가동물체형 파력발전장치의 부하에 따른 유압변속시스템의 특성 분석에 관한 연구

노찬(Roh Chan),박지용(Ji Yong Park),하윤진(Yoon-Jin Ha),천호정(Ho Jung Cheon),김재환(Jae Hwan Kim),김경환(Kyong-Hwan Kim),신승호(Seung Ho Shin) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.7

본 연구에서는 가동물체형 파력발전장치의 부하에 따른 유압변속시스템의 특성 분석을 진행하였다. 파력발전장치는 다양한 시스템이 서로 연결되어 있기 때문에 파력발전장치 해석을 위해서는 상호연성을 고려한 프로그램이 필요하며, 기존에 파력발전장치 해석을 위한 WEC-Sim이 존재하지만, 부하 제어 알고리즘은 적용이 불가능하다. 따라 본 연구에서는 에너지변환장치(유압시스템-부하시스템)의 상호 연성을 통해 부하 제어 알고리즘을 적용하기 위하여 유압변속시스템의 모델링을 진행하였다. 부하에 따른 유압변속시스템의 특성은 본 연구에서 개발된 모델링을 통해 분석하였고, 상용프로그램인 AMESIM의 상호비교를 통해 성능을 검증하였다. 유압변속시스템의 모델링은 향후 부하 제어 알고리즘이 적용된 연성 시뮬레이터에 활용할 예정이다. In this study, we analyzed the characteristics of the hydraulic transmission system according to the load in movable object type wave energy converter. Since various systems are connected to each other, the wave energy converter needs a program that can be interconnected to analyze the wave energy converter. WEC-Sim exists to analyze the existing wave energy converter, but the load control algorithm is not applied. So, in this study, modeling of the hydraulic transmission system was performed to apply the load control algorithm through the interconnection of the energy conversion system (hydraulic system-load system). The characteristics of the hydraulic transmission system according to the load are verified by comparing the modeling developed in this study with AMESIM. As a result, modeling of the hydraulic transmission system will be used in a interconnected simulator to which a load control algorithm is applied in the future.

AMESim을 이용한 KT-1 유압시스템의 동력패키지 시스템 선택밸브 동특성에 관한 연구

박종철,백승진,김윤환 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

KT-1 항공기 유압시스템은 개발초기 Hypneu 라는 소프트웨어를 이용하여 성능해석이 수행되었지만 현재 활용이 불가능한 상태로 항공기 운영 중 발생되는 다양한 조건에 대한 시스템 성능과 특성에 대한 연구가 요구된다. 본 논문은 항공기 시동초기에 발생되는 유압시스템 내부의 Fluctuation 현상에 의한 동력패키지 시스템 선택밸브의 동특성을 분석하고 설계변수를 추출하여 최적화 방안을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 유압시스템 해석을 위해 상용 소프트웨어인 AMESim 을 이용하여 모델링 하였으며 시동초기 항공기 유압시스템의 다양한 조건에 따른 동력패키지 선택밸브의 동특성을 Simulation 하였다. In the early development of KT-1 aircraft, the performance analysis of hydraulic system was performed using Hypneu software which is not used anymore. But it is necessary to study the system performance and characteristics on the several condition occurred during aircraft operation. In this study, the dynamic characteristics of system selector valve by fluctuation in hydraulic system have been analyzed and the optimization is proposed according to system impact. The commercial numerical simulation software, AMESim was applied for analyzing modeling and simulation for dynamic characteristics of selector valve.

