유압 방향 제어 밸브 유형

유압 방향 제어 밸브는 유체 동력 시스템의 명령 센터 역할을 하며 가압된 유체가 액츄에이터로 흐르는 시기, 장소 및 방법을 결정합니다. 이 밸브는 내부 통로의 개폐 또는 연결 상태를 변경하여 유체 흐름 방향을 제어합니다. 모바일 장비, 산업 자동화 시스템 또는 중장비를 설계하는 엔지니어의 경우 밸브 기능을 응용 분야 요구 사항에 맞추려면 다양한 유압 방향 제어 밸브 유형을 이해하는 것이 필수적입니다.

유압 방향 제어 밸브의 분류는 물리적 구조, 작동 원리 및 제어 방법을 기반으로 다양한 차원을 따릅니다. 각 분류는 유체 역학, 전기 효율성 및 시스템 통합 요구 사항에 따라 정의된 특정 성능 경계를 다룹니다.

Way Number와 Position Number에 따른 분류

유압 방향 제어 밸브 유형의 가장 기본적인 분류는 W/P 표기법을 사용합니다. 여기서 W는 방향(포트) 수를 나타내고 P는 밸브가 유지할 수 있는 위치 수를 나타냅니다. ISO 1219-1 그래픽 기호에 맞춰 정렬된 이 표준화된 명명 규칙은 밸브 기능에 대한 즉각적인 통찰력을 제공합니다.

웨이 번호는 밸브 본체의 외부 연결 포트를 나타냅니다. 표준 산업 응용 분야에서 이러한 포트에는 P(압력/펌프 포트), T(탱크/리턴 포트) 및 일반적으로 A와 B로 표시된 작동 포트가 포함됩니다. 4방향 밸브는 4개의 외부 라인에 연결되는 반면, 3방향 밸브에는 3개의 포트가 있고 2방향 밸브는 2개의 연결 지점만 제공합니다.

위치 번호는 밸브 스풀 또는 요소가 달성할 수 있는 안정적인 상태 수를 나타냅니다. 2위치 밸브는 두 가지 개별 상태로 ON/OFF 방식으로 작동합니다. 3위치 밸브는 중립 중앙 위치를 추가하며 이는 시스템 대기 동작 및 에너지 관리에 매우 중요합니다.

이 분류를 사용하는 일반적인 유압 방향 제어 밸브 유형에는 간단한 온-오프 제어를 위한 2/2 밸브, 단동 실린더 제어를 위한 3/2 밸브, 기본 복동 실린더 작동을 위한 4/2 밸브, 정의된 중심 조건에서 양방향 액추에이터 제어를 위한 가장 다양한 구성을 나타내는 4/3 밸브가 포함됩니다.

4/3 방향 제어 밸브는 중앙 ​​위치 기능이 시스템 효율성과 액추에이터 유지력에 직접적인 영향을 미치기 때문에 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 세 가지 기본 센터 구성이 있습니다. 폐쇄형 센터는 모든 포트를 서로 차단하여 높은 정적 강성으로 액추에이터 위치를 유지하지만 펌프 언로드를 방지합니다. 탠덤 센터(P-to-T 센터라고도 함)는 P 포트를 T에 연결하고 포트 A와 B를 차단하여 대기 중에 펌프가 저압에서 저장소로 언로드되도록 하여 열 발생과 전력 소비를 크게 줄입니다. 개방형 센터는 모든 포트를 함께 연결하므로 특정 우선 순위 회로에 유용하지만 최소한의 액추에이터 유지 기능을 제공합니다.

이동식 굴삭기에 대한 유압 방향 제어 밸브 유형을 지정할 때 엔지니어는 일반적으로 유휴 기간 동안 유압 시스템 열 부하를 줄이기 위해 탠덤 센터가 있는 4/3 밸브를 선택하고 열 관리 및 연료 효율성을 위한 교환으로 약간 낮은 유지 강성을 수용합니다.

유량 범위 전반에 걸쳐 보통이고 상대적으로 일정함

포트 및 위치 번호 외에도 유압 방향 제어 밸브 유형은 내부 흐름 제어 요소가 근본적으로 다릅니다. 두 가지 기본 설계는 스풀 밸브와 포핏 밸브이며, 각각은 응용 분야 요구 사항에 따라 뚜렷한 이점을 제공합니다.

