공압의 기초

1. 공압시스템의 정의

공기를 압축하고 이를 이용하여 동력을 전달하고 제어하는 시스템이다.

 

2. 공압시스템의 계통 구분

공압발생원 -> 조절기기 -> 제어기기 -> 구동기기

 

• 공압원발생: 컴프레셔, 에프터쿨러, 드라이어
• 조절기기: 필터, 레귤레이터, 루브리게이터
• 제어기기: 에어벨브, 스피트컨트롤러
• 구동기기: 실린더

3. 공압시스템의 주요 제품 설명 및 구동원리

3.1 실린더

• 단동실린더: 내부에 스프링이 있으며 로드커버쪽으로만 공압튜브가 연결된다.

그림 1. 단동실린더의 구조

공압이 공압튜브를 통해서 로드커버쪽으로 입력되면, 로드는 줄어드는 것처럼 보이게 되며 스프링은 수축하게 된다. 공압을 제거하면, 압축된 스프링이 원상태로 복귀하기 때문에 로드는 늘어나는 것처럼 보인다. 로드의 최소길이와 최대길이를 스트로크라고 한다.

 

• 복동실린더: 내부에 스프링이 없으며 헤드커버와 로드커버쪽으로 공압튜브가 연결된다.

 

그림 2. 복동실린더의 구조

실린더를 좌우로 밀기위해서, 헤드커버와 로드커버에 달린 입력포트로 공압튜브를 연결 한 후 공압튜브에 공압을 공급해주면 된다.

 

여기서 문제 하나!

공압은 밀어주기만 하는 건데 공압을 차단했다고 해서 실린더 내부에 있는 공기는 빠질 곳이 없다. 어떻케 빼야할까? 해답은 솔레노이드벨브에 있다!

 

3.2 솔레노이드벨브(솔벨브)

솔레노이드를 이용해서 스풀을 움직여 내부의 공기통로를 변경해주는 장치이다.

스풀의 이동에 따라 통로가 변화하는 것을 그림으로 그려서 설명하기에는 필요성을 느끼지 않으니 이전에 공부한 계전기(릴레이)와 공통점 및 차이점을 설명하면서 어떤 동작을 하게 되는지 설명하려고 한다.

 

먼저, 솔벨브의 입력은 1번(전기기능사에서 8핀 릴레이는 1번과 8번)이며 짝수번호인 2번과 4번은 출력이다. 여기서 2번은 B접점이며, 4번은 A접점이다.

즉, 솔벨브에 전원이 인가되지 않으면(릴레이의 코일에 전원이 공급되지 않으면) 1번과 4번은 연결되어 있으며, 전원을 인가하면 1번과 2번이 연결된다는 의미이다.

 

차이점이라면, 공기를 빼주기 위한 3번과 5번이 있다. 먼저 2번 B접점이 동작할 때는 반대편 접점은 4번과 5번은 배기로 동작한다. 또한, 4번 A접점이 동작할 때는 반대편 2번과 3번은 배기로 동작한다.

 

왜 배기가 필요할까? 아래에서 설명한다.

 

• 단동솔레노이드벨브: 내부에 스프링이 있으며, 한 쪽 끝에만 솔레노이드가 있다.

그림 3. 전원이 인가되지 않은 단동솔레노이드벨브의 구조

전원이 OFF인 상태이고, 공압튜브가 1번포트로 들어가 있다. 이 상태에서는 2번으로 공압이 전달되고 있다. 그런데 4번과 5번이 배기로 동작한다고 했다. 왜 이런동작을 하게 했을까?

바로 복동형실린더를 제어하기 위해서이다. 그림 위에다가 복동형실린더를 아래 그림과 같이 넣어보자.

