유압 구동 시스템과 비례/서보 제어 시스템에서는 유체 흐름을 제어하여 부하 동작을 제어할 수 있습니다. 유체가 일정한 흐름에서 비압축성이라고 가정하면 베르누이 방정식을 다음과 같이 쓸 수 있습니다:
방정식 (2-3)
공식에서:
z - 수평 기준점으로부터 오버플로 섹션의 중심까지의 거리(m)입니다.
p - 압력(Pa).
ρ - 유체 밀도(kg/m^3).
g - 중력가속도, g = 9.81m/s^2.
v - 오버플로 구간의 평균 속도(m/s)입니다.
방정식 (2-3)은 이상적인 유체에 대한 베르누이 방정식으로, 첫 번째 항은 유체 위치 에너지, 두 번째 항은 유체 압력 에너지, 세 번째 항은 유체 운동 에너지를 표현합니다. 에너지 보존으로 인해 이상적인 유체는 총 에너지를 일정하게 유지하면서 두 구간을 연속적으로 흐릅니다.
식 (2-4)의 첨자는 각각 동일한 흐름 번들 아래에 있는 두 개의 단면 마커를 나타냅니다. 유압의 특정 적용으로 인해 실제 유체 압력은 MPa 수준이고 유체 레벨 차이에 의해 형성된 위치 에너지는 매우 작기 때문에 (0.1MPa에 해당하는 위치 에너지로 인한 10m의 레벨 차이) 엔지니어링에서 종종 무시됩니다. 따라서 방정식은 다음과 같은 한 단계 공식 (2-5)으로 표현할 수 있습니다.
방정식 (2-5)는 동일한 유체 흐름이 흐르는 동안 속도가 증가함에 따라 압력이 비선형적으로 감소하고 그 반대의 경우도 마찬가지임을 보여줍니다. 베르누이 방정식은 그 이유를 다음과 같이 설명합니다. 유압 밸브 스풀이 역회전할 때 부품이 끼이는 경우가 있습니다. 스풀이 역회전할 때 유체의 흐름 경로는 밸브 본체와 스풀 사이의 간격입니다. 베르누이 방정식을 사용하여 스풀이 역회전할 때 클램핑 힘의 값을 계산할 수 있습니다.
그림 2-2는 예를 들어, 편심 거리 B의 존재 사이의 안티 테이퍼 스풀과 밸브 구멍 사이의 스풀과 밸브 구멍이 상쇄되면 베르누이 방정식에 따라 공간 B의 하부 유동 경로가 공간 A의 상부 유동 경로보다 크면 그림 2-2와 같이 압력 분포 곡선의 과정에서 AB 두 유체의 상부보다 낮은 유속이 느리므로 F0에서 위쪽으로 생성 된 측면 카드 기밀성의 스풀에서 더 느리게됩니다.
측면 카드 조임이 증가하면 밸브 스풀 반전 카드 조임 값이 악화됩니다. 조임이 증가하면 스풀이 역회전할 때 스풀과 밸브 구멍 사이의 마찰이 악화됩니다. 우리는 이 마찰을 유압 클램핑력이라고 부릅니다. 어떤 경우에는 유압 클램핑력이 매우 상당합니다. 예를 들어 코어가 있는 직경 16cm 길이 12mm, 작동 압력 21MPa의 경우, 직경 간극 0.01mm, 테이퍼 0.004, 마찰 계수 0.15를 계산하면 클램핑력이 158.9N에 도달할 수 있습니다.
유압 클램핑력을 줄이거나 낮추는 한 가지 방법은 스풀의 언로딩 홈을 여는 것입니다. 이 방법을 사용하면 측면 클램핑력의 값을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
또 다른 방법은 부드러운 원뿔형 스풀을 사용하는 것입니다. 이 방법은 그림 2-2와 같이 측면 클램핑력의 반대 방향으로 작용합니다. 클램핑력이 서로 상쇄되어 스풀이 정렬된 상태를 유지하고 유압 클램핑력이 스풀 반전에 미치는 영향을 피할 수 있습니다.
테스트를 통해 다음과 같은 사실도 발견했습니다:
최대 유체 압력 14MPa에서 ① 스풀 클램핑 력을 최대로 합니다. 이때 그루브 언로딩 방법을 사용합니다. 이 방법은 스풀과 밸브 구멍 사이의 간극 차이를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이렇게 하면 유압 클램핑력이 감소합니다.
압력이 32MPa까지 상승하면 유압 클램핑력이 0으로 떨어집니다. 고압은 밸브 구멍의 탄성 변형을 증가시키는 것으로 이해할 수 있습니다. 결과적으로 스풀과 밸브 구멍 사이의 간격이 변경됩니다.
이론적 분석과 설명으로 유압 부품의 유체 흐름 문제를 안내할 수 있지만, 특정 제품에 영향을 미치는 요인은 다양합니다. 따라서 테스트를 통해서만 검증을 얻을 수 있습니다. 시뮬레이션 기술의 인기가 높아짐에 따라 이제 유압 부품 설계에 시뮬레이션 방법을 사용할 수 있습니다. 이러한 방법은 불확실한 요소를 효과적으로 해결합니다. 이전에는 결과를 얻기 위해 많은 수의 테스트가 필요했지만 이제는 더 적은 비용으로 이러한 결과를 얻을 수 있습니다. 또한 영향을 미치는 요인과 결과 간의 연관성을 더 명확하게 이해할 수 있습니다. 이를 통해 보다 이상적인 결론을 도출할 수 있습니다. 또한 이 접근 방식은 제품 개발 시간을 크게 절약할 수 있습니다. 가상 시뮬레이션과 실제 부품의 긴밀한 결합을 통해 유압 부품 설계 시뮬레이션 기술은 발전할 것입니다. 폐쇄 루프 디지털 트윈 기술 방향으로 나아갈 것입니다. 이 방향에는 반물리 시뮬레이션과 디지털 데이터 통합이 포함될 것입니다.
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