스풀 밸브

스풀 밸브는 정밀하게 가공된 보어 내에서 슬라이딩하는 원통형 스풀을 사용하여 유동 경로를 열고 닫습니다. 스풀에는 랜드(실링 표면)와 홈(유로)이 포함되어 있습니다. 스풀이 축 방향으로 움직일 때 밸브 본체에 가공된 포트가 드러나거나 차단됩니다. 이 설계는 개별 상태 간 무한한 위치 지정을 허용하므로 스풀형 유압 방향 제어 밸브가 정밀한 유량 조절이 필요한 비례 및 서보 응용 분야에 이상적입니다. 스풀 밸브의 제조 정밀도는 원활한 작동을 허용하면서 내부 누출을 최소화하기 위해 스풀과 보어 사이에 일반적으로 5~25마이크로미터의 엄격한 반경 방향 간극을 요구합니다.

우수한 밀봉을 가능하게 하는 긴밀한 간격으로 인해 스풀 밸브는 유체 오염에 민감해집니다. 반경 방향 여유 공간보다 큰 입자로 인해 스풀이 달라붙거나 달라붙어 시스템 오류가 발생할 수 있습니다. 따라서 스풀형 방향 제어 밸브를 사용하는 시스템은 엄격한 유체 청정도를 유지해야 하며, 일반적으로 ISO 4406 청정도 코드 18/16/13 이상은 표준 산업 응용 분야에 적합하며, 서보 밸브는 16/14/11과 같이 훨씬 더 엄격한 수준을 요구합니다.

포핏 밸브

포핏 밸브는 흐름을 차단하기 위해 가공된 밸브 시트에 안착되는 원뿔 모양 또는 볼 요소를 사용합니다. 작동되면 포핏이 시트에서 올라가서 요소 주위로 흐름이 허용됩니다. 이 시트 및 디스크 설계는 닫힌 위치에서 본질적으로 내부 누출이 없는 우수한 밀봉 기능을 제공하므로 포핏형 유압 방향 제어 밸브는 드리프트 없이 중력에 대해 하중을 유지하거나 긴밀한 차단이 필요한 응용 분야에 탁월합니다.

포핏 밸브는 입자가 좁은 간격에 갇히지 않기 때문에 스풀 밸브보다 훨씬 더 높은 오염 내성을 보여줍니다. 포핏 설계는 즉각적인 고장 위험 없이 ISO 4406 20/18/15 또는 약간 더 높은 유체 청정도 수준을 수용합니다. 이러한 견고성으로 인해 포핏 밸브는 광업, 농업 또는 건설과 같은 더러운 환경에서 작동하는 모바일 장비에 매력적입니다.

그러나 시트 및 디스크 메커니즘은 포핏이 열릴 때 비선형적으로 변화하는 유동력을 생성하므로 스풀 설계보다 정밀한 비례 제어가 더 어렵습니다. 포핏형 방향 제어 밸브는 일반적으로 흐름을 지속적으로 조절하지 않고 개별 위치에서 작동합니다.

작동방식에 따른 분류

유압 방향 제어 밸브 유형은 밸브 요소(스풀 또는 포핏)가 위치 간에 이동하는 방식에 따라 분류됩니다. 작동 방법에 따라 응답 시간, 제어 유연성 및 통합 복잡성이 결정됩니다.

수동 작동은 레버, 푸시 버튼 또는 페달을 통한 실제 작업자 입력을 사용합니다. 이 밸브에는 외부 전원이 필요하지 않으며 기계적 연결을 통해 작업자에게 직접적인 피드백을 제공합니다. 수동 방향 제어 밸브는 자동화 가능성을 제한하고 작업자의 개입이 필요하기는 하지만 비상 기능이나 백업 시스템을 위한 모바일 장비에서는 여전히 일반적으로 사용됩니다.

기계식 작동에는 움직이는 기계 구성요소에 물리적으로 접촉하여 밸브 변속을 트리거하는 리미트 스위치, 캠 또는 롤러 레버가 사용됩니다. 머시닝 센터는 캠 작동식 방향 제어 밸브를 사용하여 유압 테이블이 이동 끝에 도달하면 자동으로 반전시킬 수 있습니다. 기계적 작동은 전력 없이 안정적인 시퀀싱을 제공하지만 프로그래밍 가능한 논리에 대한 유연성이 부족합니다.

