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문제 정의
- 이러한 문제로 DTH 해머 성능을 향상시키기 위한 개발이 어려운 상황이다. 따라서 DTH 해머 최적화 개발의 기초로서 본 논문에서는 현재 개발된 8인치 규모 해머의 실험 데이터와 동특성 시뮬레이션을 개발하여 타격에너지와 분당 타격수 성능을 규명하고 성능과 밀접하게 연계된 설계 인자를 분산분석을 이용하여 각 설계 인자가 성능에 미치는 영향도 확인하는 것을 목적으로 하였다.
- 본 논문에서는 모델링을 진행하기 위해 에버다임의 ROCKY08 8인치 DTH 해머의 제품 도면, 유압 회로도 등을 수집하여 모델 분석을 하였고, 이를 토대로 AMESim S/W를 이용하여 제품의 동특성 시뮬레이션 모델을 개발하였다.
- DTH 해머의 구조와 동작 원리는 제조사 별로 차이가 있다. 본 논문에서는 에버다임의 8인치 해머의 도면을 제공받아 구조를 파악하였다. Fig.
- 본 연구에서는 시뮬레이션과 분산분석을 이용하여 DTH 해머의 타격에너지와 분당 타격수 성능에 가장 영향이 큰 설계 인자와 그 영향도를 확인하는 것을 시도하였다. 그 결과 Fig 9~10에서 피스톤 속도에서는 Uu >Lu >Dr>VL 순으로 영향도가 차이 나며, Uu가 유의하며 영향도가 높은 설계 인자임을 확인하였다.
가설 설정
- DTH 해머는 비트 및 암반의 특성에 따라 영향을 받는다. 동특성 시뮬레이션 모델에서 암반은 중경암으로 가정하여 탄성-감쇠 요소로 단순하게 나타내었다. 여기에 입력된 암반의 강성에 해당하는 값 탄성계수(E)는 220MPa1), 단면적은 비트(Bit)의 지름을 대입하였고, 길이는 1m로 가정하여 다음 식에 대입하여 등가 탄성 계수를 구하였다.
- 동특성 시뮬레이션 모델에서 암반은 중경암으로 가정하여 탄성-감쇠 요소로 단순하게 나타내었다. 여기에 입력된 암반의 강성에 해당하는 값 탄성계수(E)는 220MPa1), 단면적은 비트(Bit)의 지름을 대입하였고, 길이는 1m로 가정하여 다음 식에 대입하여 등가 탄성 계수를 구하였다.
- 따라서 변위 측정 요소를 이용하여 피스톤의 이동 거리에 따라 유로가 개폐되도록 나타내었다. 피스톤과 닿는 부분의 마찰 부에는 누설이 있다고 가정하여 누설 요소를 사용하여 나타내고 도면에서 여유 치수 값을 입력하였다. DTH 해머는 공기 압축기에서 일정 유량의 공기를 지속해서 공급받기 때문에 일정한 온도의 공기를 공급한다는 가정으로 공기 압축기와 모터로 구성하였다.
- 피스톤과 닿는 부분의 마찰 부에는 누설이 있다고 가정하여 누설 요소를 사용하여 나타내고 도면에서 여유 치수 값을 입력하였다. DTH 해머는 공기 압축기에서 일정 유량의 공기를 지속해서 공급받기 때문에 일정한 온도의 공기를 공급한다는 가정으로 공기 압축기와 모터로 구성하였다. 공급되는 공기는 실제로는 공기와 같이 윤활유를 분사하여 공급하지만 동특성 시뮬레이션 모델에서는 실제 공기 요소를 사용하였다.
- 공급되는 공기는 실제로는 공기와 같이 윤활유를 분사하여 공급하지만 동특성 시뮬레이션 모델에서는 실제 공기 요소를 사용하였다. 공기 압축기에서 해머 입구로 들어가는 연결부가 길수록 압력이 상승하는 시간과 해머가 안정화하는데 걸리는 시간이 길어지므로 1m로 가정하였다. 전체적으로 열교환이 없는 상태로 가정하였으며, 완성된 동특성 시뮬레이션 모델은 Fig.
- 공기 압축기에서 해머 입구로 들어가는 연결부가 길수록 압력이 상승하는 시간과 해머가 안정화하는데 걸리는 시간이 길어지므로 1m로 가정하였다. 전체적으로 열교환이 없는 상태로 가정하였으며, 완성된 동특성 시뮬레이션 모델은 Fig. 5에 나타내었다. 시뮬레이션 결과 데이터는 해머가 안정화가 된 이후 4~5초 사이 데이터에서 결과를 얻었다.
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