[논문]동력경운기 트레일러의 진동감쇠장치 개발(II) - 3축 진동 특성 -

홍종호; 이홍주; 이성범; 김성엽; 강인철

동력경운기 트레일러의 진동감쇠장치 개발(II) - 3축 진동 특성 -
Development of Vibration Absorption Device for the Transportation-Trailer System (II) - 3-Dimensional Vibration Characteristics - 원문보기

홍종호 (한경대학교 생물자원기계학과) , 이홍주 (한경대학교 생물자원기계학) , 이성범 (한경대학교 생물자원기계학) , 김성엽 (한경대학교 생물자원기계학) , 강인철 (한경대학교 생물자원기계학과)

우리나라의 농가에서 운반용으로 사용되고 있는 동력경운기와 트랙터 등의 트레일러는 현가장치와 방진장치가 없는 것이 대부분이다. 이런 트레일러를 비포장 된 과수원 등의 농장에서 과채류를 포장되지 않은 상태로 적재물이 트레일러의 바닥에 깔린 채 소량을 적재한 상태로 저속으로 운송될 때 충격, 진동, 마찰 등으로 많은 수송 손실이 예상된다. 이런 수송손실을 줄이기 위해서는 트레일러에 전달되는 진동을 줄여야 한다. (중략)

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문제 정의

본 연구는 동력경운기 트레일러에 기존의 운송트럭에서 채택하고 있는 현가장치를 장착하여 저주파 진동을 줄이고, 경운기 본체와 트레일러의 연결히치 부분에 진동홉수 가황고무를 장착한 시스템을 개발장착하여 수송 중에 발생되는 진동요인을 최소화하는 방안을 찾고자 실시하였으며, 개발된 진동홉수 및 현가장치 시스템의 3차원 진동가속도 감쇠효과를 분석하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 동력경운기 트레일러에 기존의 운송트럭에서 채택하고 있는 스프링 시스템의 현가장치를 장착하여 저주파 진동을 줄이고, 엔진과 트레일러의 연결히 치 부분에 진동 흡수가 황고무를 장착한 시스템을 개발· 장착하여 수송 중에 발생되는 진동요인을 최소화하는 방안을 찾고자 하였다.

제안 방법

Petter(1998), Hinsch(1993), Slaughter 1993) 등의 연구 결과를 종합하여 보면 농산물 수송 시에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 진동가속도와 주파수의 크기라고 분석되어 있고, 특히 진동주파수의 크기가 결정적인 영향을 미치는 것으로 분석되어 있다. 120Hz 미만의 주파수가 딸기, 체리 등 연약한 과일의 수송 손실에 영향을 미치고, 40Hz미만의 주파수는 복숭아, 토마토 등의 수송 손실에 영향을 미치며, 20Hz미만의 주파수가 배, 사과, 감자 등의 수송 손실에 영향을 미치는 범위로 지적되어 있으므로 이 범위 내에 있는 주파수의 비율을 파악하여 기존 트레일러의 사용 가능성과 개발한 트레일러의 방진효과를 검정하였다.
과채류를 수확하여 수집하고 운반하는 도중에 엔진이 운행 중인 상태로 트레일러가 정지된 경우에 더욱 큰 손상요인이 발생하는 것으로 연구된 것을 감안하여 주행이 정지된 상태에서 엔진의 출력에 따른 진동주파수와 3차원 진동가속도의 크기를 측정하였고, 동력경운기가 주 행중인 상태에서 엔진의 진동이 트레일러 에 어떻게 전달되는지를 파악하기 위하여 경사도가 없는 아스팔트 포장도로에서 실제로 주행할 때의 진동 주파수와 3차원 진동가속도의 변화를 측정하였다.
동력경운기 엔진 속도를 lOOOrpm의 정격회전수로 운전한 상태에서 기체가 정지된 상태와 기체 가 운송 중인 상태로 구분하여 시험하였고, 수송 중의 주행 속도는 0.35m/s로 조절하여 정속주행이 되도록 노력하였다. 측정값은 주행 후 약 10초가 경과된 위치에서 10초 동안 측정된 값의 평균값을 200Hz까지의 범위 내에서 분석하였다.
따라서 동력경운기 트레일러 운송시에 진동가속도가 가장 큰 것으로 지적되고 있는 트레일러 중앙 부분의 최상층 부 적재상자에 3차원 진동가속도 센서를 부착.측정하였으며, 기존의 동력경운기 트레일러와 본 연구에서 개발된 현가장치 및 진동흡수 장치가 부착된 트레일러와 비교하여 수송 중의 3차원 진동가속도 감쇠효과를 분석하였다.

대상 데이터

본 시험에 사용된 동력경운기는 정격출력 10PS의 수냉식 디젤엔진을 탑재한 중량 384kg인 이륜형이며, 트레일러는 일반적으로 농가에서 많이 사용되고 있는 진동홉수 장치가 전혀 없는 것과 본 연구에서 개발된 진동흡수 및 현가장치를 장착한 것을 사용하였다.

데이터처리

35m/s로 조절하여 정속주행이 되도록 노력하였다. 측정값은 주행 후 약 10초가 경과된 위치에서 10초 동안 측정된 값의 평균값을 200Hz까지의 범위 내에서 분석하였다.

성능/효과

(1) 주행하지 않는 정적인 상태에서 엔진 부분에서는 거의 비슷한 값으로 나타났으며, 적재한 배상자의 상단에서 X-방향의 평균 진동가속도는 0.00llm/s2에서 0.0004m/s2로, Y-방향은 0.0070m/s2에서 0.00llm/s2로, 그리고 Z-방향은 0.0899m/s2에서 0.0666m/s2로 나타나, 기존의 방진장치가 없는 트레일러에 비하여 진동흡수 및 현가장치를 장착한 트레일러에서 3차원 진동가속도 값이 26%~84% 정도로 현저히 감소하는 것으로 나타났다.
(2) 아스팔트 포장도로 위를 0.35m/s로 주행할 때, 엔진 부분에서는 거의 비슷한 값으로 나타났으며, 적재한 배상자의 상단에서 X-방향의 진동가속도는 0.0019m/s2에서 0.0009m/s2 S, Y-방향은 0.027m/s2에서 0.012m/s2에서 그리고 Z-방향은 0.201m/s2에서 0.153m/s2로 나타나, 기존의 방진장치가 없는 트레일러에 비하여 진동홉수 및 현가장치를 장착한 트레일러에서 3차원 진동가속도 값이 24%-56% 정도로 현저히 감소하는 것으로 나타났다.
0899m/s2에서 O.OG&Sm/s?로 나타나, 기존의 방진장치가 없는 트레일러에 비하여 진동흡수 및 현가장치를 장착한 트레일러에서 3차원 진동가속도 값이 현저히 감소하는 것으로 나타났다.
엔진 부분에서는 거의 비슷한 값으로 나타났으며, 적재한 배상자의 상단에서 X-방향의 평균진동 가속도는 0.0019m/s2에서 0.0009m/s2S, Y-방향은 0.027m/s2에서 0.012m/s2S, 그리고 Z-방향은 0.201m/s2에서 0.153m/s2로 나타나, 기존의 방진장치가 없는 트레일러에 비하여 진동흡수 및 현가장치를 장착한 트레일러에서 3차원 진동가속도 값이 24%에서 56% 정도로 현저히 감소하는 것으로 나타났다.

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