[논문]직접제어 방식을 이용한 소형 지게차 변속감도 시뮬레이션에 관한 연구

정영만; 양순용

doi:10.7839/ksfc.2014.11.4.008

직접제어 방식을 이용한 소형 지게차 변속감도 시뮬레이션에 관한 연구
A Study on Simulation of Shift Sensitivity of Small Forklift Transmission using Direct Control Method 원문보기

유공압건설기계학회지 = Journal of the Korean Society for Fluid Power and Construction Equipments, v.11 no.4, 2014년, pp.8 - 14

정영만 (Department Mechanical Automotive Engineering Graduate School of University of Ulsan) , 양순용 (School of Mechanical Engineering, University of Ulsan)

Abstract ▼ AI-Helper

The transmission control method of a small forklift is classified into a pilot control method and a direct control method. In the pilot control method, the complex hydraulic circuit consists of many components, making the production process too costly and time consuming. The direct control method contains fewer components that can be configured to simple hydraulic circuits. As another advantage, the input profile easily changes the shift sensitivity of the transmission. Therefore, this research considers the characteristics of the direct control method in the development of hydraulic system design. This paper will present a simulation of the direct control transmission using AMESim. First, modeling of the direct control method is obtained and simulated with real parameters. The simulation results then are carried out and compared with the experimental results to verify and analyze the characteristics of the direct control method.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

직접제어방식의 변속기 실험을 통해 변속감도나 출발성능에 대한 개선이 이루어지나 단순 클러치의 압력 변화만으로 클러치의 동작에 대한 데이터를 확보하기 어려운 실정이다. 따라서 본 논문에서는 AMESim을 이용하여 직접제어 변속기를 모델링하고 실차 실험과 시뮬레이션 결과를 비교하여 직접제어 변속기의 압력 변화와 클러치 거동을 파악하고자 한다.
본 논문에서는 소형 지게차 직접제어 변속기를 실차 실험과 시뮬레이션을 비교하여, 지게차의 변속감도와 출발성능을 판단하는 객관적인 데이터를 획득하는 연구를 하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.

가설 설정

6초 이내에 결정되는 것을 알 수 있다.¹⁰⁾ 이 시간을 시뮬레이션을 통해 클러치의 거동을 보면 실제로 클러치가 움직인 거리가 매우 작다. 클러치가 이동거리가 작은데 변속감도와 출발성능에 미치는 영향이 큰 원인은 클러치의 구조를 보면 알 수 있다.

제안 방법

(1) 직접제어 변속기의 구조를 분석하여 유압 시뮬레이션을 구성하였다.
메인릴리프밸브는 펌프에서 송출된 유량을 일정한 압력으로 클러치에 유량을 공급하는 역할을 한다. 메인릴리프밸브의 구성은 스풀, 밸브, 대구경 스프링(0.1005kg/mm), 소구경 스프링(0.202kg/mm) 등으로 구성되며 메인릴리프밸브의 모델링은 설계 도면을 이용하여 스프링의 제원이나 스풀 등의 제원을 이용하여 모델링 하였다. AMESim을 이용한 메인릴리프밸브의 모델링은 Fig.
시뮬레이션의 구성은 직접제어 변속기의 구성요소인 메인펌프, 메인릴리프밸브, 비례제어밸브, 클러치 팩 등을 모델링하고 각각의 요소를 결합하여 직접제어 변속기를 모델링하였다. 메인펌프, 메인릴리프밸브와, 클러치 팩의 모델링은 도면을 참고하여 시뮬레이션에 필요한 파라미터를 획득하였고 비례제어 밸브의 경우 시뮬레이션에 필요한 파라미터가 존재하지 않기 때문에 시뮬레이션에 필요한 파라미터는 비례제어밸브를 분해하여 실측을 통하여 필요한 파라미터를 획득하여 시뮬레이션에 적용하였다.
비례제어밸브에 사용되는 스프링의 상수 값은 스프링 상수 측정기를 이용하여 측정하였다. 스프링 상수 값은 Table 1과 같고 측정된 스프링 상수는 0.
직접제어 변속기의 장점은 입력 프로파일의 변화만으로 클러치가 변속될 때의 압력을 조절할 수 있다. 시뮬레이션의 구성은 직접제어 변속기의 구성요소인 메인펌프, 메인릴리프밸브, 비례제어밸브, 클러치 팩 등을 모델링하고 각각의 요소를 결합하여 직접제어 변속기를 모델링하였다. 메인펌프, 메인릴리프밸브와, 클러치 팩의 모델링은 도면을 참고하여 시뮬레이션에 필요한 파라미터를 획득하였고 비례제어 밸브의 경우 시뮬레이션에 필요한 파라미터가 존재하지 않기 때문에 시뮬레이션에 필요한 파라미터는 비례제어밸브를 분해하여 실측을 통하여 필요한 파라미터를 획득하여 시뮬레이션에 적용하였다.
실차 테스트는 메인릴리프밸브의 압력 변화와 지게차가 전진할 때의 압력 변화를 측정하여 차량의 감도와 출발성능을 측정하였다. 측정된 데이터를 시뮬레이션과 비교하였다.

