유압 제어 밸브 유형

유압 제어 밸브는 유체 동력 시스템의 의사 결정 센터 역할을 합니다. 모든 유압 회로는 유체 흐름 방향, 시스템 내 압력 수준, 유체가 액추에이터를 통해 이동하는 속도 등 세 가지 기본 매개변수를 조절하기 위해 이러한 구성 요소에 의존합니다. 유압 제어 밸브 유형을 이해하는 것은 제조에서 항공우주에 이르기까지 산업 전반에 걸쳐 유압 시스템을 설계, 유지 관리 또는 문제 해결에 관련된 모든 사람에게 필수적입니다.

유압 제어 밸브 유형의 분류는 수십 년간의 유압 엔지니어링 실무에 걸쳐 일관성을 유지해 온 기능적 프레임워크를 따릅니다. 이 프레임워크는 제어 대상에 따라 모든 유압 밸브를 세 가지 기본 범주로 나눕니다. 방향 제어 밸브는 유체가 어디로 가는지 결정합니다. 압력 제어 밸브는 시스템에서 사용 가능한 힘을 관리합니다. 유량 제어 밸브는 액츄에이터의 이동 속도를 조절합니다. 각 범주에는 다양한 특수 설계가 존재하며 각 설계는 특정 작동 요구 사항을 해결하도록 설계되었습니다.

유압 제어 밸브 분류 이해

유압 제어 밸브 유형에 대한 3개 기둥 분류 시스템은 유압 회로의 주요 기능에 따라 구성 요소를 구성하려는 실용적인 엔지니어링 요구에서 나타났습니다. 이 분류는 임의적이지 않습니다. 이는 방향 라우팅, 압력 조절 또는 흐름 제한을 통해 유체 동력을 제어할 수 있는 유압 시스템의 기본 물리학을 반영합니다.

방향 제어 밸브(DCV)시스템을 통한 유압유의 경로를 관리합니다. 작업자가 레버를 활성화하여 실린더를 확장하거나 모터를 반전시키면 방향 제어 밸브가 펌프에서 적절한 액추에이터 포트로 흐름의 방향을 전환합니다. 이 밸브는 압력이나 유량을 직접 조절하지 않습니다. 그들은 단순히 특정 유체 경로를 열고 닫습니다. 복동 실린더에는 펌프 압력(P), 탱크 리턴(T) 및 두 개의 액추에이터 포트(A 및 B)에 대한 연결이 있는 4방향 방향 밸브가 필요합니다.

압력 제어 밸브(PCV)시스템에서 사용 가능한 힘을 조절하여 안전한 작동 조건을 유지합니다. 유압은 저장된 에너지를 나타내며, 과도한 압력은 호스를 파열시키거나 씰을 손상시키거나 펌프 구성품을 파손시킬 수 있습니다. 압력 제어 밸브는 탱크에 대한 릴리프 경로를 열거나 흐름을 제한하여 다양한 회로 분기에서 특정 압력 수준을 유지함으로써 시스템 압력의 변화에 ​​반응합니다. 3000 PSI로 설정된 릴리프 밸브는 시스템 압력이 이 한계에 도달하면 균열이 발생하여 과압 손상으로부터 다운스트림 구성 요소를 보호합니다.

Kettenstrich-Punkt-Linie단위 시간당 회로를 통과하는 유체의 양을 조절하여 액츄에이터 속도를 결정합니다. 유압 실린더 또는 모터의 속도는 유입되는 유체의 양에 직접적으로 의존합니다. 유량 제어 밸브는 오리피스나 스로틀을 사용하여 이 볼륨을 제한합니다. 작동 중 부하 조건이 변경되면 보상된 유량 제어 밸브가 자동으로 조정되어 압력 변화에 관계없이 일관된 액추에이터 속도를 유지합니다.

이러한 기능적 분리는 단일 유압 회로에 일반적으로 함께 작동하는 여러 밸브 유형이 필요함을 의미합니다. 이동식 굴삭기 붐 회로는 방향 제어 밸브를 사용하여 확장 또는 수축을 선택하고, 카운터밸런스 밸브를 사용하여 하중 강하를 방지하며, 흐름 제어 밸브를 사용하여 동작을 부드럽게 할 수 있습니다. 어떤 유압 제어 밸브 유형이 어떤 제어 목표를 충족하는지 이해하는 것이 효과적인 시스템 설계의 기초입니다.

