고압호스 유압 관로계에서의 맥동류 해석 및 계측

Abstract

본 논문은 최근 유압시스템에서 주요 연구 과제인 유압 시스템의 진동 및 소음을 저감하기 위한 고압호스 관로계의 맥동류 해석에 관련한 연구 논문이다. 먼저 본 논문에서는 유압 관로계의 동특성을 결정하는데 중요한 파라미터 중의 하나인 파속을 계측하는 새로운 방법을 제시한다. 파속 계측법을 연구한 종래의 방법들을 고찰하고, 그 장·단점을 살펴본다. 기존의 파속 계측법은 파속을 계측하는데 비교적 오랜 시간이 걸리며, 파속의 연산 방정식이 아주 복잡하여 사용하기 불편한 단점을 가진다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 본 논문에서는 먼저 금속관로에서 파속을 정확하고 간편하게 계측할 수 있으며, 1회의 실험으로 1kHz 이상의 넓은 영역까지 파속을 계측하는 방법을 제안한다. 또한 고압호스에서 주파수 계열의 파속을 계측할 수 있는 새로운 파속 계측법을 제안한다. 다음으로 본 논문에서는 종래의 고압호스의 모델링 기법들을 고찰한다. 이러한 기법들의 간단한 원리와 장·단점을 살펴한다. 또한 이러한 기법들의 단점을 보완하기 위한 새로운 고압호스의 모델링 기법을 제안한다. 관로내의 파속을 방정식으로 표현하여 고압호스를 모델링한 예전의 방법들을 개선하여, 관로내 파속을 파속 계측법으로 직접 계측한 파속 데이터를 그대로 사용하여 고압호스를 모델링하는 방법이다. 본 논문에서 제안한 고압호스의 모델링 기법의 타당성을 검증하기 위해서 본 연구에서는 고압호스 관로계의 예로써 동력 조향 시스템 내에 장착되는 레저네이터 호스에서의 압력 맥동 전파 특성을 실험 및 시뮬레이션 하였다. 맥동 흡수장치의 성능을 평가하기 위해 본 연구에서는 단일 레저네이터 호스의 경우 나선형 금속관의 길이에 따른 투과손실을 고찰하였고, 2개의 레저네이터 호스를 3종류로 직렬 조합하는 경우에 있어서의 투과손실 변화를 검토하였다. 본 연구에서 확립된 전달 매트릭스 및 투과손실 개념을 이용한 유압 관로계의 맥동류 해석 기법을 사용함으로써 수치해석만으로 레저네이터 호스에서의 압력 맥동 저감 특성을 쉽게 확인하였으며, 본 논문에서 제안한 유압관로의 모델링 기법의 타당성을 확인하였다.

In fluid power systems, for reducing pressure ripples from hydraulic pumps, flexible hoses are widely used for some parts of pipeline networks. Firstly, in this study a summary of several existing methods for measuring the wave speed in the fluid in a pipe is presented. Their basic principles, advantages and limitations are compared. To improve of the existing method's limitations, the author suggests a simple method to measure wave speed in hydraulic pipe systems. And the experimental results are presented. Secondly, in this study, the author surveys former researches on hose (viscoelastic tube) modeling in advance, and suggest a simple method on simulation of pressure pulsation attenuation. In the new procedure, flow in the hose is basically modeled by transfer matrix method, and wave speed in the hose is described as data in frequency series. Finally, to confirm the new theory, the author compares theoretical results and experimental ones of resonator hoses. Basic physical parameters are obtained by some preliminary test in a resonator hose, and wave speed in hose is obtained as data in frequency series. The wave speed model based on the wave speed in hose as data in frequency series will be used to compute the pressure pulsation attenuation in two kinds of resonator hoses. The computed results are compared with the experimental ones, and the validity of the new procedure to obtain wave speed in hose is confirmed. By the comparison between the computed results and the experimental ones, the validity of the new procedure to obtain wave speed in hose was confirmed. Therefore we can predict the pressure attenuation characteristics and transmission loss of resonator hoses with comparatively high degree of accuracy by using the new procedure. The procedure proposed in this study to predict the transfer matrix of a resonator hose could be used for optimum design of resonator hoses.