미디어 웜홀

건설기계를 다루는 사람이라면 필시 알아야 할 지식이 유압에 관한 것이다. 그래서 시험에도 유압 관련 문제가 많이 출제된다. 유압이 작동하는 핵점적인 원리는 파스칼의 법칙이다. 파스칼의 법칙은 밀폐된 용기 속에 있는 액체의 일부에 압력을 가했을 때 동일한 세기로 액체의 모든 곳에 힘이 전달된다는 것이다. 이것을 식으로 나타내면 압력(P)=힘(F)/면적(A)이며 단위는 ㎏/㎠이다.

그리고 상식적으로 알고 있듯 단면적이 큰 관을 통과하는 액체보다 단면적이 작은 관을 통과하는 액체의 유속이 빠르다는 것도 괜히 누가 자기 이름을 붙였는데 이는 '베르누이 정리'라고 한다. 나도 괜히 상식적인 현상 하나 잡아서 내 이름 붙여볼까? 바람이 세면 연이 높이 올라가고 약하면 내려오는 것도 아직 누가 정리하지 않은 것 같은데... 내 이름 붙였다가 욕만 얻어 먹으려나?

암튼, 건설기계에서 유압과 관련하여 이 두 가지 상식만 머릿속에 담아놓으면 기계에 대한 이해가 쉬워진다. 유압의 일반적인 성질에 대해 정리해보면, 1. 액체는 압축할 수 없다. 2. 액체는 운동을 전달할 수 있다. 3. 액체는 힘을 전달할 수 있다. 4. 액체는 작용력을 증대 및 감소 시킬 수 있다.

유압의 장점은 1. 소형으로 성능이 우수한 점. 2. 과부하 방지가 간단하고 정확하다. 3. 힘의 조정이 쉽다. 4. 무단변속이 간단하고 작동도 원활하다. 5. 원격 조작이 가능하다. 여기서 원격조작이라는 말은 장난감 헬기 원격조정하는 것이 아니라 튼튼한 호스만 있으면 아무리 길어도 힘의 전달이 가능하다는 얘기다. 그리고 힘의 조정이 쉽다는 것은 파워핸들을 생각하면 될듯. 대형 트럭의 경우 그렇게 큰 바퀴도 손가락 두 개만 가지고도 좌우로 도리도리 시킬 수 있는 것은 바로 유압 덕분이다.

하지만 단점이 있다. 1. 배관이 까다롭고 오일 누설이 많다. 2. 오일이 연소  및 비등이 되어 위험하기도 하다. 3. 에너지 손실이 많다. 왜? 엔진이 돌아가야 유압이 제역할 하므로. 4. 오일 온도에 따라 기계의 작동 속도가 변한다는 점. 5. 오일 자체 오염이 된다는 점.

공기가 유압유에 들어가면 어떤 현상이 일어날까. 첫째, 숨돌리기 현상이 일어난다. 이것이 뭐냐면, 기계가 장동하다가 아주 짧은 시간이지만 순간적으로 멈칫하는 현상이다. 공기 때문에 힘이 완벽하게 전달되지 않기 때문에 일어난다. 둘째, 열화가 촉진되어 산화작용을 하면서 고무 같은 물질이 생겨 펌프나 밸브 실린더의 작동이 불량해지는 원인이 된다. 세번째가 공동 현상이다. 공기 때문에 노킹이 일어나는 것을 말한다.

그러면 유압유는 어떤 조건을 구비해야 할까. 실린더나 펌프, 회전모터를 '슬기롭게' 작동시키기 위해서는 1. 적당한 점도를 가져야 하고, 2. 점도지수가 높아야 하며(점도가 높아야 한다는 이야기가 아님) 3. 산화 안전성이 있을 것. 4. 항유화성이 있어야 하며 5. 윤활성과 방청성이 있어야 하며, 6. 소포성이 있어야 하며, 여기서 소포성이란 기포가 발생하지 않게 하는 성질을 말함. 7. 항착화성이 있어야 한다. 유압유의 구비조건이 아닌 것은? 하고 문제가 출제된단다.

