초록 ▼

3. 개발결과 요약

최종목표
o 22톤 중형 굴삭기용 하이브리드 동력시스템 설계기술 개발 및 시작품 제작
- 기존 굴삭기 대비 연비 향상율 35%
- 작업 성능 100%
- CO₂ 총량 35% 이상 저감
o 유압에너지 회생용 유압펌프모터 성능 최적화 및 B₁₀ 10,000hr 신뢰성 확보
o 하이브리드 굴삭기용 선회감속기 시제품 제작 및 시험/평가 기술 연구 - 감속기 최대 출력토크 : 12,000N.m - 감속기 소음 : 84 dB(A)

3. 개발결과 요약

최종목표
o 22톤 중형 굴삭기용 하이브리드 동력시스템 설계기술 개발 및 시작품 제작
- 기존 굴삭기 대비 연비 향상율 35%
- 작업 성능 100%
- CO₂ 총량 35% 이상 저감
o 유압에너지 회생용 유압펌프모터 성능 최적화 및 B₁₀ 10,000hr 신뢰성 확보
o 하이브리드 굴삭기용 선회감속기 시제품 제작 및 시험/평가 기술 연구 - 감속기 최대 출력토크 : 12,000N.m - 감속기 소음 : 84 dB(A) - 감속기 수명 : B₁₀ 10,000시간

개발내용 및 결과
o 선회-붐 회생 복합형 하이브리드 굴삭기 시작품 제작 및 성능 평가하여 기존 굴삭기 대비
- 연비 향상율 35%
- 작업 성능 103.7%
- CO₂ 저감율 37.1% 등 정량적 목표 달성
o 붐 에너지 회생용 유압펌프모터 성능 최적화 및 B₁₀ 10,000hr 신뢰성 확보
- 유압펌프모터 최종 시작품 제작 및 공인인증시험을 통하여 효율, 동특성, 소음 등 정량적 목표 달성
- 가속수명시험을 통하여 B₁₀ 10,000hr 수명 검증
o 고감속 선회감속기 시제품 제작 및 시험/평가를 통하여 정량적 목표 달성
- 최대 출력토크 : 12,000N.m
- 효율 : 94.5 %
- 소음 : 82.1 dB(A) 기술개발 배경
o 최근 고유가 기조의 지속으로 건설기계의 연비가 고객의 Key Buying Factor로 자리 잡았고 Rental 업체의 비율이 증가하는 추세임을 고려할 때 하이브리드 건설기계 시장의 성장 가능성 이 매우 높음
o 중형급 굴삭기 이상은 2014년부터 TIER 3의 NOx 및 PM(Particulate Matter) 배출량보다 1/10 수준으로 줄어든 TIER 4 배기규제를 적용받는 등 환경규제가 강화되고 있음
o 일본 업체를 필두로 한 건설기계 선진업체의 경우, 하이브리드 또는 에너지 손실 저감기술을 적용한 장비를 개발 완료하였거나 시험 중에 있음
o 본 과제에서 개발하는 선회 회생 복합형 하이브리드 동력시스템 설계/평가 기술 및 붐 에너지 회생시스템 기술은 선진업체 대비 우월한 연비성능을 지니기 위한 하이브리드 굴삭기의 핵심기술임
o 붐 에너지 회생용 유압펌프모터는 복합형 하이브리드 체계뿐만 아니라 향후 직렬형(Series type)1) 하이브리드 체계에서도 반드시 필요한 핵심 기술임
o 하이브리드용 고감속 선회감속기는 선회 회생 복합형 하이브리드 굴삭기에서 선회전동기의 소형화를 위하여 반드시 필요한 부품임

핵심개발 기술의 의의
o 선회 회생 복합형 하이브리드 굴삭기 및 선회-붐 회생 복합형 하이브리드 굴삭기는 국내 최초로 신규 개발되었음
o 특히, 선회-붐 회생형 하이브리드 굴삭기는 전 세계적으로 상용화 사례가 없는 기술임
o 핵심부품인 엔진보조전동기, 선회전동기, 전력변환장치, Ultra-capacitor, 고감속 선회감속기, 유압펌프모터는 국내 참여 기관에서 설계/제작되었음 (해외 참여기관인 RWTH Aachen Univ.는 시뮬레이션 기반 붐 회생시스템 효율화, UC의 전기/열적 모델링 및 시험 등을 기반 기술을 수행함)
o 해외 수출 비중이 85%에 달하는 국내 건설기계 산업 현황을 고려할 때 향후 하이브리드 건설기계 시장 성숙 시 해외에서 선진업체와의 경쟁력 확보 및 시장 확대를 위하여 반드시 확보되어야 하는 기술/제품임

적용 분야
o 하이브리드 굴삭기 개발을 통해 축적된 기술은 향후 굴삭기 외 휠로더(Wheel Loader), 스키드 스티어 로더(Skid Steer Loader), 도저(Dozer) 등 건설중장비 뿐만 아니라 상용차 등에도 적용 가능함

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서 론 ... 18
• 제 1 절 과제의 개요 ... 18
• 1. 배경 ... 18
• 2. 개발 대상 기술․제품의 개요 ... 19
• 3. 용도 및 적용 분야 ... 21
• 제 2 절 개발 대상 기술·제품의 중요성과 파급효과 ... 22
• 1. 개발 대상 기술․제품의 중요성 ... 22
• 2. 개발 대상 기술․제품의 파급효과 ... 22
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 24
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 24
• 1. 최종 목표 ... 24
• 2. 평가 방법 ... 24
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 29
• 1. 2단계 목표 ... 29
• 2. 평가 방법 ... 29
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 34
• 1. 1차년도 ... 34
• 2. 2차년도 ... 39
• 3. 3차년도 ... 42
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 45
• 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 46
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 47
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 47
• 1. 2단계 연구개발 추진 일정 ... 47
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 50
• 3. 정량적 목표 항목 ... 53
• 4. 주요 유형/무형 성과 ... 54
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 63
• 1. 기술개발 추진체계 ... 63
• 2. 기술개발팀 편성도 ... 64
• 3. 참여기관별 상세 추진 내용 ... 65
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 192
• 1. 국내외 관련 기술 현황 ... 192
• 2. 하이브리드 굴삭기 시장 전망 ... 196
• 3. 사업화 전망 ... 198
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 199
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 200
• 부 록 ... 201
• A. 유압펌프모터 ... 201
• 1. 유압펌프모터 시험성적서 ... 201
• B. 선회감속기 ... 211
• 1. 감속비 32 고토크 선회감속기 Pilot용 시제품 ... 211
• 2. 고감속 저소음 선회감속기 선행연구 시제품 ... 213
• 3. 고감속 저소음 선회감속기 시제품 ... 214
• C. 저소음 저백래시 감속기 기초연구 ... 216
• 1. 기어 소음 선진기술 분석 ... 216
• 2. 저소음 저백래시 감속기 구조 비교 분석 ... 221
• D. IFAS/RWTH Aachen Univ. 보고서 ... 226
• 끝페이지 ... 228