방향 제어 밸브: 흐름 경로 관리

방향 제어 밸브는 해당 구성을 설명하는 표준화된 표기법을 사용하여 식별됩니다. 표기법은 "방법과 위치" 형식을 따릅니다. 4방향, 3위치 밸브는 4/3(4개 포트, 3개 스위칭 위치)로 표시됩니다. 경로 수는 외부 연결, 즉 일반적으로 압력 입구(P), 탱크 리턴(T 또는 R) 및 하나 이상의 작업 포트(A, B, C)를 나타냅니다. 위치 수는 밸브가 유지할 수 있는 안정적인 스위칭 상태의 수를 나타냅니다.

산업용 유압장치의 가장 일반적인 구성은 4방향, 3위치 밸브(4/3)입니다. 이 설계는 응용 분야에 따라 다양한 방식으로 포트를 연결하도록 밸브를 프로그래밍할 수 있는 중립 중앙 위치를 제공합니다. 폐쇄형 중앙 밸브는 중립의 모든 포트를 차단하여 펌프의 부하를 내릴 수 있습니다. 개방형 중앙 밸브는 낮은 압력에서 펌프 흐름을 탱크로 직접 반환하여 작업을 수행하지 않을 때 에너지 소비를 줄입니다. 탠덤-센터 구성은 액추에이터가 자유롭게 부동할 수 있도록 하면서 펌프를 언로드합니다.

방향 제어 밸브의 내부 메커니즘은 스풀 밸브와 포핏 밸브라는 두 가지 기본 설계로 나뉩니다. 이러한 설계 간의 엔지니어링 균형을 통해 적용 범위가 결정됩니다.

스풀 밸브는 보어 내에서 미끄러져 포트를 덮거나 드러내는 정밀하게 가공된 랜드가 있는 원통형 요소를 사용합니다. 스풀과 보어 사이의 간격은 최소(일반적으로 5-25미크론)여야 내부 누출을 줄이면서도 부드러운 움직임을 허용할 수 있습니다. 이 디자인은 여러 흐름 경로와 위치 간 원활한 전환이 필요한 응용 분야에서 탁월합니다. 파일럿 작동식 4방향 3위치 스풀 밸브는 복잡한 중앙 포트 구성을 처리할 수 있기 때문에 모바일 장비의 표준입니다. 그러나 필요한 간격은 스풀 밸브에 고유한 내부 누출이 있다는 것을 의미하며, 이로 인해 장기간 부하를 유지할 때 액추에이터 드리프트가 발생할 수 있습니다.

포핏 밸브는 일반적으로 스프링 힘과 입구 압력의 도움을 받아 밸브 면에 안착되는 디스크 또는 원뿔 요소를 사용합니다. 닫히면 포핏이 금속 간 또는 엘라스토머 간 접촉을 생성하여 누출이 전혀 발생하지 않습니다. 이 디자인은 주어진 봉투 크기에 대해 가장 빠른 응답 시간과 가장 높은 흐름 용량을 제공합니다. DIN 표준을 따르는 최신 소형 포핏형 방향 제어 밸브는 닫힌 상태에서 측정 가능한 누출 없이 분당 100회 작동을 초과하는 사이클 속도를 달성할 수 있습니다. 포핏 밸브의 한계는 복잡한 흐름 라우팅이나 중간 위치 지정이 필요한 응용 분야에서 나타납니다.

스풀과 포핏 디자인 사이의 선택은 애플리케이션의 우선 순위 계층을 반영합니다. 누출 제로가 필수인 고압 클램핑 고정 장치 또는 크레인 부하 유지의 경우 흐름 라우팅 유연성의 한계에도 불구하고 포핏 밸브가 지정됩니다. 굴삭기 제어와 같은 연속 변조 응용 분야의 경우 스풀 밸브는 내부 누출로 인해 주기적인 조정이나 마모된 부품 교체가 필요한 경우에도 필요한 부드러운 전환을 제공합니다.

방향 제어 밸브의 작동 방법에는 수동 레버, 기계식 캠, 공압 파일럿, 유압 파일럿, 솔레노이드 작동기 및 비례 전자 제어 장치가 포함됩니다. 선택은 애플리케이션에 온-오프 스위칭이 필요한지 또는 지속적인 위치 지정이 필요한지, 작동에 사용할 수 있는 힘의 양, 원격 또는 자동 제어가 필요한지 여부에 따라 달라집니다.

