유압 실린더는 기계가 하중이 없을 때는 정상적으로 연장 및 축소될 수 있지만, 작업 하중이 적용될 때는 느려지거나 멈추거나 위치를 유지하지 못할 수 있다. 이것이 반드시 실린더 자체에 결함이 있음을 의미하는 것은 아니다. 힘의 손실은 펌프, 릴리프 밸브, 방향 밸브, 호스, 실린더 실 또는 기계의 링크에서 발생할 수 있다.
실린더 힘은 기본적으로 피스톤을 가로지르는 압력 차이와 유효 피스톤 면적에 달려 있다. 가용 압력이 떨어지면 오일이 피스톤을 우회하거나 귀환측에 과도한 압력이 발생하면 실린더의 사용 가능한 출력 힘이 감소한다. 기계적 구속 및 불리한 링크 기하학은 하중에 도달하는 힘을 추가로 감소시킬 수 있다.
실질적인 원인을 찾으려면 하중 하에서 압력 측정이 필요하다. 시스템을 테스트하기 전에 실린더나 펌프를 교체하면 원래 문제를 해결하지 못한 채 불필요한 수리 비용이 발생할 수 있다.
유압 실린더가 하중 하에서 힘을 잃는 이유는 무엇인가?
유압 실린더는 일반적으로 하중 하에서 힘을 잃습니다. 그 이유는 필요한 압력이 피스톤에 도달하지 않거나, 오일이 피스톤이나 밸브를 통해 내부에서 누수되거나, 반환측 백프레셔가 압력 차이를 감소시키거나, 기계적 저항이 실린더의 출력을 흡수하기 때문입니다.
유압 실린더 힘은 어떻게 생성되는가
실린더 힘, 유압 및 유효 피스톤 면적 간의 단순화된 이론적 관계는 다음과 같습니다:
F=P×AF=P\times A
Where:
- F = 이론적인 실린더 힘
- P = 유압 압력
- A = 유효 피스톤 면적
실린더 확장 시, 압력은 일반적으로 전체 피스톤 면적에 작용합니다:
Ap=πD24A_p=\frac{\pi D^2}{4}
철회 시 피스톤 로드는 사용 가능한 면적의 일부를 차지합니다:
Aannular=π(D2−d2)4A_{\text{annular}}=\frac{\pi(D^2-d^2)}{4}
따라서 전통적인 단일 로드 실린더는 일반적으로 동일한 압력에서 철회력보다 신장력을 더 많이 발생시킵니다. 이 차이는 정상적이며 오작동으로 오해해서는 안 됩니다.
이 계산은 이론적 힘을 나타냅니다. 실제 기계에서의 힘은 씰 마찰, 압력 손실, 반환 측 압력 및 기계적 효율성으로 인해 낮습니다. AISOAR의 기존 안내서는 이론적 기초를 설명합니다. 유압 실린더 힘 계산 그리고 이 관계 하중 용량 및 압력 등급.
압력이 힘을 결정하고 유량이 속도를 결정한다
압력과 유량은 유압 시스템에서 서로 다른 기능을 수행합니다. 피스톤 면적에 작용하는 압력이 힘을 생성하는 반면, 유유의 흐름은 피스톤이 얼마나 빨리 움직이는지를 결정합니다.
유량이 부족하면 일반적으로 실린더가 느리게 움직입니다. 압력이 부족하면 하중을 이기지 못합니다. 그러나 제한 사항, 마모된 펌프 및 밸브 누설은 압력과 유량 모두에 영향을 줄 수 있으므로 기계는 동시에 느리고 약할 수 있습니다.
가장 유용한 관찰은 실린더가 하중을 만날 때 필요한 압력에 도달하는지 여부입니다. 압력 게이지를 사용하면 기술자가 펌프가 충분한 압력을 생성하고 있는지, 문제의 원인이 시스템의 다른 곳에 있는지를 확인할 수 있습니다. Enerpac은 압력 게이지를 필수적인 문제 해결 도구로도 식별합니다..
