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문제 정의
- 각 부품들의 개발을 통한 원가 절감을 달성함으로써 경쟁력을 갖는 것이 절실한 상황이다[2]. 따라서 본 연구에서는 선박용 갑판기계인 유압 윈치에 사용되는 부품 중 레귤레이터의 개발과 성능 향상을 위한 설계 파라미터를 정의하기 위하여 Fig.1과 같이 설계 flow chart를 작성하고 이 순서로 선박용 윈치의 사용 환경 그리고 설계식과 파라미터 등을 조사하였다. 레귤레이터의 주요 기능으로는 선박용 윈치의 구성품 중 유압모터의 편심량을 자동으로 조절하는 것으로, 부하가 적을 때는 모터의 회전반경이 적어 고속 회전, 저 토크로 작동하고, 부하가 증가하면 그에 따라 모터의 회전 반경이 커져 저속 회전, 고 토크로 작동되게 하는 기능을 한다.
- 본 연구는 기존 국산화 제품의 개선 제품을 만들기 위한 기초연구로, 레귤레이터의 기능에 영향을 미치는 파라미터를 정의하기 위해 기능을 분석하여 주요 부품을 먼저 정의하였다. 다음 단계로 각 주요 부품들이 이 레귤레이터에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 먼저 일반적인 밸브의 기본 이론을 정리 하였고, 레귤레이터에 사용할 기본적인 치수인 body에서의 각 포트 크기 그리고 spool의 크기, 스풀의 최대 stroke, 스프링 상수 등을 분석하여 설계하였다.
- 본 연구에서는 레귤레이터의 주요 설계 파라미터의 변화에 따른 거동 특성을 예측하기 위하여 시뮬레이션 모델을 모델링 한 후, 이 모델의 신뢰성을 검증하기 위해 밸브의 압력 변화 실험을 실시하였다. 이 실험에 사용된 실험 장비는 Fig.
- 스풀과 슬리브 사이의 겹침 형태가 오버랩이 될 경우 밸브의 압력 특성에서 불감대 영역이 생기게 되며 이는 정밀한 제어를 요구하는 시스템에서는 오차를 가지게 되는 주요 원인이 되는 주요 인자이나, 오버랩의 길이가 길어질 경우 스풀과 슬리브 사이의 간극을 키울 수 있는 장점이 있으므로 적정 길이를 택하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 오버랩의 길이를 변화시켜 스풀의 위치변화에 따른 각 포트에서의 압력 변화 특성을 예측하기 위하여 AMESim을 이용한 1D 해석을 실시하였으며, 스풀과 슬리브의 적정한 오버랩 길이를 정하기 위하여 CFX를 이용한 3D 해석을 수행하였다. 이 결과는 Fig.
- 본 연구에서는 이 간극이 변화할 때 스풀의 위치변화에 따른 각 포트의 압력변화와 누유량을 예측하기 위하여 AMESim을 이용한 1D 해석을 실시하였다. 간극 c= 0.
- 선박용 윈치에 사용되는 레귤레이터의 개선 모델을 만들기 위하여 설계 파라미터의 변화에 따른 레귤레이터 거동 특성을 예측하기 위한 시뮬레이션 모델을 상용되고 있는 레귤레이터를 분석하여 먼저 modeling 하였다. 이 모델의 신뢰성을 검증하기 위하여 실험을 실시하였다. 70~80 bar 사이에서 스풀이 절환 되도록 세팅하여 실험을 실시하였고, 그 결과를 AMESim을 이용한 1D 해석 결과와 비교한 결과는 Fig.
- 9과 같다[13]. 이 실험 장치의 경우 스풀의 변위에 따라 각 포트의 압력이 어떻게 변화 하는지 파악하여 이 밸브의 거동 특성을 파악하고, 필요한 압력 절환 압력에서 스풀의 위치를 변화 시키는 것에 목적이 있다. 본 연구에서는 70~80bar 사이에서 스풀이 절환 되도록 세팅하여 실험을 실시하였다.
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