굴삭기 유압실린더는 붐, 암, 버킷과 같은 작업장치를 작동시키는 핵심 부품이다. 일반적으로 유압실린더는 반복적인 고압으로 인해 좌굴이나 피로 파손과 같은 구조적 문제가 종종 발생한다. 따라서, 유압실린더의 내구설계 시 설계수명 동안의 피로, 항복, 좌굴 등에 대한 구조 안전도 평가가 반드시 이루어져야 한다. 내구설계는 기본설계와 상세설계 두 단계로 구성되는데, 기본설계 단계에서는 굴삭기의 작업능력, 작업속도, 작업영역 등을 고려하여 항복과 좌굴 안전도를 만족하도록 로드와 튜브의 주요 치수를 결정한다. 상세설계 단계에서는 로드 노치, 용접부, 튜브 끝단, 글랜드, 오리피스, 쿠션링 등의 상세치수를 주로 피로 안전도 측면에서 결정한다. 본 연구에서는 이러한 내구설계의 전반적인 절차와 각 설계 단계에서 내구설계 평가를 위한 해석기법에 대해 기술하였다.
굴삭기 유압실린더는 붐, 암, 버킷과 같은 작업장치를 작동시키는 핵심 부품이다. 일반적으로 유압실린더는 반복적인 고압으로 인해 좌굴이나 피로 파손과 같은 구조적 문제가 종종 발생한다. 따라서, 유압실린더의 내구설계 시 설계수명 동안의 피로, 항복, 좌굴 등에 대한 구조 안전도 평가가 반드시 이루어져야 한다. 내구설계는 기본설계와 상세설계 두 단계로 구성되는데, 기본설계 단계에서는 굴삭기의 작업능력, 작업속도, 작업영역 등을 고려하여 항복과 좌굴 안전도를 만족하도록 로드와 튜브의 주요 치수를 결정한다. 상세설계 단계에서는 로드 노치, 용접부, 튜브 끝단, 글랜드, 오리피스, 쿠션링 등의 상세치수를 주로 피로 안전도 측면에서 결정한다. 본 연구에서는 이러한 내구설계의 전반적인 절차와 각 설계 단계에서 내구설계 평가를 위한 해석기법에 대해 기술하였다.
A hydraulic cylinder is a primary component of an excavator and is used for activating attachments such as boom, arm, and bucket. Generally, the cylinder is prone to structural problems such as buckling and fatigue failure caused by cyclic high pressure. Therefore, the safety margin for fatigue, yie...
A hydraulic cylinder is a primary component of an excavator and is used for activating attachments such as boom, arm, and bucket. Generally, the cylinder is prone to structural problems such as buckling and fatigue failure caused by cyclic high pressure. Therefore, the safety margin for fatigue, yield, and buckling during the design lifetime should be evaluated at the durability-design stage. The durability design includes basic and detailed stages. In the basic design, the principal dimensions of the rod and tube are determined by considering the working force, speed, and range with respect to yield and buckling. In the detailed design, the dimensions of the rod notch, welds, tube end, gland, orifice, and cushion ring are determined by considering the fatigue safety. We present and discuss the overall procedure for durability design and the related analysis techniques.
A hydraulic cylinder is a primary component of an excavator and is used for activating attachments such as boom, arm, and bucket. Generally, the cylinder is prone to structural problems such as buckling and fatigue failure caused by cyclic high pressure. Therefore, the safety margin for fatigue, yield, and buckling during the design lifetime should be evaluated at the durability-design stage. The durability design includes basic and detailed stages. In the basic design, the principal dimensions of the rod and tube are determined by considering the working force, speed, and range with respect to yield and buckling. In the detailed design, the dimensions of the rod notch, welds, tube end, gland, orifice, and cushion ring are determined by considering the fatigue safety. We present and discuss the overall procedure for durability design and the related analysis techniques.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 기본설계 단계의 유압실린더 주요치수를 결정하는 절차와 상세설계 단계의 몇 가지 평가 부위에 대한 해석적 평가 기법에 대해 기술하고자 한다.
