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문제 정의
- 본 논문에서는 30마력 소형트랙터의 미드 PTO 축의 동력원을 사용하여 잔디깍이 작업을 하기 위한 고속 미드 모어 개발에 관한 것이다. 미드 모어의 고속화를 위해 미드 모어의 회전수는 3,000RPM 이상을 기준으로 요소 부품들을 설계/제작하였다.
- 본 논문에서는 소형트랙터의 미드 동력을 활용하기 위한 작업기인 잔디 절삭용 고속 미드 모어를 설계 및 제작하였다 제작된 고속 미드 모어의 성능은. 스트레이트 베벨기어의 정밀도 및 내구성, 기어 박스의 소음, 기어 박스 온도, 미드 모어의 최대 회전수, 잔디 절삭 시험 등으로 평가되었으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 3. 잔디 절삭 시험을 통하여 개발된 고속 미드 모어의 성능 유효성을 검증하였다.
- Fig. 2에서는 트랙터의 PTO 축으로부터 전달 받은 회전력을 기어박스의 기어비로 증폭된 회전력을 V-belt를 통해 모어에 장착된 칼날에 일정하게 전달해 주는 동력전달 메커니즘으로 고속 미드 모어의 설계를 구성하였다. Fig.
- Fig. 6에서는 칼날과 칼날의 오버랩(over-lap)거리를 나타내고 있으며, 본 연구에서는 잔디의 최적 절삭을 위해 오버랩 거리를 11.5mm로 설정하여 미드 모어를 설계하였다.
- 미드 모어의 고속화를 위해 미드 모어의 회전수는 3,000RPM 이상을 기준으로 요소 부품들을 설계/제작하였다. 개발된 고속 미드의 성능은 스트레이트 베벨기어의 정밀도 및 내구성, 기어 박스의 소음, 기어 박스 온도, 미드 모어의 최대 회전수, 잔디절삭 시험 등으로 고찰하고자 한다.
- 고속 미드 모어의 잔디 절삭 조건은 소형 트랙터 미드 PTO를 2,200RPM으로 고정하여 기어박스 출력축 3,000RPM에서 시험하였다.
- 그리고 기어를 좌·우로 최대한 회전시켰을 때의 다이얼게이지 값을 백래쉬 값으로 측정하였다.
- 기어박스의 내구성 시험에서는 출력축 회전수를 약 3,000RPM으로 설정한 후 1시간 가동 후에 기어박스 내부에 장착된 기어의 마모와 기어박스 외부의 누유 현상을 육안으로 관찰하였다.
- 모어의 절삭조건은 절삭높이, 절삭된 잔디 끝부분 상태, 지면상태, 잔디길이, 절삭용 잔디 또는 풀의 종류 등에 따라 설계 조건이 달라지며, 본 연구에서는 지면으로부터의 칼날높이가 약 5mm에서부터 81mm 범위까지 절삭높이를 조절할 수 있는 구조로 설계하였다(Fig. 4).
- 미드 모어에 장착되는 기어박스의 내구성 평가를 위해 입력축 회전수를 2,200RPM으로 설정하여 기어박스를 회전시켰으며, 스트레이트 베벨기어의 기어비(1:1.4)에 의해 출력축 회전수는 약 3,000RPM으로 측정되었다.
- 미드 모어의 고속 회전을 위해서는 기어의 설계가 중요할 역할을 수행하며 본 연구에서는 기어비를 1:1.4로 설계하였다 에서는 트랙터의 PTO축으로부터 전달된 동력을 V-belt에 전달하기 위한 스트레이트 베벨기어의 중요 치수를 나타내고 있다.
