고압호스 조립체는 건설기계, 선박, 항공기, 산업기계, 공작기계 및 자동차 등의 각종 유압장치에 널리 유압배관으로 사용된다. 이는 유연성이 필요한 부분에 유체동력($P^*Q$)으로 전달해야 함으로서, 고장이 발생할 경우는 유압시스템 전체가 작동이 불가능함으로서 신뢰성이 매우 중요한 부품이다. 가속 수명 시험 데이터는 와이블분포 분석을 통해서 형상 모수를 추종 하였다. 본 시험연구에서는 실제 가속수명시험 조건의 충격압력과 반복 굽힘을 변화시켜 시험시간을 감소시켰다. 가속수명시험 모형은 GLL(generalized linear)모형을 사용하였으며, 충격압력과 반복 굽힘에 대한 가속지수는 각각 6.64와 4.46으로 확인되었다. 또한 시험 결과에 대한 분석결과 형상모수(${\beta}$)는 6.19이며, 실제 사용조건인 35 MPa과 굽힘 반경 R100 mm를 적용하였을 경우 척도모수(${\eta}$)는 $1.035{\times}108$사이클로 확인되었다.
고압호스 조립체는 건설기계, 선박, 항공기, 산업기계, 공작기계 및 자동차 등의 각종 유압장치에 널리 유압배관으로 사용된다. 이는 유연성이 필요한 부분에 유체동력($P^*Q$)으로 전달해야 함으로서, 고장이 발생할 경우는 유압시스템 전체가 작동이 불가능함으로서 신뢰성이 매우 중요한 부품이다. 가속 수명 시험 데이터는 와이블분포 분석을 통해서 형상 모수를 추종 하였다. 본 시험연구에서는 실제 가속수명시험 조건의 충격압력과 반복 굽힘을 변화시켜 시험시간을 감소시켰다. 가속수명시험 모형은 GLL(generalized linear)모형을 사용하였으며, 충격압력과 반복 굽힘에 대한 가속지수는 각각 6.64와 4.46으로 확인되었다. 또한 시험 결과에 대한 분석결과 형상모수(${\beta}$)는 6.19이며, 실제 사용조건인 35 MPa과 굽힘 반경 R100 mm를 적용하였을 경우 척도모수(${\eta}$)는 $1.035{\times}108$사이클로 확인되었다.
Hydraulic hose assemblies are used as piping components for construction machinery, automobile, aircraft, industrial machinery, machine tools, and machinery for ships. Then the reliability of hose assemblies is important because total hydraulic system, which used to deliver the fluid power ($P^...
Hydraulic hose assemblies are used as piping components for construction machinery, automobile, aircraft, industrial machinery, machine tools, and machinery for ships. Then the reliability of hose assemblies is important because total hydraulic system, which used to deliver the fluid power ($P^*Q$) needed to flexibility in the piping system, is not operated if the hose assembly failed in the system. The data of the accelerated life test estimated through the shape parameter(${\beta}$) resulting of the Weibull distribution analysis. This study has tried to reduce the test time resulting from varying impulse pressure range and the flexing diameter. Accelerated life test model for the test results was adopted the GLL(generalized log linear) and the accelerated indexes are identified as 6.64 for the pressure and 4.46 for flexing radius. Also, it found that shape parameter is 6.19, scale parameter(${\eta}$) is $1.035{\times}108$, which were adopted the pressure 35 MPa and the flexing diameter R100 mm in the used condition.
Hydraulic hose assemblies are used as piping components for construction machinery, automobile, aircraft, industrial machinery, machine tools, and machinery for ships. Then the reliability of hose assemblies is important because total hydraulic system, which used to deliver the fluid power ($P^*Q$) needed to flexibility in the piping system, is not operated if the hose assembly failed in the system. The data of the accelerated life test estimated through the shape parameter(${\beta}$) resulting of the Weibull distribution analysis. This study has tried to reduce the test time resulting from varying impulse pressure range and the flexing diameter. Accelerated life test model for the test results was adopted the GLL(generalized log linear) and the accelerated indexes are identified as 6.64 for the pressure and 4.46 for flexing radius. Also, it found that shape parameter is 6.19, scale parameter(${\eta}$) is $1.035{\times}108$, which were adopted the pressure 35 MPa and the flexing diameter R100 mm in the used condition.
