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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)대호하이드로릭 |
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연구책임자 | 김당주 |
참여연구자 | 김영수 , 김병곤 , 정순배 , 함영복 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2019-05 |
과제시작연도 | 2019 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200006326 |
과제고유번호 | 1415161727 |
사업명 | 기계산업핵심기술개발사업(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-08-13 |
키워드 | 유압-기계식 변속기.트랜스미션 제어 알고리즘.동력전달 효율 전자비례제어.무단변속기.전자제어 HSU.트랙터.습식 다판식.유압 클러치.유성 기어 장치.지게차. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
1. HSU(Hydro Static Unit) 개발
- 용적 최적화 및 고압화 기술
- 전자 유압 제어 기술
2. 변속 제어 시스템 개발
- 변속, 주행모드 및 엔진/변속기 통합 제어 알고리즘 기술
- Simulation 모델링 기술
- TCU(Transmission Control Unit) 설계 기술
3. 시험평가 기술개발
- 핵심부품 및 무단변속기 완제품에 대한 성능, 신뢰성, 환경시험 기준 개발 및 표준안 작성
- 핵심부품 및 무단변속기
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
1. HSU(Hydro Static Unit) 개발
- 용적 최적화 및 고압화 기술
- 전자 유압 제어 기술
2. 변속 제어 시스템 개발
- 변속, 주행모드 및 엔진/변속기 통합 제어 알고리즘 기술
- Simulation 모델링 기술
- TCU(Transmission Control Unit) 설계 기술
3. 시험평가 기술개발
- 핵심부품 및 무단변속기 완제품에 대한 성능, 신뢰성, 환경시험 기준 개발 및 표준안 작성
- 핵심부품 및 무단변속기 시제품에 대한 성능 및 신뢰성 시험
4. 지게차용 무단변속기 기계동력 전달 모듈 개발
5. 전자-유압 제어 시스템 개발
6. 무단변속기 시제품 및 실차 시험 평가
7. 트랙터 무단변속기 플랫폼 개발
- 기어 트레인 및 변속부 최적 설계 기술
- 클러치 모듈 최적화 기술
8. 무단변속기 시제품 및 실차 시험 평가
- 핵심 모듈 및 시제품 시험 평가
- 실차(90 kW급 트랙터) 시험 평가
□ 개발내용 및 결과
1. 건설 중장비와 각종 농업용 기계에 사용가능한 환경 친화형 유압동력전달 모듈 개발
2. 유압모터의 고강성 설계를 통하여 유압모터의 수명과 안전성을 높이고, 설계기술을 확보함
3. 유압모터에 장착되는 방향제어밸브, 브레이크회로 등의 메커니즘의 안정된 성능을 유지할 수 있는 유압식 제어회로를 설계함
4. 기어 트레인 및 변속부 최적 설계 기술 및 클러치 모듈 최적화 기술 확보함
5. 개발에 따른 주철․주물, 단조 합금강, 냉간압연강, 등 적용되는 소재기술과, 열처리 기술의 연구를 통하여 안정된 내구수명을 얻고, 가공기술을 개발하여 습득함
6. 유압펌프의 동작을 제어하는 전자 유압제어 시스템을 장착하여 변속제어기술을 확보함
7. 액시얼 피스톤 펌프, 모터의 유량맥동 토크해석, 주요습동부 정압윤활설계, 유압모터의 메커니즘 확립과 부품설계기술 개발을 통하여 Rotary Group의 정․동특성을 해석하고, 분석함
8. 건설/농기계용 유압-기계식 무단변속기 제어장치 개발
- 지능형/고효율 무단변속 제어시스템
- 농기계용 무단변속기 신호모사장치
9. 트랙터의 무단변속기용으로 설계된 기어트레인은 기어 열이 최소화된 콤팩트한 구조이며 주요 출력동력 외에 보조 동력을 탑재할 수 있는 형태이며 내부구조는 아래그림과 같다. 주요 구성품은 3개의 유성기어와 4개의 클러치 그리고 1개의 HSU(정유압 변속기)으로 구성된다. 전진 2단과 후진 2단으로 운용되며 각각의 단에서는 HSU(정유압 변속기)에 의하여 무단으로 변속기 이루어진다. 각 변속 단은 클러치에 의하여 결정된다. 아래표는 각 단에서의 클러치 작동상태를 표시하고 있으며 4개의 클러치에 의하여 각 단의 운용이 결정된다.