- 본 논문에서는 30마력 소형트랙터의 미드 PTO 축의 동력원을 사용하여 잔디깍이 작업을 하기 위한 고속 미드 모어 개발에 관한 것이다. 미드 모어의 고속화를 위해 미드 모어의 회전수는 3,000RPM 이상을 기준으로 요소 부품들을 설계/제작하였다. 개발된 고속 미드의 성능은 스트레이트 베벨기어의 정밀도 및 내구성, 기어 박스의 소음, 기어 박스 온도, 미드 모어의 최대 회전수, 잔디절삭 시험 등으로 고찰하고자 한다.
- 본 연구에서는 소형 트랙터(60마력 이하 기준)의 미드 PTO 축(입력축)의 동력원을 사용하여 미드 모어 기어박스(출력축)의 고속화를 위해 회전수를 3,000RPM 이상으로 설정하여 미드 모어의 기본 설계를 정의하였다.
- 본 논문에서는 소형트랙터의 미드 동력을 활용하기 위한 작업기인 잔디 절삭용 고속 미드 모어를 설계 및 제작하였다 제작된 고속 미드 모어의 성능은. 스트레이트 베벨기어의 정밀도 및 내구성, 기어 박스의 소음, 기어 박스 온도, 미드 모어의 최대 회전수, 잔디 절삭 시험 등으로 평가되었으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 고속 미드 모어의 잔디 절삭 조건은 소형 트랙터 미드 PTO를 2,200RPM으로 고정하여 기어박스 출력축 3,000RPM에서 시험하였다. 잔디의 절삭 높이는 지면에서부터 약 25mm로 설정하여 미드 모어 높이를 조절하여 잔디 절삭 시험을 수행하였다. Fig.
- 치합패턴은 그림에서 보는 바와 같이, 황색 물감을 이빨 부분에 칠한 후 기어를 회전시켜 전체적으로 기어와 피니언 이빨 부분에 대한 황색 물감의 패턴을 육안으로 관찰하였다. 치합패턴은 기어와 피니언의 이빨 부분에 황색 물감이 일정하게 분포하는 것을 확인할 수 있었다.
- 5에서는 잔디의 고속 절삭을 수행하기 위해 칼날부의 3차원 설계를 나타내고 있다. 칼날의 설계 특징으로는 3,000RPM 고속 절삭을 위해 칼날의 센터를 기준으로 칼날의 양쪽 끝 부위가 이중으로 밴딩된 구조로 설계하였고, 이러한 칼날의 설계 구조는 모어 하부 내에서 보다 더 강한 바람을 생성할 수 있도록 설계하였다.
- 미드 모어의 기어박스 회전수를 3,000RPM 구동 시에 기어박스 내부의 온도를 평가하기 위해 KS A 0511 규정을 참고하여 시험하였다. 평가방법으로는 Fig. 17에서 보는 바와 같이 미드 모어의 전용시험기에 기어 오일이 주입된 기어박스를 장착하여 1시간 가동 후 정지시킨 후에 기어박스 상부를 열어 비접촉 적외선 온도계(Raytek, Type MX)를 사용하여 기어박스 내의 온도를 측정하였다. 기어박스 내부 온도 측정은 5개의 기어박스에 대하여 측정되었다.
대상 데이터
- 1에서는 트랙터의 전면에 장착된 프론트 모어와 트랙터의 중간 위치에 장착된 미드 모어의 사진을 나타내고 있다. 모어의 핵심 구성은 트랙터의 PTO 축의 동력을 전달받는 기어박스부, 잔디를 예취하는 블레이드부, 예취된 잔디의 원활한 배출과 안전을 위한 데크(deck) 등으로 구성된다.
- 10에서는 고속 미드 모어에 장착하기 위해 제작된 이중 휨 구조의 칼날의 사진으로 나타내고 있다. 칼날의 재질은 스프링강(SUP9)을 사용하였으며, 칼날의 내마모 향상을 위해 온도 800~900℃에서 담금질 열처리 후 약 80℃의 기름에 급랭을 시킨 후, 다시 300℃의 온도에서 전체 뜨임 열처리 작업을 실시하여 칼날의 경도가 HRC45 이상을 유지하도록 하였다.
