[논문]드리프터 유압 해석모델을 활용한 성능격차 유발 인자 접근 사례

노대경; 서자호; 박진선; 박승현; 장주섭

doi:10.9709/jkss.2014.23.3.033

초록
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드리프터는 국산화개발에 어려움을 겪고 있는 장비이며, 외국선진사의 제품을 데드카피 하여도 시제품의 성능이 뒤떨어지는 현상이 발생하여 왔다. 본 논문은 천공기의 핵심부품인 드리프터의 해석모델을 활용하여 성능격차를 유발하는 요소를 분석하는 사례를 보여준다. 진행절차는 다음과 같다. 우선, 타격시험을 수행하여 해석모델의 신뢰성을 확보한다. 그리고 해석모델을 활용하여 외국선진사 제품과 시제품의 성능비교그래프를 도출한다. 마지막으로 해석모델의 변수를 분석하여 성능격차를 유발하는 인자에 접근한다. 사용된 소프트웨어는 독일 ITI사에서 개발된 SimulationX이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Drifter is equipment which is hard to localize. Performance of prototype hasn't performed well compared to product of leading companies even though advanced foreign firm's product were dead copied. This study shows cases of approaching the factor which produces performance gap through drifter hydrau...

Drifter is equipment which is hard to localize. Performance of prototype hasn't performed well compared to product of leading companies even though advanced foreign firm's product were dead copied. This study shows cases of approaching the factor which produces performance gap through drifter hydraulic analysis model which is core component of rock drill. Progression of procedure is following. 1) Securing reliability of the analysis model by comparing impact test result with analysis result. 2) Drawing a graph which indicates performance gap between prototype and drifter of advanced foreign firm by using analysis model. 3) Approaching the factor which produces performance gap with analysing variable of the analysis model. Software used for this analysis is SimulationX.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 드리프터의 동적성능을 지배하는 요소를 시험과 해석을 병행하여 도출하였다. 그 성과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 외국 선진사의 드리프터를 모방한 시제품을 제작하여 시험과 시뮬레이션을 병행하며 성능격차를 유발하는 인자들을 규명할 것이다. 연구의 진행절차는 다음과 같다.

제안 방법

1) 시제품을 제작하여 타격시험을 수행한다.
3) 신뢰성이 확보된 외국 선진사의 해석모델과 시제품의 해석모델을 동일한 조건에서 해석하여 성능비교 그래프를 도출한다.
, 2007). 공급압력의 안정화 기준은 드리프터가 거동할 때 실제 계측되는 압력맥동의 변동 폭이 5%이내에 들어오는 구간을 기준으로 삼았다. 공급압력이 안정화되었다는 것은 드리프터의 동적거동에 있어서 일정한 입력조건을 부여한 다는 의미가 된다.
기 개발된 해석모델의 신뢰성을 판별하기 위해 타격시험을 수행하였으며 장치의 구성은 Fig. 3과 같다. 제어반 (Control Unit)에서 공급압력을 가감시켜가며 드리프터의 동적거동을 확인하였다.
7 %였었다. 이는 한 개의 공급 조건에서만 측정된 오차이나 본 연구에서는 그보다 확장된 3개의 공급조건에 비교를 수행하였다. 본 해석모델의 상대오차는 3개의 공급조건 모두 제안된 상대오차 범위 내에 있으므로 높은 신뢰성을 갖는다.
3과 같다. 제어반 (Control Unit)에서 공급압력을 가감시켜가며 드리프터의 동적거동을 확인하였다.
그렇기 때문에 명확한 성능의 비교를 위해서는 신뢰성이 확보된 해석모델로 동일한 조건에서 해석하는 절차가 반드시 필요하다. 해석조건은 드리프터의 사용압력 범위인 180 bar부터 260 bar까지 20 bar간격으로 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 해석모델은 Fig. 2에 나타내었으며, 셔틀밸브와 타격피스톤을 실제 가공도면을 기준으로 하여 모델링하였다. 작동유의 유동에 의한 물리적인 변화를 다각도로 확인 할 수 있는 동역학 해석모델이다.
, 2013). 외관은 Fig. 1과 같으며 셔틀밸브와 타격피스톤, 댐퍼로 구성되어 있다. 이와 유사한 반복타격 메커니즘을 가진 유압 브레이커에 비해 타격주파수가 높기 때문에 이러한 움직임을 구현하기가 쉽지 않아 국산화 개발에 많은 어려움을 겪어왔다(Noh et al.

이론/모형

해석에 사용된 해석도구는 독일 ITI사에서 개발된 상용소프트웨어인 SimulationX이다.