유압장치의 구성품은 유압펌프, 유압탱크, 제어밸브, 액튜에이터 등이다. 여기서 가장 중요하고 시험에 잘 나오는 부분은 제어밸브에 관한 것이다. 제어밸브에는 일의 크기를 다루는 압력제어밸브, 일의 방향을 정하는 방향제어밸브, 일의 속도를 조정하는 유량제어밸브가 있다.

압력밸브의 종류엔 1. 릴리프밸브, 2. 감압밸브(리듀싱밸브), 3.시퀀스밸브, 4. 언로드밸브, 5. 카운트밸런스밸브가 있다. 이중에서 분기회로에 적당한 밸브는 감압밸브와 시퀀스밸브다. 시험에 잘 나오는 문제로 유압이 설정값이 달하면 유체의 일부 또는 전량을 되돌아 가는 측에 돌려보내어 압력을 유지하는 밸브는? 하는 것인데 바로 릴리프밸브를 두고 하는 문제다.

유량조정밸브로는 스로틀링밸브(교축밸브)와 압력보상 유량조정밸브, 분류밸브, 특수유량조정밸브 등이 있다. 방향조정밸브엔 첵밸브, 셔틀밸브, 감속밸브가 있다. 이 중에서 첵밸브의 기능만 알아도 시험엔 문제가 없단다. 첵밸브는 유압이 한쪽으로만 흐르게 하고 역방향으로 흐르는 것을 막는 역할을 한다.

그리고 유압펌프에는 기어펌프, 베인펌프, 플런저식 펌프가 있다. 기어펌프는 말 그대로 기어 두개가 맞물려 돌아가며 유체를 보내는 방식이고 베인식은 일명 날개형이라고도 하는데 펌프 안에 프로펠러 같은 날개가 있어 이것이 돌아가며 유체를 흐르게 하는 펌프다. 마지막으로 플런저식은 피스톤이 왔다갔다하면서 유체를 보내는 방식이다. 가장 힘이 좋다. 유압펌프 중에서 액시얼플런즈와 레디얼플런즈식이 가장 효율이 높다. 그래서 건설기계에서 가장 많이 쓰인다.

유압배관은 강관으로 된 것과 플렉시블(고무)로 된 것 두 가지가 있다. 압력이 높은 곳엔 강관을 쓰고 휘어진 곳은 플렉시블을 쓴다. 그리고 오일 탱크 구성품에는 주유구, 유면계, 펌프 흡입관, 공기 청정기, 분리판, 드레인콕, 측판, 드레인관, 리턴관, 필터(엘리먼트), 스트레이너 등이다.

이와함께 유압 회로도에 쓰이는 기호를 많이 알아야 하는데 대표적으로 정용량형 유압펌프, 가변용량형 유압펌프, 필터, 밸브, 오일탱크, 릴리프밸브, 감압밸브, 압력원, 압력스위치, 어큐뮬레이터, 압력계, 첵밸브 정도다. 이중 릴리프밸브와 감압밸브는 기호가 유사하므로 구분을 확실히 해야 한다.

일주일이 지났다. 경남중장비직업전문학교의 중장비 실습장이 있는 곳이 공교롭게도 북면이다. 북면 화천리 청림주유소에서 산쪽으로 쭉 올라가면 골프연습장이 나오고 그것을 지나 12번과 22번 버스가 다니는 길을 건너 더 올라가면 가파른 도로가 나오는데, 물론 초입엔 중장비실습장 팻말이 세워져있다. 이 길을 따라 차가 어지간히 힘들어한다 싶어도 무시하고 계속 올라가면 군부대 정문과 맞딱뜨리는데 오른쪽이 실습장이다.

 첫날은 그냥 설명만 들었다. 안전수칙과 어떻게 운전하는지, 이런 저런 이야기, 실습장 바로 아래쪽에 키우고 있는 개 이야기... 원생들 족구 좀 하고... 하산.