10 에 상세설계 항목을 나타내었다. 본 논문에서는 여러 상세부위 중 로드 노치부와 로드아이 용접부의 피로 안전도 평가, 쿠션 챔버 내의 튜브 끝단, 쿠션링의 정적 안전도 평가, 누유 검토 기법에 대해 기술하였다.
본 연구에서는 굴삭기 유압실린더의 내구설계를 단계별로 나누어, 기본설계에서는 주요 치수를 결정하는 절차에 대해 기술하였고 상세설계에서는몇 가지 평가 부위에 대한 해석적 평가 기법을 기술하였다.
쿠션 챔버는 일시적으로 고압이 작용하는 부위이므로 이 부위에 대한 정적 안전도 평가 및 누유 검토가 설계 시 필수적이다. 여기에서는 튜브 끝단과 쿠션링의 정적 안전도 평가 및 글랜드와 튜브 사이의 누유 검토를 위한 해석기법에 대하여 기술하였다.
굴삭기 유압실린더의 로드와 튜브는 작업장치 조인트와 핀으로 연결되어 있으며 이를 위해 각각 로드아이, 베이스가 로드와 튜브의 끝에 용접되어 있다. 이 중 본 연구에서는 로드아이 용접부에 대해 설계 시 피로 안전도 평가를 위한 기법을 기술하였다.
굴삭기의 일반적인 토사 작업 시 소실과 대실에는 반복적인 압력이 작용하게 되고, 쿠션 챔버에는 일시적인 고압이 작용한다. 이러한 압력 때문에 실제 좌굴, 항복, 피로에 의한 파손이 보고되고 있고 내구 최적설계가 필요하나 본 논문에서는 내구 최적설계의 선행연구로서 설계절차와 내구설계 기법에 관한 연구를 수행하였다. 일반적으로 굴삭기 유압실린더 설계 시 내구설계뿐만 아니라 성능 설계도 고려해야 되는데, 성능설계는 상용압력, 유량, 속도, 쿠션 조작감 등을 포함하며 본 논문에서는 기존 연구결과가 미흡한 내구설계에 초점을 두었다.
가설 설정
보수적인 평가를 위해 실린더가 최대 신장된 상태에서 오버로드 릴리프 압력이 작용한다고 가정할 수 있다. 하중 크기는 고정되어 있다고 가정하면 유압실린더의 좌굴 발생에 영향을 주는 인자는 경계 조건, 길이, 탄성계수, 관성모멘트 등 이다.
제안 방법
기본설계에서는 튜브 내경과 로드 지름, 튜브 두께, 로드와 튜브 길이와 같은 유압실린더 주요 치수를 결정한다. 상용압력과 공급유량이 결정되었다고 가정하면 먼저 튜브 내경을 요구되는 굴삭력과 인양력을 고려하여 결정하고, 그 다음 로드 지름을 작업 속도를 고려하여 결정한다.
이러한 압력 때문에 실제 좌굴, 항복, 피로에 의한 파손이 보고되고 있고 내구 최적설계가 필요하나 본 논문에서는 내구 최적설계의 선행연구로서 설계절차와 내구설계 기법에 관한 연구를 수행하였다. 일반적으로 굴삭기 유압실린더 설계 시 내구설계뿐만 아니라 성능 설계도 고려해야 되는데, 성능설계는 상용압력, 유량, 속도, 쿠션 조작감 등을 포함하며 본 논문에서는 기존 연구결과가 미흡한 내구설계에 초점을 두었다.
상용압력과 공급유량이 결정되었다고 가정하면 먼저 튜브 내경을 요구되는 굴삭력과 인양력을 고려하여 결정하고, 그 다음 로드 지름을 작업 속도를 고려하여 결정한다. 튜브 두께는 정적 안전도를 고려하여 결정하며, 이미 결정된 조인트 위치와 요구되는 작업 영역을 고려하여 로드와 튜브 길이를 결정한 뒤, 마지막으로 좌굴 안전도 평가를 수행하게 된다. 일련의 과정은 모든 요구 조건을 만족하도록 반복적으로 수행된다.
