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공압을 이용하여 공압 구동기(에어실린더, 에어 척 등)를 사용하기 위해서는 에어컴프레서(Air compressor)가 있어야 한다.

에어컴프레서에서 공압을 만들어 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)에 직접 공급이 가능하나 공압 구동기의 사용압력 또는 최고 사용 압력이 있으므로 중간에 공기의 압력을 조절 할 수 있는 무언가가 필요하다.

공압기기의 구성은 다음과 같다.(현재는 그림이 없으나 추후 그림으로 설명하도록 하겠다.)

에어컴프레서 -> Air Dryer -> Air regulator -> 공압분배기 -> Solenoid valve -> 구동기

위의 구성에서 추가 혹은 삭제 되는 부분이 있으나, 기본적으로 필요한 부분만 적은 것이다.

이중에서 Air regulator에 대해서 설명하겠다.

사진출처 : 한국에스엠씨공압

위의 사진에서 왼쪽부터 Air filter, Air regulator, Lubricator이다. 이 세가지 중에서 Air filter와 Air regulator는 항상 사용하는 것이 좋다.

Air filter의 역할은 수분 제거에 있다. 사실 에어컴프레서 후단에 Air dryer가 설치가 되면 공급되는 공압에는 수분이 거의 없다. 때문에 필요 없으지도 모르나, 유사시(Air dryer의 고장 등)에는 필요하기 때문에 Air filter는 장착하는 것이 좋다.

Air regulator는 실린더의 사용압력에 맞도록 조절하기 위해서 필요하다.

Lubricator는 공압구동기의 사용 수명을 위해서 장착이 필요하다. 하지만 만약 공압을 이용한 진공발생기(Suction)를 사용한다거나 혹은 Solenoid valve 주변, 배관 연결부위 등에서 누유가 될 수 있기 때문에 설계시 주의해야 한다.

마지막으로 에어 레귤레이터를 선정 할 때 중요한 것이 있다.
바로 유량특성이다.

사진출처 : 한국에스엠씨공압

위의 사진은 모델명에 따른 유량 특성이다.
그래프를 보면 알겠지만 모델명 AC10 기준으로 출구압력을 0.6MPa로 설정할 경우, 소비유량 75L/min이면 약 0.5MPa까지 압력이 떨어지는 것이다.
때문에 압력하강을 고려하여 모델을 선정하는 것도 중요하다.

지난번 에어 실린더 용량 계산기와 마찬가지로 유압 실린더 용량 계산기도 만들었다.

유압 실린더 역시 용량 선정을 할 때 중요한 것은 밀어내는 힘, 당기는 힘, 소비 유량 등의 요소들이다. 실린더의 소비 유량을 계산해야 유압 유니트의 용량 또한 선정 가능하기 때문이다.

에어 실린더에서는 압축 공기를 만들어 주는 에어컴프레샤(Air compressor)의 선정이 중요하지만, 유압에서는 유체의 압력과 유량을 만들어주는 유압유니트의 선정이 중요하다.

2-유압실린더 용량계산.xlsx

위의 첨부 파일은 유압실린더 용량 계산기이다.

에어 실린더와 비슷하게 생겼지만, 다른 점은 펌프 효율과 모터 용량 부분이 추가 되었다.

이 또한 빨간 글씨 부분의 실린더의 spec.과 메이커, 모델명 등의 기본적인 것만 수정이 가능하다.

 실린더의 spec.은 실린더 카다로그의 내용을 넣으면된다. 그리고 펌프의 효율은 펌프spec.를 넣으면 계산이 된다.

유압은 높은 압력을 사용하기 때문에 아무래도 출력 부분의 계산이 공압실린더 보다 많이 높다.

유압 실린더에서 주의 할 점은 이 계산서에서 모터 용량을 계산하였지만, 실제로 사용 할 유압유니트에서 펌프의 토출 유량과 반드시 비교하여야 한다.

또한 공압 실린더 용량 계산기와 마찬가지로 단위에 항상 조심하여 계산하여야 한다.

기계 중에 직선 운동에 많이 쓰이는 것이 공압 실린더다.

설계의 간편함도 있지만, 가격적인 면에서 볼스크류에 모터를 연결하여 설계하는 것보다 많이 저렴하다. 물론 정밀한 위치를 반복하여 왕복하거나, 사용자가 원하는 위치에 정확히 가야 한다면 서보모터를 사용하는 것이 맞다.

우선 거의 대부분의 공압 실린더는 +1mm의 Stroke 오차가 있다고 한다. 물론 이부분은 Stopper등의 기구적인 부분으로 해결해야 할 듯 하다.

공압실린더 선정 할 때 중요한 부분은 아마도 용량일 것이다.

실린더가 밀어내는 힘, 당기는 힘, 공기 소비량 등의 부분을 알아야 실린더의 크기나, 에어컴프레샤의 용량을 정할 수 있을 것이다.

첨부파일의 "1-에어실린더 용량계산"은 설계하면서 필요에 의해 직접 만든 계산기이다.
SMC공압의 카다로그와 설계계산 책자 등에서 필요한 부분만 골라서 만들었다. 이것을 필두로 나는 많은 계산기들을 만들어 가고 있다. 하나의 취미생활이자 공부인 샘이다.

1-에어실린더 용량계산.xlsx

계산기 일부의 내용이다. 설계치 입력 부분과 회사 로고 부분, 기타입력 부분을 제외한 나머지 부분은 시트를 잠갔다.
빨간 숫자 부분을 입력하면 출력과 공기 소비량이 구해진다.
단위에 항상 유의해야 하며 mm가 아닌 cm이다. 나도 가끔 실수로 잘 못 입력하여 말도 안되는 용량이 나오기도 한다. 더 깔끔하게해서 만들고 싶지만, 여기에 더 많은 시간을 투자하기에는 아깝기도 하다.

끝으로 공압실린더를 설계 할 때 초보자가 놓치는 부분이 로드의 강성이다.
공압실린더의 로드는 생각보다 약하다. 설계상에는 충분한 출력이지만 막상 사용하면 로드축이 부러지는 경우가 있다. 이는 축방향으로 정확히 일자로 왕복운동한다면 문제가 없지만 그렇지 않은 경우에는 실린더 로드의 강성도 고려하여 설계하여야 한다.