유압 실린더가 하중 하에서 약해지는 주요 원인
1. 시스템 압력이 너무 낮음
실린더에 도달하는 압력이 하중을 이기기 위해 필요한 압력보다 낮으면 피스톤이 느려지거나 멈추게 됩니다. 실린더는 내부 마찰을 이기기 위해 소량의 힘만 필요하므로 하중이 없을 경우 정상적으로 움직일 수 있습니다.
낮은 압력은 마모된 펌프, 부족한 펌프 구동 속도, 흡입관 제한, 불충분한 유량 또는 공기가 펌프 입구로 들어오는 것에서 발생할 수 있습니다. 과도한 펌프 마모는 내부 누설을 초래하여 수요가 증가할 때 압력을 유지하는 펌프의 능력을 감소시킵니다.
유압의 점도 또한 펌프 성능에 영향을 미칩니다. 너무 두꺼운 유압은 특히 차가운 시작 시흡입 문제를 일으킬 수 있으며, 높은 온도에서 너무 얇아질 경우 펌프, 밸브 및 실린더 씰을 통해 내부 누설을 증가시킬 수 있습니다.
2. 릴리프 밸브가 너무 일찍 열림
압력 릴리프 밸브는 유압 회로의 최대 압력을 제한합니다. 시스템 압력이 설정 값에 도달하면, 밸브는 시스템이 과부하에 빠지지 않도록 액추에이터에서 오일을 우회시킵니다.
만약 릴리프 밸브가 하중에 필요한 압력보다 낮게 조정되어 있거나 오염되었거나 마모되거나 부분적으로 열려 있다면, 실린더가 충분한 힘을 발휘하기 전에 오일이 탱크로 다시 돌아갑니다. 실린더는 모든 작동 사이클에서 거의 같은 하중에서 멈출 수 있으며 유압유는 빠르게 가열됩니다.
단순히 실린더를 더 강하게 만들기 위해 릴리프 밸브 설정을 올리지 마십시오. 실린더, 펌프, 밸브, 호스 및 피팅 모두는 제안된 압력에 대해 평가되어야 합니다. 압력 요구 사항은 먼저 실제 하중과 유효 피스톤 면적에 따라 계산해야 합니다.
3. 펌프가 하중 하에서 압력을 유지할 수 없음
마모된 유압 펌프는 낮은 저항에서 정상적으로 보이는 움직임을 생성할 수 있으나, 실린더가 작업 하중을 만날 때 압력을 유지하지 못할 수 있습니다. 내부 펌프 여유 공간은 압력이 상승할 때 더 많은 오일이 우회할 수 있도록 하며, 특히 오일이 뜨거울 때 더욱 그러합니다.
이 문제를 확인하기 위해 펌프 출구 근처의 압력을 측정하고 이를 실린더 입구의 압력과 비교하십시오. 제어된 테스트 중에 펌프 압력이 릴리프 밸브 설정에 도달하지 못하면 펌프, 드라이브 시스템, 입구 라인 및 릴리프 회로를 점검하십시오.
펌프 문제는 실린더 속도만으로 진단해서는 안 됩니다. 대형 실린더는 유량이 낮을 경우 건강한 펌프가 있더라도 느리게 움직일 수 있지만, 충분한 압력이 형성되면 예상되는 힘을 발휘할 수 있어야 합니다.
4. 오일이 피스톤 씰을 우회함
피스톤 씰은 실린더 내부의 두 압력 챔버를 구분합니다. 이러한 씰이 마모되거나 잘리거나 과열되거나 오염으로 손상된 경우, 오일은 압력 챔버에서 반대 챔버로 우회할 수 있습니다.
실린더는 누출량이 펌프의 유량에 비해 상대적으로 작기 때문에 부하 없이도 계속 움직일 수 있습니다. 그러나 부하가 걸리면 압력이 증가하고 더 많은 오일이 손상된 씰을 우회하게 됩니다. 그 후 실린더는 천천히 움직이거나 멈추거나 조절 밸브가 중립으로 돌아간 후 드리프트하게 됩니다.
