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문제 정의
- 본 연구는 지면의 기울기에 관계없이 항상 차체를 자동으로 수평을 유지할 수 있고, 차체를 임의의 수동으로 작동시킬 수 있는 콤바인 차체의 수평제어 장치를 개발하였고, 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 콤바인 작업에서 문제점으로 대두되고 있는 습지 적응성 및 토양 침하로 인한 작업 성능 저하를 해결하기 위하여 차체 수평제어 장치를 개발하였다. 이를 위하여 콤바인 차체 수평제어 장치의 메카 니즘 설계, 제어장치 구성 및 유압시스템을 설계, 제작하였다.
- 본 연구의 목적은 지면의 기울기에 관계없이 항상 차체를 자동으로 수평을 유지할 수 있고, 차체를 임의의 수동으로 작동시킬 수 있는 콤바인 차체의 수평제 어 장치를 개발하는데 있다.
제안 방법
- (1) 콤바인 본체를 좌우로 제어하기 위하여 복동식 유압 실린더를 설치하여 자동 동작 상태에서는 항상 수평이 유지하는 메카니즘으로 설계하였다.
- 유압 실린더 로드 변위를 측정하는 센서로서 포텐 쇼미터를 사용하였고, 유압 실린더 변위를 10 mm 간격으로 작동시켜 그때의 전압값을 3회 측정하여 평균값으로 환산하였다. ri리고 경사각 센서는 차체를 임의의 수동제어로 작동시켜 출력 전압을 측정하였다. 왼쪽 차체를 최상단 지점에 위치하고, 오른쪽 차 체를 최하단 지점에 위치하여 작동 변화에 따라 경사각 센서의 출력값을 3회 측정하여 평균값으로 환산하였다.
- 4mm, 작동 행정은 110mm 및 초기 상태의 전체 길이는 280mm로 구성하였다. 그리고 변위 센서를 장착할 수 있는 브라켓트를 일체형으로 구성하였다. 유압 실린더 단면적은 헤드측 단면적은 19.
- 실험은 차체를 좌우 방향의 움직임이 가능한 중간 지점에 위치하여 좌우 방향으로 7°까지 제어하였다. 그리고 불감대는 ±0.3°, 동작시간은 2.13초로 설정한 후, ON/OFF 제어를 수행하여 시스템의 성능을 평가하였다.
- 경사각 선정은 제어 각도가 ±7°이므로, 상용제품 중에서 일본의 TORICA사의 ±10° 제품을 사용하였다. 그리고 작동 동력으로 사용하고 있는 유압 실린더의 변위 검출을 위하여 포텐쇼미터를 사용하였으며, 기구 설계에서 90° 이내로 설계하였으므로 90° 제품을 사용하였다. 경사각 센서는 차체에 수평으로 부착되어 있으며, 포텐쇼미터는 유압 실린더에 일체형으로 고정하였다.
- 1과 같이 시스템을 설계, 제작하였다. 기구 메카니즘 작동은 차체의 상승높이 및 제어각도 변화를 유압 실린더에 의해 작동되어지는 형태로 설계하였다. Fig.
- 최상단 위치에서 최하단으로 수동 조작하는 실험은 최하단에서 최상단으로 하는 실험과 유량 측정 결과가 예비 실험에서 동일하게 나타남으로 실험을 실시할 필요가 없었다. 상승 실험에서의 입력 유량은 기존의 일본에서 생산되고 있는 미쓰비시 콤바인 제품의 상승 제어 유량은 6.0을 기준으로 5 ℓ/min, 5.5 ℓ/min, 6 ℓ/min, 6.5 ℓ/min으로 조절하면서 실험하였고, 콤바인의 엔진출력은 2500 rpm으로 하였다. 차체의 무게를 약 2.
- 실린더 적정 유량 선정 및 압력을 점검하기 위한 상승 및 하강 실험에서는 차체를 최하단 위치에서 최상 단 위치 수동 조작으로 작동시켜, 이때의 유압 실린더의 변위, 압력, 유량을 데이터 레코드에 기록하였다. 최상단 위치에서 최하단으로 수동 조작하는 실험은 최하단에서 최상단으로 하는 실험과 유량 측정 결과가 예비 실험에서 동일하게 나타남으로 실험을 실시할 필요가 없었다.
- 실린더의 응답성을 점검하기 위하여 ON/OFF 제어 성능 시험을 실시하였다. 실험은 차체를 좌우 방향의 움직임이 가능한 중간 지점에 위치하여 좌우 방향으로 7°까지 제어하였다.
- ri리고 경사각 센서는 차체를 임의의 수동제어로 작동시켜 출력 전압을 측정하였다. 왼쪽 차체를 최상단 지점에 위치하고, 오른쪽 차 체를 최하단 지점에 위치하여 작동 변화에 따라 경사각 센서의 출력값을 3회 측정하여 평균값으로 환산하였다.
