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오주선 ( Joo Seon Oh ),손관희 ( Gwan Hee Son ),박성운 ( Seong Un Park ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
농업용 트랙터 실내 온열 환경은 탑승객의 온열 쾌적성 측면에서 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 그러나 트랙터는 캐빈의 구조적 제한성과 사용 환경의 다양성으로 인하여 인체가 느끼는 쾌적한 온열 환경에 대한 정의가 쉽지 않다. 현재 트랙터용 HVAC 시스템의 개발 과정에서 온열 환경 평가는 경험을 바탕으로 만들어진 조건(특정 부위에 목표 시간동안 목표 도달 온도)에 의존하여 이루어지고 있는데 이는 탑승객의 발열량, 복사 온도, 의복량 등의 영향을 고려하지 않은 단순 냉난방 평가 방법으로 보다 쾌적한 온열 환경을 제어하기 위해서는 보다 구체적인 평가 방법이 요구된다. 본 연구에서는 수치 해석을 이용하여 트랙터 실내의 쾌적성 평가를 위해 3차원 열유동 해석의 기본 지배 방정식과 난류 모델을 소개하였다. 또한, 온열 쾌적성 평가를 위해 PMV (predicted mean vote) 평가 방법을 고찰하고, 필요한 변수(인체 대사량, 의복착의량, 복사온도 등)에 대해서 정의하였다. 이를 통해 대상트랙터의 HVAC 풍구를 트랙터 캐빈의 상단, 전면부와 측면부에 위치시킨 세 가지 케이스로 설정하고 시뮬레이션을 진행하였다. 각 케이스 별 PMV 평가 등을 통해 온열 쾌적성을 평가하였을 때 세 가지 케이스 중 풍구 위치가 데시보드에 있을 때 사람에게 가장 쾌적한 열 환경을 제공해 주는 것으로 나타났다.
오주선 ( Joo Seon Oh ),정우진 ( Woo Jin Chung ),박성운 ( Seong Un Park ),박윤나 ( Yoon Na Park ),김경욱 ( Kyeong Uk Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
농용 트랙터 운전자는 작업 특성상 반복적이고 높은 수준의 진동에 장기간 노출되기 때문에 피로 누적, 요추 통증, 목 부위 통증 등의 근골격계 질환에 걸릴 위험이 높다. 따라서 운전자에게 노출되는 진동의 수준을 저감할 수 있는 트랙터의 개발이 필요하다. 트랙터 승차 진동 저감을 위한 가장 높은 기술이라고 판단되는 캐빈 서스펜션은 아직 국내 기술로 개발되지 않았으며, 장착된 트랙터 역시 전무하다. 그에 반해 해외의 트랙터에는 100마력 이상의 고급 트랙터에는 이미 적용되어 판매되고 있다. 이에 캐빈 서스펜션이 장착된 트랙터가 고무 마운팅이 장착된 트랙터에 비해갖는 성능적 우위를 시험을 통해 검증하였다. 시험은 전라북도 김제에 있는 생산기술연구원 시험장에서 이루어졌으며, 아스팔트 도로에서 각 트랙터별로 3 ~ 30 km/h 의 속도로 주행시 발생하는 승차 진동을 측정하였다. 각각의 트랙터의 종류가 다르기 때문에 승차 진동의 크기를 비교하는것이 아니라 진동의 Input Value에 비해 승차 진동의 비율을 계산함으로서, 캐빈 서스펜션과 고무마운팅의 성능을 평가하였다. 마지막으로 트랙터의 주행 속도별 승차 진동의 수준을 측정하여 주행속도가 트랙터 진동에 미치는 영향을 실험적으로 분석하였다.
공조장치 위치 최적화를 위한 트랙터 캐빈 온도변화 시뮬레이션 모델 개발 (Ⅰ)
오주선 ( Joo Seon Oh ),정우진 ( Woo Jin Chung ),박성운 ( Seong Un Park ),박영준 ( Young Jun Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
본 연구는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 트랙터 캐빈 내부의 온도 변화 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 통해 공조장치의 위치를 최적화 하는 것을 목적으로 하였다. 자동차나 열차를 대상으로 시뮬레이션을 이용한 차량 내부의 유동 해석 연구 사례는 많으나, 트랙터를 대상으로 한 연구 사례는 적다. 이에 트랙터의 공조장치를 설계하고 그 성능을 검증할 때 시뮬레이션 모델을 활용한다면, 인력, 시간 등의 손실을 줄일 수 있을 것이다. 본 연구에서는 상용 CFD 프로그램을 활용하여 공조 장치의 위치에 따른 세 가지 트랙터 캐빈 모델을 제작한 뒤, 각각의 모델에 대해서 열 유동 해석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과가 실제 트랙터의 시험 결과와 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있었으며 이를 통해 모델의 적합성을 확인하였다. 또한 세 가지의 캐빈 모델 중 탑승자에게 가장 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 모델은 기존의 국내 트랙터와 같은 천정부에 공조 장치가 있는 것이 아니라, 핸들이 있는 전면부에 위치하는 것이 가장 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.
