유압 시스템이 파스칼의 원리를 활용하여 작은 힘으로도 거대한 중장비를 움직일 수 있는 막대한 작동력을 얻어내는 유체역학적 설계 메커니즘은 어떻게 작동하나요?

Question

유압 시스템이 파스칼의 원리를 활용하여 작은 힘으로도 거대한 중장비를 움직일 수 있는 막대한 작동력을 얻어내는 유체역학적 설계 메커니즘은 어떻게 작동하나요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

밀폐된 액체에 압력을 가하면 그 압력이 액체 전체에 똑같이 전달되고, 피스톤이 받는 힘은 압력에 면적을 곱한 값이 돼요. 그래서 작은 피스톤을 누른 압력을 면적이 100배인 피스톤이 받으면 힘도 100배가 나와요.

실제 굴착기에서는 사람이 피스톤을 누르는 대신 엔진이 돌리는 유압 펌프가 기름을 밀어 200~350bar의 압력을 만들어요. 안지름 10cm짜리 실린더에 300bar가 걸리면 약 24톤의 힘이 나오는데, 팔뚝만 한 실린더로 이 힘을 내니 같은 무게의 기어 장치보다 출력 밀도가 훨씬 높아요. 유압유는 거의 압축되지 않아 힘이 지연 없이 전해지고, 호스만 연결하면 붐 끝처럼 먼 곳까지 힘을 보낼 수 있어요.

힘을 얻은 만큼 이동 거리는 손해를 봐요. 큰 피스톤을 1cm 올리려면 작은 쪽은 100cm를 움직여야 해서 에너지는 보존돼요. 그래서 실린더 속도는 펌프가 보내는 유량을 면적으로 나눈 값으로 정해지고, 출력은 압력과 유량의 곱이에요. 조이스틱을 움직이면 방향 제어 밸브가 기름이 들어갈 실린더와 양을 골라주고, 릴리프 밸브는 압력이 설정값을 넘지 않게 기름을 탱크로 돌려보내 장비를 보호해요 :)