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로타베이터의 PTO 기어박스 설계를 위한 필드 부하 분석
김정길(J. G. Kim),이동근(D. K. Lee),박진선(J. S. Park) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
로타베이터는 트랙터에 부착하여 논 또는 밭에서 쟁기 작업 후에 생성되는 흙덩어리를 쇄토하는 방식으로 농작업을 수행한다. 로타베이터 작업을 위해서는 트랙터 엔진에서 전달된 동력이 변속기의 PTO (Power Take Off)를 통하여 PTO 기어박스에 전달된다. 그러나 로타베이터의 경운날과 토양 특성, 경운 깊이의 영향에 의해 PTO 기어박스에 전달되는 동력이 달라지며, 이는 기어박스의 수명에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 유사 마력대의 로타베이터를 활용하여 로타베이터의 PTO 기어박스 설계를 위한 부하 계측 시스템을 구성하고, 시험 조건(총 10 개 조건, 트랙터 변속기의 단수 기준 L3, L4, M1, M2, PTO 단수 기준 1, 2, 3 단, 변속기의 단수 기준 M1, M2 는 PTO 3 단 제외)에 따라 계측 시스템을 이용하여 필드에서 부하 계측을 수행하였다. 부하는 LDD (Load Duration Distribution) 방법을 이용하여 분석하였다. 분석 결과, PTO 기어박스로 입력되는 동력은 L3-PTO 1 단에서 22, M1-PTO 2 단에서 34 kW 로 나타났다. PTO 단수에 따라 PTO 기어박스에 입력되는 회전수가 다르므로 이를 고려하기 위해 토크를 확인하였으며, 토크는 379-493 Nm 로 나타났다. 이 결과를 활용하여 향후 로타베이터의 PTO 기어박스 설계 시에 설계 하중으로 활용할 계획이며, 이를 통해 보다 신뢰성 있는 로타베이터의 PTO 기어박스 개발이 가능할 것으로 판단된다.
김정길(J. G. Kim),이동근(D. K. Lee),조승제(S. J. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
배토기는 트랙터 후방 3 점 히치부에 부착하여 흙을 파서 밭고랑이나 논고랑을 형성하는데 사용하는 작업기로 트랙터의 PTO(동력 인출 장치) 소요 동력을 활용하여 배토기의 기어박스에 동력이 입력되며, 이 동력을 활용하여 베벨기어의 피니언과 기어, 기어 또는 풀리와 체인을 통하여 경운날을 회전한다. 또한 배토기의 경운날 후방에는 고랑을 형성하기 위한 구조물이 위치한다. 농민이 필드에서 작업 시, 기어, 베어링과 같은 구성 부품의 고장이 발생하고 있으며 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 배토기의 고장 원인을 파악하기 위하여 실제 필드에서 걸리는 하중을 계측 및 분석하였다. 구축된 42 kW 급 계측형 트랙터의 후방 PTO 에 토크미터를 설치하였으며, 시험 포장은 전북 김제에서 부하를 계측하였다. 배토기의 시험 조건은 트랙터의 실작업 단수(주/부변속 L3, L4 단, P-1, 2 단)를 기준으로 부하를 계측하였다. 트랙터 PTO 의 소요 동력 분석 결과, L3-P1 단 조건에서 21 kW, L3-P2 단 조건에서 30, L4-P1 단 조건에서 18, L4-P2 단 조건에서 40 kW 로 나타났다. 또한 PTO 에 인가되는 평균 토크는 321-525 Nm 로 나타났다. 본 결과를 활용하여 배토기의 시뮬레이션 모델을 구성하고 동력 계통에 대한 해석, 그리고 이 해석 결과를 검증하기 위한 시험을 수행할 계획이다.