공압시스템 및 공압액츄에이터

1 공압 시스템(Pneumatic system)
 1) 공압 시스템 개요
   - 공압은 누출에 따른 환경리스크가 없다. 따라서 청정관리가 필요한 부위에 설치되어 사용된다.
   - 유압에 비해 구성이 간단하고 유지보수가 용이하다.
   - 공압은 압축성유체인 공기를 사용하므로 유압대비 제어성이 떨어지고 출력이 낮다. 
 2) 공압시스템의 구성

   ① 공기 압축기
     - 소량압축기를 병렬로 사용하는 것 보다, 대용량 압축기를 분산배치하는것이 유리하다.
     - 용량은 공기 누설등 손실공기량을 고려햐여 1.5~2배 큰 용량의 압축기로 선정한다.
     - 600~700kPa정도의 압력이 주로 사용되며 압력강하는 필요 압력의 20% 수준으로 계산한다.
     - 공급체적은 ㎥/min, ㎥/h 로 표현한다.
   ② 공압 탱크
     - 공압탱크는 공기를 저장하여 공급을 원활하는 기능을 기본으로 함.

     - 공압탱크는 공압력 변화를 최소화하고, 맥동을 없애주며, 압축공기를 냉각시켜 공기중 수분을 응축하는 역할도 한다.
     - 공기저장 탱크에는 안전밸브, 압력계, 압력스위치, 드레인이 포함되어야한다.
   ③ 배관
     - 배관은 설치가 용이하고 내구성이 있으며 가격이 저렴해야한다.
     - 강관, 동관, 고무호스, 합숭수지 튜브등이 사용된다.
     - 라인의 종류
       a 흡입라인 : 흡입저항을 줄이기 위해 큰직경으로 적용해야한다.
       b 이송라인
       c 토출라인 : 고온 고압의 진동이 수반되므로 배관지지가 특히 고려되어야 한다.
       d 제어라인
       e 배기라인 : 대기로 방출이 일반적이나 소음저감, 배기의 Oil 포집을 위해 부가적인 장치가 설치된다.
          * 배압의 영향이 없도록 토출라인/이송라인보다 큰 직경이어야 한다.
   ④ 밸브
     - 밸브는 공압라인에서 압력제어, 유량조절, 방향조절의 역할을 한다.
     - 밸브는 포트의 개폐등 기계적인 제어와 솔레노이드를 통한 전자석 전자식 제어도 가능하다.
     - 방향성을 유지하기 위한 체크밸브와 2개소이상의 방향에서 흐름을 제어하기 위한 셔틀밸브로 이용된다.

 

2 공압액츄에이터
 1) 액츄에이터 개요
   - 공압액츄에이터는 공기 압축 에너지로 직선운동, 회전운동, 일정각도 왕복운동을 만들어내는 장치이다.
   - 공압은 압축성을 가지므로 공압액츄에이터는 미세한 동작에 제한이 있다.
     * 미세한 조작을 위해서는 별도의 제어밸브를 구비해야한다.
   - 공압액츄에이터로는 공압실린더, 공압모터, 공압요동모터가 해당된다.
 2) 공압실린더
   ① 공압 실린더의 종류
     - 피스톤형식에 따른 분류
       a 피스톤형
       b 램형
     - 작동방식에 의한 분류
       a 단동실린더
       b 복동실린더
       c 차동실린더
     - 지지형식에 따른 분류
       a 플랜지형
       b 풋형
       c 트러니언형
       d 클레비스형
   ② 공압 실린더의 선정
     - 작동속도는 50~500mm/s 수준으로 설계한다.
     - 작동속도는 부하율에 따라 변하므로 부하율 60~70% 수준으로 감안하여 선정한다.
     - 실린더는 보수 교환이 용이하도록 규격품을 사용한다.
   ③ 사용간 주의사항
     - 방진
     - 압축공기 : 필터링 된 공기를 사용할 것.
     - 윤활 : 공압라인에 루브루케이터를 설치하여 지속적인 윤활이 될 수 있도록 할 것.
     - 온도 : 사용온도는 5~60도를 유지하며 5도 이하의 환경에서는 에어 드라이어를 사용한다.
 3) 공압모터
   ① 공압모터의 종류 : 주로 피스톤과 베인형을 사용함
     - 피스톤형
     - 베인형
     - 터빈형
   ② 공압모터의 선정
     - 토크, 회전수, 출력을 기준으로 사양을 선정한다.
     - 압력손실, 배압등을 고려하여 설계한다.
   ③ 공압모터의 특징
     - 공기의 압축성으로 인해 과부하시에도 파손등이 발생하지 않는다.
     - 시동, 정지, 역전, 동력차단등 급격한 상태변화에도 충격이 일어나지 않고 원활하게 구동가능하다.
     - 에너지를 축적할 수 있다.
     - 압축성으로 제어성은 유압에 비해 떨어진다.
     - 부하에 따른 회전변동이 커서 일정한 속도를 유지하기 어렵다.
     - 배출음이 크다.
 4) 공압요동모터
   ① 요동액추에이터의 종류
     - 베인형
     - 피스톤형
     - 랙-피니언형
     - 스크류형
     - 요크형
   ② 요동액추에이터의 선정
     - 부하의 형상, 운동에너지 위치에너지의 변화를 고려하여 사용압력, 요동각도, 요동시간을 선정한다.
     - 실린더와 링크의 조합으로 만들 수 있다.