 

그림 4. 비전원 상태의 단동형솔레노이드벨브와 복동형실린더의 연결

그림에서 보듯이 전원 OFF 상태에서 로드커버쪽으로 공압이 발생해서 실린더로드가 들어가 있다. 또한 헤드커버 부분에 있는 공기가 주욱 밀려서 4번과 5번으로 배기됨을 알 수 있다. 만일 없다면? 실린더가 밀리지 않게된다. 그래서 솔베브는 5포트의 공기포트를 가지게 된 것이다.

 

다음, 전원이 ON상태가 되면, 스풀을 밀어준다고 보면 아래와 같은 상태가 된다. 

그림 5. 전원이 공급된 단동형솔레노이드벨브의 구조

마찬가지로 윗 그림에서 복동형실린더를 그리고 2번과 4번을 연결해 주면 아래와 같이 된다.

그림 6. 전원이 인가된 단동솔레노이드벨브와 복동형실린더의 연결

 

• 복동형솔레노이드벨브: 내부에 스프링이 없으며 양끝단에 솔레노이드가 있다.

그림 7. 복동형솔레노이드벨브의 내부구조

복동형실린더와 같이 밀어주는 곳이 2곳에 있다.

 

단, 유의할 점! 실린더는 구동장치이고 솔레노이드벨브는 제어장치이다. 또한 실린더는 공압으로 구동되는 장치이며 솔레노이드벨브는 전기신호로 구동되는 장치이다. 

 

4. 공압기호

4.1 약속

제어기기(솔레노이드벨브)	제어기기
유로 및 유로의 흐름
폐로
유로의 접점	유로의 접점
외부배관	외부배관
포트표시	상단은 작업포트(짝수), 하단은 파워포트(1)와 배기포트(홀수) 번호를 넣는다.
제어벨브의 초기상태 및 전환상태	Two Position을 가졌다라고 말하기도 한다.
제어방식	전환상태로 전환하기 위한 조작방법은 좌측에, 초기상태를 유지하기 위한 조작방법은 우측에 표시한다.

4.2 제어방식의 분류

수동조작방식	누름버튼	레버	페달
기계적조작방식	스프링	플런저	롤러플런저
전기적조작방식	솔레노이드	더블솔레노이드 역방향
압력조작방식	내부파일럿	외부파일럿

과거에는 단동실린더에 솔레노이드제어기와 스프링제어기를 설치해서 사용한 것 같은데, 파일럿 기술이 나와서 스프링이 없이도 원래 상태로 되돌리는 것이 가능하다.

 

(파일럿은 솔벨브 내부의 제어용 공기 통로인데, 솔레노이드가 이 파일럿 통로를 여닫아서 상태를 변경시키는 것을 말한다. 외부파일럿은 외부의 압력변화로 제어신호를 주는것 같은데 동작방식은 모르겠다.)

 

4.3 5포트 단동솔레노이드벨브의 도면표시 예

 

먼저 2개의 포지션을 그린다. 다음으로 초기상태와 전환상태를 그린다.

그림 8. 5포트 단동솔레노이드벨브의 상태도와 내부유로표시

그런데 솔벨브가 초기상태를 유지하는 이유를 생각해보자. 무엇때문? 스프링때문이다. 그럼 스프링을 오른쪽에 그린다.

그리고 전환상태로 제어되는 이유는? 솔레노이드가 작동하기 때문이다. 이 솔레노이드 표시를 왼쪽에 달아주면 된다. 그럼 아래처럼 된다.

 

그림 9. 완성된 5포트 단동솔레노이드벨브의 도면표시

즉, 윗 그림을 보면 초기상태를 유지해주는 것은 스프링이며, 전화상태를 만들어 주는 것은 솔레노이드라는 것을 알 수 있다.

 

요걸 인터넷으로 찾아보니 요렇케 그려놓았다. 

그림 10. 5포트 단동솔레노이드벨브의 심볼

이러한 심볼(캐드용)은 아래 사이트에서 찾을 수 있다. 

한국SMC(주)

또한 공압에 대한 공부꺼리가 많이 있으니 한 번 둘러볼것을 권장한다.