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공기압 시스템 선정(소요/소비공기량)
1. 소요 공기량
구동기기가 일정한 부하를 일정한 속도로 작동시키기 위하여 필요한 공기량으로 F.R.L기기 및 절환 밸브 배관 SIZE 선정이 필요하다(Q=Q₁+Q₃ 또는 Q₁=Q₂+Q₃).
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그림 1 |
여기에서
Q₁.Q₂ = 실린더 전.후진시 소요 공기량(Nℓ / min)
Q = 배관의 소요 공기량 (Nℓ / min)
D.d.dp = 실린더 내경.로드경 및 배관내경(cm)
Z.ℓ = 실린더 행정 및 배관길이(cm)
t = 1행정에 필요한 시간(sec)
p = 사용 압력(kgf/cm²)
60은 초(sec)를 분(min)으로 환산하기 위한 상수(1min = 60sec) 1/1000은 cm³를 ℓ(리터)로 환산키 위한 상수 (1ℓ = 1000cm³)
∴ 소요 공기량 Q는 실린더 전진시 또는 후진시에 필요한 공기량이므로
Q = Q₁+Q₃또는 Q = Q₂+Q₃가 된다.
∴ Q = Q+Q₃에서 공통 인수를 뽑아내면
<소요 공기량 식에서 보는 바와 같이 소요 공기량은 구동기기를 구동하는데 필요한 속도를 얻기 위한 속도 개념으로 보면 된다>
예제 1)
그림에서와 같이 Ø80-250ST 복동실린더를 전진 또는 후진 동작 하는데 0.6초의 시간이 걸린다. 배관은 내경 Ø9의 나이론 튜브를 사용하였으며 배관 길이는 4m,사용압력은 5kgf/cm²이다.
소요 공기량을 구하고 솔레노이드 밸브와 F.R.L Unit를 선정하라.
풀이)
1) 소요 공기량 구하는 공식 Q는
여기에서 조건을 열거하면
D = 80mm = 8cm
Z = 250mm = 25cm
d = 9mm = 0.9cm
ℓ = 4m = 400cm
t = 0.6sec
P= 5kgf/cm²
그러나 실린더를 원하는 속도로 구동하기 위해서는 배관에 따른 유량 손실을 고려하지 않으면 안 된다. 즉 실린더와 밸브사이에 배관에 따른 유량손실은 20%정도 고려하면 된다.
∴실제 소요 공기량 Q₁= 910 ÷ 0.8 ≒1140 Nℓ / min … ①
2) 밸브를 선정하기 위해서는 유효 단면적을 구하면 쉽게 선정할 수 있다. 유량 산출 공식을 적용하기 위해서는 음속.아음속 흐름을 구분해줘야 하지만 통상적으로 음속 흐름은 거의 없기 때문에 앞으로는 아음속 흐름을 적용하기로 하자
- 아음속 흐름에서의 유량 공식 Q는
∴ 솔레노이드 밸브는 유효단면적 21.6mm²이상의 밸브를 선정하여 사용하면 된다.
3) F.R.L 유니트는 소요 공기량(1140Nℓ / min) 이상의 기종을 선정하면 되고 솔레노이드 전단의 배관 Size는 아래 도표와 같다.
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