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문제 정의
- 본 연구는 무동력 복합작업기 개발을 위해 벤치마킹을 위해 구입한 제품의 강도분석을 통해 설계인자를 도출하기 위하여, 스캐닝을 통해 역설계 모델링을 수행한 후, 구조 해석을 주요부인 프레임, 치즐쟁기, 디스크 해로우 3부분으로 나누어 해석을 수행하였다. 프레임과 디스크해로우의 구속 조건은 서로 연결되는 면을 중심으로 선택하였고, 치즐쟁기는 고정형 유압기에 연결되는 핀과 프레임과 연결된 핀을 선택했다.
가설 설정
- 프레임과 디스크해로우의 구속 조건은 서로 연결되는 면을 중심으로 선택하였고, 치즐쟁기는 고정형 유압기에 연결되는 핀과 프레임과 연결된 핀을 선택했다. 견인력은 Powertrain 효율이 100%, 토양추진력이 100%라고 가정하였으며, 100마력의 힘은 17,663N이고 150마력은 26,495 N, 200마력은 35,327N을 프레임에 작용하는 하중으로 사용하였다. 치즐쟁기와 디스크 해로우는 총 22개이기 때문에 견인력을 22로 나누어 하중을 적용하였다.
- 디스크부분의 해석은 각도에 따른 응력 변화 값을 통해 안전한 설계를 위해 지면과 맞닿는 각도별로 0°, 9°, 18°, 27°, 36°의 각도를 가정하여 모델링하고 해석하였다.
- 국산 개발 목표 속도인 15km/h로 트랙터의 견인력을 계산하여 작업기에 걸리는 부하를 예측하였다. 트랙터의 견인력은 소요동력 효율 100%와 Powertrain 효율 및 토양추진력을 감안하여 각 90%, 85%로 가정하여 Table 1과 같이 계산하였다. (P = 소요동력, kw), (T = 토크, kN.
- 736을 곱하여 동력으로 환산하였고, 속도와 타이어의 반경을 통해 각속도를 산출하였다. 트랙터의 예상 견인력은 Powertrain 100%에 토양추진력 100%로 가정하였을 때 100마력 17,663.99N, 150마력 26,495.99N, 200마력 35,327.99N이고, Powertrain 90%에 토양 추진력을 85%로 가정하였을 때 100마력 13,512.95N, 150마력 20,269.4N, 200마력 27,025.91N이다. 치즐과 디스크에 걸리는 견인력 계산은 치즐과 디스크의 개수인 22개를 각 마력별 예상 견인력으로 (Traction/22) 나누어 해석을 실시하였다.
- 메인 프레임의 구조 강도 해석을 하기 위하여 해석에 영향을 미치지 않는 부분을 제거하여 단순화 3D 모델링을 하였다. 해석 조건으로 디스크 해로우가 부착되는 메인프레임의 맨 앞의 프레임과 뒤쪽 프레임이 고정된 것으로 가정하여 Fixed support로 구속하였고, 중력 방향으로 디스크와 치즐 무게를 모두 포함한 무동력 디스크 해로우 복합 작업기의 전체 무게 1832.81kg이 작용하로록 하고, 메인프레임의 3점히치 부분에 트랙터의 견인력이 작용하여 복합작업기의 진행방향으로 힘이 작용하는 것으로 가정하였다. Table 2와 Table 3은 프레임의 물성과 기계적 특성을 나타내며, 인장강도가 약 345MPa이다.
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