내부 피스톤 누출은 항상 실린더 외부에서 가시적인 오일을 생성하지는 않습니다. 일반적인 증상은 다음과 같습니다:
- 오일이 더 뜨거워짐에 따라 힘 감소
- 부하 하에서 움직임이 significantly 느려짐
- 위치를 유지하는 데 어려움
- 신장과 수축 간의 불균형 성능
- 부하가 움직이지 않더라도 압력이 존재함
실린더 우회 테스트 또는 제어된 포트 격리 테스트는 내부 누출을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 유압 압력이 갇히거나 지지되지 않은 부하는 위험하므로 이러한 테스트는 실린더 제조업체의 승인된 절차를 사용하는 교육받은 직원만 수행해야 합니다.
5. 제어 밸브가 내부에서 누수됨
오일은 방향 제어 밸브, 비례 밸브, 카운터밸런스 밸브 또는 하중 유지 밸브를 통해 우회할 수 있습니다. 마모된 밸브 스풀 또는 오염된 밸브 시트는 압력이 있는 오일이 실린더에 들어가는 대신 리턴 라인으로 빠져나가게 할 수 있습니다.
이 조건은 손상된 피스톤 씰과 유사할 수 있습니다. 두 가지 결함 모두 압력 손실, 약한 움직임 및 하중 드리프트를 초래할 수 있습니다. 이러한 이유로, 밸브 회로를 평가하지 않고 실린더만 테스트하면 잘못된 진단으로 이어질 수 있습니다.
실용적인 경우, 두 개의 실린더 포트에서 압력을 측정하고 회로 섹션을 체계적으로 분리하십시오. 실린더가 검증된 외부 유압 공급에서 제대로 작동하면 문제는 기계의 밸브, 펌프 또는 배관에 있는 것이 더 가능성이 높습니다.
6. 과도한 리턴 측의 백프레셔는 유용한 힘을 감소시킵니다.
실린더의 힘은 단순히 유입 압력이 아닌 피스톤을 통한 압력 차이에 따라 달라집니다. 배기 측에서 고압이 발생하면 의도된 움직임 방향에 반대 작용합니다.
연장 시 대략적인 순힘은 다음과 같습니다:
F_{\text{net}}=(P_{\text{cap}}\times A_p)-(P_{\text{rod}}\times A_{\text{annular}})-F_{\text{friction}}
제한된 리턴 필터, 과소 설계된 호스, 차단된 퀵 커플러, 부분적으로 이동한 밸브 또는 잘못 조정된 카운터밸런스 밸브는 과도한 백프레셔를 생성할 수 있습니다. 따라서 공급 포트의 압력 게이지는 피스톤을 통해 압력 차이가 충분하지 않더라도 표면상 적절한 압력을 표시할 수 있습니다.
하중 하에서 두 개의 실린더 포트 모두 측정하는 것은 펌프 압력만 측정하는 것보다 훨씬 더 정확한 진단을 제공합니다.
7. 호스, 커플러 또는 포트가 오일 흐름을 제한합니다.
손상된 호스 라이닝은 외부 손상이 분명하지 않게 내부에서 붕괴될 수 있습니다. 퀵 커플러는 연결된 것처럼 보일 수 있지만 부분적으로 닫힌 상태를 유지할 수 있으며, 오염된 피팅이나 밸브는 오일 경로를 제한할 수 있습니다.
제한은 일반적으로 느린 움직임과 관련이 있지만, 실린더가 움직이는 동안 명백한 힘 손실에 기여할 수도 있습니다. 제한된 구성 요소를 통해 압력이 떨어지므로 액추에이터에 사용할 수 있는 압력이 펌프 근처에서 측정된 압력보다 낮을 수 있습니다.
실린더가 제어된 하중 하에서 작동하는 동안 의심되는 제한 전후의 압력 측정을 비교하십시오. 상당한 압력 차이는 제한이나 잘못된 크기의 구성 요소를 나타냅니다.
8. 실린더가 실제 하중에 대해 과소 설계되었습니다.
실린더가 올바르게 작동할 수 있지만, 보어 크기가 실제 하중과 시스템 압력에 비해 너무 작기 때문에 기계를 움직일 수 없을 수 있습니다. 이는 일반적으로 하중이 증가했거나 기계의 기하학이 변경되거나 교체된 실린더가 원래보다 유효 면적이 작은 경우에 발생합니다.
필요한 실린더 힘은 하중의 공칭 무게 이상을 포함해야 합니다. 마찰, 가속, 충격 하중, 링크 기하학 및 적합한 설계 여유도 고려해야 합니다.