성능/효과

1) 타격에너지는 유로와 스풀의 표면조도에 영향을 받으며, 외국선진사 제품과 동일한 표면조도의 확보가 어려우면 셔틀밸브 스풀 크기의 확장을 통해 타격에너지 상승이 가능하다.
2) 드리프터에 댐퍼가 존재하면 하우징에서의 반발력은 흡수시키고, 타격피스톤에 반발력을 집중시킬 수 있다. 이를 통해 타격피스톤의 복귀시간을 단축시켜 고주파영역에서의 타격을 가능하게 한다.
본 연구에 사용된 시제품 해석모델의 평균상대오차는 타격주파수가 2.17 %, 타격에너지는 5.07 %, 총 출력이 6.89 %이다. 과거 국내 유사연구사례(Shin et al.
이는 한 개의 공급 조건에서만 측정된 오차이나 본 연구에서는 그보다 확장된 3개의 공급조건에 비교를 수행하였다. 본 해석모델의 상대오차는 3개의 공급조건 모두 제안된 상대오차 범위 내에 있으므로 높은 신뢰성을 갖는다.
10은 타격주파수에서 차이를 유발하는 변수이다. 타격주파수는 유량계수에 영향을 많이 받을 것이라고 생각하고 접근하였으나 외국선진사 해석모델의 유량계수를 1로 설정해도 시험의 타격주파수를 따라가지 못하는 것을 확인하였다. 유량계수가 1이라는 것은 형상과 표면조도에 의해 유량손실이 일어나지 않음을 얘기한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	드리프터의 역할은?	본 논문에서 다루는 드리프터는 대표적 건설장비중 하나인 천공기의 핵심부품이며 반복타격과 회전으로 암반을 파쇄하게 도와주는 역할을 한다(Oh et al., 2013).
	고주파영역에서 타격이 가능한 드리프터를 개발하기 위해서는 어떠한 연구를 해야하는가?	, 2011b). 고주파영역에서 타격이 가능한 드리프터를 개발하기 위해서는 신뢰성이 확보된 동역학 해석모델로 고주파 타격이 가능한 이유를 밝혀내야한다.
	CAE는 주로 어떠한 용도로 활용되는가?	현재 세계적으로 어떠한 공학적 메커니즘이 포함된 제품을 개발 할 때 CAE(Computer Aided Engineering)를 적극적으로 활용하고 있는 추세이다. 특히 외국 선진사의고도기술이 적용된 부품을 분석하는 용도로 많이 활용되며, 이러한 분석은 곧 국내 기술의 발전을 가져다준다고 할 수 있다.

참고문헌 (9)

J. Y. Oh, J. Y. Park, J. W. Cho, H. S. Kang and G. H. Lee "Influence of Design Parameters on the Percussion Performance of a Hydraulic Percussion Drifter", Spring Conference of Korean Society of Precision Engineering KSPE, pp. 981-982, 2013.
J. Y. Oh, G. H. Lee and C. S. Song "A Study on the Analysis of Hydraulic Circuit of a Rockdrill Drifter", Spring Conference of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, pp. 70-75, 2011.
D. Y. Shin and K. B. Kwon "A Study on Performance Optimization of a Hydraulic Breaker", journal of Korea Society of Mechanical Engineers, KSME, A Vol. 35, No. 6, pp. 677-682, 2011a.

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S. Choi and H. W. Chang "Performance Improvement of an Integrated-type Fully-Hydraulic Breaker by Sensitivity Analysis", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, Vol. 6, No. 1, pp. 17-24, 2009.
J. W. Park, K. W. Lee and H. E. Kim "A Study On the Analysis Of Impact Strain for Hydraulic Breaker Chisel", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, Vol. 4, No. 4, pp. 21-27, 2007.
D. K. Noh, J. S. Jang, S. H. Park, J. S. Park, H. S. Kim and J. H. Seo "Developing drifter hydraulic system analysis model", Spring Conference of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, pp. 119-123, 2014a.
D. K. Noh, J. S. Jang, J. H. Seo, H. S. Kim and S. H. Park "Development of drifter's hydraulic system model and its validation ", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, Vol. 11, No. 3, pp. 14-21, 2014b.

원문보기 상세보기
B. S. Kim, M. G. Kim, D. W. Byun, S. M. Lee and S. H. Lee "A Study on the Structure Improvement of Bracket Housing for Structural Noise and Vibration Reduction in Hydraulic Breaker", journal of Korean Society of Precision Engineering KSPE, Vol. 23, No. 11, pp. 108-115, 2006.
D. Y. Shin, K. B. Kwon, K. W. Lee and H. S. Choi "Summary of Recent Developments of Hydraulic Breakers", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, Vol. 8, No. 2, pp. 49-53, 2011b.

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