유압식 굴삭기 효율 향상을 위한 HPM 시스템 개발

권용철,이경섭,김성훈,구병국 사단법인 유공압건설기계학회 2019 드라이브·컨트롤 Vol.16 No.4

The HPM (High-speed Power Matching) system is an electro-hydraulic control system. It directly controls the swash plate of the pump by selecting four-loop logic based on joystick signals, pump flow, and pressure signal to improve the efficiency and controllability of construction machines. In the NFC (Negative Flow Control) system, a typical pump control system using conventional open center type MCV, the loss is continuously generated by flow through the center bypass line even when the excavator is not in operation. Also, due to the slow response of the pump that indirectly controls the flow rate using the pressure regulator, peak pressure occurs at the start or stop of the operation. Conversely, the HPM system uses an MCV without center-by-pass flow path and the swash plate of a pump for the HPM is controlled by a high-speed proportional flow control valve. As a result, the HPM system minimizes energy loss in standby state of the excavator and enables peak pressure control through rapid electro-hydraulic control of a pump. In this paper, the concept of the HPM system algorithm is introduced and the hydraulic system efficiency is compared with the NFC system using the excavator SAT (System Analysis Tool).

센서를 최소화한 유압 펌프 모터 제어

장소현(Sohyun Jang),권대환(Daehwan Kwon),김호경(Hokyung Kim) 한국자동차공학회 2018 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2018 No.6

유압시스템은 자동차, 항공우주 산업분야 등 광범위한 분야에서 동력원, 동력 전달 및 동력 제어수단으로 사용되고 있으며, 유압시스템의 제어 성능, 효율 향상에 많은 개발이 있었다. 최근 전력전자 소자의 발달과 전기모터 동력밀도의 개선으로, 전기모터를 유압동력의 제어기구로 채택한 펌프 속도 제어시스템이 도입되고 있다. 따라서 유압시스템의 유압 제어를 위해 모터의 적절한 속도제어가 필요하다. 모터의 속도제어를 위해 위치센서를 사용할 경우 비용의 증가와 센서의 고장 또는 오동작으로 인한 신뢰성 저하의 문제가 발생한다. 또한, 유압시스템 내에서 밸브 온/오프 동작 시 부하토크 특성이 변한다. 부하토크 특성 변동으로 인해 모터용량에 비해 더 많은 부하가 생기는 경우 모터가 멈추거나 과전류가 발생한다. 과전류를 방지하기 위해 전류 센서를 사용할 경우 비용, 소형화, 발열 등의 문제가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 위치센서, 전류센서를 사용하지 않고 오직 압력센서만 사용하여 펌프 속도 제어 유압시스템의 유압 제어 실험을 수행한다. 모터의 속도 제어에는 센서리스 방식을 사용하고 밸브 온/오프 동작으로 인한 급작스런 부하 특성 변동에 대비하여 밸브 상태 별 회전속도의 제한을 설정하여 전류센서 없이 모터용량 내에 유압제어를 수행한다.

유압식 로봇의 힘 제어를 위한 유압 서보 시스템의 특성에 관한 연구

김효곤(Hyo-gon Kim),이종원(Jong-won Lee),박상덕(Sangdeok Park),한창수(Changsoo Han) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.2

유압 서보 시스템은 구동기 단에서 부피 대비 큰 힘을 출력할 수 있으므로 로봇에 적용 시, 로봇의 팔 또는 다리를 경량화할 수 있다. 이것은 로봇의 동적 특성과 에너지 효율을 향상 시키므로 고출력이 필요한 몇몇의 근력지원용 착용형 로봇과 사족 보행 로봇들은 유압 서보 시스템을 사용한다. 이 로봇들은 사용자나 외부 환경에 순응하기 위해 힘제어를 하는 것이 유리하지만 유압식 로봇은 유압 서보 시스템이 갖는 비선형성으로 인해 정교한 힘제어가 쉽지 않다. 본 논문에서는 서보 밸브, 배관 그리고 유압 실린더로 구성되는 유압 서보 시스템의 시뮬레이션 모델을 개발하여 유압 서보 시스템의 힘제어 시 고려해야 할 사항에 대해 분석하였다. 그리고 비선형 모델을 이용한 힘제어 기법을 제안하고 시뮬레이션을 통해 효과를 검증하였다. Because a hydraulic actuator has high power and force densities, this allows the weight of the robot"s limbs to be reduced. This allows for good dynamic characteristics and high energy efficiency. Thus, hydraulic actuators are used in some exoskeleton robots and quadrupedal robots that require high torque. Force control is useful for robot compliance with a user or environment. However, force control of a hydraulic robot is difficult because a hydraulic servo system is highly nonlinear from a control perspective. In this study, a nonlinear model was used to develop a simulation program for a hydraulic servo system consisting of a servo valve, transmission lines, and a cylinder. The problems and considerations with regard to the force control performance for a hydraulic servo system were investigated. A force control method using the nonlinear model was proposed, and its effect was evaluated with the simulation program.