 둘쨋날은 지게차를 따라 다니며 시험을 어떻게 치르는지 설명을 들었다. 지금부턴 주행연습이다. 나는 B조에 들었다. 주민등록상의 나이 순서대로 A조, B조로 나누었는데 내가 B조 1번 타자가 되었다. B조 강사는 진부장이란 사람이다. 연세가 어느정도 드신 분이다. 말투가 걸걸하다. 늘 젊은 사람들을 교육해서 그런지 거침이 없다. 맘에 안 드는 게 눈에 들어오면 욕도 바로 튀어나온다.

처음 지게차 운전대를 잡았을 때 진부장의 고함 때문에 정신이 얼얼하다. "지체차 핸들은 많이 돌리지 말랬지?" "아니, 어디로 가? 자동차와 똑 같단 말이야!" "춤을 춘다, 춤을 춰!"

 일반 승용차와 별 다른 게 없다는데 이놈의 지게차는 마음 먹은 대로 가질 않는다. 핸들을 조금만 돌려도 휙 꺾인다. 뒤로 해서 돌아 올 때엔 핸들을 어느쪽으로 감아야 뒷바퀴 조향이 제대로 되는지 굉장히 헷갈린다. 다행히 첫 주행에서 탈선을 하진 않았지만 땀깨나 뺐다. 다른 사람들이 타는 것을 봤다. 그런데 지게차를 전에도 타본 적이 있는 치들이 많아서 그런지 나처럼 더듬거리는 사람은 몇 없었다.

 두번째 탔을 땐 훨씬 부드럽게 운전을 할 수 있었다. 뒤로 돌아나올 때 헷갈리던 것도 바로 잡혔다. 그래서 한바퀴 돌고 지게차에서 내려서면서 다음 타자에게 이렇게 말했다. "두 번째 타니까 헷갈리는 것도 없고 훨씬 낫네요."

 셋쨋날, 넷쨋날, 다섯쨋날이 지났다. 나흘째부턴 슬슬 타기 싫어하는 사람도 나타났다. 처음 설명 듣기로 한 사람이 20분에서 30분 정도 탈 거라고 했는데 열심인 사람은 50분 가까이 탈 수도 있겠다. 닷새째엔 점심을 원생들이 모두 모여 자리 펴고 돼지 수육을 해먹었다. 합성동 학원 강의실에 앉아서 교육 받을 때완 천지차이다. 다른 사람이 지게차를 타는 동안 사람들은 운동을 한다. 탁구를 하기도 하고 족구를 하기도 하고, 배드민턴도 보고, 그런 게 싫은 사람은 TV앞에 앉아서 시간을 보낸다.

물론 독서를 하는 사람도 서넛은 된다. 나 역시 사흘째부터 독서를 했는데 차례에 신경이 쓰여 그렇기도 하려니와 수시로 다른 사람과 이야기를 하다보면 하루 시간이 금세 다 간다.

지게차의 코스는 옛날 호박고누라고 하는 놀이의 말판과 유사하다. 자동차를 20년 넘게 운전을 해서 그런지 이틀째 되는 날부터는 아주 세세한 라인에 신경을 쓸 수 있을 정도로 주행에 익숙해졌다. 다시 말하자면 너무 쉬운 시험이라는 생각이 들었다.

사흘째 되는 날 우리가 마치기 전 시각에 앞 기수 사람들이 올라와 연습을 기다렸다. 모두 떨어진 사람들이다. 그런데 그 수가 제법된다. 연습하는 것을 보니 다들 잘 하는데 떨어졌단다. 모두 시간초과란다. 주행은 별 것 아닌데 팔레트 작업을 하는 것이 시간을 많이 잡아먹는 모양이다.

 그 이야기를 듣고 난 후엔 주행뿐만 아니라 작업을 한다고 생각하고 운전을 했다. 팔레트 구멍에 포크가 정확하게 들어갈 정도로 지게차를 대지 못하면 다시 운전을 해서 맞춘 다음 주행을 이어나갔다. 그랬더니 어디서 속도를 내고 어디서 줄여야하는지 감이 서서히 들었다.