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문제 정의
Lobmeyer는 1986년에 "Cumulative Damage Analysis for Hydraulic Hose"의 논문을 SAE Technical Paper에 게재 하여 충격압력과 굽힘에 의한 누적피로가 유압호스 손상에 미치는 영향을 분석 하였으며 SAE[6]와 ISO [7] 등에서는 규격화되어있다. 따라서 본 논문에서는 주요 고장모드에 영향을 미치는 가속 스트레스 인자가 충격 압력과 굽힘으로 설정되어 시험계획을 수립하였다.
본 연구에서는 SAE 517에서 규정하는 유압호스 조립체의 시험방법을 기준으로 충격압력(impulse pressure)과 굽힘(flexing)을 스트레스 인자로 고려하여 시험계획을 통한 가속수명시험을 진행한 후 각 스트레스에 대한 영향을 분석하고, 압력과 반복 굽힘의 복합가속모형을 적용하여 실제 사용조건에서의 수명을 예측하는 것이다.
제안 방법
(1) 기존의 압력에 대한 단일 인자에 대한 가속시험과 달리 두 가지 인자인 압력과 반복 굽힘을 가속인자로 시험하여 단일 인자로 시험한 경우보다 실제 사용조건으로 시험하였다.
GLL 모형을 사용하기 위해서는 스트레스 인자의 변환이 꼭 필요하며, 본 논문에서의 작동 압력과 반복 굽힘에 대한 스트레스 인자는 자연로그 형태로 변환하여 적용한다. 작동 압력 X1 = ln(P)와 반복 굽힘 X2 = ln(F)을 식 (2)에 대입하여 변환하면 식 (3)과 같다.
따라서 유압호스 조립체의 가속시험을 위해서 Table 2와 같이 시험계획을 수립하였으며, 압력 수준을 2단계인 42 MPa, 52.5 MPa를 인가하여 시험을 진행하고, 굽힘에 대한 회전 반경에 2단계로 시험을 할 수 있도록 계획하였다.
실제 시스템에서의 예를 들면, 자동차가 저속 운전 시와 정지 시 방향 전환을 하기 위해서 핸들을 조작할 때 유압시스템에 충격압력을 발생하는 것을 관찰할 수 있으며, 굴삭기가 작업을 할 때 버킷을 통하여 중량물을 들어 올리고 내릴 경우에 붐의 동작을 위해 조작할 때 유압시스템에 충격압력을 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 시험용 시료를 장착하기 위한 지그(jig)는 10개를 동시에 장착할 수 있도록 하였으며, 시험주파수 범위를 제어하기 위해서는 10개의 호스에 유압유가 채워지는 시간이 짧아야 되므로 탱크로부터 유압을 공급받아 미리 가압에 들어가기 전에 오일이 충진되도록 한 상태에서 증압기(intensifier)를 이용하여 압력을 증압시키도록 하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 건설기계에 사용되는 25.4mm의 내경을 갖는 고압 (35 MPa)호스 조립체의 가속스트레스 인자로는 충격압력(impulse pressure)과 반복 굽힘(flexing)을 선정하여 시험하였으며, 연구의 내용을 요약하면 다음과 같다.
시험대상 유압호스 조립체는 굴삭기의 경우에 붐의 동작에 사용되는 제품으로서, 동일한 제조회사의 호스와 동일한 제조회사의 Fitting을 전문 유압호스 조립체 생산 회사에서 동일한 공정으로 스웨징(swaging) 하여 제작하였다. Table 1은 시험용 유압호스 조립체의 주요사양이다.
데이터처리
고압호스 조립체의 가속수명시험 데이터에 대해 가속성이 성립하는지, 즉 와이블 분포의 형상모수가 동일한지에 대해 ALTA 소프트웨어[8]의 우도비 검정을 실시하였다. Figure 5와 같이 유의수준 5%에서 T = 2.
이론/모형
유압 호스의 가속수명시험은 작동유의 작동 압력(Pressure; P)과 반복 반복 굽힘(Flexing Radius; F)을 가속 인자(스트레스)로 선정하여 3가지 조건으로 수행되었으며, 수명과 스트레스간의 가속모형은 대표적인 가속수명시험 분석 프로그램인 ALTA에서 제공하고 있는 GLL 모형을 적용하였다. GLL 모형은 2개 이상의 가속 스트레스 인자가 결합된 시험의 수명데이터를 분석하기에 적합한 모형으로 수학식은 식 (2)와 같다[8].
