유량제어 밸브

유량 제어 밸브는 유체의 흐르는 양을 제어하는 밸브이다. 유체의 흐르는 양을 제어하면 유압이나 공압에서는 액추에이터의 속도를 조절할 수 있게 된다.

공압에서 액추에이터의 속도에 영향을 미치는 밸브에는 양방향 유량 제어 밸브와 일방향 유량 제어 밸브 그리고 급속 배기 밸브가 있다. 엄격한 학문적인 의미에서는 양방향 유량제어 밸브만을 유량 제어 밸브라 하고 일방향 유량 제어 밸브와 급속 배기 밸브는 뒤에서 설명하는 논리턴(non-return) 밸브로 분류하기도 하나 여기에서는 속도에 영향을 미치는 밸브를 모두 유량 제어 밸브로 분류하기로 한다.

 

 

1. 양방향 유량 제어 밸브

 

양 방향 유량 제어 밸브는 양쪽 방향으로 흐르는 공기의 양에 모두 영향을 미친다.

이 밸브를 실린더와 방향 제어 밸브 사이에 설치하여 속도를 조절하고자 하면 실린더의 전.후진 속도에 모두 영향을 미치게 되므로 주의하여야 한다.

다음 그림은 양방향 유량 제어 밸브의 구조를 보여주고 있다.

 

 

2. 일방향 유량 제어 밸브

 

이 밸브는 양방향 유량 제어 밸브가 체크(check) 밸브와 결합된 밸브이다. 체크 밸브는 한쪽 방향의 공기의 흐름만을 허용하기 때문에 이 밸브는 한쪽 방향의 유량만 조절할 수 있게 된다. 즉, 체크 밸브가 닫히는 방향으로 공기가 흐를 때에는 유량이 조절되나, 체크 밸브가 열리는 쪽으로 공기가 흐를 때는 체크 밸브의 단면적이 유량 제어 밸브가 완전히 열렸을 때 보다 크게 설계되어 있어 공기가 체크 밸브를 통하여 자유롭게 흐를 수 있기 때문에 유량이 조절되지 않는다.

이 밸브 주로 공압 액추에이터의 속도를 조절하는데 사용되기 때문에 속도 조절 밸브(speed control valve)로 더 잘 알려져 있다. 다음 그림은 일방향 유량 제어 밸브의 구조를 보여 주고 있다.

 

 

이 밸브를 이용하여 실린더의 속도를 조절하는 데는 실린더로 공급되는 공기의 양을 제어하는 미터 인(meter-in) 방식과 실린더로부터 배기 되는 양을 조절하는 미터 아웃(meter-out) 방식의 2가지가 있다.

 

 

(1) 미터 인 속도 제어

 

아래 그림은 실린더로 공급되는 공기의 양을 조절하여 실린더의 전진 운동 속도를 조절하는 미터 인 방법으로 실린더의 전진 운동 속도를 제어하는 회로도이다.

방향 제어 밸브 1.1을 스위칭 시키면 1.0 실린더는 전진 운동을 하게 된다. 이때 전진 운동을 위해 실린더로 공급되는 공기가 속도 조절 밸브 1.02에 의해 조절되기 때문에 실린더의 전진 운동 속도가 조절되게 된다.

실린더가 후진 운동을 할 때는 공급되는 공기도 조절되지 않고 피스톤 쪽의 공기도 자유롭게 체크 밸브를 통하여 배기 되기 때문에 후진 운동의 속도는 조절되지 않는다. 후진 운동 속도를 조절하기 위하여는 피스톤 로드 쪽으로 공급되는 공기를 조절하기 위한 또 하나의 속도 조절 밸브를 부착하여야 한다.

미터 인 속도 조절 방법은 실린더의 운동 방향과 일치하는 힘이 작용하게 되면 속도 조절 기능을 상실하고, 부하 변화에 대한 속도의 변동폭이 크기 때문에 공압에서는 잘 이용되지 않는다.

 

 

(2)미터 아웃 속도 제어

 

아래 그림은 실린더로부터 배기 되는 공기의 양을 조절하여 전진 운동 속도를 조절하는 미터 아웃 속도 제어 회로도이다. 방향 제어 밸브1.1을 스위칭 시키면 실린더가 전진 운동을 하게 된다. 이때 피스톤 쪽으로는 압축 공기가 제한 없이 공급되나 피스톤 로드 쪽의 공기가 속도 조절 밸브에 의하여 조절되면서 배기 되기 때문에 실린더의 전진 운동 속도가 조절되게 된다.

이 방법은 피스톤 쪽과 피스톤 로드 양 쪽에 모두 압력이 유지되면서 실린더가 운동을 하기 때문에 미터 인 방식보다 속도 조절 능력이 뛰어나기 때문에 공압에서는 거의 모두 이 방식을 이용하여 속도를 조절한다. 후진 운동 속도를 조절하기 위해서는 피스톤 쪽에 또 하나의 속도 조절 밸브를 설치하여야만 한다.

 

 

3. 급속배기밸브

급속 배기 밸브는 실린더의 속도를 증가시키기 위하여 주로 사용된다. 아래 그림은 급속 배기 밸브의 구조와 작동 원리를 보여 주고 있다.

이 밸브는 P에 압축 공기가 공급되면 A로 흐르게 된다. 그리고 P의 압력이 제거되면, 즉 배기 될 때는 A쪽의 공기는 배기공 R을 통하여 급속하게 배기 되게 된다. 이 급속 배기 밸브가 만약 실린더에 직접 설치되어 있다면 배기 되는 통로가 아주 단순해지고, 길이가 짧게 단축이 되기 때문에 배기 시의 저항이 작아서 급속하게 배기가 되어 실린더의 속도를 증가시킬 수 있게 된다.

 

 

아래 그림은 급속 배기 밸브를 이용하여 실린더의 전진 운동 속도를 증가시키는 회로도이다. 방향 제어 밸브1.1을 스위칭 시키면 피스톤 로드 쪽의 공기가 급속 배기 밸브를 통하여 급속하게 배기 되게 되기 때문에 실린더가 큰 가속도를 받아 움직이게 되어 실린더의 속도가 증가하게 된다. 일반적으로 급속 배기 밸브를 부착하면 약 50%이상의 속도 증가를 기대할 수 있다.