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트랙터 최종구동축용 복합유성기어 방식 감속기의 Micro-geometry를 이용한 전달 오차 및 치면 하중 분포 개선에 관한 연구
이남규(Nam Gyu Lee),김용주(Yong Joo Kim),김완수(Wan Soo Kim),김연수(Yeon Soo Kim),김택진(Taek Jin Kim),백승민(Seung Min Baek),최용(Yong Choi),김영근(Young Keun Kim),최일수(Il Su Choi) 유공압건설기계학회 2020 드라이브·컨트롤 Vol.17 No.1
This study was to develop a simulation model of a compound planetary gear reducer for the final driving shaft using a gear analysis software (KISSsoft, Version 2017, KISSsoft AG, Switzerland). The aim of this study is to analyze transmission error and the tooth load distribution through micro-geometry using the simulation model. The tip and root relief were modified with Micro-geometry in the profile direction, and crowning was modified with Micro-geometry in the lead direction. The transmission error was analyzed using the PPTE (Peak to Peak Transmission Error) value, and the tooth load distribution was analyzed for the concentrated stress on the tooth surface. As a result of modifying tip and relief in the profile direction, the transmission error was reduced up to 40.7%. In the case of modifying crowning in the lead direction, the tooth load was more evenly distributed than before and decreased the stress on the tooth surface. After modifying the profile direction for the 1st and 2nd planetary gear train, the bending and contact safety factors were increased by 31.7% and 17%, and 18.3% and 12.5% respectively. Moreover, the bending and safety factors after modifying lead direction were increased by 59.5% and 32.7%, respectively for the 1st planetary gear train, and 59.6% and 43.6%, respectively for the 2nd planetary gear train. In future studies, the optimal design of a compound planetary gear reducer for the final driving shaft is needed considering both the transmission error and tooth load distribution.
이남규 ( Nam-gyu Lee ),전현호 ( Hyeon-ho Jeon ),엠디아부아윱시디크 ( Md Abu Ayub Siddique ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2
간척지는 갯벌 또는 얕은 바다에 방제를 쌓아 인공적으로 만든 토지를 말한다. 간척지 토양은 점토 내 공극이 일반 토양에 비해 매우 작아 토양의 배수 상태가 불량하므로 습지인 경우가 대다수이다. 토양 수분이 높은 토양에서는 트랙터 농작업 시 침하 및 슬립이 크게 발생하여 견인 성능이 많이 감소하게 된다. 본 연구는 간척지에서 작업 시 적합한 트랙터를 개발하기 위한 기초 연구로서, 타이어 조건에 따라 간척지에서의 트랙터 농작업에 대한 견인 성능을 분석하였다. 본 연구에서는 67 kW급 트랙터(LUXEN 800, KUKJE Co Ltd., Korea)를 사용했으며, 차축 토크미터, 육분력계, GPS, DAQ 등을 이용하여 부하계측시스템을 구성하였다. 필드시험은 김제 새만금 간척지에서 수행했으며, 작업 단수는 선행 연구를 참고하여, 이랑 쟁기 작업 시 자주 사용하는 단수인 B3(7.06 km/h)로 선정하였다. 본 연구에서는 간척지에서의 견인성능을 분석하기 위해 슬립률, 차축 동력, 견인 동력 등의 데이터를 이용하여 견인 효율을 분석하였다. 견인 동력은 기존 트랙터의 비해 간척지 트랙터에서 동일한 엔진 사용대비 약 10~15 hp정도 더 크게 출력이 가능했으며, 차축 동력은 하중 증가로 인해 간척지 트랙터에서 더 많이 작용했지만 기존 트랙터에 비해 차이가 크게 나타나지 않았다. 견인 효율 분석 결과, 간척지 트랙터가 기존 트랙터에 비해 낮은 슬립률 및 높은 견인 효율의 범위를 가지고 있었으며, 평균 각각 72.8, 66.6%로 나타났다. 따라서, 기존 대비 간척지 트랙터는 견인 효율이 약 9.3% 증가했으며, 본 연구를 통해 향후 간척지에서의 트랙터 작업 시 견인 성능이 향상될 수 있을 것으로 판단된다.
이남규 ( Nam-gyu Lee ),한태호 ( Tae-ho Han ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
트랙터는 다양한 농작업기를 부착하고 견인력을 이용하여 작업을 수행하는 농업기계이며 크게 엔진, 동력전달장치, PTO, 3점히치 등으로 구성되어 있다. 동력전달장치 중 변속기는 엔진에서 직접 동력을 전달받으며 응력 집중 정도에 따라 파손 및 고장에 대한 영향을 크게 받는다. 또한 기어 시스템에서 발생되는 소음, 진동은 기어의 성능 및 수명에 좋지 않은 영향을 주기 때문에 이를 최소화하기 위해 전달오차에 대한 분석이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 기어 해석 프로그램인 KISSsoft를 이용하여 85kW급 트랙터의 주변속 기어에 대한 시뮬레이션 모델을 개발하고, 치형 수정을 반복수행하여 응력 분포 및 전달오차에 대해 분석하였다. 동력은 단수별 작업 및 작업시간을 고려한 Duty cycle을 적용하여 계산한 등가 부하를 입력하였으며, 기어의 요구 수명은 5,000 시간으로 적용하였다. 전달 오차 분석방법은 PPTE(Peak to Peak Transmission Error) 방법을 사용하였다. 치형수정은 프로파일 방향으로 수정하였으며, 각각 Tip Relief 및 Root Relief를 진행하였다. 시뮬레이션 결과 치형 수정후의 응력 분포는 수정 전에 비해 전체적으로 분포되어 있으며 받는 응력 또한 줄어들었다. 또한 치형수정 후의 PPTE값은 수정 전에 비해 줄어들었다. 이는 기어의 진동, 소음이 감소했다는 것을 의미하며 결과적으로 주변속 기어 시스템이 향상되었다고 판단된다.