성능/효과
(2) 분석결과 수명분포는 와이블 포로 형상모수(β)는 분석을 통하여 6.19로 확인이 되었으며, 실제 사용조건인 35 MPa과 굽힘 반경 R100 mm를 적용하였을 경우 척도모수(η)는 1.035×108 사이클, B10 수명은 7.2 × 107 사이클로 예측되었다.
(3) 압력 및 반복 굽힘에 대한 복합가속모델(GLL) 의 압력에 대한 지수(n1)는 6.64로 확인이 되었고, 반복 굽힘에 대한 지수(n2)는 4.46로 확인되었다.
(4) 충격압력 및 굽힘 반경의 조정을 통하여 압력과 굽힘에 대한 가속계수(AF=157.108)를 추정하였으며, 실제 유압시스템에서 사용압력 및 굽힘 반경이 변화될 경우에 수명을 예측할 수 있는 결과를 도출하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
호스 조립체의 장점은 무엇인가?
이는 유연성이 필요한 부분에 유체동력(P*Q)으로 전달해야 함으로서, 고장이 발생할 경우는 유압시스템 전체가 작동이 불가능함으로서 신뢰성이 매우 중요한 부품이다[1]-[3]. 호스 조립체는 파이프와 튜브에 비해서 유연하기 때문에 금속 파이프나 튜브에 비해 배관이 간편하여 설치 및 유지 보수가 쉽고 배관 비용과 시간이 절약된다. 금속 파이프나 금속 튜브를 사용하여 배관하는 경우에는 연결할 유압시스템의 부품들 사이의 거리가 길거나 장애물을 우회하여 배관을 하는 경우 다수의 파이프나 튜브를 연결하여 배관하여야 함으로서, 각 연결부위는 누유가 발생될 가능성이 크기 때문에 연결부위의 개수가 늘어날수록 잠재적인 누출지점이 늘어나게 된다[4][5].
고압호스 조립체는 어떻게 구성되는가?
고압호스 조립체는 유연성을 갖는 고무호스(hose)와 배관을 연결하는 이음쇠(fitting)로 구성되어 있으며, 건설기계, 선박, 자동차, 항공기, 산업기계, 공작기계 등 각종 유압시스템에서 배관으로 사용된다. 이는 유연성이 필요한 부분에 유체동력(P*Q)으로 전달해야 함으로서, 고장이 발생할 경우는 유압시스템 전체가 작동이 불가능함으로서 신뢰성이 매우 중요한 부품이다[1]-[3].
고압호스의 내피, 강화 층, 보호용 외피는 어떻게 선택되는가?
고압호스의 구조는 수송 역할을 하는 내피와 강도를 강화하기 위한 강화 층, 그리고 보호용 외피로 구성된다. 세 가지 각 구성 재료에 대한 선택은 수송물질, 작동압력, 사용 환경에 의해 정해진다. 유압장치에서 사용되는 호스는 기본적으로 저압용의 경우에는 직물(textile), 고압용은 강철섬유로 강화된 것을 사용한다.
참고문헌 (8)
C. W. Evans, "Testing requirements for hydraulic hose," Polymer Testing, vol. 1, pp. 39-49, 1980.
Y. B. Lee and H. E. Kim "A study on procedures of the accelerated life testing for hose assemblies", Key Engineering Materials, pp. 1870-1875. 2005
G. C. Lee, H. E. Kim, Y. H. Cho, and J. H Kim, "A study of the life characteristic of hydraulic hose assembly by adopting temperature-nonthermal acceleration model", Journal of Applied Reliability, vol. 11, pp 235-244, 2001.
I. Y. Lee, M. O. Yum, and K. K. Lee, "Cavitation inception in oil hydraulic pipeline", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 12, no. 4, pp 240-246, 1988.
K. M. Moon, S. Y. Lee, Y. H. K, M. H. L, and J. G. K, "Evaluation of corrosion characteristics on welding zone of leakage seawater pipe welded by underwater welding electrode", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 32, no. 8, pp 1240-1247, 2008 (in Korean).
Society of Automotive Engineers, "Test and test procedures for SAE100R series hydraulic hose and hose assemblies", SAE J343, 2001.
International Organization for Standardization, "Rubber and plastics hose assemblies flexing combined hydraulic impulse test half-omega test," ISO 8032, 1997.
Reliasoft Publishing, Accelerated Life Testing Reference, USA, Reliasoft Publishing, pp. 269-277, 2007.
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