공압식 작동은 피스톤이나 다이어프램에 작용하는 압축 공기를 사용하여 밸브를 이동시킵니다. 이러한 공기 조종식 방향 제어 밸브는 전자 제어가 주류를 이루기 전에 산업 자동화에서 널리 사용되었습니다. 전기 전환으로 인해 발화 위험이 있는 폭발성 대기에서는 여전히 나타납니다.

솔레노이드 작동은 현대 유압 시스템에서 가장 일반적인 방법을 나타냅니다. 전자기 코일은 전원이 공급되면 힘을 생성하여 밸브 요소를 직접 이동시키거나 2단계 설계에서 파일럿 압력을 제어하는 ​​전기자를 당깁니다. 전기로 작동되는 방향 제어 밸브는 프로그래밍 가능한 논리 컨트롤러(PLC)와 완벽하게 통합되어 복잡한 자동화 시퀀스를 가능하게 합니다.

직동식 밸브의 응답 시간은 일반적으로 기계적 단계가 하나만 존재하기 때문에 파일럿 작동식 설계보다 빠릅니다. 소형 직동 밸브를 사용하면 20밀리초 미만의 전환 시간을 달성할 수 있으므로 빠른 사이클링이 필요한 응용 분야에 적합합니다.

직접 작동 및 파일럿 작동: 핵심 작동 원리

전기 작동식 유압 방향 제어 밸브 유형 중에서 직동식 설계와 파일럿 작동식 설계의 차이는 아마도 가장 중요한 성능 경계를 나타냅니다. 이 두 아키텍처는 유체 힘과 스프링 하중에 맞서 밸브 요소를 이동시키기에 충분한 힘을 생성하는 기본적인 엔지니어링 과제를 해결합니다.

직동식 솔레노이드 밸브

직동식 솔레노이드 밸브는 코일의 전자기력을 사용하여 메인 밸브 스풀이나 포핏을 직접 움직입니다. 코일에 전원이 공급되면 결과적인 자기장이 전기자를 끌어당겨 밸브 요소에 기계적으로 연결됩니다. 이 간단한 메커니즘은 여러 가지 장점을 제공합니다. 직동식 밸브는 입구와 출구 사이의 압력차가 필요하지 않습니다. 즉, 0bar에서 최대 시스템 압력까지 작동할 수 있습니다. 이러한 압력 독립성은 기계 시동 시퀀스나 저압 파일럿 회로와 같이 시스템 압력이 형성되기 전에 밸브를 이동해야 하는 응용 분야에 직동식 방향 제어 밸브를 필수적으로 만듭니다.

직동식 밸브의 응답 시간은 일반적으로 기계적 단계가 하나만 존재하기 때문에 파일럿 작동식 설계보다 빠릅니다. 소형 직동 밸브를 사용하면 20밀리초 미만의 전환 시간을 달성할 수 있으므로 빠른 사이클링이 필요한 응용 분야에 적합합니다.

그러나 직접 작용 설계는 흐름 용량에 있어서 심각한 제한에 직면합니다. 솔레노이드는 밸브 요소에 작용하는 유체 힘, 마찰력 및 스프링 복귀력을 극복할 수 있을 만큼 충분한 힘을 생성해야 합니다. 유체력은 압력과 흐름 영역 모두에 따라 증가합니다. 더 높은 유속을 처리하기 위해 밸브 크기가 커지면 스풀 직경과 포트 크기도 커져야 하며, 이는 밸브 동작에 반대되는 유체 힘을 극적으로 증가시킵니다. 이러한 더 큰 힘을 극복하려면 솔레노이드 크기와 전력 입력이 크게 증가해야 합니다.

이 관계는 경제적, 열적 한계를 형성합니다. 고압에서 분당 약 60리터 이상을 처리하는 직동식 방향 제어 밸브에는 너무 크고 전력이 많이 소모되는 솔레노이드가 필요하므로 설계가 실용적이지 않습니다. 전력은 50~100와트 이상에 달할 수 있으며, 이로 인해 밸브 본체와 장착 표면을 통해 방출되어야 하는 상당한 열이 발생합니다. 소형 유압 시스템이나 밀집된 전기 캐비닛에서 이러한 열 부하로 인해 신뢰성 문제가 발생할 수 있습니다.

