공압 실린더의 작동 특성과 유의 사항에 대해 알아보자 !!

 

 

 

3.1.4 공압 실린더의 작동 특성

(1) 사용 공기 압력 범위

KS에서는 공압 실린더의 사용 압력 범위를 1kgf/cm$^2$부터 7kgf/cm$^2$으로 규정하고 있지만 시판되고있는 대부분의 실린더는 2kgf/cm$^2$에서 10kgf/cm$^2$ 미만으로 되어 있다.

 

 

 

(2) 사용 주위 온도

규격으로는 5~60°C 정도로 규정되어 있다. 최저 온도가 5°C로 되어 있는 것은 사용 공기 중에 포함한 수분이 작동에 영향을 주기 때문이다. 또한 최고 온도가 60°C로 되어 있는 것은 이 온도를 초과하면 패킹의 종류와 윤활유등에 관하여 특별한 고려를 하여야 하기 때문이다.

 

 

 

(3) 실린더의 출력 계산

공압 실린더의 출력은 실린더의 튜브 내경과 피스톤 로드의 외경 및 사용 공기 압력으로 결정된다. 즉, 피스톤의단면적에 가해지는 공기 압력(P)를 곱한 값이 된다. 그러나 실제의 실린더 출력은 패킹의 미끄럼마찰 저항, 미끄럼면의 거칠기에 따른 윤활 상태, 공압 실린더가 작동하고 있을 때의 실린더 내부 압력, 부하의 동적 조건에 따라 변하지만, 일단 간단하게 공압 실린더의 효율적 면으로 생각하여 실린더의 추력계수가 사용되고 있다. 즉, 실제로실린더가 낼 수 있는 실제 출력은 섭동 저항이나 배기 저항 등에 따라 이론 출력보다 작아지며 통상 15% 정도의손실을 고려한다. 이 손실량은 실린더 직경이 작거나 사용 압력이 낮은 경우에는 증가하므로 손실을 고려한 추력보정 계수를 이론 추력에 곱해야 실제 출력을 구할 수 있다.

 

 

 

(4) 실린더의 사용 속도

KS 규격에서 공압 실린더의 사용 속도는 50~500mm/s 범위 내로 사용 속도가 규정되어 있다. 이것은 최저 속도를 50mm/s 이하로 하면 스틱 슬립 현상이 일어나기 때문이며, 실린더가 지나치게 고속 작동하면 섭동면에서의 발열로 인한 패킹의 손상이나 행정 끝단에서의 충격이 심하기 때문에 최고속도를 제한다. 그러나 현재 시판되고 있는 공압 실린더의 사용 압력 범위는 50~750mm/s로 되어 있는 것이 대부분이다.

 

 

 

(5) 실린더의 행정 거리(stroke)

공압 실린더의 사용 가능한 최대 스트로크 설치 방법, 피스톤 로드 직경, 피스톤 로드 끝에 걸리는 부하의 종류, 가이드의 유무 및 부하의 운동 방향 조건 등에 의해 결정된다. 피스톤 로드에 축 방향 압축 하중이 걸릴 경우는 피스톤 로드 길이가 지름의 10배 이상 되면 좌굴이 일어나므로 좌굴 강도 계산을 고려해야 한다.

 

 

 

3.1.5 공압 실린더 사용시 주의사항

(1) 일반적 주의 사항

공압 실린더를 사용할 때는 다음 사항에 주의하여 사용한다.

1. 사용 온도 범위는 5~60°C가 이상적이며, 이 범위를 초과하여 사용할 때는 패킹 재질 등에 관하여 제조 회사와협의하여 사용한다. 또 5°C 이하에서 사용할 때는 에어 드라이어를 사용하여 수분에 의해 동결되는 것을 방지한다.

2. 먼지가 많은 장소에서 사용할 때는 커버를 설치하여 섭동부를 보호한다.

3. 공압 필터를 통과한 깨끗한 압축 공기를 사용하고 윤활기 등에서 적당량의 윤활유를 공압 실린더에 공급한다.

4. 소음기 배압에 의해 공압 실린더 작동 속도에 영향이 없도록 한다.

5. 배관은 될 수 있는 한 압력 강하가 생기지 않도록 한다.

 

 

 

(2) 스틱 슬립(stick slip) 현상과 대책

A. 스틱 슬립이란

공압 실린더를 저속(특히 50mm/s 이하)으로 작동시킬 때 실린더의 운동이 원활하지 않고 불규칙하게 가다 서기를 반복하는 현상을 말한다.

 

B. 스틱 슬립의 발생 원인

1. 실린더를 저속, 특히 50mm/sec 이하로 작동시킬 때

2. 실린더의 속도 제어를 미터인으로 제어할 때

3. 압력 변동이 있거나 부하율이 클 때

4. 압력 변동이 있거나 부하율이 클 때

5. 부하 변동이 있을 때

 

C. 스틱 슬립의 방지 대책

1. 실린더의 작동 속도를 50mm/sec 이상으로 높인다.

2. 실린더의 속도 제어를 미터아웃으로 변경한다.

3. 하이드로 체커 실린더를 사용한다.

4. 작동 압력을 높이거나 부하율을 낮게 한다.

 

 

 

(3) 데드 타임(dead time)과 대책

A. 데드 타임의 개요

방향 제어 밸브가 작동한 후 공압 실린더의 피스톤이 움직일 때까지의 시간을 데드 타임이라 하고, 신뢰성 있는 시스템이라면 데드 타임이 작아야 한다.

 

B. 데드 타임을 줄이는 대책

1. 부하율을 낮게 한다.

2. 실린더와 방향 제어 밸브 사이의 배관 길이를 가능한 한 짧게 한다.

3. 배관의 직경을 굵게 하고, 큰 방향 제어 밸브를 사용한다.