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공기압 액츄에이터의 중간정지
1. 머리말
공기압 기술은 공기의 특성인 압축성에 의해 중간정지가 곤란한 특징을 갖고 있는 사항에 대해 지난호에 이미 기술했었다.
지난호에 이어서 이번호에도 공기압 액추에이터의 중간정지에 대해 계속 기술한다.
2. 브레이크부착 실린더를 이용한 중간정지 시스템의 개선
지난호에 기재된 중간정지 시스템 중 가장 많이 사용하는 시스템이 브레이크 부착 실린더를 이용, 중간정지 시키는 기술이다. 브레이크 부착 실린더를 이용하여 중간에 정지시키는 기술은 브레이크 부착 실린더 개발 초기에 비해 많은 회로연구에 따라 개선되었고, 기존 사용되던 회로가 최근 다시 개선되어 각 업체에서 회로 시스템을 구성, 사용하고 있다.
(1) 브레이크 부착 실린더 도입 단계의 회로구성
브레이크 부착 실린더를 도입한 당시의 회로는 지금 개선된 회로와 비교하여 그다지 큰 차이가 없는 것으로 생각하기 쉽지만 실제 구동시에 많은 변화가 진행되었다, 브레이크 부착 실린더뿐만 아니라 일반 실린더를 사용하여 중간정지 시킬 때, 많이 발생하는 문제는 실린더의 중간정지후 재 가동시 아래 방향으로 밀리는 현상이다. 이 현상을 개선하기 위해 공기압 기술 연구자들이 노력한 결과 많은 개선은 되었지만 아직도 완전한 밀림방지는 불가능한 상태에 있다.
그러나 이 밀림현상은 어느 정도 개선되어 그다지 시스템에 영향을 미치지 않는 범위까지 개선되어 실 사용시의 어려움이 다소 해소되었으리라 생각한다.
지난호에 소개된 브레이크 부착 실린더의 사용회로는 대부분 기 사용되는 회로였다. 지금부터는 개선된 회로에 대해 설명한다.
① 브레이크 부착 실린더를 수평으로 부착하여 사용한 회로구성
브레이크 부착 실린더를 구동하는 회로에서 가장 중요한 사항은 MAIN 압력의 변동방지가 가장 중요하다. 즉, MAIN 압력의 변동에 따라 브레이크 부착 실린더의 중간 정지 위치에 변동이 생기고 이 압력변동이 실린더의 로드측(앞쪽)과 헤드측(뒷쪽)의 힘 밸런스를 깨뜨리는 원인이 되기 때문이다.
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[그림 2] MAIN 압력변동과 정지위치의 변동 |
따라서, 브레이크 부착 실린더를 구동하기 위한 배관은 [그림 4]와 같이 다른 LINE(다른 실린더와 같은 LINE에 설치하지 않고 별도의 배관은 MAIN LINE에서 취출하여 배관)에 연결하여 다른 LINE에서의 공기소비에 따른 압력강하 영향을 최대한 줄임으로써 브레이크 부착 실린더의 중간정지위치 변동을 방지해야 한다.
만약, 위의 내용과 같이 별도의 배관을 연결하였는데도 불구하고 실린더로 공급되는 압력이 안정되지 않을 경우 반드시 AIR TANK를 설치하여 MAIN 압력을 최대한 안정시키는데 노력하여야 할 것이다.
[그림 3]은 브레이크 부착 실린더를 수평으로 부착하여 구동하는 기존 회로이다. 이 회로에서 발생할 수 있는 TROUBLE은 실린더의 돌출이다. 즉, 실린더의 전진 혹은 후진방향으로 일정한 힘이 작용하고 있는 상태에서 실린더에 부착된 브레이크에 의해 실린더는 정지하고 있다. 따라서 실린더의 브레이크를 해제하는 순간 실린더는 급속히 돌출하여 행정 끝 단에 큰 충격을 가하게 된다.
