협소한 공간에서 무거운 하중 처리, 전기 유압 액추에이터 vs 유압 실린더

시스템 설계자들은 주로 실린더 자체의 높은 출력 밀도 때문에 1.360kg 이상의 부하를 처리해야 하는 응용 분야에서 유압 실린더 기반 모션 제어 시스템을 먼저 고려해 왔다. 그러나 설계자가 해당 전력을 달성하기 위해 복잡한 인프라에 필요한 넓은 공간을 고려하면 이 전력 밀도는 덜매력적이다. 그러나 이제 기존 전기 기계 장치보다 좁은 공간에 유압 모션 제어를 구축하는 기술 덕분에 설계자와 최종 사용자는 비용, 복잡성 및 기존 유압 장치를 청소할 필요 없이 유압 유체의 전력 변환 이점을 누릴 수 있다. 전기 유압식 선형 액추에이터는 실외 장비, 해양, 군사, 항공 우주 및기타 여러 응용 분야에서 광범위한 고하중 처리를 위해 유압 실린더보다 모션 설계자의 선택으로 빠르게 자리잡고 있다.

구조적 차이
 

유압 실린더 기반 모션 제어 시스템은 오일 저장소, 전기 모터, 펌프, 오일 필터, 릴리프 밸브 및 방향 밸브가 포함된 어셈블리를 사용하여 전기 에너지를 모션으로 변환한다. 원하는 속도와 실린더 크기에 따라 필요한 펌프의 크기가 결정되며, 이에 따라 다른 모든 구성 요소의 크기도 결정 된다. 필요한 속도가 높을수록 시스템 비용도 높아지고 필요한 작동 공간도 커진다.

<그림1> 연장 사이클 Thomson Warner 선형 H-트랙 전기 유압식 액추 에이터

이와 대조적으로 전기 유압 시스템은 기존 전기 기계 액추에이터와 거의 동일한 크기의 엔벨로프에 해당 인프라를 내장한다.(그림1) 시계 방향 으로 회전하는 전기 모터는 작동유를 가압하는 펌프를 회전시킨다. 밸브가 열려 저장소와 헤드 측면 모두에서 유체를 끌어오고 로드를 확장하기 위해 전달을 제어한다. 수축 시 모터는 시계 반대 방향으로 작동하여 작동을 반대로 하고 유체를 저장소와 피스톤의 반대쪽으로 되돌린다. 최대 2.180kg의 하중에 대해 해당 인프라를 소형화하면 출력 밀도, 유지 관리 요구 사항, 위치 다양성, 청결 및 비용 측면에서 유압 실린더에 비해 상당한 이점을 가지면서 유사한 충격 하중을 처리할 수 있다. (그림2)

<그림2> 유압 실린더 기반 시스템과 전기 유압식 액추에이터의 비교

부하 용량
 

기존 전기 기계식 액추에이터의 기어 및 리드 스크류 어셈블리를 소형 유압 시스템으로 교체하면 전기 유압식 액추에이터가 2.180kg까지 이동할 수 있다. 이 크기의 부하는 일반적으로 유압 실린더 기반 시스템으로 이관됐다. 이 부하 범위는 기존 전기 기계식 액추에이터의 용량보다 500kg 이상 더 크다.

출력 밀도
 

원시 출력 밀도의 경우 전기 유압식 설계는 뚜렷한 이점을 갖는다. 전기 유압식 액추에이터와 유압 실린더의 크기는 크게 다르지 않지만 유압 옵션을 작동하는 데 필요한 지원 인프라는 상당한 공간을 차지한다.

청결함과 안전성

전기 유압식 액추에이터는 청결성과 안전성 측면에서도 장점이 있다. 유압 실린더 시스템의 파이프 및 호스 피팅의 외부 누출은 진동 및 기타 요인으로 인해 시간이 지남에 따라 발생한다. 이러한 누출이 발생하면 실린더는 스트로크할 때마다 오일 막이 공장 환경으로 누출된다. 내부 누출로 인해 유지 관리가 더욱 어려워진다. 펌프 내부의 누출, 압력 제어 장치, 방향 밸브 및 실린더는 압력과 흐름을 열 또는 낭비되는 에너지로 변환하여 액추에이터 속도를 감소시킨다. 산업 환경에서는 누출로 인해 냄새가 발생하고 미끄러질 위험도 있다.

유지 보수 요구 사항
 

유압유 자체와 관련된 유지 관리 문제 외에도 유압 실린더 시스템에는 추가 유지 관리 요구 사항이 있으며, 실린더가 피스톤 주위에서 마모되고 누출되기 시작하면 이러한 요구 사항이 증가한다. 펌프는 도체, 호스 및 파이프를 포함한 각 구성 요소의 마모, 내부 누출 및 압력 손실의 영향도 받는다. 전기 유압식 액추에이터는 유지 관리가 필요 없는 독립형 장치이다.

위치 다양성
 

정교한 지원 인프라가 필요하지 않기 때문에 전기 유압식 액추에이터를 사용하면 제어 장치를 적용 지점에 더 가깝게 이동하는 것이 더 효과적이다. 유압 실린더는 접근하기 어려운 응용 분야에는 이상적이지 않다. 예를 들어, 체리 피커 차량 설계자가 버킷을 기울이기 위한 모션 제어를 원하는 경우 유압유 이송 튜브보다 전선을 붐 위로 연결하는 것이 훨씬 쉬울 것이다. 이 솔루션은 또한 유체가 환경으로 떨어지는 것에 대한 잠재적인 우려를 제거한다.

충격 부하
 

역사적으로 유압 기술은 눈 덮인 콘크리트 장벽이 실린더 유도식 쟁기 날에 미치는 충격과 같은 갑작스러운 충격을 더 잘처리할 수 있었다. 그러나 이 기술을 전기 유압식 액추에이터에 내장하면 유압 실린더와 동등한 충격 부하 이점을 얻을 수있어 이전에 이 분야에서 누렸을 수 있었던 모든 장점에 상쇄된다.

비용 효율성
 

기존 유압 시스템은 이미 유압 요소가 포함된 설계에 이미 지정되어 있을 때 가장 비용 효율적이며 초기 설계에 실린더를 추가하기만 하면 된다. 그렇지 않으면 지원 인프라를 설계하고 이를 전체 시스템 설계에 통합하는 데 비용이 든다. 유체 취급및 보관, 누출 및 유출 관리, 누출 식별 및 수리를 위한 추가 유지 관리 비용을 없애면 최종 사용자의 수명 주기 비용도 줄일수 있다. 이러한 이점은 OEM에게 판매 가능하며 고객에게 이점으로 쉽게 전달될 수 있다.

<그림3> Thomson Warner Linear H-Track 전기 유압식 선형 액추에이터는 넓은 공간 요구 사항이나 대형 유압 시스템의 엄청난 비용 없이 유압 성능을 제공한다. 최대 21.350N의 힘을 처리하며 동급 제품 중 가장 작은 장착 범위가 특징이다.

자료제공: Thomson(www.thomsonlinear.com)