유압 실린더와 관련된 일반적인 오해는 피스톤 씰이 새면 실린더가 표류한다는 것입니다. 피스톤 씰이 새는 것이 실린더 드리프트의 근본 원인이 될 수 있지만, 이와 관련된 물리학을 잘못 이해하는 경우가 많습니다.
사실 복동 실린더에서 피스톤 씰을 완전히 제거하고 실린더에 오일을 채운 후 포트를 막으면 로드 씰이 새지 않는 한 실린더는 하중을 무한정 견딜 수 있습니다.
이 상태에서는 피스톤 양쪽의 부피가 같지 않기 때문에 유체 압력이 균등해지고 실린더가 유압적으로 잠기게 됩니다. 이 상태가 되면 유체가 로드 씰이나 포트를 통해 실린더에서 빠져나가야만 실린더가 움직일 수 있습니다.
그림 1. 더블로드 실린더 - 피스톤 양쪽의 오일 양이 동일합니다.
규칙의 예외
이 이론에는 두 가지 예외가 있습니다. 첫 번째는 피스톤의 양쪽 부피가 동일한 이중 막대 실린더(그림 1)입니다.
두 번째 예외는 복동 실린더에 하중이 걸려 있는 경우입니다(그림 2). 이 배열에서는 로드 쪽의 가압된 유체의 부피를 피스톤 쪽에서 쉽게 수용할 수 있습니다. 그러나 실린더가 드리프트하면 부피가 같지 않아 피스톤 쪽에 진공이 발생하고, 하중의 무게에 따라 이 진공이 결국 평형을 이루어 더 이상의 드리프트를 막을 수 있습니다.
이것이 사이클의 끝은 아니지만, 계속하기 전에 최소한 이 이론을 이해하는 것이 중요합니다.
이 두 가지 예외에도 불구하고 복동 실린더의 서비스 포트가 액추에이터 스풀로 막혀 있고(그림 3) 피스톤 씰이 우회하면 결국 실린더 양쪽의 압력이 같아집니다. 이 시점에서 유압 잠금이 적용되고 실린더 또는 실린더 회로에서 유체가 빠져나가지 않는 한 더 이상 드리프트가 발생하지 않습니다.
그림 2. 복동 실린더에 하중 걸기
유효 면적 손실
이제 막대 쪽 환형 영역에 작용하는 압력으로 인해 유효 영역이 손실되므로 동일한 하중을 지탱하려면 실린더의 정압이 증가해야 합니다. 실린더에서 발생하는 힘은 압력과 면적의 곱이라는 점을 기억하세요.
예를 들어 방향 제어 밸브가 닫혔을 때 실린더의 피스톤 쪽 부하 유도 압력이 2,000 PSI이고 로드 쪽은 0인 경우 스풀을 통과하는 누출이 없다고 가정하면 피스톤과 고리 면적의 비율에 따라 등가 압력은 3,000 PSI가 될 수 있습니다.
이제 이 회로에 서비스 포트 릴리프 밸브(그림 4)가 2,500 PSI로 설정되어 있는 경우 어떤 일이 발생할 수 있는지 생각해 보십시오. 피스톤 씰에 걸쳐 압력이 균등해지고 실린더의 피스톤 쪽에서 증가하는 정압이 포트 릴리프의 균열 압력에 도달하지만 실린더는 여전히 수축하지 않습니다.
부하 제어(카운터밸런스) 밸브가 설치된 회로에서도 비슷한 상황이 발생할 수 있습니다. 그림 5에 표시된 이 회로에서 방향 제어 밸브에는 플로트 중앙 스풀이 있습니다(서비스 포트 A 및 B가 탱크로 열려 있음).
앞서 설명한 것처럼 피스톤 씰이 누출되면 실린더의 로드와 피스톤 쪽에 있는 오일의 양이 같지 않아 유압 잠금 장치가 눈에 띄는 드리프트를 방지합니다. 그러나 이제 피스톤과 로드 측 고리 부분에 동일한 압력이 작용하기 때문에 유효 영역이 손실되므로 동일한 하중을 지탱하려면 실린더의 정압이 증가해야 합니다.
이 압력 증가의 크기는 실린더의 피스톤과 고리 부분의 비율에 따라 달라집니다. 정압 증가가 카운터밸런스 밸브의 설정된 최대 부하를 초과하면 밸브가 열려 실린더 피스톤 쪽의 오일이 탱크로 흐르고 실린더가 후퇴합니다.
실린더 드리프트 진단
따라서 두 예에서 문제의 근본 원인은 피스톤 씰이 새는 것이지만 물리학은 일반적인 생각과는 근본적으로 다릅니다. 이 이론을 이해한다면 압력계는 실린더 드리프트의 원인을 파악하는 데 유용한 도구가 될 수 있습니다.
이 두 가지 예에서 실린더가 표류하고 있지만 피스톤 씰 전체에 걸쳐 압력이 균등화되지 않으면 방향 제어 밸브 또는 부하 제어 밸브가 문제의 원인입니다.