10. 기어트레인 최적 설계 기술 확보
11. 클러치 모듈 최적화 기술 확보
12. 유압제어 설계 기술 확보
13. 통합 변속 제어 알고리즘 최적화 기술 확보
14. 인칭 모듈 최적 제어 기술 확보
15. 핵심 모듈 및 시제품 시험 평가 완료
16. 실차(90kW급 이상 지게차) 시험 평가 완료
□ 기술개발 배경
1. 지구환경의 보존, 충돌시 안전성, 운전의 편리성의 추구와 정보통신의 발전으로 최근의 차량은 크게 변화하고 있고, 차량 변속기도 이에 대응하여 자동변속기의 다 단화와 무단변속화의 경향이 점점 증대하고 있다. 특히 환경과 충돌안전성이 강조되면서 지구환경오염이 적은 차, 차세대의 하이브리드(Hybrid) 차량이 각광을 받고 있으며, 이를 위한 연비가 우수하고, 경량이면서 소형인 무단변속기에 대한 요구가 증가하고 있다.
2. 기계유압식 변속기(Hydro Mechanical Drive Transmission, HMT)는 엔진의 동력축에서 나오는 출력과 전자제어 HSU의 동력을 합쳐 전달할 수 있는 유성기어를 두고 두가지 힘을 동시 또는 분리하여 사용할 수 있는 동력전달 장치(무단변속기)를 말한다.
3. 고성능 전자제어 HSU는 유압액추에이터의 속도와 부하를 정밀하게 제어하는 기능과 더불어 동력을 제어함으로써 에너지를 절감하는 효과가 있고 전자유압 펌프는 유량, 압력, 동력 등의 정밀한 다기능 제어를 수행하여 시스템의 구성부품들을 대폭 줄일 수 있고, 전량 수입에만 의존하여 있는 고부가가치 제품이며 특히, 대일무역적자가심각하다.
□ 핵심개발 기술의 의의
1. 세계 차량의 무단변속기 장착비율은 1999년의 2%에서 2005년에는 6%, 그리고 2010년에는 14%에 달하고 있으며, 변속 기본체의 기술개발과 더불어 주변장치나 제어시스템의 기술개발도 활발하게 이루어지고 있다.
2. 이에 따라 그동안 소형기계에만 적용해오던 무단변속기가 새로운 기술의 개발에 힘입어 대형기계에까지도 적용이 가능하게 되었으며 향후에는 하이브리드 차량에도 적용되어 대기환경 보호와 연비절감이 가능한 보다 친환경적이고 경제적인 차량의 개발에 일익을 담당할 것으로 전망된다.
3. 고성능 전자제어 HSU는 유압액추에이터의 속도와 부하를 정밀하게 제어하는 기능과 더불어 동력을 제어함으로써 에너지를 절감하는 효과가 있고 전자유압 펌프는 유량, 압력, 동력 등의 정밀한 다기능 제어를 수행하여 시스템의 구성부품들을 대폭 줄일 수 있고, 전량 수입에만 의존하여 있는 고부가가치 제품이며 특히, 대일무역적자가심각하다.
4. 전자-유압이 융합된 기술로써 원격제어 또는 정밀제어를 필요로 하는 연구실의 실험장비, 전투력 증강용 방산장비, 위험지대의 무인장비, 그리고 에너지 축적 및 회생용 하이브리드 굴삭기 등에 많이 응용될 수 있는 있는 차세대 기반기술이며 국내 펌프 생산업체의 수입역조 개선을 위한 기술지원센터 구축 가능하며 국내외 기계유압식 변속기의 HUB 기능 수행할 수 있다.
