[논문]내구성 향상을 위한 클러치 보빈 적용 고강성 전동식 제설기 개발

김기주; 박준협

doi:10.3795/ksme-a.2016.40.11.949

초록
AI-Helper

제설기가 구동할 때, 센서제어에 의해 구동하다보면 역방향으로의 무한 구동에 의하여 와이어가 반대로 감기거나 인장이 크게 걸려 파손되는 경우가 종종 발생한다. 또한 기존 제설기는 제설판이 철재로 제작되고 실린더도 무겁기 때문에 자체무게에 의해 전방으로 전복되는 일이 빈번하여 차량 파손이 되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 수동식 방향전환과 와이어 방식을 탈피한 센서 제어형 전자동 전동 제설기를 개발하였다. 노면 밀착도 유지와 충격시 삽날을 보호하여 내구성을 확보할 수 있도록 제설삽의 내구성과 제설삽을 제어하기 위하여 모터 자체의 충격방지 장치를 개발하였으며 클러치 역할을 하는 획기적인 장치인 보빈을 설계하여 장력과 피로도를 없애는 방법을 제안하고자 하며 이를 통해 차량에 무리를 주지 않고 제설기 수명을 연장시키도록 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

When a snowplow is operating in the up or down direction, the sensor stops the movement automatically and the wire could be broken from an endless drive in the reverse direction impact or conversely winding wire. In the present study, a new bobbin was designed to ensure the durability of snowplows; ...

When a snowplow is operating in the up or down direction, the sensor stops the movement automatically and the wire could be broken from an endless drive in the reverse direction impact or conversely winding wire. In the present study, a new bobbin was designed to ensure the durability of snowplows; in this design, the bobbin plays the role of a clutch during power transfer or idling. This will protect the blade of the snowplow during an impact and maintain close contact of the blade with the road. Therefore, the new technology to eliminate the tension and fatigue of the wire is suggested by winding a chain instead of the wire in the newly designed bobbin. From these, it was developed to extend the life of the snowplow without causing damages to the vehicle.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서 개발하고자 하는 제설기는 지방 또는 농촌의 좁은 도로의 동시다발적인 제설작업에 기여함을 목적으로 한다. 이를 위하여 현지 차종과 도로사정에 맞는 가볍고 사용이 간편한 저비용의 제설기 개발이 필요하다.

제안 방법

본 연구에서는 기존 삽날보다 더 가벼운 고강도 경량 복합수지 재료를 활용한 삽날을 개발하였으며 노면 밀착도 유지와 충격시 삽날을 보호하여 내구성을 확보할 수 있도록 제설삽의 안전과 제설삽을 제어하기 위하여 클러치 역할을 하는 보빈을 설계하여 장력과 피로도를 없애는 방법으로 와이어를 중심 보빈에 감아 부품을 최소화 하는 신기술을 제안하였으며 이를 통해 차량에 무리를 주지 않고 제설기 수명을 연장시키도록 개발하였다.

대상 데이터

또한 가벼운 중량으로 소형 차량에도 탈부착이 용이하고 제어가 간편하도록 삽날의 좌우 회전 전자센서 활대 및 상하작동 제어를 위한 센서로 효율적인 제설작업을 이룰 수 있도록 한다. 이러한 경량 전동 삽날 제설기는 차량의 전방으로부터 일정간격 이격 되도록 위치시켜 전방의 눈을 밀어 내도록 소정의 폭으로 호형 만곡면을 갖도록 형성되는 제설삽, 일정부가 제설삽의 배면을 향하도록 차량의 전방에 설치되는 브라켓에 결합되는 연결프레임, 연결 프레임의 상면에 회전부재를 매개로 하여 좌, 우 모터가 연결 프레임의 상면에 안착되고 양단부가 회전프레임에 결합되는 활대 및 회전프레임을 통해 제설삽을 좌우 방향으로 회전시키는 회전조절부로 구성하였다.

데이터처리

Fig. 10에 제설기 실제 차량 장착 시간 측정 동영상을 사진으로 나타내었으며 외부 공인인증시험기관인 한국기계연구원에 의뢰하여 장착시간을 측정하였다. Fig.
그 원인을 해결하기 위하여 제설기 활대를 지지해주는 마운팅 부위를 Fig. 7과 같이 설계변경(①번 부재를 ②번에 추가) 하였으며 강성의 변화를 Fig. 8의 경계조건(제설기 활대지지 양단에 각각 500N씩의 하중을 부여하였으며 제설기가 차량에 부착되는 부분은 고정)을 부여하여 상용 해석 프로그램인 Nastran 101(static analysis)을 이용하여 계산하였다. 설계변경 전과 변경 후의 해석 결과를 Fig.

