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트랙터의 동역학 해석 및 로더 해석

<고객정보>

• 고객명 : 동양물산기업㈜

• 주요사업 : 트랙터, 콤바인, 이앙기개발

• 회사위치 : 충남 공주시 우성면 상서리 222-3

<과제>

• 비원형 기어와 같은 구동이 복잡한 부품의 설계

• 식입간 분리침의 이동 궤적 분석

• 부품의 강도 해석을 위한 하중 조건 산출

• 차량 및 부품의 동특성 해석

• 로더의 동특성 파악 및 기초 자료 수집

• 전차축 파손 문제 대응

<사용된제품>

• RecurDyn/Professional

• RecurDyn/FFlex

<사용된 제품 기능>

• Import (Professional)

• Merge Body (Professional)

• Creating Bodies, Joints, Forces (Professional)

• Analysis Type: Dynamic (Professional)

• Request (Professional)

• Contour (FFlex)

<효과>

• 전차축 파손 문제에 대한 시험 및 해석 결과를 비교하여 모델의 타당성 검증

• 설계 변경된 전차축의 강도 개선 여부를 정량적으로 파악하여 파손 부위 보강

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본 사례에서는 트랙터의 로더 및 전차축 해석을 위해 RecurDyn을 이용하여 동역학 해석 및 로더 해석을 수행하였습니다. 동역학 해석은 비원형 기어와 같은 구동이 복잡한 부품의 설계, 식입간 분리침의 이동 궤적 분석, 부품의 강도 해석을 위한 하중 조건 산출, 차량 및 부품의 동특성 해석을 목적으로 수행하였으며, 로더 해석은 로더의 동특성 파악 및 기초 자료 수집하고, 전차축 파손 문제에 대응하는 것을 목적으로 수행하였습니다.

Case Study

1) 작업 하중 분석
해석을 위한 모델링을 하기 전에 작업 하중을 분석하였습니다.
» 일반 로더 작업의 경우
작업 부하에서 버켓 용량이 0.417m3, 진흙 밀도가 1900kg/m3로 작업 하중은 버켓 용량 X
진흙밀도 = 790kg = 7760N이었습니다.
» 충격이 발생한 경우

2) RecurDyn 모델링

① 3D 모델을 스텝 파일로 변형한 후 RecurDyn에서 Import하였습니다. (465 개체)
②  Layer기능을 이용하여 필요한 부분을 넘겨서 해석이 불필요한 부분을 제거하였습니다. (124개체)
③ MergeBody 이용하여 큰 덩어리로 구분하고 명칭을 부여하였습니다. (15개체)

3) Constraint 설정
구속 조건은 RevolutionJoint:18, TranslationJoint:4, FixedJoint:1로 설정하고, TranslationJoint에 Motion 부여하였습니다. 그리고 TranslationalForce를 이용하여 진흙의 부하를 FY:7760N로 입력하였습니다.

4) 좌우 실린더에 대한 해석 결과
해석은 실린더의 변위를 입력하여 계산되는 반력(reactionforce)를 이용하여 각축에 걸리는 하중 계산으로 하였습니다. 튀틀림 없이 부하를 중심으로 부여하였기 때문에, 각 대칭되는 부재에 걸리는하중은 동일하게 설정하였습니다.
그 결과, 실린더 좌우에 동일한 하중이 나타나지 않고, 한쪽으로 하중이 치우쳐 나타났는데, 이 현상은 리커다인 모델이 이상 강체(Rigid)로 가정되어 나타난 것으로, 한쪽 실린더가 미소한 차이로 앞서가면 다른 실린더는 반력을 받지 않고 따라가는 것이었습니다.

 5) 추가 모델링 및 해석
유압 실린더의 Motion 입력 시 강성이 큰 스프링 모델을 추가하여 강체 모델을 유연체로 변경합니다. 즉, 총 하중이 양쪽 실린더에 균일하게 분포 되도록 하여 해석을 수행하였습니다.

6) 작업 하중 및 충격 하중 해석
»  작업 하중 해석
버켓의 진흙 중량으로 인하여 실린더1 및 2의 하중의 값이 함께  증가하고  그 이후에 로더의 값이 상승하였습니다. 그리고, 흙을 내리는 과정 중 실린더1의 하중의 값이 크게 증가한 후 다시 하강하였습니다.
»  충격 하중 해석
로더의 각 부분에 걸리는 최대 하중은 전방의 Digging Impact에 의해서 발생하며 충격 하중은 일반 로더 작업의 약 2배 이상의 하중을 발생시켰습니다.

7) 로더 하중 해석 및 로더 강도 해석
»  로더 하중 분석
Request 기능을 이용하여 상대 좌표계를 기준으로 정하고, 각 부재의 힘을 방향을 고려하여 신중히 결정하였으며, 재검증 하였습니다.
»  로더 강도 해석
산출된 하중 조건을 이용하여 구성품의 강도 해석을 실시하여 취약점 및 과설계된 부분을 검토하였습니다.

8) Nodal Flex 모델링
전차축을 NodalFlex로 해석하였으며, Nastran을 이용하여 유한 요소 모델 생성한 후 RecurDyn으로 Import하였습니다. 이용한 노드는 약 3000개 정도이며, 조인트 연결부에 노드를 공유시켜 응력 및 변형률을 관찰하였습니다.

9) 전차축 해석 및 결과

10) 설계 보강 검증

      » 효과
본 사례를 통해서 전차축 파손문제에 대한 시험 및 해석 결과를 비교하여 모델의 타당성 검증하고 모델링을 이용하여 설계 보강된 전차축의 강도를 정량적으로 파악할 수 있었습니다.

* 본 내용은 2009 RecurDyn User’s Conference 발표 자료를 재구성한 것입니다.