정상 작동 중에 릴리프 밸브가 지속적으로 열려 있어야 하는 실린더는 응용 프로그램에 제대로 일치하지 않습니다. 구성 요소 정격을 초과하는 압력을 증가시키는 것은 과소 설계된 실린더에 대한 용인 가능한 해결책이 아닙니다.
9. 링크 기하학이 하중에서의 힘을 감소시킵니다.
피스톤 로드에서 생성된 힘은 항상 기계에서 전달된 유용한 힘과 동일하지 않습니다. 레버, 피벗 암 및 가위 메커니즘은 스트로크 전반에 걸쳐 기계적 이점을 변경합니다.
리프팅 메커니즘은 움직임의 시작 부분에서 기계적 이점이 좋지 않을 수 있습니다. 따라서 실린더는 첫 몇 밀리미터의 연장 동안 가장 높은 힘이 필요할 수 있으며, 하중 자체는 변하지 않았습니다.
가장 불리한 링크 각도에서 필요한 실린더 힘을 계산하십시오. 스트로크 중간 뿐만 아니라. 피벗 위치와 실린더 장착 위치도 원래 기계 도면과 비교하여 체크해야 합니다.
10. 비정렬 또는 측면 하중으로 인한 기계적 저항 발생
유압 실린더는 주로 축 방향 힘을 전달하기 위해 설계되었습니다. 로드, 하중 및 실린더 중심선이 정렬되지 않으면, 측면 힘이 피스톤 로드, 글랜드, 베어링 및 씰에 작용합니다.
이로 인해 마찰이 증가하고 실린더가 약하게 나타날 수 있습니다. 장기적인 측면 하중은 또한 불균형 베어링 마모, 손상된 씰, 배럴 기록 또는 휘어진 피스톤 로드를 초래할 수 있습니다.
Enerpac은 측면 하중, 불량 실린더 지지 및 부정확한 하중 접촉을 실린더 손상 및 성능 저하의 주요 원인으로 식별합니다. 실린더를 안정적으로 유지하고 하중과 적절하게 정렬하도록 권장합니다. Enerpac 실린더 안전 지침.
힘을 잃는 유압 실린더를 진단하는 방법
가장 안전하고 침습적이지 않은 점검부터 시작하십시오. 유압 회로를 점검하기 전에 어떤 서스펜션 하중을 지지하거나 기계적으로 차단하십시오. 압력을 확인하기 위해 호스, 피팅 또는 실린더 포트를 절대 느슨하게 해서는 안 됩니다.
1단계: 실제 하중 및 필요한 힘 확인
하중 중량, 이동 방향 및 연결 기하학을 확인하십시오. 사용 가능한 작동 압력과 유효 피스톤 면적을 사용하여 이론적인 실린더 힘을 계산하십시오.
단일 로드 실린더는 서로 다른 연장 및 수축 힘을 생성한다는 점을 기억하십시오. 문제는 단순히 수축 시 더 작은 원형 면적에서 전체 보어 연장 힘을 기대하는 것으로 인한 것이 아님을 확인하십시오.
2단계: 제어된 조건에서 증상 관찰
하중 없이 실린더를 작동한 다음 안전한 제어 하중에서 작동하십시오. 문제가 연장, 수축 또는 두 방향 모두에서 발생하는지를 기록하십시오.
유압 오일이 가열됨에 따라 해당 상태가 악화되는지도 주목하십시오. 온도에 민감한 성능 저하는 종종 펌프, 밸브 또는 피스톤 씰을 통한 내부 누수 증가를 나타냅니다.
3단계: 펌프 및 실린더의 압력 측정
펌프 출구 및 실린더 포트에 적절히 평가된 압력 게이지를 설치하십시오. 기계가 제어된 하중 하에서 작동하는 동안만 판독값을 관찰하십시오.