오주선 ( Joo Seon Oh ),박윤나 ( Yoon Na Park ),한상휘 ( Sang Hwi Han ),박영준 ( Young Jun Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
본 연구는 트랙터 주행노면의 토양 특성이 트랙터 승차진동에 미치는 영향을 분석하는 것을 목표로 하였다. 여러 토양조건에서 실제 트랙터 주행실험을 진행하는 것은 어렵기 때문에, 상용 CAE 프로그램을 이용하여 트랙터를 모델링하고 시뮬레이션을 진행하였다. 이를 통해 여러 토양조건에 따른 승차진동의 특성을 비교, 분석하였다. 모델의 유의성은 트랙터 아스팔트 주행실험을 통해 진동데이터를 획득하고 실측 진동 데이터와 시뮬레이션을 통해 얻어진 진동 데이터를 분석해 검토하였다. 이 때, 노면 토양의 특성에 따라서 트랙터가 장애물을 만났을 때 순간적인 진동 특성을 분석하기 위해서 트랙터 주행 노면을 사인범퍼(sine-bumper) 노면으로 설정하고 주행실험 및 시뮬레이션을 진행하였다. 본 연구에서는 강체 노면, Heavy clay, North Gower Clay Loam 토양, Grenvile Loam 토양의 네 가지 노면조건을 분석하였다. 분석 결과 침하가 발생하지 않는 강체 노면보다 침하가 발생하는 세 가지 토양 조건에서 장애물에 따른 순간적인 진동이 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 다만 승차진동이 토양 파라미터와 단순히 선형적인 관계만을 보이는 것은 아니라는 것도 확인할 수 있었다. 이 후, North Gower Clay Loam 토양 조건에서 트랙터 속도에 따른 시뮬레이션 진행 결과를 분석하였을 때, 토양 침하가 발생하는 토양 조건에서도 속도가 증가함에 따라서 진동 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
90 kW급 트랙터 캐빈의 승차 진동 저감을 위한 서스펜션 설계 최적화
오주선 ( Joo Seon Oh ),정우진 ( Woo Jin Chung ),박성운 ( Seong Un Park ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
축산업이 광범위하게 성장함에 따라 트랙터가 대형화되면서 세미 액티브 또는 액티브 서스펜션 시스템을 갖춘 트랙터를 개발하는 것은 반드시 필요하다. 승용차 분야에 비해 농업용 트랙터에서는 캐빈 서스펜션 설계 변수 최적화와 관련한 연구는 전무한 실정이다. 본 연구는 승차 진동을 최소화하기 위하여 트랙터 캐빈 현가장치의 설계 변수인 스프링 상수와 감쇠계수를 최적화하는 것을 목적으로 하였다. 동역학 해석 프로그램(Recurdyn)을 이용하여 캐빈 현가장치가 고려된 3D 트랙터 모델을 개발하였으며, 진동 특성을 예측하기 위하여 스텝 형상의 노면(step road profile)주행 시 트랙터 캐빈의 수직 방향 변위에 대한 최대 오버슈트율을 예측하였다. 트랙터 모델과 최적화 알고리즘 소프트웨어(EasyDesign)에서 제공하는 ISCD-II (Incomplete Small Composite Design-2) 방법을 이용하여 캐빈 현가장치에 대한 설계 변수 최적화를 수행하였다. 그 결과 ISCD-II 방법을 이용하여 얻은 13개의 초기 모델과 최적화 알고리즘 소프트웨어에서 제시한 3개의 추가적인 모델에 대해 트랙터 캐빈의 최대 오버슈트율을 구하였다. 총 16개의 모델 중 가장 작은 최대 오버슈트율을 나타내는 모델을 최적화된 모델로 선정할 수 있었다. 최적화된 모델의 최대 오버슈트율은 기존 모델의 최대 오버슈트율보다 약5% 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
트랙터 캐빈용 유공압 현가장치의 시험을 통한 특성 분석
최규정 ( Kyujeong Choi ),오주선 ( Joo Seon Oh ),박성운 ( Seong Un Park ),김흥섭 ( Heung Sub Kim ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
기존의 트랙터 캐빈 현가장치는 주로 고무 마운트를 사용하였다. 고무 마운트는 특성이 고정되어 있어서 승차진동 저감에 한계가 있기 때문에 최근에서는 노면 상태에 따라 현가장치의 특성을 바꿔서 승차진동을 저감할 수 있는 유공압 현가장치를 장착하려는 연구가 진행되고 있다. 유공압 현가장치는 비례제어밸브를 사용하여 감쇠력을 제어하므로 승차진동 최소화를 위해선 적절한 제어로직 개발이 필요하다. 하지만 제조사는 정확한 특성선도를 제공하지 않기 때문에 현가장치의 시험을 통한 특성 분석이 선행되어야 한다. 본 연구의 목적은 트랙터 캐빈용 유공압 현가장치에 대한 시험을 통해 강성계수와 감쇠계수를 확보하고 제어로직 개발에 활용 할 수 있는 해석모델을 개발하는 것이다. 가진 시험 장치를 사용하여 저속 왕복시험으로 변위-힘 특성(강성)을 얻었고 고속 왕복 시험으로 속도-힘 특성(감쇠력)을 얻었다. 고속 왕복 시험은 주파수 7개, 전류 8개 조건을 조합하여 총 56회의 시험을 수행하였으며 이를 종합하여 감쇠력 특성 선도를 구하였다.