전자 비례 감압 밸브의 비례 솔레노이드 플런저 헤드 최적 형상 설계에 관한 연구 = A Study on the Optimal Design of Plunger Head of Proportional Solenoid in Electronic Proportional Pressure Reducing Valve

국문 초록 (Abstract)

최근 고유가 추세 및 국가별 강화된 환경 규제 정책으로 인하여 건설 기계 산업 분야에서도 친환경 및 연비절감 기술에 관한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 전자 비례 감압 밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve: EPPR Valve)는 건설 기계 분야의 고효율 및 전자 유압화를 이끌어 가는 핵심적인 고부가가치의 제품이다. 매년 건설 기계 적용이 가속화되고 있으며, 해외 제조사에서는 다양한 산업계 어플리케이션 수요에 대응할 수 있도록 세분화된 제품 라인업을 구축해 나가고 있다.
현재 국내 전자 비례 감압 밸브의 수요는 대부분 해외 제조사에 의존하고 있는 상황이다. 국내 업체들에 의해 제작된 제품들은 주로 외산품의 작동 메커니즘을 모방한 방식이며, 최적화 및 대역폭, 응답시간 등의 주요 성능 면에서 많이 뒤처지고 있는 실정이다. 최근 중국에서는 해마다 전자 비례 감압 밸브의 수요가 큰 폭으로 증가하고 있으며, 국내 업체들이 이에 대응하고 조기에 시장 점유율을 확보하기 위해선 하루라도 빨리 독자적인 밸브 설계 기술력 확보 및 국산화 개발이 요구된다.
본 연구에서는 전자 비례 감압 밸브의 비례 솔레노이드에 대한 최적 형상 설계에 관해 다루었다. 비례 솔레노이드는 작동 구간에서 플런저(Plunger)의 변위에 상관없이 균일한 흡인력을 발생시켜야하며, 흡입력의 크기가 클수록 더 높은 압력에 대한 제어 성능을 가진다. 비례 솔레노이드에는 플랜지(Flange), 플런저(Plunger), 플런저 핀(Plunger pin), 와셔(Washer) 등의 수 많은 부품의 설계 변수가 있으며, 이들은 상호작용하며 밸브의 성능에 직·간접적으로 영향을 미치게 된다. 이에 영향을 미치는 비례 솔레노이드 내부 설계 변수를 실험계획법 및 주효과 분석을 통해 도출하였고, 도출된 설계 변수의 최적화를 통해 밸브의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하였다.

목차 (Table of Contents)

• Content
• 국문요약 ⅰ
• 차례 ⅲ
• List of Tables v
• List of Figures vi
• Chapter 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 기존 연구 현황 2
• 1.3 본문의 구성 4
• Chapter 2. 비례 솔레노이드 자기 특성 및 흡인력 시뮬레이션 5
• 2.1 비례 솔레노이드 자기 특성 5
• 2.2 비례 솔레노이드 흡인력 시뮬레이션 8
• 2.3 흡인력 측정 시험 및 시뮬레이션 검증 11
• Chapter 3. 전자 비례 감압 밸브의 특성 및 시뮬레이션 14
• 3.1 전자 비례 감압 밸브의 특성 14
• 3.2 전자 비례 감압 밸브 Mawell to Amesim 연성 시뮬레이션 15
• 3.3 밸브 성능 시험 및 시뮬레이션 검증 18
• Chapter 4. 밸브 성능 향상을 위한 최적 형상 설계 21
• 4.1 최적 형상 설계 전략 21
• 4.2 인공 신경회로망 모델을 사용한 최적 형상 설계 22
• 4.3 플런저 헤드의 요인 민감도 분석 23
• 4.4 최적 형상 설계 인자 값 도출 및 시뮬레이션 27
• Chapter 5. 결론 33
• References 34