압력 제어 밸브: 시스템 안전 및 규제

압력 제어 밸브는 파괴적인 과압 상태를 방지하고 다양한 회로 분기에 특정 압력 수준을 설정하여 시스템 무결성을 유지합니다. 가장 기본적인 압력 제어 구성 요소는 전체 유압 시스템의 안전 백스톱 역할을 하는 릴리프 밸브입니다.

시스템 압력이 미리 설정된 한계를 초과하면 릴리프 밸브가 열려 흐름을 탱크로 전환하고 압력이 더 이상 상승하는 것을 방지합니다. 모든 폐쇄 루프 유압 회로에는 릴리프 밸브 보호가 필요합니다. 이러한 보호 장치가 없으면 작동기가 막히거나 방향 밸브가 닫히면 무엇인가 고장(일반적으로 호스 파열, 씰 파열 또는 펌프 손상)이 발생할 때까지 압력이 상승하게 됩니다. 릴리프 밸브는 크래킹 압력(열리기 시작하는 지점)과 전체 흐름 압력(최대 정격 유량을 통과하는 지점)이 특징입니다.

릴리프 밸브의 내부 설계는 성능 특성이 크게 다른 두 가지 범주로 나뉩니다.

직동형 릴리프 밸브는 조정 가능한 스프링에 대해 포핏이나 스풀 요소에 직접 작용하는 시스템 압력을 사용합니다. 압력이 스프링 힘을 초과하면 밸브가 열립니다. 이 설계의 단순성은 일반적으로 5~10밀리초의 매우 빠른 응답을 제공하며 일부 설계는 2밀리초 내에 응답합니다. 이러한 신속한 반응은 갑작스러운 부하 변화나 펌프 정지 중에 압력 스파이크를 효과적으로 제한합니다. 그러나 직동식 밸브는 큰 압력 오버라이드를 나타냅니다. 크래킹 압력과 전체 흐름 압력 간의 차이는 300-500PSI 이상일 수 있습니다. 높은 유량에서 이러한 압력 오버라이드는 상당한 열과 소음을 발생시킬 수 있으며 때로는 과부하된 직동식 릴리프 밸브의 특징적인 "비명" 소리를 생성할 수 있습니다.

파일럿 작동식 릴리프 밸브는 작은 파일럿 밸브가 더 큰 메인 밸브 요소를 제어하는 ​​2단계 설계를 사용합니다. 시스템 압력은 압력 차이를 사용하여 메인 스풀이나 포핏을 정확하게 위치시키는 파일럿 단계에 작용합니다. 이 설계는 최대 정격 유량에서도 일반적으로 50-100 PSI로 제한되는 오버라이드를 통해 훨씬 더 엄격한 압력 제어를 달성합니다. 파일럿 작동식 밸브는 릴리프 작동 중에 더 조용하게 작동하고 열을 덜 발생시킵니다. 절충안은 응답 시간입니다. 파일럿 압력을 구축하고 메인 밸브 요소를 이동하는 데 약 100밀리초가 필요하며 이는 직동식 설계보다 훨씬 느립니다.

파일럿 작동식 릴리프 밸브의 느린 반응으로 인해 특정한 취약점이 발생합니다. 즉, 갑작스러운 압력 스파이크가 발생하는 동안 밸브가 손상을 방지할 만큼 빠르게 열리지 않을 수 있습니다. 부하가 빠르게 변경되거나 방향 밸브가 자주 변하는 시스템에서는 하이브리드 보호 전략을 사용하는 경우가 많습니다. 작고 빠르게 작동하는 직동식 릴리프 밸브는 메인 파일럿 작동식 밸브보다 약간 위에 설정되어 있습니다. 정상 작동 중에는 파일럿 작동 밸브가 안정적인 압력을 유지합니다. 일시적인 스파이크가 발생하는 동안 직접 작동 밸브는 5~10밀리초 내에 열려 피크를 클립한 다음 파일럿 작동식 밸브가 작동하면 닫힙니다. 이 조합은 스파이크 보호와 정상 상태 압력 제어를 모두 극대화합니다.

기본 릴리프 기능 외에도 특수 압력 제어 밸브는 특정 회로 요구 사항을 해결합니다.

