다.

용접된 차체 유압 실린더는 건설장비(제화기, 불도저, 노면등급)와 자재취급장비(포크리프트 트럭, 텔레핸들러, 리프트게이트) 등 이동식 유압장비 시장을 선점하고 있다.크레인, 석유 굴착기, 대형 오프로드 차량 등에서 중공업에 의해 지상의 채굴작업에 이용되기도 한다.

피스톤 로드 구조

유압 실린더의 피스톤 로드는 배럴 내부와 외부에서 모두 작동하며, 결과적으로 유압 오일과 주변 대기를 모두 안팎으로 작동한다.

코팅스

피스톤 로드의 외경에는 마모 및 내식성 표면이 바람직하다.표면은 크롬(니켈) 도금, 루낙 2+ 듀플렉스, 레이저 클래딩, PTA 용접, 열 분무 등의 코팅 기법을 사용하여 도포하는 경우가 많다.이러한 코팅은 씰이 최적의 성능을 제공하는 바람직한 표면 거칠기(Ra, Rz)까지 마칠 수 있다.이 모든 코팅 방법은 특정한 장단점이 있다.이러한 이유로 코팅 전문가가 유압 실린더 보호를 위한 최적의 표면 처리 절차를 선택하는 데 중요한 역할을 한다.

실린더는 서로 다른 작동 조건에서 사용되므로 적절한 코팅 용액을 찾는 것이 쉽지 않다.준설 시에는 돌이나 다른 부분의 충격이 있을 수 있으며, 염수 환경에서는 극도의 부식 공격, 곡선을 마주한 육상 실린더에서는 염수와 결합하여 충격을 가하며, 철강 산업에서는 고온 등이 관련된다.모든 특정 작동 마모 조건을 성공적으로 해결하는 단일 코팅 솔루션은 없다.모든 기술에는 나름대로 장단점이 있다.

길이

피스톤 로드는 일반적으로 용도에 맞게 절단된 길이로 사용할 수 있다.일반 로드에는 연약하거나 연한 강철 코어가 있으므로 나사산용으로 끝단을 용접하거나 가공할 수 있다.

구성 요소에 대한 힘의 분포

피스톤 면과 피스톤 헤드 고정기에 가해지는 힘은 어떤 피스톤 헤드 고정 시스템을 사용하는가에 따라 달라진다.

서클립(또는 사전 로드되지 않은 시스템)을 사용할 경우 피스톤 헤드와 실린더 샤프트 숄더를 분리하는 힘은 피스톤 헤드의 면적에 곱한 가해진 압력이다.피스톤 헤드와 샤프트 숄더는 분리되며 하중은 피스톤 헤드 고정기에 의해 완전히 반응한다.

사전 로드 시스템을 사용하는 경우 실린더 샤프트와 피스톤 헤드 사이의 힘은 초기에 피스톤 헤드 고정기 프리로드 값이다.일단 압력이 가해지면 이 힘은 줄어들 것이다.피스톤 헤드와 실린더 샤프트 숄더는 피스톤 헤드 면적에 곱한 압력이 프리로드를 초과하지 않는 한 접촉 상태를 유지한다.

피스톤 헤드 리테이너가 볼 수 있는 최대 힘은 프리로드 중 더 크고 적용된 압력에 전체 피스톤 헤드 면적을 곱한 것이다.피스톤 헤드 고정기의 하중은 외부 부하보다 크며, 이는 피스톤 헤드를 통과하는 축 크기가 감소하기 때문이다.축의 이 부분을 증가시키면 리테이너에 가해지는 부하가 감소한다.^[8]

측면 하중

측면 하중은 실린더 로드 중심에 있지 않은 균등하지 않은 압력이다.이 중심에서 벗어난 스트레인은 극단적인 경우 로드의 굽힘으로 이어질 수 있지만, 더 흔히 원형 씰을 타원형으로 뒤틀어 누출의 원인이 된다.또한 로드 주위의 보어 구멍과 피스톤 헤드 주위의 내부 실린더 벽을 손상시키고 넓힐 수 있으며, 로드가 완전히 압축되고 변형되어 금속-온-메탈 스크래핑이 접촉할 수 있을 정도로 충분히 옆으로 눌렀을 경우.^[9]

측면 하중의 스트레인은 최대 연장 길이를 줄이고 피스톤과 보어 씰 사이에 약간의 거리를 두며 씰의 뒤틀림에 저항하기 위해 레버리지를 증가시키는 내부 정지 튜브를 사용함으로써 직접적으로 감소될 수 있다.또한 이중 피스톤은 측면 하중의 힘을 분산시키는 동시에 스트로크 길이를 줄인다.또는 외부 슬라이딩 가이드와 힌지는 하중을 지지할 수 있고 실린더에 직접 가해지는 측면 하중의 힘을 줄일 수 있다.^[10]

실린더 장착 방법

장착 방법은 실린더 성능에도 중요한 역할을 한다.일반적으로 실린더의 중심선에 고정된 마운트는 직선 힘 전달 및 마모를 방지하는 데 가장 적합하다.일반적인 장착 유형은 다음과 같다.