대상 데이터

소형 지게차 직접제어 변속기의 구성은 Fig. 1과 같이 토크 컨버터(Torque Converter), 펌프, 메인컨트롤밸브(Main Control Valve), 비례제어밸브(Proportion Control Valve), 전진, 후진 클러치 팩(Clutch Pack), 아이들 기어(Idle Gear) 등으로 구성된다. 직접제어 변속기의 구조와 메인 컨트롤밸브(Main Control Valve)의 유체 흐름을 파악하여 유압 시뮬레이션에 이용한다.
직접제어 변속기는 입력 프로파일에 따라서 클러치에 압력을 조절하는 것이 특징이다. 실차 실험의 데이터는 입력 프로파일을 변화시키면서 실험 결과를 획득하였고 변속감도와 출발성능이 B이상으로 구성된 Case20~22의 압력 그래프를 실차 실험과 동일한 입력 프로파일을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 실차 그래프와 시뮬레이션 그래프는 Fig.
클러치 팩의 구성은 마찰판과, 플레이트 판, 피스톤, 리턴 스프링 등으로 구성된다. 피스톤의 압력과 마찰면의 압력은 피스톤의 면적과 마찰재의 면적으로 결정되며 피스톤과 마찰재의 파라미터를 입력하면 된다.

데이터처리

비례제어밸브의 유압 시뮬레이션은 밸브 제조사의 카탈로그를 이용하여 압력유량선도(PQ선도)를 비교하였으며 비례제어밸브의 성능을 비교하면 Fig. 7과 같다.
실차 테스트는 메인릴리프밸브의 압력 변화와 지게차가 전진할 때의 압력 변화를 측정하여 차량의 감도와 출발성능을 측정하였다. 측정된 데이터를 시뮬레이션과 비교하였다.

이론/모형

이러한 문제를 해결하기 위해 소형 지게차의 변속기를 제어하는 방식의 변화가 이루어지고 있다. 대부분의 소형 지게차의 변속기를 제어하는 방법에는 MCV(Main Control Valve)의 파일럿 압력을 이용한 파일럿제어방식(Pilot Control Method)이 사용되었다. 파일럿제어방식의 변속감도와 출발성능을 개선시키기 위해서는 모듈레이션밸브(Modulation Valve)에 장착된 두 개의 스프링의 상수를 변경하여 변속감도나 출발성능을 개선할 수 있었다.

성능/효과

(2) 직접제어 변속기의 실차 실험과 시뮬레이션을 비교한 결과로 두 데이터가 유사한 경향을 나타남을 확인 하였다.
(3) 시뮬레이션을 통하여 실제 변속하는 과정 중의 클러치의 움직임을 파악할 수 있었다.
(4) 실차 데이터와 시뮬레이션을 분석한 결과로 지게차의 변속감도와 출발성능에 영향을 미치는 부분은 클러치 실린더의 초기 거동이 어떻게 원활하게 움직이는 것에 따라서 변속감도와 출발성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
이러한 현상은 변속기의 클러치에 형성되는 압력의 제어를 통하여 해결할 수 있다.¹⁾ 변속 시 클러치 압력형성이 빠르면 변속응답 시간은 좋아지나 과도한 토크가 발생하여 변속충격이 일어나고 압력형성이 늦으면 부드러운 변속이 가능하나 변속응답이 늦고 클러치의 마찰에 의한 마모가 발생하는 문제가 있다.²⁾
비례제어밸브 모델링의 시뮬레이션 결과는 전반적으로 카탈로그와 유사한 경향을 나타냄을 알 수 있었고 그래프의 압력이 0.1bar～0.2bar의 차이를 나타냈다.
실차 테스트 결과 메인릴리프압력은 2000rpm까지 상승하였을 때 압력이 13bar선을 유지하지만 2000rpm에서 압력이 실차의 압력보다 높게 나타났다. 시뮬레이션 결과가 실차의 결과보다 높게 나온 부분은 엔진 rpm이 상승할 때 펌프에 공급되는 유량이 많아지고 탱크로 빠지는 유량을 조절해야 일정한 압력을 유지 할 수 있는데 시뮬레이션에서는 펌프에서 공급된 유량이 탱크로 빠지지 않아 이러한 결과나 나타난 것으로 판단된다.
실차 테스트 결과 메인릴리프압력은 2000rpm까지 상승하였을 때 압력이 13bar선을 유지하지만 2000rpm에서 압력이 실차의 압력보다 높게 나타났다. 시뮬레이션 결과가 실차의 결과보다 높게 나온 부분은 엔진 rpm이 상승할 때 펌프에 공급되는 유량이 많아지고 탱크로 빠지는 유량을 조절해야 일정한 압력을 유지 할 수 있는데 시뮬레이션에서는 펌프에서 공급된 유량이 탱크로 빠지지 않아 이러한 결과나 나타난 것으로 판단된다.