파일럿 작동형 솔레노이드 밸브

파일럿 작동식 솔레노이드 밸브는 2단계 설계를 통해 유량 제한을 해결합니다. 솔레노이드는 제어 유체를 메인 스풀 끝에 있는 챔버로 보내는 작은 파일럿 밸브를 제어합니다. 이 파일럿 흐름에 의해 생성된 메인 스풀 전체의 압력 차이는 크기에 관계없이 메인 스풀을 이동할 수 있는 충분한 힘을 생성합니다. 이 아키텍처에서 솔레노이드는 신호 생성만 수행하므로 동일한 흐름을 처리하는 직접 작동 설계보다 훨씬 적은 전력이 필요합니다. 파일럿 작동식 방향 제어 밸브는 솔레노이드 전력 소비를 10~20와트 미만으로 유지하면서 분당 수백 또는 수천 리터를 관리할 수 있습니다.

감소된 전기 수요는 더 낮은 열 발생, 더 작은 솔레노이드 하우징 및 더 간단한 열 관리로 이어집니다. 고유량 응용 분야의 경우 파일럿 작동식 설계가 바람직할 뿐만 아니라 엔지니어링 및 경제적 관점 모두에서 필요합니다.

이러한 효율성 향상에 대한 균형은 압력 의존성입니다. 파일럿 작동식 밸브는 메인 스풀 이동에 필요한 힘을 생성하기 위해 입구 압력 챔버와 파일럿 압력 챔버 사이에 충분한 압력 차이가 필요합니다. 시동 또는 오류 상태에서 시스템 압력이 부적절할 경우 메인 스풀이 완전히 이동하지 않거나 느리게 이동할 수 있습니다. 최소 파일럿 압력은 밸브 크기에 따라 일반적으로 3~5bar 범위입니다. 설계자는 주 압력 라인에서 내부적으로 끌어오거나 외부 어큐뮬레이터 또는 별도의 펌프에서 공급되는지 여부에 관계없이 파일럿 회로에 공급하는 압력 소스가 안정적인 상태를 유지하는지 확인해야 합니다.

응답 시간도 다릅니다. 파일럿 작동식 밸브는 변속을 위한 차압을 생성하기 위해 각 스풀 끝의 파일럿 챔버를 채우고 배수해야 합니다. 이러한 유압 지연은 비슷한 크기의 직동식 밸브에 비해 전환 시간에 10~50밀리초를 추가합니다. 대부분의 산업 및 모바일 애플리케이션의 경우 이러한 지연은 허용 가능하지만 고주파 사이클링 애플리케이션에는 흐름 제한에도 불구하고 직동 밸브가 필요할 수 있습니다.

분당 200리터 굴삭기 회로에 대한 유압 방향 제어 밸브 유형을 선택하는 엔지니어는 전기 열 부하를 최소화하고 제어 복잡성을 최소화하기 위해 메인 붐, 암 및 버킷 기능에 파일럿 작동식 밸브를 지정합니다. 그러나 동일한 기계는 제로 시스템 압력에서 안정적으로 작동해야 하는 도구 잠금 메커니즘과 같은 저유량 보조 회로에 직동식 밸브를 사용할 수 있습니다.

고급 제어: 비례 및 서보 방향 제어 밸브

표준 방향 제어 밸브는 별개의 온-오프 상태에서 작동하는 반면, 고급 유압 방향 제어 밸브 유형은 비례 또는 서보 제어를 통해 흐름과 압력의 지속적인 조절을 제공합니다. 이 밸브는 최고의 성능과 복잡성을 나타냅니다.

비례 방향 제어 밸브는 단순한 온-오프 전자석이 아닌 입력 전류에 비례하는 힘을 생성하는 비례 솔레노이드를 사용합니다. 컨트롤러의 명령 신호를 변경하여 밸브 스풀 위치를 전체 스트로크에 걸쳐 지속적으로 조정할 수 있습니다. 이를 통해 액추에이터 속도, 가속도 및 힘을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 비례 밸브는 크레인의 붐 동작을 제어하여 표준 방향 제어 밸브를 켜거나 끌 때 생성되는 갑작스러운 동작이 아닌 부드러운 시작, 정밀한 위치 지정 및 부드러운 정지를 제공할 수 있습니다.