• 감압 밸브분기 회로의 압력을 주 시스템 압력보다 낮은 수준으로 제한하십시오. 연삭 작업에는 1000PSI가 필요할 수 있으며 주 시스템은 3000PSI에서 실행됩니다. 감소 밸브는 연삭 회로의 낮은 압력을 유지하여 민감한 구성 요소를 보호하고 작업물에 과도한 힘이 가해지는 것을 방지합니다.
• 시퀀스 밸브입구 압력이 미리 설정된 수준에 도달할 때까지 닫힌 상태를 유지한 다음 보조 기능으로의 흐름을 허용하기 위해 엽니다. 드릴 프레스에서 시퀀스 밸브는 드릴 실린더가 전진하기 전에 클램프 실린더가 스트로크를 완료하도록 보장합니다(시스템 압력 상승 유발). 이렇게 하면 고정되지 않은 작업물에 드릴링하는 것을 방지할 수 있습니다.
• 카운터밸런스 밸브수직 또는 오버런 애플리케이션에서 폭주 부하를 방지합니다. 이 밸브는 파일럿 작동식 릴리프 밸브와 일체형 체크 밸브를 결합합니다. 액추에이터 리턴 라인에 설치된 카운터밸런스 밸브는 부하를 지지하는 배압을 생성합니다. 확장 측의 파일럿 압력은 밸브를 조절하여 하강을 제어할 수 있도록 합니다. 카운터밸런스 밸브가 없으면 중력 부하가 자유낙하하고 모터 구동 부하가 초과될 수 있습니다. 설계에는 조정 가능한 파일럿 비율이 포함되어 있으며, 부하 적응형 카운터밸런스 밸브는 부하 조건에 따라 파일럿 비율을 자동으로 조정하여 안정성과 에너지 효율성을 최적화합니다.
• 언로딩 밸브시스템 압력이 외부 파일럿이 신호한 설정점에 도달하면 저압에서 펌프 흐름을 탱크로 전환합니다. 이 밸브는 어큐뮬레이터 회로와 하이-로우 펌프 회로에 나타납니다. 어큐뮬레이터가 완전히 충전되면 언로딩 밸브는 어큐뮬레이터 파일럿 신호에 응답하고 펌프 흐름을 탱크로 덤프하여 어큐뮬레이터의 압력을 유지하면서 에너지 소비와 열 발생을 줄입니다.

유량 제어 밸브: 속도 및 속도 관리

유량 제어 밸브는 회로를 통과하는 유체의 양을 제한하여 액추에이터 속도를 조절합니다. 액츄에이터 속도는 유량(속도 = 유량 / 피스톤 면적)에 직접적으로 비례하므로 유량을 제어하면 실린더와 모터의 정확한 속도 제어가 가능합니다.

가장 간단한 흐름 제어 장치는 스로틀 밸브 또는 니들 밸브(기본적으로 조정 가능한 오리피스)입니다. 조정을 돌리면 유동 경로에 가변적인 제한이 생깁니다. 오리피스를 통과하는 유량은 Q = CA√(ΔP) 관계를 따릅니다. 여기서 Q는 유량, C는 유량 계수, A는 오리피스 면적, ΔP는 오리피스를 가로지르는 압력 강하입니다. 이는 단순한 스로틀 밸브의 근본적인 한계를 드러냅니다. 유량은 오리피스 설정과 오리피스 전체의 압력 차에 따라 달라집니다.

실린더가 수평에서 수직 방향으로 이동하거나 중력 부하가 변경되는 경우와 같이 부하 압력이 변경되면 스로틀 전체의 압력 차이가 변경됩니다. 이로 인해 오리피스 설정이 일정하게 유지되더라도 유속이 달라지게 됩니다. 그 결과 부하 조건에 따라 변하는 액추에이터 속도가 일관되지 않게 됩니다. 대략적인 속도 제어가 충분하고 비용이 중요한 응용 분야의 경우 간단한 스로틀 밸브가 여전히 유용합니다. 그러나 정밀 애플리케이션에는 보상이 필요합니다.

압력 보상형 유량 제어 밸브(PCFCV)는 부하 변동에 관계없이 계량 오리피스 전체에 걸쳐 일정한 압력 강하를 유지함으로써 부하 의존성 문제를 해결합니다. 밸브에는 원하는 유량을 설정하는 조정 가능한 스로틀링 오리피스와 압력 피드백에 반응하는 보상기 스풀이라는 두 가지 요소가 포함되어 있습니다.

보상기 스풀은 기계식 압력 조절기 역할을 합니다. 이는 출구 압력을 감지하고 측정 오리피스 전체에 걸쳐 고정된 압력 차이를 유지하도록 자체 위치를 지정합니다. 부하 압력이 증가하면 보상기 스풀이 이동하여 측정 오리피스 앞의 제한을 증가시켜 ΔP를 일정하게 유지합니다. 부하 압력이 감소하면 스풀이 더 열립니다. ΔP는 일정하게 유지되고 측정 오리피스 면적은 고정되어 있으므로 유량 Q는 하류 압력 변화에 관계없이 거의 일정하게 유지됩니다.