성능/효과

(2) 본 연구에서 고안하여 차량 탈 x 장착이 용이하도록 판정된 제설기는 고 내구성 제설기로 저비용으로 고안되어 내구성 시험을 만족하였으며 상용화 가능할 것으로 판단되었다. 판매 후 사후관리(after service) 문제 발생 건수 저감을 통한 경제성 향상에 기여할 것이다.
(2) 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 제설기 주요 작동부품인 활대를 지지하는 마운팅을 재 설계변경 후 변경전후 강도해석을 실시하였으며 해석결과 설계변경 전 부품 대비 약 6배 변형량이 개선되는 것을 알 수 있었다.
10(a)는 장착전, (b)는 스타트 4초 후, (c)는 장착시작 20초 후, (d)는 33초 후, (e)는 39초 후, 마지막 (f)는 장착 47초 후 완벽히 장착이 된 후 삽날을 들어 올리는 작동까지 마친 상태를 나타내는 동영상이다. 장착 소요시간은 장착 후 삽날 정상 작동 확인까지 47초임을 확인하였으며 본 연구에서의 제설기 장착은 쉽고 빠르게 가능한 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 제설기 구동방식이 지니는 문제점은 무엇입니까?	또한 제설 효율을 높이기 위하여 차량 장착 후 상하좌우 회전이 자유로우며 센서제어를 활용하여 이들의 구동 형태를 운전석에서 제어 및 조종할 수 있는 리모콘 컨트롤 시스템이 적용된 자동제설기의 개발이 필요하다. 기존제설기는 좌우 회전의 경우 전체적인 회전 원의 크기가 작고 회전하는 부분에서 피로가 가중되어 파손되는 경우가 종종 발생한다. 상하 회전의 경우는 상 방향으로 제설기가 상승 시 센서가 자동정지 하거나 하강 시 센서 제어에 의하여 구동하다 보면 역방향으로의 무한 구동에 의하여 와이어가 반대로 감기기도 하여 와이어가 파손되는 경우가 발생한다. 또한 기존 제설기는 제설판이 철재로 제작되고 실린더도 무겁기 때문에 자체무게에 의해 전방으로 전복되는 일이 빈번하여 차량 파손이 되는 문제점이 있다.(1~6)
	경량 전동 삽날 제설기의 구성요소는 무엇입니까?	또한 가벼운 중량으로 소형 차량에도 탈부착이 용이하고 제어가 간편하도록 삽날의 좌우 회전 전자센서 활대 및 상하작동 제어를 위한 센서로 효율적인 제설작업을 이룰 수 있도록 한다. 이러한 경량 전동 삽날 제설기는 차량의 전방으로부터 일정간격 이격 되도록 위치시켜 전방의 눈을 밀어 내도록 소정의 폭으로 호형 만곡면을 갖도록 형성되는 제설삽, 일정부가 제설삽의 배면을 향하도록 차량의 전방에 설치되는 브라켓에 결합되는 연결프레임, 연결 프레임의 상면에 회전부재를 매개로 하여 좌, 우 모터가 연결 프레임의 상면에 안착되고 양단부가 회전프레임에 결합되는 활대 및 회전프레임을 통해 제설삽을 좌우 방향으로 회전시키는 회전조절부로 구성하였다.
	경량 전동 삽날 제설기의 장점은 무엇입니까?	이를 위하여 현지 차종과 도로사정에 맞는 가볍고 사용이 간편한 저비용의 제설기 개발이 필요하다. 또한 가벼운 중량으로 소형 차량에도 탈부착이 용이하고 제어가 간편하도록 삽날의 좌우 회전 전자센서 활대 및 상하작동 제어를 위한 센서로 효율적인 제설작업을 이룰 수 있도록 한다. 이러한 경량 전동 삽날 제설기는 차량의 전방으로부터 일정간격 이격 되도록 위치시켜 전방의 눈을 밀어 내도록 소정의 폭으로 호형 만곡면을 갖도록 형성되는 제설삽, 일정부가 제설삽의 배면을 향하도록 차량의 전방에 설치되는 브라켓에 결합되는 연결프레임, 연결 프레임의 상면에 회전부재를 매개로 하여 좌, 우 모터가 연결 프레임의 상면에 안착되고 양단부가 회전프레임에 결합되는 활대 및 회전프레임을 통해 제설삽을 좌우 방향으로 회전시키는 회전조절부로 구성하였다.

참고문헌 (6)

Kim, K. J. and Park, J. H., 2013, "Crash Simulation and Development of Automotive Bumper Impact Beam Design for Weight Reduction," Inter. J. for Eng. Modeling, Vol. 25, No. 1-4, pp. 53-58.
Kim, K. J., Lee, Y. C. and Park, J. H., 2015, "Fundamental Research on Power Train Systems for Electric Vehicles," Mat.-wiss.u. Werkstofftech, Vol. 46, No. 4, pp. 414-419.

상세보기
Park, J. H., Kim, K. J., Lee, J. W. and Yoon, J. K., 2015, "Light-Weight Design of Automotive Suspension Link Based on Design of Experiment," Inter. J. of Auto. Tech., Vol. 16, No. 1, pp. 67-71.

상세보기
Park, J. H. and Kim, K. J., 2013, "Optimal Design of Camber Link Component for Light Weight Automobile Using CAE (Computer Aided Engineering)," Inter. J. of Precision Eng. and Manuf., Vol. 14, No. 8, pp. 53-58.
Kim, K. J., 2016, "Light-Weight Design of Automotive Wheel Carrier by Using CAE (Computer Aided Engineering," KSMT, to be Published.
Kim, K. J., Goo, J. W., Kim, J. S., Lee, Y. H., Bae, D. S., Choi, B. I., Lee, H. J., Woo, C. S. and Kim, K. S, 2009, "Estimation of Dynamic Stiffness of a Rubber Bush," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 33, No. 11, pp. 1244-1248.

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