궤도진동에 대한 ISU 고압 시일 내구성능 개선

 

 

ISU가 적용된 군용 궤도차량(1) ISU, 로드휠 및 궤도의 단면(2)

차량 동체에 장착된 ISU의 한쪽 끝단에는 로드 월(road wheel)이 장착된다. 차량 주행 시 로드휠은 궤도(track)의 상부 면을 주행하게 된다. ISU는 가스 스프링과 감쇠장치를 일체화 한 장치이다. 지면 굴곡에 따른 로드철의 상하 운동은 ISU의 회전운동으로 변환되고, 이에 따라 ISU 하우징과 작동피스톤의 상대운동이 발생한다. 작동 피스톤의 변위는 ISU 기구 메커니즘에 의해 로드철 수 직변위의 약 1/3에 비례하는 구조로 되어 있다. ISU 내부는 작동유와 가스가 충전된다.

 

Fig. 2에서 ISU가 반시계방향으로 회전 시, 작동유는 댐퍼를 거쳐 가스 스프링의 체적을 감소시키게 되어 가스 압력이 증가된다. 이때 감쇠력과 스프링력이 발생 한다. 25톤급 군용차량의 경우 초기 정적상태의 압력은 100~130bar이고, 최대 압력 800bar의 고압조건에서 운용되고 있어 ISU의 내구성능은 고압 밀봉 시일의 선계특성에 의해 결정된다고 할 수 있다.

2차 고압시일의 구조(2)

실차시험 중 차량의 좌측 기움 현상이 발생하여 ISU 가스압력 및 작동유를 점검한 결과, 가스압력은 정상 압력을 유지하였으나, 일부 ISU에서 작동유 누유를 확인하였다. 작동유 누유 원인분석을 위해 ISU 분해검사자를 실시한 결과 작동 피스톤2차 시일 조립체 중 탄성 시일에 조기마모가 발생하였다

 

ISU 실험실 내구도 시험 결과 검토 ISU의 내구성을 평가하기 위한 실험실 시험은 야지주행조건을 고려하여 진폭 75~360mm, 주파수 0.7Hz 정현과를 60만회 가진하는데 이는 조기마모의 원인으로 추정되는 미소 변위와는 큰 차이가 있다. 총 60만회의 실험실 내구도 시험 결과 또한 본 결함과 같은 탄성 시일의 조기마모는 발생하지 않았으며, 양호한 밀봉성능을 유지하는 것으로 나타 났었다. 따라서 75mm 이상의 대변위 내구도 시험 프로파일은 ISU 고압 시일의 조기 마모의 원인이 아닌 것으로 판단된다.

 

주행노면별 미소진동 발생가능성)

차량 주행이력 분석결과 주행이력에 따라 시일 마모정도가 달라져, 포장도로/야지와 같이 노면 종 류에 따른 진동의 형태를 조사하였다. Fig. 5에서 평탄 포장도로상의 궤도를 나타내었다. 로드휩이 궤도 상부를 주행 시 궤도 몸체 간 불연속점과 강철 소재의 궤도 몸체부와 고무부의 강성의 차이로, 미소진동이 발생하게 된다. 발생된 미 소진동은 로드휠을 통해 ISU의 작동 피스톤으로 전달된다.

 

주행노면별 ISU 가진변위 분석)

포장도로 및 야지주행 시 ISU 월 변위 계측자료를 이용하여 미소진동을 정량적으로 분석하였다. Fig.7은 야지를 15KPH 속도로 주행 시 측정한1,2,4번 로드철 위치에서의ISU 월수직변위이며 Fig.8은 포장도로를 45KPH 주행 시 동일한 위치에서 측 정한ISU 왼 수직변위이다. 야지노면 주행 시는 노면의 굴곡 및 차량의 움직 임에 의해 ISU 월 수직변위의 변동이 포장도로 주행 시보다 더 크며, 포장도로의 경우에는 평균값을 중 심으로 편차가 적음을 알 수 있다.

 

주행노면별 ISU 가진변위 분석 그래프

 

개선 시일에 대하여 기존품 결함 재현시험과 동 일한 조건으로 궤도진동 시험을 수행하였다. ±1mm 진폭으로 가진 한 개선품의 경우 300만회 가진 후에도 밀봉성능이 유지(스프링 최대 하중 2.7% 감소)되어, 기존품의 내구수명 242만회와 비교 시, 수명 개선 효과가른 것으로 나타났다. ±2mm 진폭 가진 시에는 설계개선 전과 유사한 내구수명을 나타내었다. 개선품에 대한 ±1mm 가진의 경우 300만회 가진 후 하강 패턴이 발생하여 밀봉성능의 저하가 시작 되는 시점으로 관단된다. 개선품의 300만회 이후의 성능저하가 ±2mm 가진시의 기울기를 따른다고 가정 시(Fig, 13의 점선 표시) 개선품의 수명은 600만 회로 예측되어 기존쯤 수명(242만회) 대비 약2.5배 증대 될 것으로 예상된다.

 

 

 

 

 

 

개인적인 정리

K21에 관련된 양산 전 ISU 문제점 인식 및 개선연구로, K2전차의 현수장치 연구내용과 마찬가지로 진동/주파수에 따른 내용이 많이 언급된다.

 

설계개선 ISU 고압시일에 대한 궤도진동 모사 조건 시험결과 내구성 개선 효과는 기존품 대비 2.5배로 높아졌다

 

같이보기

https://seaseadam.tistory.com/28

K2 현수장치 관련연구

 

 

 

https://www.mottrol.com/kr/products/defense/suspension  (모트롤)

 

출처

https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO200909651054551.pdf