이와 같은 TROUBLE을 보안하기 위해 5포트 3위치 밸브(5/3 WAY 밸브)가 개발되었고, 이 밸브는 전호에 기재된 내용과 같이 크게 3가지의 종류가 있다. 이 3가지 밸브 중 ① CLOSE CENTER형 밸브와 ② PRESSURE CENTER 형 밸브가 브레이크 부착 실린더를 구동하는 회로에 사용되는데 이중 CLOSED CENTER형 밸브를 사용하는 경우 발생 가능한 TROUBLE로서는 장시간(5분 이상) 정지한 상태에서 LEAK에 의해 실린더의 밸런스 상태가 깨어지고, 정지시에 발생하는 LEAK(CLOSED CENTER형 3위치 밸브는 밸브 구조상 LEAK가 발생)에 의해 실린더의 밸런스가 깨어져 실린더의 재기동시 순간형 밸브를 이용하여 중간정지하는 시스템은 중간정지 시간에 제한을 받기 때문에 장시간 정지시는 사용을 피해야 한다. 또한 이 밸브는 중간정지시 실린더의 밸런스 압력이 공급압력보다 낮아지기 때문에 밸런스 압력을 조정하기에 어려움이 있다.
위의 밸런스 불균형에 따른 TROUBLE을 방지하기 위해 사용되는 밸브가 5포트 3위치 밸브(5/3 WAY 밸브)중 PRESSURE CENTER형 밸브이다.
PRESSURE CENTER형 밸브를 이용하여 브레이크 부착 실린더를 중간에 정지시키는 시스템은 요즘 많이 사용하고 있다. 이 밸브를 사용하여 중간정지 시스템을 구성할 경우 위의 2가지 시스템에 비해 중간정지의 안정성을 도모하는 데는 성공하였다. 그러나 이 시스템에서 발생 가능한 TROUBLE로서는 MAIN 압력의 변동에 따라 밸런스 압력의 균형이 깨어질 수 있기 때문에 위에서 설명했듯이 반드시 별도로 MAIN LINE에서 배관을 취출하여 MAIN 압력의 안정화를 이루어야 한다.
이상 브레이크 부착 실린더의 중간정지 시스템에 대해서 설명하였는데 이 3가지 시스템 모두 실린더를 중간에 정지시키는 시스템은 반드시 배관 이음부의 LEAK를 정기적으로 점거하여 이음매의 LEAK에 의한 밸런스 불균형을 방지해야 한다.
② 브레이크 부착 실린더를 이용하여 WORK를 상승시킬 경우의 회로
브레이크 부착 실린더를 이용하여 WORK를 상승시킬 용도로 시스템을 구성할 경우 많은 트러블을 일으킬 우려가 있다. 먼저, 발생 가능한 트러블로서
① 실린더의 낙하
② 정지위치의 변동
③ 밸런스 압력 불균형에 따른 실린더의 밀림
등을 들 수 있다. 이와 같은 트러블을 방지하기 위해 많은 연구가 계속되어 위의 트러블을 사전에 방지하는 것이 가능해졌지만 100% 방지는 불가능한 실정이다.
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[그림 6] CLOSED CENTER형 밸브를 이용한 회로 |
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[그림 7] PRESSURE CENTER형 밸브를 이용한 회로 |
[그림 6]은 브레이크 실린더를 이용하여 WORK를 상승시키는 회로이다. 이 회로는 CLOSED CENTER형 밸브를 사용한 회로로서 발생 가능한 트러블로서 위의 3가지가 있다. 이런 문제로 인해 각 공기압 업체에서는 개선된 회로를 구성하여 권장하고 있고 이 회로는 [그림 8]과 같이 PRESSURE CENTER형 밸브를 이용한 회로구성으로 많은 보완이 되었다.
이 회로는 브레이크 부착 실린더, PRESSURE CENTER형 밸브가 사용되었고, 실린더와 밸브 사이에 SPEED CONTROLLER가 로드측(상승단)에 2개, 헤드측(하강단)에 1개, 로드측에 CHECK VALVE 부착 REGULATOR가 1개, 밸브의 공급 LINE에 REGULATOR가 사용되었다.
기존에 사용하던 시스템과 비교할 때 차이점은 실린더의 로드측(상승단)에 SPEED CONTROLLER 1개가 추가로 부착된 것과 일반 REGULATOR 대신 CHECK VALVE부착 REGULATOR가 설치된 것이 다르다.
이와 같이 기기가 추가 또는 변경된 이유는 위의 3가지 트러블을 방지하고자 하는 이유에서 개선된 것이다. |
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