다음 패턴은 유용한 단서 제공:
| 압력 관찰 | 진단을 위한 가능성 있는 방향 |
|---|---|
| 펌프 압력이 낮게 유지됨 | 펌프, 드라이브, 흡입 라인 또는 릴리프 밸브 |
| 펌프 압력이 높지만 실린더 흡입 압력이 낮음 | 밸브, 호스, 커플러 또는 라인 제한 |
| 유입 압력이 높고 반환 압력도 높음 | 반환 제한, 카운터밸런스 밸브 또는 밸브 문제 |
| 필요한 압력에 도달했지만 실린더가 정지하거나 드리프트됨 | 내부 실린더 누출, 밸브 누출 또는 기계적 바인딩 |
| 압력이 안전밸브 설정값에 직접적으로 상승함 | 과부하, 크기가 작은 실린더, 바인딩 또는 형상 불량 링크 |
압력 측정값은 기계 설계 값과 비교해야 합니다. 높은 측정값이 자동적으로 정답이 아니며, 부하가 적은 힘을 요구할 때 보이는 낮은 측정값도 정상일 수 있습니다.
4단계: 릴리프 밸브 및 밸브 회로 확인
릴리프 밸브 설정이 승인된 시스템 사양과 일치하는지 확인하십시오. 밸브를 오염, 불안정한 작동 및 반환 통로 주변의 과도한 열을 점검하십시오.
방향성, 하중 유지 및 카운터밸런스 밸브의 내부 누수 또는 잘못된 조정 여부를 확인하십시오. 하중을 지지하는 동안 하중 조절 밸브를 분해하거나 조정하지 마십시오.
5단계: 내부 실린더 누수 검사
정확한 압력이 실린더에 도달하지만 힘이나 하중 유지 성능이 여전히 부족한 경우, 승인된 방법을 사용하여 피스톤 실에 대한 누수 검사를 수행하십시오.
테스트는 오일 압축성, 열 팽창, 밸브 누수 및 실린더 설계를 고려해야 합니다. 분리된 포트에서 관찰된 오일은 테스트 설정과 피스톤 위치가 제대로 제어되지 않는 한 항상 피스톤 우회 누수를 증명하지는 않습니다.
6단계: 기계 정렬 검사
기계가 안전하게 만들어진 후에만 하중을 분리하십시오. 핀, 부싱, 슬라이드, 베어링 및 링크 암이 걸림, 마모 또는 변형되어 있는지 검사하십시오.
피스톤 로드 한쪽에 윤이 나는 부분, 불균일한 실 마모, 구부러진 장착 브래킷 및 손상된 핀을 찾으십시오. 이러한 징후는 기계적 힘이 실린더 중심선 외부에서 작용하고 있을 수 있음을 나타냅니다.
압력, 유량 및 누수: 간단한 비교
| 상태 | 전형적인 무하중 동작 | 하중 하의 동작 | 일반적인 테스트 |
|---|---|---|---|
| 낮은 펌프 흐름 | 느린 이동 | 느린 이동 | 흐름 테스트 |
| 낮은 시스템 압력 | 정상적으로 이동할 수 있습니다 | 정지하거나 들어올릴 수 없습니다 | 압력 테스트 |
| 내부 피스톤 누수 | 정상으로 보일 수 있습니다 | 약하거나 느리거나 흘러내림 | 실린더 바이패스 테스트 |
| 밸브 누출 | 정상으로 보일 수 있습니다 | 약한 움직임 또는 하중 드리프트 | 회로 격리 |
| 높은 환원 백압 | 느리거나 불규칙함 | 감소된 순 힘 | 두 포트를 모두 측정 |
| 기계적인 바인딩 | 고르지 않거나 불규칙한 움직임 | 높은 압력이지만 움직임이 적음 | 기계적 검사 |
| 크기가 작은 실린더 | 하중 없이 이동함 | 릴리프 압력에 도달하고 멈춤 | 힘 계산 |
실린더는 언제 수리하거나 교체해야 하는가?
테스트 결과 마모된 피스톤 실, 손상된 로드 실, 마모된 베어링 또는 수리 가능한 배럴 손상이 확인되면 수리가 적절할 수 있습니다. 실린더는 오염 제어 및 안전한 압력 해제 절차가 설정된 후에만 분해해야 합니다.
