K1 현수장치 개선 연구

유기압 현수장치 형상 및 구조

형상(좌) 작동 범위(중) 차체의 정면에서 볼때(우)

K1의 현수장치는 토션바-유기압 현수장치인 복합 구조이다. 유기압 현수장치(HSU : Hydropneumatic Suspension Unit, 이하 HSU)는 차체 하부에 비틀림 강성으로 물리적 바를 암에 연결하는 토션바와 다르게 차체 밖에 유닛자체에 암에 연결된 별도의 유압 실린더를 장착하고 있는 구조이다. 유압 상황을 차체 내부 제어 모듈에 의해 제어받으며 표준자세가 아닌 최대 하강 자세나 최대 상승자세로 변경할 수 있다.

 

Full Jounce(최대 하강자세) 상태는 궤도바퀴에서 발생하는 외력이 암을 상단으로 밀어 올려 질소와 유압유가 압축되어 HSU가 최대하중을 받는 상태이다. 둘째로 Static(표준자세) 상태는 자중을 제외한 무부하 중립 상태이다. 마지막으로 Full Rebound(최대 상승자세) 상태는 순간적으로 부하가 제거되거나 자세제어를 위해 유압유가 최대로 팽창한 상태이다. 파손영향성 분석 시 3가지 상태 중 최대하중을 받는 Full Jounce 상태를 관찰할 필요성이 있다.

 

 

 

본 논문에서는 개발시험평가 중 발생한 궤도차량의 HSU 체결나사 파손에 대해 품질개선을 수행하였다. 이를 위해 체결나사 파단면 분석을 실시하였고 피로파손의 혼적인 Beach Mark를 확인하여 여유강도 부족에 따른 피로파손으로 판단 하였다. 체결나사에 최대하중이 발생할 때 최대응력을 확인한 결과 4개의 체결나사 중 4번 체결나사에 응력이 집중되는 것을 확인할 수 있었다. 응력집중 해소 방안으로 4번 체결나사 옆에 추가로 5번 나사를 체결함으로써 응력을 분산하였다. 그 결과 최대응력이 60.7~62.2 MPa 감소하여 궤도차량 HSU 체결나사의 안정성을 확보하였다. HSU 체결나사를 5개소로 증대 후 0,000.0 km 추가주행을 완료하며 결함 해소를 확인하였다.

 

5번 나사를 체결함으로써 응력을 분산하여 유사계열 장비 HSU와 동등 이상의 안전율을 확보하였고, 내구한도가 약 30% 감소하여 궤도차량 HSU 체결 나사의 안정성을 확보하였다.

 

개선 전과 유사한 거리의 추가 내구도 주행시험을 완료하였으며, 개발 후 현재까지 군에서 장비 운용 시 체결나사 파손이 없는 것으로 보아 피로수명이 증가한 것으로 판단된다.

 

 

 

정리

국방기술품질원/기동화력센터/현대로템이 관여한 연구로 K1에 적용된 HSU 유닛의 체결나사의 응력을 5번나사를 추가함으로서 개선하였고, 피로수명이 증가함

 

 

출처

유기압 현수장치 체결나사 손상원인 연구

http://www.kais99.org/jkais/springNfall/autumn2021/poster/2021_autumn_197.pdf

구조해석을 통한 유기압 현수장치 체결나사의 손상원인 및 강도개선에 관한 연구

https://www.kais99.org/jkais/journal/Vol23No02/vol23no02p23.pdf