비례 방향 제어 밸브에는 일반적으로 내부적으로 제어 루프를 닫기 위한 통합 전자 장치와 위치 피드백 센서(대개 선형 가변 차동 변압기(LVDT))가 포함됩니다. 온보드 전자 장치는 명령된 위치를 센서가 측정한 실제 스풀 위치와 비교하여 솔레노이드 전류를 조정하여 위치 오류를 제거합니다. 이 폐쇄 루프 아키텍처는 위치 부정확성을 유발할 수 있는 마찰, 유체 힘 및 공급 압력의 변화를 보상합니다.

서보 방향 제어 밸브는 비례 밸브 개념을 확장하여 훨씬 더 높은 성능을 달성합니다. 이 밸브는 토크 모터, 노즐 플래퍼 메커니즘 또는 제트 파이프 구성을 사용하여 10밀리초 미만의 응답 시간과 100Hz 이상의 주파수 응답을 달성합니다. 서보 밸브는 모션 시뮬레이터, 재료 시험기, 능동형 진동 감쇠 시스템 등 신속하고 정밀한 제어가 필요한 응용 분야를 가능하게 합니다.

비례 및 서보 유압 방향 제어 밸브 유형의 성능 요구로 인해 디지털 통신 인터페이스가 필요해졌습니다. 4~20mA 또는 0~10VDC 전류 루프를 사용하는 기존 아날로그 제어 신호는 전기 잡음, 신호 드리프트 및 제한된 진단 기능으로 인해 어려움을 겪습니다. 밸브 응답 시간이 감소하고 위치 지정 요구 사항이 엄격해짐에 따라 아날로그 신호 무결성이 시스템 성능의 제한 요소가 됩니다.

디지털 통합: 고성능 방향 제어 밸브의 IO-Link 프로토콜

Industry 4.0 연결성을 향한 산업적 변화는 고급 유압 방향 제어 밸브 유형이 제어 시스템과 인터페이스하는 방식에 큰 변화를 가져왔습니다. 디지털 통신 프로토콜, 특히 IO-Link는 기존 배선으로는 불가능했던 진단 기능을 활성화하는 동시에 아날로그 신호의 한계를 해결합니다.

IO-Link는 표준 비차폐 케이블을 통해 밸브와 마스터 컨트롤러 간에 지점 간 디지털 통신을 설정합니다. 이 단일 케이블은 전원, 디지털 명령 신호 및 양방향 데이터 통신을 전달합니다. 고가의 차폐 케이블과 복잡한 네트워크 구성이 필요한 필드버스 네트워크와 달리 IO-Link는 간단한 3선 연결을 사용하는 동시에 디지털 인코딩을 통해 강력한 잡음 내성을 유지합니다.

비례 및 서보 방향 제어 밸브의 장점은 상당합니다. 디지털 명령은 아날로그 정밀도를 저하시키는 신호 드리프트와 노이즈 픽업을 제거합니다. 매개변수 변경은 물리적 조정이 아닌 소프트웨어를 통해 이루어질 수 있으므로 시운전 시간이 크게 단축됩니다. 가장 중요한 점은 IO-Link가 코일 온도, 누적 작동 시간, 사이클 수, 스풀 위치 피드백 및 자세한 오류 코드를 포함한 내부 밸브 데이터에 대한 지속적인 액세스를 제공한다는 것입니다.

이 진단 데이터 스트림은 이전에는 불가능했던 상태 모니터링 전략을 가능하게 합니다. 시간 경과에 따른 코일 온도 추세를 추적함으로써 시스템은 치명적인 오류가 발생하기 전에 냉각 경로의 점진적인 저하 또는 절연 파괴를 감지할 수 있습니다. 응답 시간 드리프트를 모니터링하면 파일럿 단계의 마모 또는 오염으로 인한 마찰 증가가 드러납니다. 이러한 통찰력을 통해 계획되지 않은 가동 중지 시간을 최소화하는 예측 유지 관리 일정을 수립할 수 있습니다.

IO-Link가 장착된 유압 방향 제어 밸브 유형은 2022년 7월에 대량 생산을 시작했으며 현재 직동식 및 파일럿 작동식 구성으로 모두 제공됩니다. 이 기술은 비례 및 표준 온-오프 밸브를 모두 지원하지만 신호 품질과 진단 깊이가 적절한 비용 프리미엄을 정당화하는 고성능 응용 분야에서 가장 큰 이점이 나타납니다.

