[논문]차륜형장갑차용 유압펌프의 해석 및 시험을 통한 신뢰성 확보에 관한 연구

김원재; 이호준; 최청석; 서석호; 최성웅

doi:10.14775/ksmpe.2020.19.09.078

차륜형장갑차용 유압펌프의 해석 및 시험을 통한 신뢰성 확보에 관한 연구
A Study on Ensuring Reliability of Hydraulic Pumps for Wheeled Armored Vehicles through Analysis and Testing 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.9, 2020년, pp.78 - 84

김원재 (국방기술품질원) , 이호준 (국방기술품질원) , 최청석 (국방기술품질원) , 서석호 (국방기술품질원) , 최성웅 (피엠씨)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces the structural and vibration analysis performed in the localization development process of hydraulic pumps used in wheeled armored vehicles. The maximum strain, maximum stress, maximum displacement, and minimum safety factor were calculated using structural analysis. Furthermore, it was found that the dangerous resonance frequency was avoided through vibration analysis. In addition, the reliability of the analysis results was verified by passing various tests, such as the actual vibration test and the actual durability test. The developed hydraulic pump is expected to contribute significantly to the maintenance of military vehicles in the future.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 2016년~2019년에 걸쳐 국산화 개발에 성공한 가변피스톤형 유압펌프의 구조 안전성 검증을 위한 해석과정을 소개한다. 또한, 안전성 향상을 위한 형상개선 및 소재 변경을 진행하여 최적화 모델을 제시하였고, 실제 시험을 통해 구조 안전성의 해석 결과를 입증하였다.

제안 방법

본 논문에서는 2016년~2019년에 걸쳐 국산화 개발에 성공한 가변피스톤형 유압펌프의 구조 안전성 검증을 위한 해석과정을 소개한다. 또한, 안전성 향상을 위한 형상개선 및 소재 변경을 진행하여 최적화 모델을 제시하였고, 실제 시험을 통해 구조 안전성의 해석 결과를 입증하였다.
제품의 소성변형 및 파괴여부를 판단하고, 공진 주파수 영역을 회피하기 위해 실제 제작에 앞서 해석(Structural, Mode, Harmonic analysis)을 실시하였다. 해석에 필요한 주요 구성품의 재질정보는 Table 2에 기계적 물성 데이터는 Table 3에 나타내었다.
74MPa이 확인되었다. 해당 부분의 최소 안전율을 개선하기 위해 해당부분을 라운딩으로 설계 변경하여 응력이 집중되는 것을 분산되도록 보완하였다. 그 결과 Fig.

대상 데이터

Fig. 1과 같이 차륜형장갑차에 적용되는 가변피스톤형 유압펌프는 차체 동력장치인 변속기 출력축에 연결되어 오일냉각장치에 필요한 유압동력을 공급하는 부품이다. Table 1과 같이 3개의 그룹으로 구성되어 있는 유압펌프는 구동축이 회전할 때 피스톤의 왕복운동을 통해 유압유를 흡입 및 토출하여 시스템 조건에 따라 캠의 경사각을 조절하여 유량을 조절한다.
13과 같이 구동축 조립부 끝단의 날카로운 모서리 영역에서 최대 응력이 389MPa로 높게 나타났다. 이를 개선하기 위해 끝단부를 모따기하여 불합리한 응력이 걸리는 것을 개선하고 소재를 GCD500으로 변경하였다. 그 결과 Fig.

데이터처리

구조 해석에 사용한 데이터를 바탕으로 메인하우징, 마운팅 플랜지, 밸브 블록에 대해 진동해석을 수행하였다.
해석을 통해 설계 안전성을 검증한 후 제작한 시 제품이 실제 사용에 적합한지를 확인하기 위해 시험평가를 실시하였다. 수입품의 카탈로그, MIL-STD -810F^[3], KDS 2355-0001^[4], KDS 2355-0002^[5] 등을 근거로 성능, 환경, 750시간 내구도, 체계장비 부착 등의 시험평가계획서를 수립하여 시험을 수행하였으며, 수행한 Table 10~13의 시험 항목에 대해 “기준 충족”함으로써 개발품의 성능을 입증 하였다.

성능/효과

2. 충격시험(20g), 내구도시험(750시간) 등의 실제시험을 통해 수치적으로 검증한 유압펌프의 안전성을 입증하였다.
3. Table 10~13의 시험을 통해 유압펌프의 성능뿐만아니라 차륜형장갑차에 장착한 경우에도 문제가 없음을 입증하였다.
본 연구를 통해 국산화 개발에 성공한 유압펌프는 적합한 시험결과를 바탕으로 우수한 품질의 제품으로 입증되어, 현재 차륜형장갑차 국방규격에 등재되어 전용장비로 사용되고 있다. 아직 군수용으로는 개발 실적이 미진한 유사 유압펌프가 향후 본 연구에서 서술된 절차 및 기술을 통해 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

후속연구

본 연구를 통해 국산화 개발에 성공한 유압펌프는 적합한 시험결과를 바탕으로 우수한 품질의 제품으로 입증되어, 현재 차륜형장갑차 국방규격에 등재되어 전용장비로 사용되고 있다. 아직 군수용으로는 개발 실적이 미진한 유사 유압펌프가 향후 본 연구에서 서술된 절차 및 기술을 통해 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적인 피스톤형 유압펌프의 특징은?	일반적인 피스톤형 유압펌프는 국내 유압 전문회사에서 건설기계용, 일반산업용으로 국내 개발 및 생산을 하여 적용하고 있으며 기술적, 가격 경쟁력에 있어서 높은 수준에 도달해 있다. 하지만, 군수품의 경우 체계장비에서 요구되는 제한적인 크기와 출력성능, 운용환경을 고려한 환경시험, 체계 적합성 등 다양한 시험 입증이 필요하기 때문에 그동안 국내 개발을 못하고 있었다.
	실제 제작에 앞서 해석을 실시한 이유는 무엇인가?	제품의 소성변형 및 파괴여부를 판단하고, 공진 주파수 영역을 회피하기 위해 실제 제작에 앞서 해석(Structural, Mode, Harmonic analysis)을 실시하였다. 해석에 필요한 주요 구성품의 재질정보는 Table 2에 기계적 물성 데이터는 Table 3에 나타내었다.
	유압펌프 개발을 통해 얻은 연구내용 및 결과는?	1. 구조, 진동 해석을 통해 설계 측면에서 문제가 없음을 수치적으로 검증하였다. 2. 충격시험(20g), 내구도시험(750시간) 등의 실제시험을 통해 수치적으로 검증한 유압펌프의 안전성을 입증하였다. 3. Table 10~13의 시험을 통해 유압펌프의 성능뿐만아니라 차륜형장갑차에 장착한 경우에도 문제가 없음을 입증하였다.

참고문헌 (5)

Kim, K. S., "An Oil Pressure Supply Device of a Car", KR Patent 1020130029156, filed 19, March, 2013, and issued 26, July, 2013.
ISO 898-1, "Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel - Par 1 : Bolts, screws and studs with specified property classes, International Standardizing Organization", 2009.
MIL-STD-810F, Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests, Department of USA, 2000.
KDS 2355-0001, LIGHT ARMORED VEHICLE, 6x6, Korea Defence Standard, 2018.
KDS 2355-0002, LIGHT ARMORED VEHICLE, 8x8, Korea Defence Standard, 2018.

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