압력 보상 유량 제어 밸브는 미터인 제어(액츄에이터로 들어가는 유량 조절) 또는 미터아웃 제어(액추에이터에서 나가는 유량 조절)로 구성할 수 있습니다. 미터 아웃 구성은 수직으로 하강하는 실린더와 같이 오버런할 수 있는 부하를 제어하는 ​​데 특히 중요합니다. 미터 아웃 제어는 복귀 흐름을 제한함으로써 화물이 자유 낙하하는 것을 방지하고 안정적이고 제어된 하강을 제공합니다.

압력 보상형 유량 제어 밸브의 동적 성능은 보상기 스풀이 압력 변화에 얼마나 빨리 반응하는지에 따라 달라집니다. 부하 조건이 지속적으로 변하는 이동식 장비 및 건설 기계에서는 보상기 스풀이 지속적으로 조정됩니다. 이러한 빈번한 움직임으로 인해 스풀, 스프링 및 밀봉 표면에 기계적 마모가 발생합니다. 고도로 동적인 응용 분야의 경우, 조기 성능 저하를 방지하고 밸브 서비스 수명 동안 속도 제어 정확도를 유지하려면 경화 스풀, 내마모성 코팅 및 고품질 스프링이 포함된 유량 제어 밸브를 지정하는 것이 필수적입니다.

온도 보상은 또 다른 정교함을 더해줍니다. 유압 오일 점도는 온도에 따라 크게 변합니다. 일반적으로 온도가 20°C에서 80°C로 상승함에 따라 5~10배 더 얇아집니다. 오리피스를 통과하는 흐름은 부분적으로 점도에 따라 달라지므로 압력 보상 설계에서도 유속은 오일 온도에 따라 달라질 수 있습니다. 온도 보상형 유량 제어 밸브에는 유효 오리피스 면적을 조정하여 점도 변화에 대응하는 온도 감지 요소가 통합되어 있어 작동 온도 범위 전체에서 일정한 유량을 유지합니다.

고급 전기 유압식 제어 시스템

기존 유압 밸브는 완전 개방, 완전 폐쇄 또는 특정 위치 간 전환 등 개별 상태로 작동합니다. 정확한 위치 지정, 부드러운 속도 전환 또는 가변 힘 제어가 필요한 고급 응용 분야에서는 지속적인 밸브 변조가 필요합니다. 이러한 요구 사항으로 인해 전기 명령 신호를 수신하고 비례 또는 서보 품질 응답을 제공하는 전자 유압식 밸브가 개발되었습니다.

비례 밸브는 지속적인 전기 유압식 제어의 첫 번째 수준을 나타냅니다. 이 밸브는 펄스 폭 변조(PWM) 전기 신호를 사용하여 밸브 스풀에 가변 힘을 생성하는 비례 솔레노이드를 구동합니다. 솔레노이드 전류를 조절함으로써 밸브 스풀은 개별 멈춤쇠뿐만 아니라 스트로크 내 어느 곳에나 위치할 수 있습니다. 이를 통해 액추에이터 속도의 원활한 램핑, 정밀한 중간 위치 지정 및 프로그래밍 가능한 가속 프로필이 가능합니다.

비례 밸브의 제어 분해능은 비례 솔레노이드와 전기 드라이버의 품질에 따라 달라집니다. 최신 비례 밸브는 전체 스트로크의 0.1%보다 나은 위치 분해능을 달성하며 응답 시간은 일반적으로 50~200밀리초 범위입니다. 히스테리시스(명령 신호 증가 및 감소 사이의 위치 차이)는 일반적으로 고품질 비례 밸브에서 전체 스트로크의 3% 미만으로 유지됩니다.

비례 밸브는 다양한 산업 및 모바일 응용 분야에 유리한 비용 대비 성능 비율을 제공합니다. 서보 밸브보다 유체 오염을 더 잘 견디며 일반적으로 17/15/12 주위의 ISO 청정도 코드에서 안정적으로 작동합니다. 따라서 절대적인 정밀도는 요구되지 않지만 부드럽고 제어된 동작이 중요한 건설 장비, 농업 기계 및 산업용 프레스에 적합합니다. 유압 굴삭기는 비례 밸브를 사용하여 운전자가 붐, 스틱 및 버킷 움직임을 미세하게 제어할 수 있도록 하여 오염된 환경에서 강력한 성능을 유지하면서 섬세한 작업을 가능하게 합니다.