이론/모형
일반적으로 노치부가 아닌 경우 피로한도를 계산하여 Haigh diagram 상에서 무한 수명 여부를 판단한 뒤 무한 수명일 경우 무한 수명에 대한 피로 안전율을 계산하며, 유한 수명일 경우 응력-수명 (S-N) 방법, 변형률-수명(ε-N) 방법, 선형파괴역학적(LEFM) 방법 등을 이용하여 피로 수명을 계산 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
굴삭기 유압실린더란 무엇인가?
굴삭기 유압실린더는 유압펌프로부터 공급되는 작동유의 유압에너지를 선형왕복운동을 위한 기계에너지로 전환하여 붐, 암, 버킷과 같은 작업장치를 작동 시키는 핵심 부품이다. 굴삭기에는 붐, 암, 버킷 각각의 작업장치를 작동시키기 위한 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더가 있다(Fig.
굴삭기의 토사작업 방법은 어떻게 되나?
굴삭기의 일반적인 토사 작업 시 소실과 대실에는 반복적인 압력이 작용하게 되고, 쿠션 챔버에는 일시적인 고압이 작용한다. 이러한 압력 때문에 실제 좌굴, 항복, 피로에 의한 파손이 보고되고 있고 내구 최적설계가 필요하나 본 논문에서는 내구 최적설계의 선행연구로서 설계절차와 내구설계 기법에 관한 연구를 수행하였다.
유압실린더의 좌굴이나 피로 파손과 같은 구조적 문제를 예방하기 위한 내구설계는 어떻게 구성되나?
따라서, 유압실린더의 내구설계 시 설계수명 동안의 피로, 항복, 좌굴 등에 대한 구조 안전도 평가가 반드시 이루어져야 한다. 내구설계는 기본설계와 상세설계 두 단계로 구성되는데, 기본설계 단계에서는 굴삭기의 작업능력, 작업속도, 작업영역 등을 고려하여 항복과 좌굴 안전도를 만족하도록 로드와 튜브의 주요 치수를 결정한다. 상세설계 단계에서는 로드 노치, 용접부, 튜브 끝단, 글랜드, 오리피스, 쿠션링 등의 상세치수를 주로 피로 안전도 측면에서 결정한다. 본 연구에서는 이러한 내구설계의 전반적인 절차와 각 설계 단계에서 내구설계 평가를 위한 해석기법에 대해 기술하였다.
참고문헌 (7)
ISO Technical Committee 127, 1993, ISO 10567: Earth-Moving Machinery-Hydraulic Excavators-Lift Capacity, International Organization for Standardization, Switzerland, pp. 1-10.
ISO Technical Committee 127, 2006, ISO 6015: Earth-Moving Machinery-Hydraulic Excavators and Backhoe Loaders-Methods of Determining Tool Forces, International Organization for Standardization, Switzerland, pp. 12-16.
Ugural, A. C., 2003, Mechanical Design: An Integrated Approach, McGraw-Hill, New York, pp. 661-666.
Stephens, R. I., Fatemi, A., Stephens, R. R. and Fuchs, H. O., 2001, Metal Fatigue in Engineering, John Wiley & Sons, Inc., Canada, pp. 196-206.
Bannantine, J. A., Comer, J. J. and Handrock, J. L., 1997, Fundamentals of Metal Fatigue Analysis, Prentice Hall, New Jersey, pp. 137-148.
Hobbacher, A., 2005, Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components, International Institute of Welding, Paris, pp. 21-79.
Fricke, H., 2006, Round-Robin Study on Stress Analysis for the Effective Notch Stress Approach, International Institute of Welding, Paris, pp. 1-17.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.