Soil-Track Interaction이 고려된 궤도 차량의 주행 특성 분석

Abstract

궤도차량은 군수 산업, 건설 산업, 농업 산업 등에 널리 사용되고 있으며, 특히 험지 및 비포장 도로 주행에 적합하기 때문에 산업 현장에서 필수적이다. 궤도차량은 궤도 링크와 지면과의 미끄러짐(slip)에 의한 견인력(traction force)으로 주행하며, 견인력 크기는 궤도 링크와 지면 사이의 접촉 면적, 지면의 경도(hardness) 및 강성(stiffness) 등에 따라 변하게 된다. 이로 인해 궤도차량은 포장도로 주행, 토양 주행에 따라 주행 결과가 상이 하는 등 지면 조건이 궤도 차량의 주행 특성에 영향을 미친다. 토양과 궤도간의 상호작용 연구는 현재까지 유한요소법[3], 궤도 모형화를 통한 특정 토양 주행가능성 예측 등의 연구가 있었지만 토양-궤도간의 상호작용으로 인한 주행 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다[1] 일반적으로 궤도차량은 주행 시 좌우 트랙시스템으로 인한 토양의 전단 변위는 모두 동일하다. 그러나 비포장 도로와 같이 토양이 비균질 토양 지면은 좌우 트랙시스템으로 인한 토양의 전단 변위가 서로 다르게 나타나며 이로 인해 차량이 주행 중 치우치는 등의 영향을 미친다. 트랙시스템으로 인한 토양의 전단 변위가 클수록 트랙시스템의 견인력도 증가하며, 좌우 트랙시스템의 토양 전단 변위가 다를수록 궤도차량의 주행 경향성도 변동된다. Bekker(1956), Wong(1984) 등은 궤도차량과 지면의 상호관계를 연약한 토양 주행 시 토양 침하량을 예측하는 경험식을 제시하였다. 경험식은 차량 파라미터와 토양 파라미터를 이용해 트랙과 지면의 상호작용에 대해 수식화하였다.[2][3][7] 본 연구에서는 지면 조건으로 인한 차량 주행 특성을 Wong, Bekker 식이 적용된 동역학 해석 프로그램(Recurdyn V8R4)을 통하여 산출하였다. 해석 대상은 220 ton/hr급 모바일 크러셔(mobile crusher)이며, 해석상에서는 실제 부재간 연결을 고려하였고 LM(low mobility) 트랙시스템을 구성하였다.[12] 특히 원격 조종으로 구동되는 대상체는 주행 환경의 변화에 따른 주행 경로 수정이 어렵기 때문에 이동 시 경로의 정확성 및 신뢰성이 요구된다. 주행 성능 측정의 국제 표준은 주행 거리 30 m 시 횡 변위가 0.3 m 이내로 제한되며 대상체는 이 기준에 부합되야 한다. 따라서 해석 조건은 Hard ground 조건, Soft ground 조건으로 두 분류로 정리하였다. Hard ground 조건에 대한 특성을 확인하기 위해 마찰 계수를 0.7, 0.8로 선정하였고, Soft ground 조건에 대한 특성을 확인하기 위해 동일 구동 조건 내 견인력(traction force) 차가 큰 Heavy clay, Clayey soil을 선정하였다. 견인력을 결정하는 인자를 확인하기 위해 동역학 해석을 이용하여 스프라켓 토크(driving torque), 수직항력(normal force)을 추출하였다. 또한 Wong의 이론 내 토양 모델인 ‘Janosi and Hanamoto’ 수식을 통해 주행 특성을 분석 하였다.