The dynamic characteristics of pressure relief of a Hydraulic proportional compound valve is investigated. The pressure relief mechanism of a hydraulic compound valve consists of a pressure compensating spool valve and a solenoid-operated poppet type relief valve. The equations of motion of the pressure-compensating spool and the pressure-relief poppet are solved by a digital simulation method.
It is shown that the most important parameter governing the system-stability and response is the flow-pressure coefficient of the restricter located in the feedback path and that the size of the pressure sensing orifice in compensating spool also affects the dynamic performance of the system.
It is also shown that the pressure-hysterisis loop occuring in the valve is primarily caused by the electromagnetic hysterisis of the solenoid.
Comparison of the experimental results with theory shows satisfactory agreement.
전자식 비례압력제어 밸브는 릴리프 밸브, 감압 밸브 등의 배런스 피스톤형 (balance piston type) 압력제어밸브의 vent 회로에 접속해서 직류 solenoid의 입력전류를 변화시킴으로써 압력의 비례특성을 얻는 remote control 밸브이다. 이 밸브와 같은 기능은 유압압력제어 servo 밸브를 사용해도 쉽게 얻을 수 있으나, 귀환기구 (feedback mechanism) 이 없이 서-보 밸브의 특성을 얻을수 있다는 장점이 있으며 가격 및 보수의 문제에 있어서도 서-보 밸브보다 유리하다.
현재 국내 산업계에서는 비례복합밸브를 제작하여 유압회로에 사용하고 있으나 비례압력제어특성을 얻지 못하여 여러개의 릴리프 밸브를 연결하여 각 압력의 단계 (예를들면 사줄기의 각 공정) 마다 압력을 제어하는 편법을 쓰고 있는 실정이다.
본 연구에서는 비례복합밸브의 비례압력제어를 달성하기 위하여 전자식 비례압력제어밸브를 비례복합밸브의 한 구성부분으로 하여 전자식 비례압력제어밸브의 solenoid에 공급되는 전류를 변화시킴으로써 비례특성을 얻었다.
한편 밸브의 특성을 해석하기 위하여 비례복합밸브의 압력보상기구와 비례압력제어부에 관한 이론전개에 필요한 가정을 제시하고 정상상태와 과도상태에 대한 힘의 평형식과 연속방정식을 세워서 특성방정식을 유도하였다. 이들 방정식을 선형화하여 밸브의 안정성 (stability) 과 응답성 (response) 에 영향을 미치는 인자들에 대한 특성을 규명하였다. 또한 Digital computer 를 사용하여 특성방정식을 Simulation 을 해서 valve의 안정성과 응답성에 영향을 미치는 인자가 귀환통로로 통하는 restrister 및 압력보상 스풀속에 뚫린 orifice 임을 알 수 있었다. 이들 restricter 및 orifice의 개도를 작게 하므로써 밸브의 안정성을 높일 수 있으나 응답성이 떨어지므로 적정한 범위에서 사용해야 함을 알 수 있었다.
한편 이론에서 구한 특성방정식과 몇개의 경험식으로부터 밸브를 설계하고 실험을 통해서 비례압력제어 특성과 과도상태의 특성을 이 이론과 비교 검토하였으며 다음과 같은 실험결과를 얻었다.
System의 압력은 전자식 비례압력제어 밸브에 공급되는 전류를 변화시킴으로써 비례특성을 얻을 수 있다. 그러나 비례압력이 solenoid에 전류를 올릴 때와 내릴 때에 약간의 차이가 생기며 이러한 현상은 주로 solenoid 자체의 hysterisis 현상에 의한 것으로서 정확한 비례압력제어 특성을 얻으려면 hysterisis가 작은 solenoid 를 사용하여야 한다.
비례압력제어 밸브로 가는 유량을 조절하는 restricter 를 조정해 주므로써 밸브의 안정성을 향상시킬 수 있고, 반면에 response는 늦어진다. system의 동특성을 결정하는 가장 큰 인자는 비례압력제어밸브측의 restricter이다.
solenoid 에 공급되는 전류를 step 으로 주면 ramp 로 주는 경우보다 응답성은 증가하나, system의 안정성에 영향을 주며 응답시간이 크게 문제가 되지않는 회로에서는 ramp로 전류를 변화 시키는 것이 바람직하다.
압력보상 스풀속에 뚫린 작은 구멍, orifice 는 압력보상 스풀의 운동에 damping 효과를 주며, orifice 직경을 작게 하여 flow comductivity 를 감소시키면 damping 효과가 커지고 계의 stability 를 향상시킬 수 있는 반면에 response 는 늦어진다.
위의 실험결과는 이론과 잘 부합하고 있다.