후속연구

향후 변속감도와 출발성능을 개선하는 실험과 시뮬레이션을 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	직접제어방식의 장점은 무엇인가?	반면 직접제어방식(Direct Control Method)의 장점은 파일럿라인 없이 직접 클러치 압력을 제어하기 때문에 구성부품의 수가 적고 간단한 유압회로를 구성할 수 있고 입력 프로파일의 변경만으로도 변속충격을 개선할 수 있어 소형 지게차에 직접제어방식을 적용하는 연구가 수행되고 있다.3-4)
	소형 지게차의 변속기를 제어하는 방법에는 무엇이 사용되는가?	이러한 문제를 해결하기 위해 소형 지게차의 변속기를 제어하는 방식의 변화가 이루어지고 있다. 대부분의 소형 지게차의 변속기를 제어하는 방법에는 MCV(Main Control Valve)의 파일럿 압력을 이용한 파일럿제어방식(Pilot Control Method)이 사용되었다. 파일럿제어방식의 변속감도와 출발성능을 개선시키기 위해서는 모듈레이션밸브(Modulation Valve)에 장착된 두 개의 스프링의 상수를 변경하여 변속감도나 출발성능을 개선할 수 있었다.
	파일럿제어방식의 변속감도와 출발성능을 개선시키기 위해서 모듈레이션밸브에 장착된 두 개의 스프링의 상수를 변경하는 방법의 문제점은 무엇인가?	파일럿제어방식의 변속감도와 출발성능을 개선시키기 위해서는 모듈레이션밸브(Modulation Valve)에 장착된 두 개의 스프링의 상수를 변경하여 변속감도나 출발성능을 개선할 수 있었다. 이러한 개선방법은 많은 테스트 비용과 시간이 소요되고 향상된 고객들의 기대치를 충족시키는데 어려움이 발생한다.

참고문헌 (10)

C. S. Jeong, K. D. Kim, H. O. Lee, C. D. Lee, S. Y. Yang, "A Study on Prediction for Modulation Performance os Power Shift Transmission of Mini Forklift Truck", KSFC spring Conference, pp.39-43, 2008
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J. Y. Oh, G. H. Lee, C. H. Jung, "The Hydraulic System Modeling and Analysis of the Automatic Transmission using Clutch Direct Control for Forklift Truck", KSFC Fall Conference, pp.70-75, 2007
H. Y. Kim, C. S. Lee, Y. W. Jeong, "A Study on Modulation of Forklift Transmission and Improvement of Inching Performance", Pusan university report, pp.9-48, 2005
J. Y. Oh, G. S. Kim, J. H. Lee, K. G. Hwang, S. H. Lee, "Clutch Hydraulic System Modeling and Analysis using Direct Type Control for Automatic Transmission of Forklift Truck", KSPE Spring Conference, pp.885-890, 2006
S. N. Yun, Y. H. Choi Y. B. Ham, K. Y. Kim, "Characteristics Analysis of Pilot Operated Pressure Control Valve" KSPE Spring Conference, pp.725-728, 2002
B. H. Kwon, S. B. Kim, H. S. Kim, "Modeling of a Clutch to Clutch Controlled Automatic Transmission and Simulation Tool for Prediction of Shift Quality", KSAE Spring Conference, pp.431-436, 2000
Y. M. Jeong, C. S. Jeong, S. Y. Yang, "A Study on Development of Proportional Control Valve System for Small Forklift", KSFC Spring Conference, pp.105-108, 2012
H. G. Jang, D. Y. Kuk, J. G. Lee, J. H. Choi, "Development of Start Fell Index of a Forklift Truck", KSNVE Spring Conference, pp.1094-1099, 2001
Y. M. Jeong, K. Lim, S. Y. Yang, "A Study on Applying the Direct Control Method for Small Forklift Transmission System", KSFC, Vol 10, No. 4, pp. 34-40, 2013

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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