서보 밸브는 최고 수준의 유압 제어 정밀도를 나타냅니다. 단순히 전기 입력을 기반으로 스풀의 위치를 ​​지정하는 비례 밸브와 달리 서보 밸브에는 실제 스풀 위치를 명령된 위치와 지속적으로 비교하고 수정하는 내부 피드백 루프가 통합되어 있습니다. 토크 모터와 플래퍼 노즐 파일럿 단계를 사용하는 정교한 설계와 결합된 이 폐쇄 루프 내부 제어는 10밀리초 미만의 응답 시간과 전체 스트로크의 0.01%를 초과하는 위치 정확도를 달성합니다.

서보 밸브의 성능에는 엄격한 요구 사항이 따릅니다. 서보 밸브의 내부 간격은 일반적으로 1~3미크론으로 매우 촘촘하여 내부 누출을 최소화하지만 오염에 극도로 민감합니다. 스풀 간극보다 큰 단일 마모 입자로 인해 밸브가 고착되거나 고장날 수 있습니다. 업계 경험에 따르면 유압 구성품 고장의 70-90%는 유체 오염으로 인해 발생하며 서보 밸브는 가장 취약한 구성 요소입니다.

서보 밸브 지정은 전체 시스템 약속을 나타냅니다. ISO 16/13/10 청결도를 달성하고 유지하려면 고효율 필터(일반적으로 β25 ≥ 200), 빈번한 오일 샘플링 및 분석, 여과 기능이 통합된 공기 브리더가 있는 밀봉 저장소, 엄격한 조립 청결 절차 및 포괄적인 운영자 교육이 필요합니다. 여과 시스템만으로도 서보 밸브보다 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 서보 밸브 기술을 고려하는 조직은 밸브 구매 가격이 단지 시작일 뿐이라는 점을 이해해야 합니다. 실제 비용은 서보 밸브 성능이 좌우되는 매우 깨끗한 유체 상태를 유지하는 데 있습니다.

선택 기준 및 산업 표준

적절한 유압 제어 밸브 유형을 선택하려면 작동 조건, 성능 요구 사항 및 수명 주기 고려 사항을 체계적으로 평가해야 합니다. 선택 프로세스는 일반적으로 구조화된 프레임워크를 따릅니다.

작동 매개변수는 밸브가 작동해야 하는 경계 조건을 정의합니다.

• 최대 시스템 압력:밸브는 적절한 안전 여유(일반적으로 1.3x ~ 1.5x 작동 압력)를 갖춘 최고 시스템 압력보다 높은 등급을 받아야 합니다.
• 유량 요구사항:과도한 압력 강하 및 열 발생을 방지하려면 밸브 유량 용량이 최대 회로 요구량을 초과해야 합니다.
• 유체 호환성:씰 재료와 밸브 본체 재료는 유압유(석유, 물-글리콜, 합성 에스테르 등)로 인한 성능 저하를 견뎌야 합니다.
• 작동 온도 범위:씰과 윤활제는 예상되는 극한 온도에서 작동해야 합니다.
• 주기율:급속 순환을 겪는 밸브에는 피로와 마모에 저항하는 설계가 필요합니다.

기능 요구 사항에 따라 필요한 밸브 범주와 특정 기능이 결정됩니다.

• 방향 제어의 경우:포트 수, 위치 수, 중심 상태, 누출 제로 요구 사항, 파일럿 작동
• 압력 제어의 경우:릴리프 설정, 오버라이드 특성, 원격 환기 기능, 부하 유지 용량
• 흐름 제어의 경우:압력 보상, 온도 보상, 미터인 대 미터아웃, 조정 가능 범위

작동 방법은 사용 가능한 제어 신호 및 자동화 요구 사항에 따라 다릅니다.