 다른 사람들이 날더러 이제 아주 여유롭게 운전을 한다고 말한다. 처음 벅벅대는 기억이 아직도 남아있다. 아직 한 달이란 기간이 남아있으니 연습할 기회는 충분히 있다. 몇몇 사람들은 벌써부터 공식대로 하지 않고 나름대로 방법을 시도하고 있는데 별로 좋은 모습으로 비쳐지진 않는다.

 공식에 맞추되 나름대로 주행코스 위에 왔다갔다 해선 안 될 주행선을 마음의 눈으로 그어놓아야 하는데 아직 할때마다 들쭉날쭉하는 사람이 있다. 시험치는 날에도 이런 식이면 합격하기 어려울 것이다. 하루에 백번을 타더라도 앞번과 똑 같은 라인을 따라 지게차를 몰아서 돌아오는 게 최상의 합격 전략임을 항상 명심해야 할 것이다.

 지금 지게차를 몰고 코스를 한 바퀴 돌아오는 데 걸리는 시간이 2분이다. 작업을 하는 데 넉넉하게 1분 30초를 잡는다면 3분 30초 정도로 통과할 수 있다. 4분이 넘으면 시간초과가 되므로 팔레트 작업을 시작하게 되면 작업 행위 번복을 하지 않도록 신경을 쓴다면 합격은 무난하겠다.

  지게차를 타고 연습을 한다. 또 일주일 주행연습을 하지만 할 때마다 실수를 얼마만큼이나 하지 않느냐에 신경을 쓰다보면 이 기간이 지겹진 않을 것이다. 그래도 책을 한 권 가져가 볼까.

조향장치

조향장치는 방향을 바꾸는 장치다. 구비조건으로 1. 주행충격이 조향조작에 영향을 받지 않아야 하며, 2. 회전반경이 작을 것, 3. 고속주행에도 핸들이 안정될 것. 4. 핸들과 바퀴의 선회차가 크지 않을 것. 5. 수명이 길고 정비가 용이해야 한다. 조향장치에는 조향너클과 킹핀의 설치 방식에 따라 엘리옷형, 역엘리옷형, 마몬형, 르모양형이 있다. 조향너클이라 함은 차축과 킹핀으로 연결되며 조향시 좌우 방향전환이 되는 부분이며 킹핀은 차축과 조향너클을 조립하는 굵은 핀을 연결되며 수직선과 일정한 각도를 가진다.

조향기어의 구비조건으로는 선회시 반력을 이길 것, 선회시 감각을 알 수 있을 것, 복원성능이 있을 것. 약간의 충격은 핸들에 전달하여 운전자가 느낄 수 있을 것 등이다. 조향기어의 기어비는 핸들의 회전각도와 피트먼 암의 회전각도의 비다.

조향기어의 방식으로 가역식과 비가역식이 있는데 가역식은 바퀴를 운직이연 조향 핸들이 움직이는 것으로 각부 맘별이 적고 복원성능은 좋으나 핸들을 놓치기 쉽고 비가역식은 바퀴를 움직여도 조향든들이 움직이지 않는 것으로 비퀴의 충격이 핸들에 전달되지 않으나 복원성이 나쁜 단점이 있다.

 유념해야 할 것은 독립현가장치는 타이로드가 2개 있고 일제차축 현가장치는 1개인데 조향너클을 밀거나 당기는 역할을 하며 토인조정을 하는 장치다.

참고로 조향핸들 조작이 무겁게 되는 원인은 1. 타이어 공기압이 낮다. 2. 타이어의 규격이 크다. 3. 윤활유의 불량 또는 윤활유가 불충분하다. 4.조향기어 백래시가 작다. 5. 조향너클베어링(허브메어링)의 마모, 6.조향너클 암의 헐거움 7. 현가장치(완충장치)의 콘트롤 암이 비틀어 졌다. 8. 조향너클이 휘어있다. 9. 프레임이 휘어있다. 10부의 카스터가 심한 때이다.