- 4와 같으며, 차체를 좌우 제어를 독립적으로 제어하기 위해 2개의 유 압 실린더를 사용하였다. 유압회로는 기존에 장착된 것을 사용한 유압펌프, 유압유의 방향 제어를 위한 2종류(Right Sol, Left Sol)의 솔레노이드 밸브, 자중에 의한 누유를 방지하기 위한 체크밸브로 구성하였다.
- 본 연구에서는 콤바인 작업에서 문제점으로 대두되고 있는 습지 적응성 및 토양 침하로 인한 작업 성능 저하를 해결하기 위하여 차체 수평제어 장치를 개발하였다. 이를 위하여 콤바인 차체 수평제어 장치의 메카 니즘 설계, 제어장치 구성 및 유압시스템을 설계, 제작하였다.
- 제어 흐름은 기구 동작으로 인하여 경사각과 유압 실린더 변위를 측정하고, 측정한 경사각과 유압 실린더 변위로부터 경사각 변화에 따른 제어량을 계산하였다. 계산한 제어량만큼 방향 제어 솔레노이드 밸브를 제어하여 기구부를 동작시킨다.
- 차체 수평 제어 시스템은 Fig. 3과 같이 시스템의 상태를 측정하는 검출부, 원하는 제어를 결정하는 입력부, 제어신호를 계산하고 출력을 통제하는 전자제어부, 유압 방향을 제어하는 유압회로부, 유압 실린더 구동에 의한 기구의 상하, 좌우 동작으로 자세를 제어하는 기구부로 구성하였다.
- 5과 같이 설계하였다. 차체를 임의로 수동 작동이 가능하고, 자동으로는 항상 수평을 유지할 수 있는 장치로 설계하였다.
- 차체를 임의의 승하강, 각도 조절 및 자동으로 차체를 항상 수평으로 유지하기 위하여 본 연구에서는 Fig. 1과 같이 시스템을 설계, 제작하였다. 기구 메카니즘 작동은 차체의 상승높이 및 제어각도 변화를 유압 실린더에 의해 작동되어지는 형태로 설계하였다.
대상 데이터
- 실험에서 사용한 경사각 센서 및 포텐쇼미터의 제원은 Table 1과 같다. 경사각 선정은 제어 각도가 ±7°이므로, 상용제품 중에서 일본의 TORICA사의 ±10° 제품을 사용하였다. 그리고 작동 동력으로 사용하고 있는 유압 실린더의 변위 검출을 위하여 포텐쇼미터를 사용하였으며, 기구 설계에서 90° 이내로 설계하였으므로 90° 제품을 사용하였다.
- 유압 실린더는 복동식 실린더이며, 내경은 Φ50mm, 로드 직경은 Φ22.4mm, 작동 행정은 110mm 및 초기 상태의 전체 길이는 280mm로 구성하였다. 그리고 변위 센서를 장착할 수 있는 브라켓트를 일체형으로 구성하였다.
- 차체의 수평제어 장치 개발을 위한 시작기는 국내 L사의 LC525D 모델을 사용하였으며, 그 제원은 Table 2 와 같다.
데이터처리
- 유압 실린더 로드 변위를 측정하는 센서로서 포텐 쇼미터를 사용하였고, 유압 실린더 변위를 10 mm 간격으로 작동시켜 그때의 전압값을 3회 측정하여 평균값으로 환산하였다. ri리고 경사각 센서는 차체를 임의의 수동제어로 작동시켜 출력 전압을 측정하였다.
성능/효과
- (2) 기준 경사각과 차체의 경사각을 비교하여 유압 회로의 ON/OFF 솔레노이드 밸브를 제어함으로써 차 체를 수평으로 유지할 수 있었다.
- (4) 수평제어 장치의 전체 제어 각도는 ±7°이고, 제어 시스템의 불감대 영역은 ±0.3°로 설정하였다.
- (5) 수평제어 장치의 상승 동작실험에서 차체의 무게로 인한 헌팅 현상이 발생하지 않는 것을 고려한 유 압 실린더 헤드측 입력 유량은 6 ℓ/min, 로드측 입력 유량은 4.9 ℓ/min이다.
- (6) 좌우 수평제어 실험에서 유압 실린더가 작동하는 전체 작동 시간은 2.19초이며, 이론적 계산 시간 2.13초와 0.06초 차이가 나타났고, 이것은 유압, 기구의 오차 및 측정 오차인 것으로 예상된다.
- 경사각 센서의 캘리브레이션은 기준이 되는 각도만 큼 기울여서 그때의 경사각 센서 신호의 출력을 측정하였고 선형적으로 나타났다. 그리고 실험한 결과를 산술 평균한 결과는 Fig.
- 설계된 기구의 치수는 Table 3과 같다. 설계된 기구의 좌, 우 변화는 ±7°까지 움직이는 것을 알 수 있으며, Fig. 6에서 보는 바와 같이 실린더 길이 변화에 대한 차체의 상승높이는 최대 110 mm까지 가능함을 알 수가 있다.
- 8에 표시하였다. 실린더 변위에 대한 센서 출력은 선형적인 나타났으며, 실린더의 변위 측정을 위한 변위 센서로서 충분히 사용할 수 있음을 알 수 있다.
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