• 간헐적인 조정 또는 비상 제어를 위한 수동 작동
• 유압 신호선을 이용한 원격 제어용 유압 파일럿
• 기존 압축 공기 시스템을 갖춘 시설의 공압 파일럿
• 전기 온-오프 제어 및 PLC 통합을 위한 솔레노이드 작동
• 연속 변조 및 폐쇄 루프 포지셔닝을 위한 비례/서보 제어

ISO/CETOP를 통한 표준화는 실질적인 이점을 제공합니다. ISO 4401 표준은 유압 방향 제어 밸브의 장착 인터페이스 치수를 정의합니다. 동일한 ISO 장착 패턴(예: ISO 03, 일반적으로 CETOP 03 또는 NG6/D03이라고 함)을 준수하는 여러 제조업체의 밸브는 수정 없이 동일한 서브플레이트 또는 매니폴드에서 교환할 수 있습니다. 이 표준화는 다음과 같습니다.

• 예비 부품 재고 단순화(여러 브랜드로 대체 가능)
• 엔지니어링 시간 단축(표준 인터페이스로 맞춤형 장착 설계가 필요 없음)
• 업그레이드 용이(최신 기술 밸브는 기존 설계를 직접 대체할 수 있음)
• 유량 용량과 대략적으로 연관됩니다(ISO 03 밸브는 일반적으로 최대 120L/min, ISO 05는 최대 350L/min까지 처리).

ISO 장착 크기는 밸브 선택 시 예비 필터가 됩니다. 필요한 유량을 결정한 후 엔지니어는 적절한 ISO 크기를 선택한 다음 해당 크기 범주 내에서 특정 밸브 모델을 평가합니다.

유체 오염 및 시스템 무결성

모든 유압 제어 밸브 유형의 성능과 수명은 유체 청결도에 따라 크게 달라집니다. 오염은 유압 시스템 신뢰성에 가장 큰 위협이 되며, 업계 데이터에 따르면 구성품 고장의 70~90%가 오염된 유체로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다.

오염 메커니즘은 여러 경로를 통해 밸브를 손상시킵니다.

• 입자 간섭움직이는 밸브 요소와 보어 사이의 틈새에 고체 오염물질이 들어갈 때 발생합니다. 스풀 밸브에서 입자는 정밀하게 가공된 표면에 흠집을 내거나 스풀과 하우징 사이에 끼어 들러붙을 수 있습니다. 포핏 밸브에서 입자는 적절한 장착을 방해하여 누출을 초래할 수 있습니다. 간격이 1~3미크론인 서보 밸브는 특히 취약합니다. 단일 5미크론 입자로 인해 완전한 고장이 발생할 수 있습니다.
• 연마 마모단단한 입자가 밸브 오리피스를 통과하고 밀봉 표면을 고속으로 통과할 때 발생합니다. 이는 점차적으로 재료를 침식하여 간격을 늘리고 밀봉 효과를 감소시킵니다. 시간이 지남에 따라 유량 제어 정확도가 저하되고 압력 제어가 부정확해지며 내부 누출이 증가합니다.
• 씰 성능 저하오염 물질에 물, 산 또는 호환되지 않는 화학 물질이 포함되면 가속화됩니다. 이러한 물질은 엘라스토머를 공격하여 팽창, 경화 또는 분해를 유발합니다. 소량의 물(부피 기준 0.1% 정도)이라도 씰 수명을 50% 이상 줄일 수 있습니다.
• 열 효과문제가 더욱 복잡해집니다. 오염된 시스템은 마찰 증가와 효율성 감소로 인해 더 뜨거워집니다. 온도가 높을수록 오일 산화가 가속화되어 더 많은 오염 물질이 생성되어 자체적으로 강화되는 고장 주기가 생성됩니다.

ISO 4406 청정도 코드는 유체 오염을 정량화하기 위한 업계 표준 방법을 제공합니다. 코드는 4미크론, 6미크론, 14미크론의 세 가지 크기 임계값에서 입자 수를 나타내는 세 가지 숫자를 사용합니다. 각 숫자는 유체 밀리리터당 입자의 범위에 해당합니다. 예를 들어 ISO 코드 18/16/13은 다음을 나타냅니다.

• ≥4μm에서 코드 18: 1,300~2,500개 입자/mL
• ≥6μm에서 코드 16: 320~640개 입자/mL
• ≥14μm에서 코드 13: 40~80개 입자/mL

ISO 코드 번호가 낮을수록 더 깨끗한 유체를 나타냅니다. 코드 번호가 1씩 감소할 때마다 입자 수가 약 50% 감소합니다.

시스템 여과 전략은 가장 민감한 구성 요소에 필요한 청결도 수준을 목표로 해야 합니다. 서보 밸브가 포함된 회로는 다른 구성 요소가 더러워진 조건을 견딜 수 있더라도 전체적으로 ISO 16/13/10을 유지해야 합니다. 일반적으로 다음이 필요합니다.