유압변속시스템 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(MPPT) 알고리즘에 관한 연구

노찬(Roh Chan),박지용(Ji Yong Park),하윤진(Yoon-Jin Ha),천호정(Ho Jung Cheon),김경환(Kyong-Hwan Kim) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11

본 연구에서는 유압변속시스템 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘에 관한 연구를 진행하였다. 유압변속시스템을 이용한 동력전달장치(Power Take-Off, PTO)는 저속 고토크 제어가 가능하기 때문에 가동물체형 파력발전장치 PTO 시스템으로 이미 많이 사용되었다. 본 논문에서는 최대출력제어 알고리즘에 따른 유압시스템 기반 PTO 시스템에 대한 특성을 분석하고, 이를 기반으로 입력 파워 및 출력 파워 그리고 PTO 시스템 효율에 대한 분석을 진행하였다. 최대출력제어 알고리즘은 P&O 알고리즘 기반 속도제어 알고리즘과 최적 토크제어 알고리즘을 각각 적용하여 분석하였다. 본 연구 결과를 기반으로 향후 가동물체형 파력발전용 유압시스템 기반 PTO 시스템의 실해역 시험에 최대출력제어 알고리즘에 기초자료로 활용될 것이다. In this study, a study was conducted on the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm of a movable object type wave energy converter based on a hydraulic transmission system. Power Take-Off (PTO) using a hydraulic transmission system is already widely used as a movable object type wave energy converter PTO system because it can control low-speed and high torque. In this paper, the characteristics of the hydraulic system-based PTO system according to the maximum power control algorithm were analyzed, and based on this, the input power, output power, and PTO system efficiency were analyzed. The maximum power control algorithm was analyzed by applying the P&O algorithm-based speed control algorithm and the optimal torque control algorithm, respectively. Based on the results of this study, it will be used as basic data for the maximum power control algorithm in the actual sea area test of the PTO system based on the hydraulic system for wave power generation in the future.

유압브레이커 시스템 Tool 소재에 따른 마모특성에 관한 연구

백민혁(Min-Hyeok Baek),김성현(Sung-Hyun Kim),박종원(Jong-Won Park),이규석(Gyu-Seok Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

