자동조향 트랙터용 비례제어밸브의 등가 유량 및 압력 분석 = Analysis of Equivalent Flow Rate and Pressure of Proportional Control Valve for Auto-Steering Tractors

국문 초록 (Abstract)

국내 농업인구의 감소 및 여성화·고령화로 인하여 농가의 노동력 문제는 더욱 심화되고 있다. 이러한 노동력 문제를 해결하고 고효율 농작업을 구현하기 위한 방안으로 자율주행 트랙터의 필요성이 증가하고 있다. 자동조향 기술은 자율주행 트랙터의 핵심기술 중 하나이며, 이는 조향 비례제어밸브의 성능에 큰 영향을 받는다. 그러나, 아직까지 국내 자동 조향용 비례제어밸브는 대부분 해외 제품에 의존하고 있어, 신뢰성 있는 자동 조향용 비례제어밸브 국산화에 대한 기술개발이 필요한 실정이다. 본 연구는 비례제어밸브 국산화 기술 개발을 위한 기초연구로써, 트랙터 작업조건에 따른 비례제어밸브의 동특성을 계측 및 분석하고자 수행되었다. 본 연구에서는 자동 조향 유압 시스템이 적용된 93 kW급 대형 트랙터를 사용하였으며, 비례제어밸브 양쪽 포트에 유량 센서(Hysense QG 100, Hydrotechnik, Germany) 및 압력 센서(Hysense PR130, Hydrotechnik, Germany)를 설치하고 데이터 수집 장치(Q.brixx A107, Gantner, Austria)를 이용해 유량 및 압력 데이터를 수집하였다. 실험조건은 트랙터에 탑재된 엔진의 주요 작동점과 최대 조향각(54°)을 고려하여 각각 엔진 회전속도 4수준(900, 1400, 2200, 2400 rpm)과 조향각 3수준(16, 38, 54°)으로 선정하였다. 수집된 데이터는 연속적으로 변동하는 유량 및 압력으로, 이를 대표할 수 있는 하나의 등가 유량 및 압력으로 산출되었다. 그 결과, 등가 유량 및 압력은 전체 작업조건에서 각각 4.12~9.29 lpm, 35.8~99.8 bar 수준으로 나타났다. 동일한 조향각 조건에서 엔진 회전속도에 따라, 등가 유량 및 압력은 각각 최대 60.9%, 26.7% 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 동일한 엔진 회전속도 조건에서 조향각에 따라, 등가 유량 및 압력은 각각 최대 89.7%, 144.0% 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 트랙터 작업조건 중 조향각이 엔진 회전속도에 비해 비례제어 밸브 등가 유량 및 압력 특성에 더 높은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 향후 연구에서는 본 연구에서 산출된 등가 유량 및 압력을 이용하여 비례제어밸브 시뮬레이션 모델 개발 및 성능 평가에 관한 연구를 수행할 예정이다.