데이터처리
- 미드 모어에 장착된 기어박스의 최대 구동 시에 소음을 측정하기 위해 KS I ISO11201 규정을 참고하여 시험하였으며, 평가방법으로는 Fig. 16에서 보는 바와 같이 미드 모어의 전용시험기에 기어박스를 장착하여 Sound Level Meter를 이용하여 기어박스 5개의 최대 구동 시에 소음을 측정하여 최고 값을 측정값으로 판정하였다. Table 3에서는 미드 모어의 전용시험기에 5개의 기어박스의 출력축 최대 회전수에서 측정된 소음 결과를 나타내고 있다.
이론/모형
- 미드 모어의 기어박스 최대 구동 시에 회전수를 평가하기 위해 KS B ISO229 규정을 참고하여 시험하였으며, 평가방법으로는 타코미터(MONARCH, Type PLT200)를 이용하여 최대 구동 시에 기어박스 출력축의 회전수를 평가하였다. 미드 모어의 회전수 시험은 5개의 기어박스를 미드 모어에 장착하여 시험되었다.
- 미드 모어의 기어박스 회전수를 3,000RPM 구동 시에 기어박스 내부의 온도를 평가하기 위해 KS A 0511 규정을 참고하여 시험하였다. 평가방법으로는 Fig.
성능/효과
- 1. 스트레이트 베벨기어의 백래쉬와 치합패턴은 설계 기준을 잘 반영하였으며, 기어박스의 내구성은 고속 회전에 영향이 없었다.
- 2. 고속화에 따른 기어박스 소음은 80dB이하, 기어박스 내부온도는 60 ℃이하, 미드 모어의 최대회전수는 3,000RPM 이상 등으로 측정되어 고속 미드 모어의 요구 성능을 만족시켰다.
- Table 5에서는 미드 모어에 장착된 5개의 기어박스의 출력축 최대 회전수 측정 결과를 나타내고 있으며, 측정 결과에서 보는 바와 같이 시험된 미드 모어에 장착된 기어박스의 최대 회전수는 3,000RPM 이상으로 측정되었고, 최대 회전수의 평균은 3,040RPM으로 측정되었다.
- 사진에서 보는 바와 같이, 내구성 전과 후의 기어 형상은 거의 변화없이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. Fig.
- 스트레이트 베벨기어의 백래쉬와 치합패턴 측정 결과에 의해 설계 기준을 잘 반영함을 확인할 수 있었다.
- Table 4에서는 미드 모어의 전용시험기에 5개의 기어박스의 출력축 3,000RPM에서 가동 후에 측정된 기어박스의 내부온도 결과를 나타내고 있다. 일반적으로 모어에서는 기어박스를 1시간 가동 후의 기어박스 내부 온도는 60℃이하로 규정하고 있으며, 측정 결과에서 보는 바와 같이 시험된 기어박스의 평균 내부온도는 55.86℃로 나타났으며, 고속회전 시에 기어박스는 내부 온도에 큰 영향이 없음을 확인할 수 있었다.
- Table 3에서는 미드 모어의 전용시험기에 5개의 기어박스의 출력축 최대 회전수에서 측정된 소음 결과를 나타내고 있다. 측정 결과에서 보는 바와 같이, 시험된 기어박스의 평균 소음은 77.70dB로 나타났다. 전체 소형트랙터의 소음 규정 90dB 이하로 소음은 양호한 것으로 판단된다[5].
- 치합패턴은 그림에서 보는 바와 같이, 황색 물감을 이빨 부분에 칠한 후 기어를 회전시켜 전체적으로 기어와 피니언 이빨 부분에 대한 황색 물감의 패턴을 육안으로 관찰하였다. 치합패턴은 기어와 피니언의 이빨 부분에 황색 물감이 일정하게 분포하는 것을 확인할 수 있었다.
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