유압브레이커 시스템은 건물의 파괴 및 분해, 도로 포장재의 파쇄, 채석장에서의 암석 파쇄 등에 사용되는 굴착기의 어태치먼트 장비 중 하나로 유압펌프에서 공급되는 유체 동력원을 시스템의 피스톤 부품을 왕복 운동 에너지로 변환하여 Tool(치즐)에 충격에너지로 대상물을 타격하는 원리로 작동된다. 주로 건설 및 토목 공사현장과 같은 가혹한 환경에서 사용되며 시스템 작동 시 내부 부품에 반복적인 작동으로 강한 충격이 발생되기 때문에 제품 전체의 내구성 검증이 매우 중요하다. 또한 유압브레이커 시스템의 사용환경은 작업 시 발생되는 먼지 및 이물질로 매우 가혹하며 자체 이물질, 작업환경 및 작업자의 작업형태 등으로 인해 주요부품의 긁힘 및 파손 등이 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 주요부품의 고장분석 및 수치해석 등을 통한 연구가 이루어지고 있다^(1-14). 유압브레이커 시스템의 주요성능은 대표적으로 타격에너지, 타격수, 효율 등으로 볼 수 있으며 Tool(치즐)의 형상 및 작동형태와 내구성에 따라 성능효율(작업 및 생산성 효율)을 판단할 수 있다. 하지만 유압브레이커 시스템의 작동형태는 작업환경으로 인해 수직 타격이 어려워 Tool(치즐)에 횡하중이 발생하고 작업물이 파쇄된 후 에도 지속적인 타격으로 인해 파손 및 마모 현상이 발생된다. 또한 Tool(치즐)의 왕복 운동으로 라운드부시(Round bush), 프론트커버(Front cover), 치즐핀(chisel-pin) 등의 부품에도 마모가 발생하게 되는데 이는 유압브레이커 시스템 성능저하의 요인으로 작용된다. 따라서 본 연구에서는 주요부품의 마모특성을 확인하기 위해 시스템의 작동 시 부품의 작동환경을 고려한 소재 마모시험 테스트베드 설계와 시험하중 조건 도출을 위한 구조해석을 통해 소재 별 마모특성 평가에 관한 연구를 진행하였다. The hydraulic breaker system is an attachment equipment for excavators which is used for the disassembling of buildings, crashing road pavement, breaking rocks at quarry and etc. This system operates on the principle that the fluid power source supplied from the hydraulic pump converts the piston parts of the system into reciprocating kinetic energy and hits the object with the impact energy of the tool (chisel). It is mainly used in harsh environments such as construction and civil engineering sites, and when the system operates, the internal parts undergo a strong impact due to repeated operation, so it is very important to verify the durability of the entire product. In addition, the usage environment of the hydraulic breaker system is extremely harsh due to dust and foreign matter generated during work, and the main parts may be scratched or damaged due to the unique foreign matter of system, work environment, work style of the operator etc. In order to solve these problems, research is being conducted through failure analysis and numerical analysis of major parts. The main performance is the impact energy, number of hits, and efficiency of the hydraulic breaker system, and the performance efficiency varies depending on the shape, operation mode, and durability of the tool(chisel). However, tool(chisel) and main parts are difficult to hit vertically when the hydraulic breaker system operates, and a lateral load is generated on the tool, causing damage and wear phenomena due to continuous hitting. In addition, the reciprocating motion of the tool(chisel) causes wear on parts such as the round bush, front cover, and chisel-pin, which acts as a factor in the performance deterioration of the hydraulic breaker and system. In this study, in order to confirm the wear characteristics of the main parts, the test load was derived using the testbed design and structural analysis of the material wear test considering the operating environment.

해상 시추 작업용 Heave Compensation System 의 모델링 및 시뮬레이션

조아라(A Ra Jo),구남국(Nam Kug Ku),박광필(Kwang Phil Park),이규열(Kyu Yeul Lee) (사)한국CDE학회 2012 한국 CAD/CAM 학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.2

본 연구는 시추선(offshore drilling rig)의 선체에 작용하는 유체 외력 및 heave compensation system 의 유공압 제어력을 고려한 hoisting and heave compensation system 의 동적 거동 해석을 위한 선행단계의 연구로서, heave compensation system 중 active heave compensator 의 유압 시스템을 수학적으로 모델링하여 이 유압 제어력을 고려한 hoisting and heave compensation system 의 동적 거동 시뮬레이션 하였다. 시추선의 상부 모듈(topside)인 시추 시스템(drilling system) 중 heave compensation system 은 선체의 상하 운동(heave motion)이 시추 작업에 미치는 영향을 최소화 하기 위한 시스템으로, drill string compensator(DSC)와 active heave compensator(AHC)로 구성되며, 큰 크기의 동력 전달에 적합한 유공압 제어(hydraulic and pneumatic control)를 사용한다. 이 중 active heave compensator(AHC)는 유압 제어(hydraulic control)을 사용하는데, 크게 유압 실린더(hydraulic cylinder)와 서보 밸브(servo valve)로 구성한다. Hoisting system 의 crown block 의 위치 및 속도를 PD-control 을 사용하여 서보 밸브의 신호로 입력하면, 이 신호로 서보 밸브가 유압 실린더로 들어가는 유량을 조절하여 유압 실린더가 crown block 에 가하는 힘이 제어되는 방식으로 시추선의 상하 운동의 영향을 감쇄하는 유압 제어력을 생성한다. 개발한 active heave compensator 의 유압 시스템 모듈을 이용해 hoisting and heave compensation system의 동적 거동 시뮬레이션을 수행하고, 이 결과를 drill string compensator 만을 적용하였을 때의 결과와 비교하였다. 향후 시추선에 작용하는 유체 외력을 고려한 시뮬레이션에 적용 예정이다.