플랜지 마운트—매우 강하고 단단하지만 정렬 불량에 대한 내성은 거의 없다.전문가들은 스러스트 부하에 대한 캡 엔드 마운트와 피스톤 로드가 장력을 받는 로드 엔드 마운트를 권장한다.머리 사각 플랜지, 머리 사각 플랜지 또는 직사각형 헤드가 세 가지 유형이다.플랜지 마운트는 장착면이 기계 지지부재에 부착될 때 최적으로 기능한다.^[11]

측면 장착 실린더—설치 및 서비스가 용이하지만, 실린더가 하중에 힘을 가해 마모 및 파손이 증가함에 따라 마운트가 회전 모멘트를 생성한다.이를 방지하려면 측면 마운트 실린더의 보어 크기만큼 스트로크를 지정하십시오(하중이 많으면 짧은 스트로크가 발생하고 큰 보어 실린더가 불안정해지는 경향이 있음).측면 마운트는 잘 정렬되어야 하며 하중이 지지되고 안내되어야 한다.

중심선 러그 마운트 — 중심선에 힘을 흡수하며, 높은 압력 또는 충격 조건에서 움직임을 방지하기 위해 러그를 고정하기 위해 다월 핀이 필요하다.다월 핀은 고압 또는 충격 부하 상태에서 작동할 때 기계에 고정되어 있다.^[11]

피벗 마운트 — 실린더 중심선에 대한 흡수력과 실린더가 한 평면에서 정렬을 변경하도록 한다.일반적인 유형으로는 클리스, 트러니언 마운트 및 구형 베어링이 있다.이러한 마운트는 실린더를 회전시킬 수 있기 때문에 회전하는 로드 엔드 부착장치와 함께 사용해야 한다.클레비스 마운트는 어떤 방향으로든 사용할 수 있으며 일반적으로 짧은 스트로크 및 소형에서 중형 보어 실린더에 권장된다.^[12]

특수 유압 실린더

텔레스코픽 실린더

유압 실린더의 길이는 스트로크의 총 길이, 피스톤의 두께, 바닥과 머리의 두께 및 연결부의 길이이다.종종 이 길이가 기계에 맞지 않는다.이 경우 피스톤 로드는 피스톤 배럴로도 사용되며 두 번째 피스톤 로드가 사용된다.이런 종류의 실린더를 망원경 실린더라고 한다.일반적인 로드 실린더 단단계라고 하면, 망원 실린더는 2단계, 3단계, 4단계, 5단계 또는 그 이상의 다단계 단위다.일반적으로 텔레스코픽 실린더는 일반 실린더보다 훨씬 비싸다.대부분의 텔레스코픽 실린더는 1회 작동(밀기)이다.이중 작동식 텔레스코픽 실린더는 특수 설계 및 제조되어야 한다.^[13]

플런저 실린더

피스톤이 없는 유압 실린더 또는 씰이 없는 피스톤을 플런저 실린더라고 한다.플런저 실린더는 푸싱 실린더로만 사용할 수 있다. 최대 힘은 피스톤 로드 면적에 압력을 곱한 것이다.이것은 플런저 실린더가 일반적으로 상대적으로 두꺼운 피스톤 로드를 가지고 있다는 것을 의미한다.

차동 실린더

디퍼렌셜 실린더는 당길 때 일반 실린더와 같은 역할을 한다.그러나 실린더가 밀어야 할 경우 실린더의 피스톤 로드 측에서 나온 오일은 저장소로 되돌아가지 않고 실린더의 하단 쪽으로 간다.그런 식으로 실린더는 훨씬 더 빨리 가지만 실린더가 줄 수 있는 최대 힘은 플런저 실린더와 같다.디퍼렌셜 실린더는 일반 실린더처럼 제조할 수 있으며, 특수 제어 장치만 추가된다.

위의 디퍼렌셜 실린더를 회생 실린더 컨트롤 회로라고도 한다.이 용어는 실린더가 단일 로드, 이중 작용 유압 실린더라는 것을 의미한다.제어 회로는 피스톤을 연장하는 동안 오일을 펌프의 저장소가 아닌 피스톤의 로드 측에서 다른 쪽으로 전달하는 밸브와 배관을 포함한다.피스톤의 반대편으로 전도되는 오일을 재생오일이라고 한다.

위치 감지 "스마트" 유압 실린더

위치 감지 유압 실린더는 중공 실린더 로드의 필요성을 제거한다.대신 Hall Effect 기술을 이용한 외부 감지 "bar"는 실린더 피스톤의 위치를 감지한다.이것은 피스톤 내에 영구 자석을 배치함으로써 이루어진다.자석은 실린더의 강철벽을 통해 자기장을 전파하여 센서에 위치 신호를 제공한다.

용어.

미국에서 통용되는 용어는 실린더, 피스톤, 피스톤 로드(또는 그 이상)의 전체 어셈블리를 집합적으로 "피스톤"이라고 말하는데, 이는 잘못된 것이다.대신 피스톤은 실린더 배럴의 두 부분을 내부적으로 분리하는 짧은 원통형 금속 구성품이다.

참조