건설기계용 오픈 센터 밸브형과 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템의 특성 해석

Abstract

본 연구에서는 건설 기계의 오픈 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템과 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에 대하여 성능을 해석하였다. 현장에서 실제 사용되는 모델을 대상으로 오픈 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템은 30톤급 굴삭기를 선정하였고, 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템은 25톤급 휠 로더를 선정하여 기본 성능 해석을 하였으며, 주요 설계 인자들에 대한 시스템 영향 분석과 부하 변동에 따른 시스템의 응답특성 및 다자유도 유압 액추에이터의 조작성, 동력 효율 등을 분석하였다. 또한 건설 기계 유압 시스템을 에너지 저감 및 조작의 용이성, 넓은 제어 범위, 저진동, 다자유도 유압 액추에이터의 작업 특성 등의 관점에서 고찰하고, 지배적인 인자들의 변화에 대한 시스템 민감도를 분석하였다. 작업 조건의 변화를 부하 압력의 형태 변화로 모델링하였고, 부하 압력에 사인파의 형태를 부여하여 동적 부하로 모델링하여 부하 변동에 따른 시스템의 응답 특성을 해석하였다. 시뮬레이션의 타당성 검증을 위해 부하 압력의 크기에 따라 실험을 수행하여 유압 시스템의 부하 압력 및 펌프 압력, 부하 유량, 스풀 변위 등을 측정하여 이들의 제어 연계성을 그래프로 나타내었고, 이들을 시뮬레이션 결과와 비교하여 타당성을 검증하였다. 유압 시스템 해석용 상용 프로그램인 AMESim을 이용하여 오픈 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템과 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템 해석프로그램을 개발하고, 유압 시스템의 성능에 영향을 미치는 인자를 선정한 후 각 인자의 변화가 성능에 어떠한 영향을 미치는 미치는가를 시뮬레이션을 통하여 규명하였고, 부하 압력의 변화와 각 인자의 변화에 따른 성능의 변화를 고찰하여 설계 변수나 작업 조건 등을 선정할 수 있도록 하였다. 본 논문에서 부하 변동에 따른 제어 영역은 오픈 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에서 부하가 커짐에 따라 현격히 작아지지만, 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에서는 부하 변동에 관계없이 넓은 영역으로 일정하게 확보되어 운전자의 작업의 용이성이 배가된다. 방향 제어 밸브의 개구 면적 변화에 따른 시스템 성능은 오픈 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에서 펌프 포트에서 푸트 릴리프 밸브로 가는 라인의 개구 면적이 작아짐에 따라 제어 영역은 넓어지고 펌프 압력을 상승시키는 효과를 가져오며, 펌프 포트에서 실린더 측으로 가는 라인의 개구 면적은 제어 영역에는 특별한 영향이 없으나 펌프 압력 상승에 영향을 미친다. 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에서 펌프 포트에서 실린더 포트로 가는 라인의 개구 면적의 크기 변화는 제어 영역에는 영향을 미치지 않으며 펌프 압력 상승에만 영향을 미친다. 오픈 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에서 방향 제어 밸브의 스풀이 중간 변위에 있을 때 작업 조건의 변화 즉 부하 압력이 변할 시 펌프 유량이 맥동이 심하며 유압 액추에이터의 불안정 작용을 유발시켜 시스템의 불안정도가 증가되고, 클로즈드 센터 밸브형 부하 감응 유압 시스템에서 방향 제어 밸브의 스풀 변위의 임의의 위치에서 유압 액추에이터의 작업 조건이 변하더라도 펌프 토출 유량은 맥동없이 토출되어 유압 액추에이터의 속도가 안정스럽게 제어됨으로서 운전자의 안락한 운전이 용이함을 알았다.; In this study, the characteristics of the open- and closed-center valve type loadsensing hydraulic system for construction equipments were analyzed. The excavator in the 30ton class for open center valve type load-sensing hydraulic system and the wheel loader in the 25ton class for closed center valve type load-sensing hydraulic system were modeled to analyze the basic performance considering the model used in the real construction sites. And the system performance to main factor in designing and maneuverability of multi degree of freedom actuator, power efficiency and response characteristics of system were analyzed in accordance with the load change. The hydraulic system of construction equipment were divided into open center valve type and closed center valve type load-sensing hydraulic system and analyzed the basic performance and closely examined how the change of dominant factors influence on the control performance. And also, the system sensitivity to the change of dominant factors was analyzed. The change of working condition was modeled to the change of load pressure and the response characteristic of system was analyzed in accordance with the load change being modeled to the dynamic load by giving the shape of sine curve to load pressure. Working characteristics of multi degree of freedom actuator was analyzed in accordance with change of load pressure and power efficiency through simulating was examined. In order to verify the validity of simulation, test was run and pump pressure, load flow rate and spool displacement of hydraulic system were estimated. The program for analyzing load-sensing hydraulic system was developed through using AMESim. After selecting the factor that influences on the performance of hydraulic system, the simulation was taken to understand that how the change of factor influences on the performance. Design parameter and working condition could be selected by considering the change of load pressure and performance in accordance with the change of each factor.