유압식 굴삭기 작업장치의 Pin-point 위치 최적설계

Abstract

다양한 작업 상황에서 작업범위, 작업속도, 굴삭력 그리고 인양력은 유압식 굴삭기에서 중요한 성능을 나타낸다. 본 논문은 다양한 성능을 동시에 최대화하는 유압식 굴삭기의 작업장치의 최적 설계를 제공한다. 유압식 굴삭기의 작업 장치를 최적설계하기 위해서는 앞서 언급한 성능이 동시에 고려된 다양한 목적을 가지는 목적함수(Multi-objective function)를 정의하였다. 기구학 해석을 통해서 11가지 작업범위 중 가장 중요한 4가지 작업범위를 계산하였고, 하나의 작업 사이클을 생성하여 그 사이클을 수행하는데 걸리는 시간을 작업속도로 정의하였다. 그리고 국제규격에 맞게 굴삭력은 붐 실린더와 암 실린더에 의한 2가지 굴삭력을 고려하였으며, 인양력의 경우에는 가장 자주 사용하는 3가지 위치에서의 인양력을 고려하였다. 이렇게 총 10가지 성능을 각각의 가중치와 함께 하나의 목적함수로 만들었고, 작업장치의 관절 위치, 실린더의 길이에 해당하는 28개의 핀 포인트를 설계변수로 설정하고 최적화를 수행하였다. 본 논문에서는 저자가 새롭게 개발한, 2가지 최적화 방법을 혼합한 hybrid Taguchi-random coordinate search algorithm(HTRCA)를 이용하여 최적화를 수행하였으며, 10가지 성능 중 해당하는 성능이 초기 값보다 감소함을 방지하기 위해 가변 가중치를 적용하여 최적화를 수행하였다. 그 결과 동일한 가중치가 부여되어있을 경우 22톤 상용 굴삭기에서 목적함수는 총3.43%가 증가하였다. 세부적으로는 굴삭기의 작업범위, 작업속도, 굴삭력 그리고 인양력이 각각 5.55%, 0.14%, 5.46% 그리고 0.33%가 증가하였다. 이러한 최적화된 결과는 체제의 변경이 없어 실제 굴삭기에 바로 적용가능하며, 다음세대의 굴삭기에 적용할 예정이다.