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트랙터 듀얼 클러치 변속기의 변속품질 향상을 위한 싱크로나이저 사전선택 연구
변서정 ( Seo-jung Byeon ),박진감 ( Jin-kam Park ),박영준 ( Young-jun Park ),이진웅 ( Jin-woong Lee ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
트랙터를 이용한 농작업 수행 시 작업지의 불균일성과 운전자의 의지 변화에 따른 부하 변동이 자주 발생한다. 이에 따라 각각의 상황에 맞는 적합한 작업 속도로 신속하게 바꾸기 위한 변속 또한 빈번하게 이루어진다. 그러나 변속을 너무 빠르게 수행하거나 적절한 변속 단수를 선택하지 못하면 농작업 효율이 감소하고 변속감이 좋지 못하다는 문제점이 발생한다. 본 연구는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)의 변속품질 향상을 위해 기어 변경을 담당하는 핵심 부품인 싱크로나이저의 사전선택 전략을 제시하기 위한 사전 연구를 목적으로 수행되었다, DCT의 싱크로나이저 사전선택이란, 차기 변속단 싱크로나이저 제어를 통해 변속 목표 단수의 싱크로나이저를 클러치 동작 이전에 체결하여 준비하는 것을 말하며 DCT의 변속감 향상을 위해서는 매우 중요한 과정이다. 이 연구를 수행하기 위해 기존 연구결과를 활용하여 싱크로나이저의 구조와 변속 과정을 이해하고 사전선택 과정에 영향을 미치는 요인을 분석하도록 한다. 사전선택 제어에 영향을 주는 주요 요인들에 대한 민감도 및 반응 분석을 기반으로 제어 매개변수 최적화를 수행하도록 한다. 슬리브 질량, 콘 각도와 같은 구조 매개 변수에 대한 분석은 구조적인 문제이므로 이 연구에서는 고려하지 않는다. 이후 분석한 자료를 기반으로 현재 개발 중인 100kW급 DCT 장착된 트랙터에 적용하여 정확한 사전 변속을 실현하기 위한 제어 매개변수를 최적화한다. 도출한 매개변수 결과를 이용하여 싱크로나이저 작동력을 예측할 수 있으며 사전선택 제어 전략을 제시하는 데에 활용될 수 있을 것이다.
다물체동역학 시뮬레이션을 이용한 트랙터 변속기용 싱크로나이저의 특성 분석
한현우 ( Hyun-woo Han ),조승제 ( Seung-je Cho ),한중수 ( Jung-su Han ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
논, 밭 작업 및 축산 작업은 부하 변동이 매우 크므로 빈번한 변속이 요구되며 그로 인하여 자동변속 기능을 갖춘 트랙터의 수요가 급증하고 있다. 싱크로나이저는 유압식 클러치에 비해 낮은 단가와 크기로 동력을 전달할 수 있어 트랙터 변속기에 자주 활용된다. 자동차와 달리 큰 회전관성과 저항 부하(Drag torque)를 가진 트랙터 변속기의 특성을 고려한 싱크로나이저의 연구가 필요하나 관련된 연구는 미비한 실정이다. 본 연구의 목적은 트랙터 변속기에 사용되는 싱크로나이저의 특성을 분석하는 것으로, 구체적으로는 접촉력(Contact force), 슬리브의 변위(Sleeve travel), 축 방향 하중(Axial force) 등의 특성을 구해내는 것이다. 다물체동역학 해석 소프트웨어(Recurdyn)를 이용해 싱크로나이저와 기어를 3D 모델링 하였으며, 각 변속 단수의 등가 회전 관성을 적용하였다. 시뮬레이션 결과, 시간에 따른 특성들을 예측할 수 있었으며, 싱크로나이저의 설계 및 제어에 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
이중 회전 관성을 고려한 트랙터 변속기 싱크로나이저의 동기화 시간 예측
한현우 ( Hyun-woo Han ),한중수 ( Jung-su Han ),김지태 ( Ji-tae Kim ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
농작업과 축산 작업에서 발생하는 잦은 변동 부하로 인하여 농업용 트랙터의 운전자는 빈번한 변속을 수행해야만 한다. 따라서 농작업의 효율 증대, 편의성, 정숙성에 대한 요구와 더불어 자동 변속 기능을 갖춘 트랙터에 대한 수요가 증가하고 있다. 농업용 트랙터의 자동변속기는 유압식 클러치와 싱크로나이저를 이용하여 다양한 변속을 수행한다. 이 중 싱크로 나이저는 마찰 토크를 발생시켜 입력축과 출력축의 회전 속도를 동일하게 하는 동기 장치로서, 주행 중 변속이 가능하게 해준다. 자동변속기에서 싱크로나이저에 작용하는 변속력은 회전 속도의 동기화 시간을 결정하며, 이 동기화 시간은 싱크로나이저를 변속기에 적용함에 있어 중요한 설계변수로서 전체 변속 시간에 큰 영향을 미친다. 기존의 동기화 시간 예측식은 주로 매우 큰 주행 관성이 작용하는 자동차 변속기를 대상으로 개발되었으며, 두 개의 회전 관성 중 하나를 무한 관성으로 가정하고 있다, 이러한 가정은 자동차 변속기에는 적합하지만, 싱크로나이저 양단에 유압식 클러치가 장착되어 두 회전 관성의 차이가 크지 않은 트랙터 파워시프트 변속기에는 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 다물체 동역학 시뮬레이션을 이용하여 두 개의 회전 관성을 모두 고려한 트랙터 파워시프트 변속기의 변속력을 예측하였다. 시뮬레이션 모델은 실제 차량의 변속력을 측정한 시험과 검증되었으며, 기존의 동기화 시간 예측식은 두 개의 회전 관성을 모두 고려할 수 있도록 수정되었다. 또한, 하나의 회전체를 무한 관성으로 가정하였을 때의 결과와 두 회전 관성을 모두 고려하였을 때의 결과를 비교하여 동기화 시간의 큰 차이가 발생하는 것을 확인하였다.