5. 원천기술개발과 성능인증시스템의 연계로 국제적인 펌프기술의 중심으로 도약가능 하고 효율적인 기업기술지원체계 역할 수행 가능 전자제어 HSU의 활용분야인 건설장비, 농기계, 수송 장비분야, 방산 및 항공, 공정생산 장비분야 등에서 최근 에너지절감 및 고효율, 고정밀 및 전자제어화, 다기능 및 소형화 등의 기술 향상요구에 의한 기술개발 속도가 매우 빠르게 전개되고 있으며, 세계경제 침체를 벗어나는 2~3년 후 사용 영역은 더욱 확대될 전망됨
6. 종전에는 유압동력을 발생시키기 위하여 관련되는 부품들을 독립적으로 구성 하였지만, 점차 기계장비의 구조가 간략화 되고 설치공간이 제한됨에 따라, 컴팩트한 구조에 전자제어기능을 겸비한 본 개발기술의 전망이 밝아지고 있음. 향후 무인화장비, 원격제어장비, 첨단기계 장비 등으로 유압시스템의 응용범위가 확대될 것에 대비하여, 고난이도 제어모듈이 탑재된 형태의 HSU 기술개발이 가속화 되고 있는 추세임
7. 초고압, 전자화, 다기능 제어기를 탑재한 고급 제품은 아직 국내업체에서 미성숙된 기술로 대부분 수입에 의존할 수 밖에 없는 상황이며, 대일 무역수지 개선이 절실한 품목으로 개발 기술은 HSU의 동작제어에 필요한 기능적 기술은 물론 사용 동력의 효율적 제어를 통한 에너지 절감기술을 동시에 수반하므로, 기술선진화와 에너지절약을 추구하는 국내외 요구에 잘 부합되며, 그간 일본, 미국, 유럽 등의 선진기술국에 비해 상대적으로 낙후되었던 국내 유압기술 개발업체들의 기술개발 경쟁력 향상에 크게 기여 할 것으로 기대된다.
8. 본 연구에서는 건설기계와 농기계의 주요 핵심 부품인 HSU(Hydro Static Unit)를 두 가지사업에 공용으로 활용할 수 있도록 개발할 뿐만 아니라 사용자의 편의성을 높이는 전자-유압시스템으로 개발하여 동력 손실을 줄이고 연비 향상을 및 배기가스 규제에 따른 대응을 위한 환경친화적인 90kW급 지게차, 트랙터용 기계유압식 무단변속기 기술을 개발하여 국내 및 해외 시장에 진입하고자 한다.
9. 트랙터는 여러 가지 작업조건과 경지조건에서 다양한 작업기를 장착하여 작업하기 때문에 오래전부터 조작이 쉽고 편리한 무단변속이 요구되어 왔으며 특히 세계 최대 규모의 트랙터 시장인 북미지역의 COMPACT 트랙터는 대부분 HST(HYDR OSTATIC TRANSMISSION) 무단변속 시스템을 채택하는 등의 최근 무단변속 트랙터의 수요는 크게 증가하고 있는 추세이다.
10. 그러나 HSU 무단변속시스템은 동력전달 효율이 낮아 GAR DENING, MOWING, LANDSCAPING 등의 경부하 작업 위주로 사용되고 있으며, HEAVY TRACTION이 요구되는 중부하 작업용으로는 부적합하다. 따라서 HSU의 조작의 편리성과 기계식 트랜스미션의 높은 동력전달 효율이라는 두 가지 장점을 구현할 수 있는 새로운 개념의 기계 유압식 변속 시스템인 HMT(Hydro Mechanical Drive Transmission)의 상품화 개발에 대한 많은 노력이 이루어지고 있다.
11. 유압식 무단변속기인 HST는 조작성, 저속 고토오크, 용이한 정·역전, 효과적인 엔진 브레이크 등 장점을 갖고 있지만 고속에서의 효율저하, 고 부하, 고속에서의 소음, 내구성 등 불리함으로 많은 개선이 요구되고 있다.
12. 복합 모드 유압-기계식 무단변속기용 HMT개발은 대형급 트랙터기술에 대해 선진국과 기술격차를 줄이고 국내 무단변속기의 원천기술 기반 확립을 위해 필수적인 개발품이다.
13. 세계적 수준인 성능, 품질 및 가격 경쟁력 확보
14. 중국 시장 전략으로 수익성 확보
15. 신뢰성과 기능성이 향상된 제품 수명 연장
16. 투자 수익 측면에서 전체적인 수요 증가 및 선순환적인 요소 적용
□ 적용 분야
1. 건설장비, 농기계, 수송 장비분야, 방산 및 항공, 공정생산 장비분야 등
2. 90kw급 두산(8톤급) 지게차에 기계유압식 무단변속기로 호환성 있게 탑재 가능하도록 개발함
3. 타사 동급 지게차에 적용시, 마운팅 부분만 변경하여 탑재 가능함
4. 농기계 및 차량용 무단 변속기
5. 90kw급 두산(8톤급) 지게차에 기계유압식 무단변속기로 호환성 있게 탑재 가능하도록 개발함
6. 타사 동급 지게차에 적용시, 마운팅 부분만 변경하여 탑재 가능함
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 7p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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