다양한 유압 방향 제어 밸브 유형의 선택 기준

적절한 유압 방향 제어 밸브 유형을 선택하려면 여러 성능 차원에 걸쳐 체계적인 평가가 필요합니다. 의사결정 프레임워크는 유체 동력 요구사항, 전기적 제약, 제어 요구사항 및 경제적 요인의 균형을 맞춰야 합니다.

유량이 주요 결정 요인입니다. 분당 60리터 미만이 필요한 응용 분야에서는 직동식 또는 파일럿 작동식 밸브를 사용할 수 있으며, 압력 가용성 및 응답 시간 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다. 더 높은 유량을 처리하는 시스템은 과도한 솔레노이드 크기와 열 발생을 방지하기 위해 파일럿 작동식 밸브를 사용해야 합니다. 고유량 응용 분야에 직동식 밸브를 지정하려고 시도하면 심각한 열 관리 문제로 인해 비경제적인 설계가 발생합니다.

작동 압력 범위는 두 가지 메인 밸브 유형에 따라 다르게 적용됩니다. 직접 작동 방향 제어 밸브는 0에서 시스템 최대까지 전체 압력 범위를 처리하므로 압력이 형성되기 전이나 압력 손실 시나리오 중에 작동해야 하는 회로에 필수입니다. 파일럿 작동식 밸브는 안정적인 작동을 위해 최소 압력 차동(일반적으로 3~5bar)이 필요합니다. 이 최소값을 보장할 수 없는 응용 분야에는 직동식 밸브 또는 외부 파일럿 공급 장치가 필요합니다.

제어 정밀도는 표준 온-오프 밸브가 충분한지 또는 비례 또는 서보 방향 제어 밸브가 필요한지 여부를 결정해야 합니다. 클램핑, 연장 또는 후퇴와 같은 간단한 순차적 작업에는 개별 위치 전환만 필요합니다. 부드러운 모션 프로파일, 정밀한 위치 지정 또는 힘 조절이 필요한 애플리케이션에는 비례 제어가 필요합니다. 능동 안정화 또는 고대역폭 추적과 같은 매우 역동적인 응용 분야에는 더 높은 비용과 유지 관리 요구 사항에도 불구하고 서보 밸브가 필요합니다.

유체 청정도 기능은 밸브 설계 민감도와 일치해야 합니다. 스풀형 방향 제어 밸브는 일반적으로 ISO 4406 18/16/13 이상의 엄격한 청결 유지를 요구하며, 서보 밸브는 더욱 엄격한 제어를 요구합니다. 오염된 환경이나 여과 유지 관리가 일관되지 않은 곳에 적용할 경우 ISO 4406 20/18/15 또는 약간 더 높은 오염 수준을 견딜 수 있는 포핏형 밸브를 선호해야 합니다.

환경 요인은 밸브 유형과 통합 접근 방식 모두에 영향을 미칩니다. 진동, 극단적인 온도 및 더러운 조건에 노출된 모바일 장비는 일반적으로 견고한 기계적 인터페이스를 갖춘 파일럿 작동식 포핏 밸브를 사용합니다. 통제된 환경의 산업 자동화는 비례 제어 및 디지털 네트워킹을 통해 스풀 밸브를 활용할 수 있습니다. 폭발성 대기에서는 다른 기본 설정에 관계없이 공압 작동 또는 본질적으로 안전한 전기 설계가 필요할 수 있습니다.

전력 가용성 및 열 관리 제약이 때때로 유압 고려 사항을 무시합니다. 냉각 용량이 제한된 소형 전기 유압식 장치는 순전히 열 발생을 줄이기 위해 파일럿 작동식 밸브를 지정하고 압력 의존성을 필요한 균형으로 받아들일 수 있습니다. 반대로, 충분한 전기 용량과 냉각 기능을 갖추고 있지만 부하 감지 시스템에서 작동하는 이동식 기계는 직동식 밸브를 사용하여 압력 독립성을 유지할 수 있습니다.

통합 아키텍처는 선택 결정에 점점 더 많은 영향을 미칩니다. Industry 4.0 연결성을 위해 설계된 시스템은 진단 데이터 수집 및 예측 유지 관리 전략을 지원하기 위해 IO-Link 또는 필드버스 인터페이스가 있는 비례 또는 서보 방향 제어 밸브를 지정해야 합니다. 데이터 인프라가 없는 기존 시스템은 더 광범위한 제어 시스템 업그레이드가 디지털 전환을 정당화할 때까지 아날로그 또는 온오프 밸브를 계속 사용할 수 있습니다.