• 베타 비율 β25 ≥ 200의 고효율 필터(25미크론보다 큰 입자의 99.5% 제거)
• 다중 여과 지점(흡입, 압력 및 회수 라인 필터)
• 지속적인 유체 조절을 위한 오프라인 신장 루프 여과
• 여과된 공기 브리더가 있는 밀봉된 저장소
• 입자 계수를 통한 정기적인 오일 분석
• 유지 관리 및 구성 요소 설치 중 엄격한 절차

여과 시스템은 전체 시스템 용량을 시간당 여러 번 처리해야 합니다. 일반적인 사양은 작동 중에 시간당 최소 3~5회 총 유체량을 필터링하고 추가 신장 루프 여과를 통해 오일을 지속적으로 연마하는 것입니다.

미립자 오염 외에도 산화, 열 분해 및 물 유입으로 인한 유체 품질 저하로 인해 주기적인 유체 분석 및 교체가 필요합니다. 최신 유압유에는 서비스 수명을 연장하는 첨가제 패키지가 포함되어 있지만 이러한 첨가제는 시간이 지남에 따라 고갈됩니다. 정기적인 간격(중요 시스템의 경우 일반적으로 500~1000시간 작동 시간마다)으로 유체를 샘플링하면 부품 손상이 발생하기 전에 성능 저하에 대한 조기 경고를 제공합니다.

공격적인 오염 통제에 대한 경제적 주장은 설득력이 있습니다. 고품질 필터와 엄격한 유지 관리 프로토콜로 인해 운영 비용이 증가하지만 이러한 비용은 조기 구성 요소 고장, 예상치 못한 가동 중지 시간 및 생산 손실로 인한 비용에 비하면 미미합니다. 업계 연구에 따르면 적절한 여과에 소비되는 1달러는 시스템 수명 주기 동안 유지 관리 및 교체 비용을 5~10달러 절약하는 것으로 나타났습니다.

최신 유압 시스템에는 실시간 오염 데이터를 제공하는 상태 모니터링 센서가 점점 더 많이 통합되고 있습니다. 인라인 입자 계수기는 청결도를 지속적으로 측정하여 오염도가 목표 수준을 초과하면 운영자에게 경고합니다. 필터 위치의 압력 센서는 요소 교체가 필요한 시기를 나타냅니다. 온도 및 유량 센서는 내부 마모를 나타낼 수 있는 효율성 손실을 감지합니다. 시간 기반 유지 관리에서 상태 기반 유지 관리로의 전환은 시스템 가동 시간을 최적화하는 동시에 불필요한 구성 요소 교체를 줄입니다.

유압 제어 밸브 유형(분류, 작동 원리, 성능 특성 및 유지 관리 요구 사항)을 이해하는 것은 안정적이고 효율적인 유압 시스템을 설계하기 위한 기초를 형성합니다. 방향, 압력 및 흐름 제어로의 기능 분류는 적절한 구성 요소를 선택하기 위한 논리적 프레임워크를 제공합니다. 각 범주 내에서 특정 밸브 설계는 누출 제로 달성부터 다양한 부하에서 일정한 속도 유지에 이르기까지 특정 엔지니어링 과제를 해결합니다.

선택 과정에서는 성능 요구 사항과 오염 민감도 및 유지 관리 기능의 균형을 맞춰야 합니다. 고정밀 서보 밸브는 탁월한 제어 기능을 제공하지만 항공우주 등급의 청결도를 요구합니다. 견고한 비례 밸브는 더 관대한 유지 관리 요구 사항으로 우수한 성능을 제공합니다. 간단한 스로틀 밸브는 최소한의 비용으로 기본 기능을 제공하지만 부하가 걸린 상태에서는 일관된 속도를 유지할 수 없습니다.

시스템 무결성은 궁극적으로 회로에서 가장 민감한 구성 요소에 적합한 유체 청결도를 유지하는 데 달려 있습니다. 오염 제어는 선택 사항이 아닙니다. 구성 요소가 설계 수명을 달성할지 또는 조기에 실패할지 여부를 결정하는 기본 요구 사항입니다. 디지털 통합과 스마트 센서를 통해 유압 시스템이 계속 발전함에 따라 오염 제어, 적절한 밸브 선택 및 체계적인 유지 관리의 기본 원칙은 안정적이고 효율적인 작동을 달성하는 데 여전히 핵심이 될 것입니다.