1D/3D 시뮬레이션을 활용한 농용 트랙터 싱크로나이저의 열-온도 해석
김재승 ( Jaeseung Kim ),문상곤 ( Sanggon Moon ),최재훈 ( Jaehoon Choi ),이동건 ( Donggun Lee ),김수철 ( Suchul Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
싱크로나이저는 농용 트랙터 변속기에 사용되는 핵심 부품으로써, 주행 속도를 유지하며 짧은 시간 내에 부드러운 기어 변속을 가능하게 한다. 싱크로나이저가 속도를 동기화 하기 위해서는 마찰 콘이 접촉하여 회전 마찰을 일으켜야 하며, 이 때 접촉면에서 마찰열이 발생한다. 마찰 콘 사이의 열화를 방지하고 적절한 용량의 윤활시스템을 설계하기 위해서는 싱크로나이저의 속도 동기화 시 마찰열에 의한 온도 상승을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 1D 시스템 시뮬레이션을 활용하여 농용 트랙터의 변속 시스템을 모델링하고 변속 과정 중 발생하는 열량을 계산하였다. 계산된 시간-열량 결과값은 3D 변속기 열해석 모델의 경계조건으로 입력되었으며 이를 이용하여 싱크로나이저의 시간에 따른 온도 변화를 계산하였다. 3D 열해석 모델의 온도 계산 결과는 집중계 모델(lumped system model) 결과와 비교하여 타당성을 검증하였다.
제어 압력에 따른 농용 트랙터 변속기 싱크로 작동 메커니즘에 관한 연구
엄태호 ( Taeho Eom ),안형종 ( Hyoung-jong Ahn ),신옥식 ( Okshik Shin ),최찬호 ( Chanho Choi ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
세계적으로 강화되고 있는 환경 규제로 인해 미래 친환경 차량 개발이 화두가 되고 있다. 이에 따라 효율에 대한 관심이 크게 증가하였으며, 농용 트랙터도 DCT와 같이 고효율 변속기가 적용되고 있다. 특히 국내 농용 트랙터 시장은 대형 트랙터에 대한 수요가 증가하고 있으며, 연비 및 효율에 대해 민감하게 반응하고 있다. 농용 트랙터의 변속기는 다양한 작업에 대응하기 위해 넓은 범위의 변속 단수를 가지고 있으며, 작업 특성상 잦은 변속이 필요하다. 변속 편의성 향상을 위해 싱크로나이저를 적용한 동기물림식 적용이 확대되고 있으며, 전자 유압시스템의 적용을 통해 자동 변속 기능을 구현할 수 있다. 싱크로의 작동 메커니즘에 대한 정확한 분석을 통해 최적의 변속 방법을 적용하여 농용 트랙터의 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 농용 트랙터 변속기의 변속 시스템 중 유압시스템의 밸브 제어 압력에 따른 싱크로 작동 메커니즘 확인을 위해 시험을 진행하였으며 결과를 분석하였다. 싱크로 체결을 위한 제어 압력의 램프 시간 및 압력, 싱크로나이저의 상대 회전속도에 따라 싱크로 체결력 및 체결 시간 등을 확인하였다.
마찰면압 및 온도 특성을 고려한 수동변속기 싱크로나이저 링의 개발
박기종(Ki-Jong Park),임채홍(Chaehong Lim),김정준(Jungjune Kim) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-
The frictional surface pressure and temperature on a synchronizer ring are the most important factors in the manual transmission synchronizer system in terms of its functionality and durability aspect. In initial design stage, a practical analysis procedure is developed to predict the effects of the surface temperature or pressure on the synchronizer ring. The stress analysis. thermal analysis and their coupled analysis are involved in the process. According to the procedure. the analyses are performed and the results are discussed. PV value of the theory about energy loss rate is introduced to understand the frictional surface pressure. Shape optimization of the synchronizer ring is also carried out to minimize the PV value on the contact surface between a synchronizer ring and cone. The optimization results are discussed.