유압 방향 제어 밸브 유형별 일반적인 응용 분야

다양한 유압 방향 제어 밸브 유형은 산업 요구 사항에 맞는 성능 특성을 기반으로 특정 응용 분야 범주를 지배합니다.

굴착기, 휠로더, 불도저 등 이동식 건설 장비는 주로 4/3 구성의 파일럿 작동식 하중 감지 방향 제어 밸브를 사용합니다. 이러한 기계는 합리적인 전기 시스템 복잡성을 유지하면서 대형 붐 실린더와 주행 모터에 전력을 공급하기 위해 높은 유량(보통 분당 200~600리터)이 필요합니다. 파일럿 작동식 설계는 높은 유량에도 불구하고 솔레노이드 전력 소비를 낮게 유지합니다. 탠덤 센터 밸브가 있는 부하 감지 회로는 유휴 기간 동안 엔진 연료 소비를 줄여줍니다. 이는 작업 사이클 사이에 상당한 대기 시간이 있는 듀티 사이클에서 중요한 이점입니다.

농업용 트랙터는 작동 제어를 위해 유사한 밸브 유형을 사용하지만 부드러운 움직임이 운전자의 편안함과 정밀도를 향상시키는 히치 및 조향 시스템용 전자 유압식 비례 방향 제어 밸브를 포함하는 경우가 많습니다. 농업 작업의 전형적인 가혹하고 더러운 환경에서는 오염 허용치가 비례 스풀 제어의 이점보다 더 큰 주요 구현 회로에서 포핏 스타일 밸브를 선호합니다.

산업용 사출 성형 기계는 스풀형 비례 방향 제어 밸브를 사용하여 금형 개방, 폐쇄 및 배출 순서를 제어합니다. 정밀한 속도 제어를 통해 금형이나 부품의 손상을 방지하면서 사이클 시간을 최적화할 수 있습니다. 제어된 공장 환경을 통해 이러한 서보 품질 밸브에 필요한 엄격한 유체 청결도를 유지할 수 있습니다. 폐쇄형 중앙 밸브 구성은 사출 압력 부하 하에서 금형 위치의 엄격한 제어를 유지합니다.

밀링 기계, 연삭 기계 및 선반용 공작 기계 유압 장치는 일반적으로 축 이송 속도 및 공구 클램핑을 제어하는 ​​비례 또는 서보 방향 제어 밸브를 사용합니다. 표면 마감 품질에 필수적인 위치 정확도와 부드러운 동작을 위해서는 이러한 밸브 유형이 제공하는 지속적인 변조 기능이 필요합니다. 고급 공작 기계에서는 주파수 응답이 100Hz를 초과하는 서보 밸브를 사용하여 진동 감쇠를 활성화하여 절단 품질을 향상시킵니다.

재료 시험 장비와 항공우주 시뮬레이션 시스템은 성능 요구 사항의 극한을 나타냅니다. 이러한 응용 분야에서는 응답 시간이 10밀리초 미만이고 위치 결정 분해능이 미크론 단위로 측정되는 서보 방향 제어 밸브를 사용합니다. 밸브는 매우 깨끗한 유체(종종 ISO 4406 15/13/10 이상)로 작동하며 필요한 청결도 수준을 유지하려면 특수 여과 및 컨디셔닝 장비가 필요합니다.

크레인, 윈치 및 해치 커버와 같은 해양 갑판 기계는 부식성 염수 환경에서 작동할 수 있는 견고한 파일럿 작동식 방향 제어 밸브를 사용합니다. 이러한 밸브는 매달린 하중을 고정할 때 단단히 차단하기 위해 포핏 설계를 채택하고 해상 안전 표준을 충족하기 위해 방폭형 솔레노이드 엔클로저를 사용하는 경우가 많습니다.

유압 프레스, 리프트 테이블 또는 자재 취급 장비를 제어하는 ​​간단한 공압 회로에서는 기본 직동형 4/2 또는 4/3 방향 제어 밸브를 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 응용 분야는 고급 기능보다 단순성과 저렴한 비용을 중시하며 적절한 유량 요구 사항(일반적으로 분당 40리터 미만)이 직동식 밸브 기능 내에서 유지됩니다.