간척지용 트랙터 개발을 위한 후륜 타이어 접지 폭에 따른 슬립률 분석
이남규 ( Nam-gyu Lee ),최용 ( Yong Choi ),김영근 ( Young-keun Kim ),최일수 ( Il-su Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1
간척지는 얕은 바다에 방제를 쌓아 인공적으로 만든 토지로 특성상 배수가 좋지 않으며, 습지인 경우가 대다수이다. 간척지에서는 구동륜의 침하 및 슬립이 자주 발생하기 때문에 트랙터의 주행 성능 및 견인 성능이 감소해 농작업 시 어려움이 발생한다. 본 연구는 간척지 토양조건에 적합한 트랙터를 개발하기 위한 기초 연구로써, 후륜 타이어의 접지 폭에 따라 슬립률을 분석하여 간척지에서의 트랙터 농작업에 대한 작업 성능을 분석하였다. 트랙터 부하계측시스템은 슬립률을 분석하기 위해 차축 회전속도 센서 및 토크 미터. GPS, DAQ 등으로 구성하였으며, 이랑 쟁기를 작업기로 사용하여 부하를 계측하였다. 필드시험은 김제 새만금 간척지에서 수행했으며, 토양조건을 분석하기 위해 토양 경도, 수분 함수량, 토성 등을 측정하였다. 작업 단수는 농민들을 대상으로 조사한 결과, 이랑 쟁기 작업 시 자주 사용하는 단수인 B2(5.95 km/h), B3(7.6 km/h)로 설정했으며, 후륜 타이어는 접지 폭을 증가시키기 위해 12.4-38 규격의 타이어를 좌우 2개씩 장착하여 시험을 수행하였다. 시험 결과, 접지 폭을 증가시킨 트랙터의 슬립률은 B2, B3 단수 각각 18.9, 17.9 %로 나타났다. 따라서, 접지 폭을 증가시킨 트랙터의 슬립률은 기존 트랙터보다 B2, B3 단수 각각 27.6, 27.8 % 만큼 감소한 것으로 나타났다. 슬립률 분석을 통해, 간척지에서의 작업 성능은 후륜 타이어의 접지 폭을 증가한 트랙터가 더 우수하다고 판단할 수 있었으며, 본 연구를 통해 향후 간척지에서의 트랙터 작업 시 작업 성능이 향상될 수 있을 것으로 판단된다.
이남규(Nam Gyu Lee),김용주(Yong Joo Kim),백승민(Seung Min Baek),문석표(Seok Pyo Moon),박성운(Seong Un Park),최영수(Young Soo Choi),최창현(Chang Hyun Cho) 유공압건설기계학회 2020 드라이브·컨트롤 Vol.17 No.4
Traction performance of a tractor varies depending on soil conditions. Sinkage and slip of the driving wheel for tractor frequently occur in a reclaimed land. The objective of this study was to develop a tractor suitable for a reclaimed land. Traction performance was evaluated according to soil conditions of reclaimed land and paddy field. Field experiments were conducted at two test sites (Fields A: paddy field; and Field B: reclaimed land). The tractor load measurement system was composed of an axle rotation speed sensor, a torque meter, a six-component load cell, GPS, and a DAQ (Data Acquisition System). Soil properties including soil texture, water content, cone index, and electrical conductivity (EC) were measured. Referring to previous researches, the tractor traveling speed was set to B3 (7.05 km/h), which was frequently used in ridge plow tillage. Soil moisture contents were 33.2% and 48.6% in fields A and B, respectively. Cone index was 2.1 times higher in field A than in field B. When working in the reclaimed land, slip ratios were about 10.5% and 33.1% for fields A and B, respectively. The engine load was used almost 100% of all tractors under the two field conditions. Traction powers were 31.9 kW and 24.2 kW for fields A and B, respectively. Tractive efficiencies were 83.3% and 54.4% for fields A and B, respectively. As soil moisture increased by 16.4%, the tractive efficiency was lowered by about 28.9%. Traction performance of tractor was significantly different according to soil conditions of fields A and B. Therefore, it is necessary to improve the traction performance of tractor for smooth operations in all soil conditions including a reclaimed land by reflecting data of this study.