HYDRAULIC CYLINDER

1. 실린더 피스톤 작용 면적과 전진/후진 기하학적 형상 공식

복동형(Double Acting) 유압 실린더는 피스톤의 전진 시 압유를 가하는 **헤드 측(Cap End / Head End)**과 후진 시 압유를 가하는 **로드 측(Rod End / Annulus End)**의 유체 접촉 작용 단면적이 상이합니다. 이 면적의 기하학적 불균형으로 인해 동일 압력과 유량에서도 전진과 후진 시의 힘과 속도가 다르게 발생하는 **차동 현상**이 일어납니다.

① 전진 시 가압 단면적 (Cap End Area, A_push): 보어 내경 전체에 압력이 작용합니다.

A_push = π × D² / 4  [mm²]

② 후진 시 가압 단면적 (Annulus / Rod End Area, A_pull): 피스톤 면적에서 로드가 차지하는 면적만큼이 유압 작용에서 소거됩니다.

A_pull = π × (D² – d²) / 4  [mm²]

2. 작동 압력에 따른 전진/후진 이론 추력(Thrust Force) 산출 공식

실린더의 밀고 당기는 힘은 가압 작용 단면적에 작동 유압 압력(P)을 곱하여 도출됩니다. 공학 설계 현장에서는 주로 bar 단위와 mm 단위를 쓰므로 다음과 같은 단위 조율 공식을 사용하여 kN 및 공학단위인 tonf(톤)을 계산합니다.

F_extend = (P_bar × 10&sup5; × A_push_m²) / 1,000  [kN]

F_extend [tonf] ≈ F_extend [kN] / 9.80665

F_retract = (P_bar × 10&sup5; × A_pull_m²) / 1,000  [kN]

3. 유량 유입에 의한 작동 유동 속도(Velocity) 및 이동 시간 산출

공급 유량(Q_LPM)에 의한 피스톤의 이동 유속은 유입 유량을 실린더 작동 단면적으로 나눈 몫으로 정의됩니다.

v_extend = Q / A_push  ,   v_retract = Q / A_pull

단위계 환산을 포함한 실제 유동 속도(mm/s) 도출 공식은 다음과 같습니다:

v_extend [mm/s] = (Q_LPM × 10&sup6;) / (60 × A_push_mm²) = (16,666.7 × Q_LPM) / A_push_mm²

수축 가압 면적인 A_pull이 A_push보다 항상 작으므로, 후진 시의 유속(v_retract)이 전진 시의 유속(v_extend)보다 빠르며 그 속도 가중치는 내경과 로드 구경 비율에 따라 유기적으로 변화하게 됩니다.