또 제동시 조향핸들이 한쪽으로 쏠리는 경우를 느껴본 운전자가 많을 텐데 그 원인은 1. 타이어 공기압이 불균일하거나 2. 브레이크 드럼 간극이 불균일할 때, 3. 브레이크 라이닝에 먼지나 오일이 묻어 있는 경우, 4. 카스터가 불평등할 때 5.조향너클이 휘어있거나 5. 현가스프링이 쇠약 또는 절손되었거나 6. 스테빌라이저가 절손되었을 때 등이다.

 동력조향장치는 흔히 파워핸들이라 부르는데 조향 조작력을 유압에 의해 보조하는 장치다. 줄량이 증가하거나 저압타이어의 접지마찰을 극복하기 위해 스티어링 휠의 조작력을 가볍게 한 장치다. 장점은 조향조작을 작은 힘으로 할 수 있고 노면 충격을 흡수해 조향 휠에 전달되는 것을 방지하고, 앞바퀴의 시미현상(좌우로 흔들리는 현상)을 감소시키는 효과가 있다. 작동부, 제어부, 동력부로 나뉜다.

조향장치 중에 액튜에이터, 작동기는 유압실린더와 유압모터식 두 종류가 있는데 제어밸브를 사이에 두고 동력실린더에 결합되어 있으며 하우징, 볼 조인트 및 리액션 스프링으로 구성되어 있다. 즉, 유체에너지를 받아서 기계적으로 일을 하는 것이다. 회전운동을 하는 액튜에이터가 무엇이냐는 문제가 한 번씩 출제되는데 이때의 답은 유압모터다.

제어밸브의 역할은 크게 세 가지로 나뉜다. 유량, 방향, 압력을 제어하는데 다음 유압에 관해 공부할 때 더 자세히 설명키로 한다.

앞바퀴를 정렬하는 것을 휠얼라이먼트라고 한다. 이를 정렬해놓지 않으면 조향핸들의 복원성이 어렵고 안전성을 담보할 수 없는 데다 타이어 마멸, 핸들 조작력에 어려움을 느낄 수 있다. 앞바퀴를 정렬하려면 캠버, 캐스터, 킹핀경사각, 토인을 조절하면 된다. 문제도 가끔 나오는 것이므로 숙지할 것. 이중에서 앞바퀴를 위에서 보면 좌우 타이어 중심간의 거리가 앞부분이 뒤쪽보다 2~8mm좁은데 이를 토인이라고 한다.

제동장치의 종류엔 풋브레이크, 주차 브레이크, 감속브레이크로 나뉜다. 이중에 감속브레이크는 기관의 피스톤 왕복운동의 속도에 맞춰 속도를 줄이는 것으로 흔히 엔진브레이크라고 한다. 또한 배기브레이크, 와전류브레이크도 있다.

유압식 브레이크에서 브레이크액의 주성분은 피마자유와 알코올이다. 유압식 기관의 기본적인 원리는 밀폐된 용기에 액체를 넣고 외부에서 힘을 가할 때 내부엔 모든 방향에서 동일한 압력이 발생한다는 것이다.

마스터 실린더란 브레이크 페달 푸시로드의 힘을 받아 유압을 발생시키는 것으로 안전을 도모하기 위해 앞뒤 유압을 따로 형성한 탠덤 마스터 실린더를 사용한다. 구성은 피스톤과 피스톤컵, 리턴 스프링, 첵밸브로 되어있다. 첵밸브는 오일이 한쪽으로만 흐르게 하는 장치인데 오일이 실린더에서 휠실린더쪽으로만 나가게 한다. 그래서 첵밸브는 역류를 방지하고 내부 잔압을 유지하는 기능이 있다.

브레이크를 자주 밟으면 오일이 열을 받아서 기포가 발생해 제동력이 감소되는데 이러한 현상을 베이퍼록이라고 한다. 참고로 브레이크를 계속 밟을 경우 브레이크 드럼쪽에서 라이닝 패드가 딱딱하게 들러붙는 현상도 일어나는데 이는 페이드현상이라고 한다.

배력식 브레이크는 오일 브레이크의 제동력을 더욱 강하게 보조역할을 하는 기구로 흡비다기관의 진공과 대기 압력차를 이용하는 진공식, 압축공기와 대기압력차를 이용한 공기식 배력장치가 있다. 실린더의 유압을 증가시켜 큰 제동력이 발생토록 한 장치다.

