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무동력 디스크해로우 방식의 경운과 배토 고효율 복합작업기의 치즐 및 디스크해로우의 구조적 안전성 해석
강가애 ( Gaae Gang ),신인경 ( Inkyung Shin ),박영준 ( Young-jun Park ),한정우 ( Jeongwoo Han ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
생산성 향상과 생력화 작업이 가능하며 농가에 영농비용 절감을 위해 범용적으로 사용가능한 복합작업기의 국산화는 반드시 필요하다. 본 연구에서는 무동력 디스크해로우 방식으로 경운과 배토의 고효율 복합작업기를 구성하는 주요 부품 중에서 치즐과 디스크해로우를 대상으로 하여 작업 중 적용되는 하중에 대해 충분한 구조 안전성을 가지고 있는지 확인하고 이 과정을 통해 복합작업기의 국산화 원천기술을 확보하고자 한다. 복합작업기의 치즐 및 디스크해로우에 작용하는 하중은 시험을 통해 측정된 하중을 이용하여 각 구성품에 작용하는 하중 값을 도출하였다. 이 과정을 통해 각 치즐에는 9319N, 디스크해로우에는 1380N 임을 확인하였고 이를 이용하여 구조해석을 수행하였다. 먼저 하나의 디스크해로우에 작용하는 총 하중은 1380N이지만 각 성분별로 분력하게 되면 견인력 1380N, 횡력 676.2N, 수직력414N이 적용될 수 있다. 이 하중에 대해 디스크해로우는 고정된 프레임과 연결된 파트의 연결부에서 가장 취약한 것으로 나타났다. 치즐의 경우, 메인 프레임의 유압 실린더가 치즐과의 거리를 조절하여 고정되기 때문에 이와 연결된 핀 부분을 고정하였으며 작용 하중에 따른 치즐은 형상이 다소 급격히 변화되는 부분에서 큰 응력이 나타남을 확인 할 수 있었다.
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이충호 ( Choong Ho Lee ),장지운 ( Ji Un Jang ),이인범 ( In Beom Lee ),김현경 ( Hyun Gyung Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
무동력 복합작업기는 치즐쟁기와 디스크의 배열에 따라 작업성능이 좌우된다. 프레임과 디스크, 치즐쟁기에 가해지는 기본적인 힘의 상태를 확인하기 위한 정적 구조해석을 수행하였다. 복합작업기는 디스크는 18°가 경사진 형태로 전면9개 후면9로 총 18개, 치즐쟁기(Chiselplow)는 4개로, 디스크는 모두 18개이다. 정적인 상태에서 끄는 견인력은 100마력, 150마력, 200마력으로 하였으며 Inventor의 해석 시스템은 힘을 N으로 사용하기 때문에 각 마력에 부가되는 하중을 N으로 치환하여 사용하였다. 구속조건은 frame과, disc, chisel plow에 맞닿는 면을 구속하고, 힘의 방향은 프레임과 트랙터의 연결면, 디스크 날과 땅의 접촉면에 적용했다. front /rear 디스크는 이론상으로는 양 디스크가 쌍으로 마주하고 있어서 스캔데이타를 중심으로 모델링한 결과를 바탕으로, 전후면 디스크해로우의 해석을 수행하였다. 조립 또는 사용상의 문제점이나 자연적인 유격에 의해 어느 정도 대칭이 되지 않을 수 있으나 그 정도에 따라 진동과 내구성에 문제가 될 수도 있기에 한쌍에 대해 모델링을 통한 해석을 수행하였다. 해석결과에 따르면 디스크에 작용하는 폰미세스 응력은 극한강도에 미치지 않은 것으로 나타났으며 Frame의 최대 폰 미세스응력을 제외하면, 대부분의 응력은 항복강도에 현저히 미치지 못하는 수치이고, 프레임의 경우는 150마력, 200마력으로 힘을 가할 때 항복강도는 넘는 수치이지만 극한인장강도에는 미치지 못하는 수치인 것을 알 수 있었다. 100마력에 폰 미세스 응력의 최대값은 0.161918 MPa이고 프레임 강의 항복강도인207MPa와 디스크의 항복강도인 250MPa에 못 미치는 수치이다. 150마력과 200마력의 힘으로 회전할 때의 폰 미세스 응력의 최대값은 0.286425MPa과 0.381921 MPa로 항복강도인 250MPa에 크게 못 미치는 수치이다. 그 이유는 디스크해로우 방식의 복합작업기는 견인저항력이 작게 설계되고 작업속도를 개선하기 위한 목적으로 사용되기 때문으로 사료된다. 벤치마킹 기대의 Rear 디스크도 마찬가지로 각도는 18°이며, 동일한 구속조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 해석결과는 모두 항복강도 이내로 예측되었다. 디스크에 최대로 응력이 미치는 부분은 디스크와 프레임이 연결되는 허브 부분이다. 각도가 커짐에 따라 응력이 증가하므로 이를 감안한 설계인자 도출이 가능하다. 마력과 각도가 증가함에 따라 디스크 해로우에 작용하는 폰미세스 응력과, 접촉압력이 증가하므로 이에 대한 검토와 동적하중인 로드프로파일을 적용한 해석을 수행하여 내구수명 특성에 대한 연구를 수행할 계획이다.