로드가 심하게 구부러지거나, 배럴이 깊게 스크래치가 나거나, 용접된 장착 구조가 균열이 나거나, 이전 수리로 인해 중요한 치수가 변경된 경우 교체가 더 적절할 수 있습니다. 맞춤형 실린더의 경우 교체는 검증된 도면, 압력, 하중, 스트로크, 장착 치수 및 응용 기하학을 기반으로 해야 합니다.
기계가 약하다고 해서 실린더를 교체하지 마십시오. 실제 문제의 원인이 펌프, 릴리프 밸브, 제어 밸브 또는 기계적 연결이라면 새로운 실린더도 같은 성능 문제를 보일 것입니다.
자주 묻는 질문
하중 없이 이동하는데 하중 아래에서 멈추는 이유는 무엇인가요?
하중 없이 이동하는 데는 상대적으로 적은 압력이 필요합니다. 실린더가 저항에 부딪히면 필요한 힘을 생성하기 위해 압력이 충분히 증가해야 합니다. 만약 펌프, 릴리프 밸브 또는 회로가 이 압력을 유지할 수 없거나 오일이 내부적으로 바이패스된다면 실린더는 멈춥니다.
유압 실린더가 압력을 가질 수 있지만 여전히 힘이 불충분할 수 있습니까?
예. 펌프 근처에서 측정된 압력은 실린더 피스톤을 가로지르는 유효 압력과 같지 않을 수 있습니다. 밸브 손실, 귀환 측면의 백 프레셔, 내부 누수 및 기계적 마찰은 하중에 사용 가능한 힘을 줄일 수 있습니다.
낮은 유압 흐름이 실린더 힘을 줄이나요?
낮은 흐름은 주로 실린더 속도를 줄입니다. 그러나 마모된 펌프나 심각한 제약 상황에서는 유체가 흐를 때 필요한 압력을 유지할 수 없어 실린더가 느리고 약하게 보일 수 있습니다.
펌프나 실린더가 고장 났는지 어떻게 알 수 있습니까?
제어된 하중 하에서 펌프 출구와 실린더 포트의 압력을 측정하십시오. 펌프가 지정된 압력을 개발할 수 없다면 펌프, 흡입 라인 및 릴리프 밸브를 조사하십시오. 올바른 압력이 실린더에 도달하지만 하중을 유지하거나 이동할 수 없다면 내부 실린더 누수, 밸브 누수 및 기계적 바인딩을 조사하십시오.
뜨거운 유압 오일이 실린더의 힘을 잃게 만들 수 있습니까?
예. 오일 온도가 증가하면 점도가 감소합니다. 과도한 온도는 마모된 펌프 간극, 밸브 스풀 및 피스톤 씰을 통한 내부 누수를 증가시켜 하중 하에서 힘을 유지하는 시스템의 능력을 줄일 수 있습니다.
실린더가 약할 때 릴리프 밸브 압력을 높여야 하나요?
하중 요구 사항과 시스템 상태가 확인될 때까지는 아닙니다. 승인된 등급 이상의 압력을 증가시키면 실린더, 펌프, 밸브, 호스 또는 기계 구조물이 손상될 수 있으며 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다.
결론
하중 하에서 힘을 잃는 유압 실린더는 자동으로 고장난 실린더라고 볼 수 없습니다. 문제는 시스템 압력이 불충분하거나, 작동이 잘못된 릴리프 밸브, 펌프 마모, 피스톤 씰 바이패스, 밸브 누출, 과도한 역압, 제한된 배관 또는 기계 저항으로 인해 발생할 수 있습니다.
가장 신뢰할 수 있는 진단은 실제 하중과 필요한 실린더 힘부터 시작되며, 그 다음으로는 두 개의 실린더 포트에서 압력 측정이 이루어져야 합니다. 회로 격리와 내부 누출 테스트를 통해 실린더 문제와 펌프, 밸브 또는 기계 문제를 구분할 수 있습니다.
AISOAR Hydraulics는 농업 기계, 건설 장비, 자재 운반 시스템, 특수 차량 및 산업 기계를 위한 표준 및 맞춤형 유압 실린더를 제조합니다. 보어 크기, 로드 직경, 스트로크, 장착 구성, 씰, 포트, 밸브 및 표면 처리는 작동 압력, 하중 및 작업 환경에 따라 설계될 수 있습니다.
