유압시스템 설계의 기본(윈치편)

2톤 중량물을 1분당 3바퀴의 속도로 끌어올리고, 유압모터와 윈치 사이에 3:1의 감속비를 가진 감속기가 있는 유압 시스템을 설계하려면 다음 과정을 거쳐야 합니다.(유압펌퍼를 돌리는 엔진의 RPM은 700RPM)

1. 작동 요구 사항 결정 : 우선 윈치의 작동 요구 사항을 결정해야 합니다. 이 경우 끌어올리기 위한 중량(2톤)과 원하는 회전 속도(3RPM)를 고려해야 합니다.
2. 토크 계산:  중량물을 끌어올리기 위해 필요한 토크를 계산해야 합니다. 이를 위해 드럼 지름, 기계적 효율, 그리고 중력에 의한 하중을 고려해야 합니다. 가정을 단순화하기 위해 드럼 지름이 0.5m이고 기계적 효율이 0.9라고 가정하겠습니다.

 중력에 의한 하중: 2톤 × 9.81 m/s² ≈ 19,620 N

그리므로 토크 = (드럼 반지름 × 중력 하중) / 기계적 효율 토크 = (0.25m × 19,620N) / 0.9 ≈ 5444 Nm
 
3.감속기 토크 및 속도 계산: 감속기의 감속비를 고려하여 유압 모터의 토크와 속도를 계산합니다.
모터 토크 = 토크 / 감속비 = 5444 Nm / 3 ≈ 1815 Nm
모터 속도 = 회전 속도 × 감속비 = 3 RPM × 3 = 9 RPM
 
4.유압 모터 선택: 앞서 계산한 토크 값에 기반하여 적절한 유압 모터를 선택합니다.
이 경우, 토크가 약 1815 Nm이고 회전 속도가 9 RPM인 유압 모터가 필요합니다.
 
5.흐름량 계산: 선택한 유압 모터의 흐름 요구 사항을 계산해야 합니다. 이를 위해 앞서 계산한 토크 및 회전 속도를 사용하여 흐름량을 계산합니다.
Q = (토크 × 속도) / (효율 × 2 × π)
Q = (1815 Nm × 9 RPM) / (0.9 × 2 × 3.1416) ≈ 91.8 L/min
 
6.유압 펌프 선택: 계산된 흐름량에 따라 적절한 유압 펌프를 선택합니다. 이 경우, 흐름량이 약 91.8L/min인 유압 펌프가  필요합니다. 엔진은 700 RPM으로 돌아가므로, 펌프의 변위를 계산하여 적절한 펌프를 선택해야 합니다.

펌프 변위 = 흐름량 / 엔진 속도 펌프 변위 = (91.8L/min) / (700 RPM) ≈ 0.131L/rev (131cm³/rev)
따라서, 변위가 약 131cm³/rev인 유압 펌프를 선택해야 합니다.

7.유압 회로 및 구성 요소 설계: 윈치의 작동 요구 사항에 따라 적절한 유압 회로를 설계합니다.
이는 유압 펌프, 유압 모터, 방향 제어 밸브, 압력 제어 밸브, 흐름 제어 밸브, 유압 유체 저장 탱크, 유압 호스 및 파이프, 그리고 필터 등의 구성요소를 포함합니다.

8.엔진과 유압 펌프 acoupling: 엔진과 유압 펌프를 연결하는 적절한 coupling을 선택하고 설치해야 합니다. 이를 통해 엔진의 출력이 유압 펌프로 전달되어 시스템이 작동할 수 있습니다

9.안전 및 제어 장치 설치: 시스템의 안전성과 효율성을 보장하기 위해, 적절한 안전 및 제어 장치를 설치해야 합니다.
이는 과부하 보호, 유압 유체 온도 및 압력 모니터링, 비상 정지 버튼 등을 포함할 수 있습니다.

10.시스템 테스트 및 최적화: 설계된 유압 시스템이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 테스트를 수행하고 필요한 경우 최적화를 진행합니다. 이를 통해 시스템의 안정성과 효율성을 높일 수 있습니다.