공기식 브레이크는 주로 대형차에 장착이 되어 있는 것으로 엔진으로 공기압축기를 구동해 힘을 얻는다. 유압의 경우 밟는 힘에 의해 제동이 증가하지만 공기브레이크는 밟는 횟수에 따라 힘이 증가한다. 공기브레이크의 장점은 건설기계의 중량이 증가되어도 사용할 수 있으며, 공기가 약간 누출되어도 사용이 가능하며, 베이퍼록이 발생하지 않고, 페달 조작력이 적어도 되며, 트레일러 건인시 사용이 간편하다. 또한 공기의 압축 압력을 높이면 더 큰 제동력을 얻을 수 있다.

참고로 브레이크 페달을 밟았을 때 한쪽으로 쏠리면 1. 타이어의 공기압이 불균형하거나, 2. 브레이크 드럼 간극 조정이 불량하거나, 한쪽 라이닝에 오일이 묻어있거나 앞바퀴 정렬의 불량, 패드나 라이닝의 접촉이 불량하면 이런 현상이 발생한다. 마스터 실린더는 무엇으로 세척하면 좋을까. 답은 알코올이다.

다음은 타이어

타이어의 편평비는 타이어 단면 높이에서 타이어 폭을 나눈 값에 100을 곱한 값이다. 타이어의 구성으로는 카커스, 트레드, 브레이커, 비드, 튜브 등인데 이 중에서 트레드의 경우 타이어가 노면과 접촉하는 부분으로 트레드 패턴이 만들어져있다. 이는 물의 배수 역할을 하고 미끄러짐을 방지하고 타이어의 내부 열을 발산함과 동시에 제동력과 선회력을 좋게 한다.

타이어의 치수는 타이어에 쓰여 있는데 가령 1200-20-16이라고 적힌 것은 저압타이어로 가운데가 내경을 나타내고 1200*20-16으로 적혀있으면 고압타이어로 가운데 숫자가 폭을 나타낸다.

 지게차엔 현가장치가 없다. 물론 타이어도 초저압인 솔리드타이어를 쓴다. 튜브리스나 튜브타이어의 평크가 우려되는 나쁜 조건의 작업현장을 고려한 측면도 있지만 지게차의 경우 앞 포크에 집을 실어 운반하기 때문에 완충장치가 있으면 진동으로 짐이 떨어질 우려가 있으므로 현가장치를 두지 않는다.

현가장치에 쓰이는 스프링은 판스프링, 코일스프링, 토션바스프링, 공기스프링이 있는데 공기스프링은 장점이 많으나 구조가 복잡하고 제작비가 비싸서 많이 사용하지는 않는단다. 쇽업소버는 스프링의 고유 진동을 완화하여 스프링의 피로를 적게하는 것으로 고속 주행조건의 하나인 로드홀딩이 향상되게 한다. 로드홀딩은 건설기계의 모든 바퀴가 노면에 찰싹 달라붙는 현상을 말한다.

트랙장치에서 시험이 잘 나온다. 트랙이라면 굴삭기 등에서 타이어 대신 무한궤도식 쇠바퀴를 쓰는데 이것이 트랙이다. 트랙은 프레임, 리코일 스프링, 상부로울러, 하부로울러, 아이들러, 스프로킷, 트랙으로 구성되어 있다. 트랙에선 전부 유동륜인 아이들러에서 시험문제가 많이 출제 되는데 주요 기능으로 트랙의 장력을 조정한다는 것이다. 이 아이들러에는 조정실린더가 부착되어 있어 그리스유를 주입함으로써 조정한다. 그리고 스프로킷은 기동륜으로 유압모터가 회전시킨다. 그리고 트랙은 양쪽에 한 개씩 있는 마스트 핀을 뽑아 분해한다.

굳은 지반이나 암반을 통과하려면 트랙의 장력을 크게 하고 습지나 모래땅, 굴곡이 심한 노면을 통과하려면 장력을 작게 한다.