[논문]현대 하이브리드 굴삭기 소개

이민희

현대 하이브리드 굴삭기 소개
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문제 정의

본 연구에서는 연비를 포함한 하이브리드 굴삭기의 유효성에 대해 고찰했다. 시뮬레이션은 AMESIM 을 이용했으며, 유압 굴삭기의 압력 그래프를 통해하이브리드 굴삭기와 비교, 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

(3) 90° 상차 시뮬레이션을 붐, 암, 버켓의 작업 장치 에너지와 선회 에너지로 나누어 분석했다.
울트라 커패시터의 신뢰성 시험은 굴삭기의 열악한 진동 환경을 감안해 진동을 중점적으로 실시했고, 높은 전압을 저장하는 만큼 절연 저항 시험을 포함한 노이즈 시험을 실시했다. 게다가 열에 취약한 커패시터의 특성을 고려하여 온도 시험도 실시했다.
진동 시험 규격은 실차 테스트 결과와 진동 계수를 고려하여 선정했고, 내구 수명을 위해 상하ㆍ좌우ㆍ전후 각 축당 100만 Cycle로 가진했다. 그 외에 온도 시험을 비롯한 내환경 시험을 실시했다.
본 연구에서는 연비를 포함한 하이브리드 굴삭기의 유효성에 대해 고찰했다. 시뮬레이션은 AMESIM 을 이용했으며, 유압 굴삭기의 압력 그래프를 통해하이브리드 굴삭기와 비교, 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
울트라 커패시터의 신뢰성 시험은 굴삭기의 열악한 진동 환경을 감안해 진동을 중점적으로 실시했고, 높은 전압을 저장하는 만큼 절연 저항 시험을 포함한 노이즈 시험을 실시했다. 게다가 열에 취약한 커패시터의 특성을 고려하여 온도 시험도 실시했다.
인버터의 핵심 부품으로는 전동기 제어를 위한 스위칭 소자 IGBT와 전류 센서가 있으나 진동 사양이 낮은 문제점이 있다. 이를 위해 실차 장착은 방진고무 장착 등 방진을 고려한 설계가 우선되었으며, 단품 진동 시험을 포함한 내환경 시험 및 전자 노이즈 시험을 실시했다.
하이브리드 시스템을 적용하기 위해 우선 유압 선회 모터의 압력과 파워를 측정했다. 유압 모터는 기동과 제동 시에 모터 각각의 단에 높은 압력이 걸리고 이 압력은 릴리프 밸브를 통하여 손실된다.

대상 데이터

전동기 모터 역시 건설장비에 처음 장착되는 만큼 진동에 대한 신뢰성 확보를 우선시했다. 진동 시험 규격은 실차 테스트 결과와 진동 계수를 고려하여 선정했고, 내구 수명을 위해 상하ㆍ좌우ㆍ전후 각 축당 100만 Cycle로 가진했다. 그 외에 온도 시험을 비롯한 내환경 시험을 실시했다.

성능/효과

(5) 굴삭기의 하이브리드화에 따라 20～40 %의 연비개선 효과를 확인하였으며 이는 하이브리드화에 따른 에너지의 재생 이외에 냉각손실의 절감, 동력 제어의 최적화에 따라 효율의 극대화함에 따른 것이다.
(3) 90° 상차 시뮬레이션을 붐, 암, 버켓의 작업 장치 에너지와 선회 에너지로 나누어 분석했다. 덤프와 굴삭 작업 복귀 2개 구간에서 선회 제동 에너지 회생이 가능한 것을 알 수 있었다. 이 에너지를 이용하면 유압식에 비해 상대적으로 낮은 엔진 출력으로 선회를 구동할 수 있는 이점이 있고, 약 FS %의 연료 소모량을 개선할 수 있다.
덤프와 굴삭 작업 복귀 2개 구간에서 선회 제동 에너지 회생이 가능한 것을 알 수 있었다. 이 에너지를 이용하면 유압식에 비해 상대적으로 낮은 엔진 출력으로 선회를 구동할 수 있는 이점이 있고, 약 FS %의 연료 소모량을 개선할 수 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

9 시리즈 굴삭기의 특징은 무엇인가?

현대 하이브리드 굴삭기는 09년 출시 이후 국내외에서 호평받고 있는 9 시리즈 굴삭기를 기본으로 개발하였다. 9 시리즈 굴삭기는 세계최초로 9인치 고휘도 LCD 모니터를 통하여 DMB 방송을 시청 및 동영상을 감상할 수 있도록 디자인 되었으며 대화식으로 장비 운전 monitering 이 가능하고 후방카메라가 표준 장착되는 등 편의성이 대폭 향상되었으며 현대 고유의 Posi-naga system이 적용되어 조작성에서도 뛰어난 성능을 발휘하고 연료 소모량에서도 동급 최소수준으로 국내 건설장비의 고급화에 선도적 역할을 하고 있다.

자동차와 다른 굴삭기의 특징은 무엇인가?

이러한 요구를 충족시키기 위해 제조업체들은 굴삭기를 대상으로 에너지 재생 부분에 대한 연구를 지속적으로 행해왔다. 굴삭기는 자동차와 달리 붐, 암, 버켓, 상부 선회, 주행이 가능한 총 5축의 작업기로 이루어져 있고, 붐과 암의 재생 에너지에 대한 연구도 활발히 진행되고 있지만, 이 중 상부 선회는 자동차 하이브리드 시스템과 동일한 원리로 에너지 재생이 가능하여 90년대 말부터 일본 건설기계 업체를 중심으로 활발한 연구가 진행되어 왔다. 현재 상부 선회 에너지 재생을 이용한 하이브리드 굴삭기는 20톤급을 중심으로 중국 및 북미 지역에 부분적으로 상용화가 되어 있으며 2011년에 전 지역으로 확대 적용 예정이다.

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