얼마 전까지만 해도 기계의 공압 부분은 다른 사람의 몫이었습니다. 기계 설계자는 프레임을 설계하고 실린더와 밸브 뱅크용 임시 블록을 넣은 다음, 유압 장치 공급업체에 모델을 보내 배관 경로, 포트 크기, 하우징 적합성 등을 도면(또는 별도의 설계 도구)으로 계산하게 했습니다. 공기가 사용된다는 것은 당연한 전제였습니다. 그러다 시제품에서 이상한 소리가 나기 시작했습니다.
오늘날 공기 흐름 수치는 CAD 워크스테이션에 가장 먼저 입력됩니다. 보어, 스트로크, 사이클 속도, SCFM 요구량, 밸브 Cv, 매니폴드 포트 크기, 인클로저 환기 및 침투 등급 등 모든 것이 형상과 함께 모델링됩니다. MCAD는 이러한 요소들 간의 절충점을 결정하는 곳이기 때문입니다.
그러한 변화는 기계를 만드는 모든 사람에게 중요합니다. 조립 과정에서 겉보기에 멀쩡해 보이는 실린더라도 실제 공기가 닿는 순간 솔레노이드 밸브가 제대로 작동하지 않거나, 누출되거나, 과열될 수 있습니다.
공기 흐름은 CAD 모델에 처음부터 포함되어야 합니다.
공압 실린더는 유량 제한이 있는 기하학적 부품입니다. 도면에 표시하는 내경과 스트로크는 배출되는 공기량을 결정합니다. 기계가 달성해야 하는 분당 작동 횟수는 배출되는 공기량이 채워지는 속도를 결정합니다. 공급 압력은 압축기가 필요한 공기량을 공급해야 하는 압력을 설정합니다. 이러한 수치를 고려하지 않고 형상을 모델링하면, 조립체 내부에 장착되는 부품이 되지만 공기 공급이 부족해지는 문제가 발생합니다.
공기 흐름을 고려한 CAD는 이미 오래전부터 선택 사항이 아닌 필수 요소가 되었습니다. 액추에이터의 SCFM(초당 유량) 요구량은 밸브 선택에 영향을 미치고, 밸브의 Cv(압력 계수)는 매니폴드의 포트 크기를 결정하며, 매니폴드 배치 위치는 튜빙 길이에 영향을 줍니다. 이는 다시 압력 강하로 이어지고, 최종적으로는 액추에이터 속도에 영향을 미칩니다. 어느 한 변수가 변하면 다른 변수들도 함께 변합니다. 이러한 변화를 현장에서 직접 확인하는 것보다 모델에서 관찰하는 것이 훨씬 효율적입니다.
SCFM과 CFM은 같은 수치가 아닙니다.
용어 때문에 설계자들이 헷갈리는 경우가 생각보다 많습니다. CFM은 측정 지점의 온도와 압력에서의 체적 유량입니다. 이 두 용어는 서로 바꿔 쓸 수 없습니다. 이 둘을 혼동하면 기계에 연료가 부족하게 공급되는 문제가 발생합니다.
실제적인 차이점과 압축기 명판에 표시된 SCFM이 라인 압력에서의 CFM보다 항상 높은 이유를 더 명확하게 이해하려면 Nigen에서 제공 하는 SCFM 대 CFM 비교 자료를 CAD 워크스테이션 옆에 북마크해 두는 것이 좋습니다. 이 차이점을 확실히 이해하고 나면 밸브, 실린더 및 압축기 제조업체의 사양서가 서로 모순되는 것을 방지할 수 있습니다.
공기 흐름 사양이 액추에이터 모델을 결정합니다.
내경은 설계에서 가장 중요한 요소입니다. 공기 소모량은 내경의 제곱에 비례하므로, 액추에이터 크기를 한 단계 크게 선택하면 시스템 전체에 공급해야 하는 SCFM(초임계 공기량)을 두 배 또는 세 배로 늘릴 수 있습니다. 스트로크 길이도 중요하지만, 선형적인 관계를 보입니다. 사이클 속도는 스트로크당 요구량에 비례하여 증가합니다.
또 다른 제약 조건은 치수입니다. 액추에이터를 기성품 부품과 호환해야 하는 경우, 장착 형상은 자유롭게 변경할 수 없습니다. ISO 6431과 같은 단일 로드 실린더 표준은 32mm에서 320mm에 이르는 내경 범위에 걸쳐 장착 구멍 패턴, 로드 끝 나사산 및 포트 위치를 규정합니다. 표준에 맞춰 설계하면 적합한 실린더를 조립에 바로 사용할 수 있습니다. 하지만 임의로 설계하면 모든 서비스 요청이 맞춤형 부품 제작으로 이어집니다.
매니폴드가 조립 방식을 바꿉니다
매니폴드는 공기 흐름의 경제성을 결정하는 핵심 요소입니다. 포트 크기는 액추에이터에 필요한 Cv 값과 일치해야 합니다. 블록 자체는 액추에이터에 충분히 가깝게 위치해야 튜브 길이가 압력 예산을 과도하게 소모하지 않습니다. 또한 재질은 냉각수 미스트, 세척, 주변 열, 진동 등 주변 환경의 모든 자극을 견딜 수 있어야 합니다.
매니폴드를 실제 치수가 있는 본체(임시 블록이 아닌)로 모델링하면 이러한 결정들을 초기에 내려야 합니다. 밸브 스택이 근처 프레임 부재와 충돌하는지, 배기 포트가 배선 하니스에 닿는지, 장착 패턴이 평평한 표면에 놓이는지 아니면 어색한 용접 이음매에 놓이는지 등을 확인할 수 있습니다. 이러한 것들은 회로도에서는 전혀 나타나지 않습니다.
외함 등급은 CAD 형상에 제약을 가합니다.
솔레노이드 밸브, 매니폴드 또는 공압 제어 장치를 수용하는 인클로저는 외부를 차단하고, 종종 제어된 양의 열을 외부로 배출해야 합니다. NEMA 등급 시스템은 특정 환경(먼지, 기름 방울, 호스로 분사되는 물, 부식성 환경)에서 "외부 유입 방지"의 의미를 정의하며, 각 등급은 모델의 기하학적 설계에 직접적인 영향을 미칩니다.
그 보상은 하류에서 나타납니다
주로 하류 방향에서 그렇습니다. 처음부터 공기 흐름 사양을 기준으로 모델을 설계하면 공압 공급업체와의 밸브 크기 협의가 며칠이 아닌 몇 분 만에 완료됩니다. 매니폴드가 필요한 위치에 설치되므로 배관 길이도 더 짧고 직선으로 설치됩니다.
압력 강하를 예측이 아닌 예산 책정했기 때문에 시제품 제작 주기 시간이 계산된 시간과 거의 일치했습니다. 또한 모든 관통 부위를 첫 번째 패널을 절단하기 전에 밀봉 형상에 맞춰 검토했기 때문에 인클로저는 정격 용량을 그대로 유지한 채 출하됩니다.
이 모든 것에는 특별한 도구가 필요하지 않습니다. 중요한 것은 SCFM, Cv, 보어, 스트로크, 그리고 침투 등급이 모델에 핵심 요소로 자리 잡아야 한다는 것이지, 시운전 전까지 아무도 열어보지 않는 별도의 스프레드시트에 저장되어 있어서는 안 된다는 것입니다.