유압 방향 제어 밸브 기술의 새로운 동향

유압 방향 제어 밸브 유형의 발전은 Industry 4.0 통합, 에너지 효율성 요구 사항 및 소형화 요구에 따라 여러 병렬 경로를 따라 계속됩니다.

디지털 통신 프로토콜은 고성능 비례 및 서보 밸브를 넘어 표준 온-오프 방향 제어 밸브로 확장되고 있습니다. IO-Link 인터페이스 전자 장치의 증분 비용이 감소함에 따라 이제 기본 4/3 밸브도 디지털 연결 옵션을 제공합니다. 이러한 진단 데이터의 민주화를 통해 프리미엄 구성 요소뿐만 아니라 전체 유압 시스템에 대한 상태 모니터링이 가능해지며, 더 나은 유지 관리 계획을 통해 전체 장비 효율성(OEE)이 향상됩니다.

에너지 효율 압력은 고급 중앙 위치 설계 및 부하 감지 유압 장치의 채택을 촉진합니다. 최신 모바일 장비에서는 정교한 압력 보상 알고리즘을 구현하는 전자 제어 장치가 있는 비례 방향 제어 밸브를 점점 더 많이 사용하여 기존 유량 분배기 및 우선순위 밸브에 내재된 전력 손실을 줄입니다. 일부 시스템은 이제 각 액추에이터에서 소형 펌프를 구동하는 개별 전기 모터를 사용하여 전자 유압식 액추에이터(EHA)로 전환하면서 방향 제어 밸브를 완전히 제거합니다.

밸브 통합은 여러 기능을 단일 본체로 계속해서 압축합니다. 매니폴드 장착형 방향 제어 밸브에는 별도의 구성 요소가 필요하지 않고 밸브 어셈블리에 직접 압력 보상, 부하 유지 체크 밸브 및 전자 제어 기능이 점점 더 통합되고 있습니다. 이러한 통합은 누출 지점을 줄이고, 조립을 단순화하며, 유압 시스템의 물리적 설치 공간을 줄입니다.

크레인, 윈치 및 해치 커버와 같은 해양 갑판 기계는 부식성 염수 환경에서 작동할 수 있는 견고한 파일럿 작동식 방향 제어 밸브를 사용합니다. 이러한 밸브는 매달린 하중을 고정할 때 단단히 차단하기 위해 포핏 설계를 채택하고 해상 안전 표준을 충족하기 위해 방폭형 솔레노이드 엔클로저를 사용하는 경우가 많습니다.

ISO 13849 및 IEC 61508과 같은 표준의 기능 안전 요구 사항이 방향 제어 밸브 설계에 점점 더 많은 영향을 미치고 있습니다. 안전 등급 밸브에는 중복 센서, 잠재적 고장 모드에 대한 진단 범위, 위험한 결함을 감지하는 통합 모니터링이 포함됩니다. 이러한 기능을 통해 유압 시스템은 이전에 유체 동력 구성 요소로는 달성하기 어려웠던 필수 안전 무결성 수준(SIL 2 또는 SIL 3)을 달성할 수 있습니다.

엔지니어는 유압 방향 제어 밸브 유형의 전체 범위를 이해함으로써 시스템 성능, 신뢰성 및 비용을 최적화하는 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다. 방식 및 위치 번호, 밸브 요소 설계, 작동 방법 및 작동 원리에 따른 분류는 밸브 선택을 위한 구조화된 프레임워크를 제공합니다. 이 프레임워크 내에서 직접 작동식 설계와 파일럿 작동식 설계 간의 근본적인 차이점은 어떠한 설계 최적화로도 극복할 수 없는 유량 용량 경계를 설정합니다. 비례 및 서보 기술은 까다로운 응용 분야에 대한 제어 정밀도를 확장하는 동시에 밸브를 수동 구성 요소에서 네트워크 제어 아키텍처의 지능형 노드로 변환하는 디지털 인터페이스의 채택을 촉진합니다. 유압 시스템이 산업 네트워크 및 더 높은 효율성 표준과의 더 큰 통합을 향해 발전함에 따라 밸브 기능을 응용 요구 사항에 맞추는 것이 점점 더 정교해지며 유체 역학과 제어 시스템 엔지니어링에 대한 깊은 지식이 필요합니다.