전기 정유압 구동기를 이용한 새로운 동력 조향 시스템에 관한 연구

리쯔밍(Zhi Ming Li),이지민(Ji Min Lee),박성환(Sung Hwan Park),김종식(Jong Shik Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.5

In this paper, a electro hydraulic power steering system based on electro-hydraulic actuator(EHA) is proposed. A detailed steer model for proposed electro-hydrauic power steering system including mechanical subsystem and hydraulic subsystem is established. A conventional electro hydraulic power steering system is also modeled to evaluate the steering performance of hydraulic steering system based on EHA by computer simulation. Through thε computer simulation result of MATLAB/Simulink, it is concluded that the hydraulic steering system based on EHA has desirable performance with some advantages such as small size, high efficiency and no leakage.

압전유압펌프 성능실험에 대한 연구

주용휘(Yong-Hwi Joo),황재혁(Jai-Hyuk Hwang),양지연(Ji-Youn Yang),배재성(Jae-Sung Bae),이종훈(Jong-Hoon Lee),권준용(Jun-Yong Kwon) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.9

본 논문에서는 압전재료를 이용하여 중소형 무인기 브레이크 시스템에 적용 가능한 압전유압펌프를 설계 및 제작하고, 제작된 압전유압펌프의 성능검증 실험을 수행하였다. 중소형 무인기급 목표 항공기를 선정하여 브레이크 시스템의 요구조건을 분석하였으며, 이를 바탕으로 압전유압펌프의 성능 요구조건을 선정하였다. 요구조건을 만족하는 압전유압펌프의 형상설계를 수행하였으며, 고속 동작 조건에서도 유체의 역류를 효과적으로 차단시킬 수 있는 체크밸브를 비롯한 모든 구성품을 제작하였다. 제작된 압전유압펌프의 성능검증을 위해 실험장치를 구성하여 무부하 토출특성, 부하 시 압력형성 특성실험을 수행하였다. 실험결과, 무부하 최대 토출유량은 80 Hz에서 120.04 cc/min이고, 부하 시 최대 토출압력은 140 Hz에서 783.17 psi이고, 압력형성 반응속도는 약 30 ms 이내임을 확인하였다. 이는 설계 제작된 압전유압펌프가 펌프성능 요구조건을 충족하고 있다고 판단된다. In this paper, the piezoelectric-hydraulic pump with a piezostack actuator as a driving source has been designed, fabricated, and evaluated for its application to UAVs brake system. The performance requirements of the piezoelectric-hydraulic pump were decided based on the requirements analysis of the target aircraft brake system. The geometric design of the piezoelectric-hydraulic pump to meet the performance requirements of the pump was conducted, and all components of the pump including the spring sheet type check valves were machined with close tolerance. By constructing a test apparatus for the performance check of the piezoelectric-hydraulic pump, the performance characteristics of the pump, such as the outlet flow rate for load-free condition and the outlet oil pressure for closed loop condition, have been evaluated. It has been found by the performance test result that the developed piezoelectric-hydraulic pump satisfies the design requirements effectively.