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무동력 디스크해로우의 디스크 각도별 작용력과 치즐플라우에 대한 해석
이충호 ( Choong Ho Lee ),이재환 ( Jae Hwan Lee ),김준희 ( Jun Hee Kim ),채탁병 ( Tack Byoung Chae ),강대식 ( Dae Sik Kang ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
국내 농업현장에서 영농비용 절감을 위한 정식전 단계인 경운 작업시 토양의 반전, 쇄토, 비닐피복작업과 배수를 위한 고랑작업과 재배작물의 정식을 위한 최적화된 Seed Bed가 배토기로 형성하며, 범용적으로 사용가능, 토양의 반전, 쇄토, 배토, 가능한 복합작업기인 무동력 디스크해로우 방식의 경운과 배토 고효율 복합작업기의 수요가 증가하고 있다. 본 연구에서는 벤치마킹 제품(Tulip사 multidisc 250xl vario S)에 대한 3차원스캐닝과 역설계를 통해 얻은 모델링을 이용하여 디스크의 각도별 작용력과 치즐쟁기를 해석하였다. 복합작업기는 디스크와 치즐쟁기의 조합으로 구성되며 Disc는 전면9개 후면9로 총 18개, 치즐쟁기(Chisel plow)는 4개로 모두 22개이다. 각각의 반작용력에 의해 힘이 분산된다고 가정하여 100, 150, 200마력 트랙터의 인가마력 5%에 해당하는 1000N, 1500N, 2000N으로 가정하여 대입하였다. 디스크 각도는 0도에 36까지 9도 간격으로 설정하였고, 트랙터 마력별로 폰 미세스 응력과 디스크에 작용하는 접촉압력을 산출하였다. 치즐쟁기는 쟁기작업 평균 깊이인 5cm~15Cm이지만, 헤석 구간은 10cm, 20cm, 30cm로 경심(depth)를정하고 마력별 폰미세스 응력과 최대 접촉압력을 확인하였다. 시뮬레이션 결과 폰미세스 응력과, 디스크와 프레임간의 최대 접촉압력을 확인 하였다. 마력과 각도가 증가함에 따라 디스크 해로우에 작용하는 폰미세스 응력과, 접촉압력이 증가함을 알 수 있었으며, 치즐 쟁기는 경심이 커지면서 가해지는 힘이 커지기 때문에 폰 미세스 응력과 접촉 압력이 커지는것을 확인하였다, 치즐쟁기에 작용하는 힘을 경심별로 분석하여 설계기준을 정하는데 활용하였다.
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이충호(Choong-Ho Lee) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회지 Vol.18 No.5
This study is a structural analysis of the major components of the implements for an agricultural tractor. To develop an unpowered high-speed implement of an agricultural tractor, the modeling and analysis of the benchmarking product was calculated using 3D scanning and reverse design technologies. The tractive load was calculated using the powertrain efficiencies and soil-propelling force, which were estimated by analyzing the main frame, disc, frames, and chisel plow for the axial loading condition. The final goal of this research is to establish the design parameters and assembly technology for securing disc harrow structures and durability of life. This information will be used to analyze the new model design for domestic consumption.
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