유압브레이커의 중량 감소를 위한 하우징의 최적설계

Abstract

Hydraulic Breaker는 건설 중장비인 굴착기의 암(Arm) 끝에 장착 되여 암석이나 콘트리트, 도로 등의 파쇄 작업을 하는 Attachment의 일종으로 사용상의 편리성과 안전성, 경제성 측면에서 큰 효용성을 가지고 있다. 유압식 브레이커에서 하우징(Housing)은 Main-body를 감싸주면서 외부로부터 보호하고, 굴착기에 지지 될 수 있도록 한다. 그런데 최근에 경쟁이 치열해 지면서 원가 절감이 요구되어 최소한의 부재를 적재적소에 적용설계 하는 것이 요구 되었다. 그리고 제품을 설계하여 시험까지 많은 시간과 비용이 소요 되며, 제 성능을 만족하지 못 할 경우 설계에서 시험까지 상당한 시간이 소요 되고 있다. 이 논문에서는 하우징을 응력해석Tool을 이용하여 주어진 하중 조건에서 해석 하였고, 그 후에 최적화 Tool을 이용 하여 최적의 결과를 도출하였다. 구속 조건으로 최대응력을 허용응력 값과 같거나 적게 하고, 형상은 그대로 하여 결과 값에 영향이 큰 각 변수 즉, 철판의 두께, Rib의 두께 등을 달리하여 중량을 최소로 하는 철판의 두께를 선정 하였다. 하우징의 응력 분포를 보면 하우징은 충격력이 반복적으로 작용하기 때문에 하중이 누적되어 피로 파괴 된다. 특히 단면적이 급격히 변화하여 노치(Notch)가 형성되는 Side plate의 단면 축소부나 전방의 탭(Tap)가공 부위에서 최대 응력이 발생 되는 것으로 나타났다. 그래서 기존의 하우징 대비 최대응력은 비슷하게 하면서 많은 하중을 절감하는 결과를 가져왔다.