KR101281339B1 - 이중 충격파 시험장치. - Google Patents

이중 충격파 시험장치. Download PDF

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Abstract

수송 혹은 순간적인 장비 낙하로 인한 낙하충격을 시험하는 낙하충격 관련 시험장치는 다수 개발되어 사용되고 있다. 그러나 바다에서 운용되는 함정의 구조설계에 크게 영향을 주는 어뢰 또는 기뢰에 의한 수중폭발 충격은 단순한 낙하 충격 시험장비로는 구현하기 어려운 이중 충격파형을 가지고 있다.
본 발명은 시험대상 장비가 이중파형으로 표현되는 충격파를 받았을 때의 내충격성을 시험하기 위해 충격과 감쇠 특성이 다른 구성품의 적절한 교체 및 조합과 파형조절기의 실시간 제어를 통해 요구 이중 충격파형을 구현할 수 있도록 하여 다양성 있는 시험 수행이 가능한 이중 충격파 시험장치의 구성에 대한 것이다.

Description

이중 충격 시험 장치. {double impact test unit}
수송 혹은 순간적인 장비 낙하로 인한 낙하충격을 시험하는 낙하충격 관련 시험장치는 다수 개발되어 사용되고 있다. 그러나 바다에서 운용되는 함정의 구조설계에 크게 영향을 주는 어뢰 또는 기뢰에 의한 수중폭발 충격은 단순한 낙하 충격 시험장비로는 구현하기 어려운 이중 충격파형을 가지고 있다.
본 발명은 시험대상 장비가 이중파형으로 표현되는 충격파를 받았을 때의 내충격성을 시험하기 위한 시험장치에 대한 것이다.
함정에 탑재되는 장비에 대한 내충격성을 검증하기 위해 대부분의 충격시험장비는 이중충격파에 의한 충격 보다는 시험 대상 장비를 낙하시키거나 해머로 쳐 올리는 1차충격파에 의한 충격을 발생시켜 최대가속도에 따른 시험을 하도록 되어 있다.
이중충격파형을 구현하기 위한 시험장치는 1차충격파 시험장치보다 파형 구현이 매우 까다롭기 때문에 개발 운용되고 있는 장치는 몇몇 안 되며, 본 장치와 유사한 시험장치로는 독일 또는 러시아의 시험장치가 있으나, 이중충격파를 구현하는 방법이 본 장치와는 상이하며, 시험에 사용되는 대상 장비의 크기와 중량에 제한이 있다.
본 발명에서는 충격과 감쇠 특성이 다른 구성품의 적절한 교체 및 조합과 파형조절기의 실시간 제어를 통해 요구 충격파형을 구현할 수 있도록 하여 시험장치의 시험가능범위를 넓혔으며, 효과적인 시험이 가능하도록 그 시험방법을 제시하고자 한다.
충격시험을 통해 이중 충격파를 받는 시험 대상 장비의 내충격 특성을 알 수 있도록 요구되는 이중 충격파의 파형을 구현할 수 있는 시험장치의 구성, 이와 관련된 1, 2차 탄성판의 스프링 강성 선정, 2차 충격에 따른 동적하중을 감쇠시키기 위한 하중제어 기법이 해결되어야 한다.
이를 위해서는 1차 충격파를 발생시키는 장치, 충격을 받는 테스트 베드, 2차 파형 발생기 및 파형 조절기의 거동 특성과 감쇠 성능에 대한 사전 분석과 함께 부하 특성에 따른 대응 방안이 강구되어야 한다.
시험 대상 장비에 요구되는 이중 충격파의 파형을 분석하여 1차 충격파인 (+) 가속도와 유지시간을 만족시키기 위해 1차 충돌체의 중량, 속도 및 충돌스프링 강성을 조절할 수 있도록 한다. 또한 2차 충격파인 (-) 가속도와 유지시간을 만족시키기 위해 2차 충돌체의 중량 및 충돌스프링 강성을 조절할 수 있게 한다.
2차 충격파를 발생시키는 과정에서 2차 충돌체의 거동으로 인해 2차 충격파의 파형에 영향을 주지 않도록 가변 댐퍼형 파형조절기를 이용하여 동적하중을 감쇠시켜 줌으로서 시험요구조건에 만족하는 이중충격파 시험이 가능하도록 한다.
수송 혹은 순간적인 장비 낙하로 인한 낙하충격을 시험하는 낙하충격 관련 시험장치는 다수 개발되어 사용되고 있지만 주로 (+) 가속도만 발생시키는 1차 충격파 시험장치이다.
본 발명은 상기와 같은 시험장치로 구현이 어려운 이중충격파형을 구현할 수 있는 시험장치로서 함정에 탑재되는 장비와 같이 이중충격파를 받는 장비의 내충격 시험이 효과적으로 수행될 수 있도록 하였다.
또한 본 발명은 충격과 감쇠 특성이 다른 구성품의 적절한 교체 및 조합과 파형조절기의 실시간 제어를 통해 요구 충격파형을 구현할 수 있도록 하여 시험장치의 시험가능범위를 넓혔으며, 다양성 있는 시험이 가능하도록 하였다.
도 1 : 이중 충격파 시험장치 구성도
도 2 : 이중 충격파 형상
도 3 : 속도발생기 조립체
도 4 : 파워 발생장치
도 5 : 속도발생 실린더 조립체
도 6 : 충돌용 대차 조립체
도 7 : 테스트 베드
도 8 : 2차 파형 발생기 조립체
도 9 : 가변 댐퍼형 파형조절기
도 10 : 베이스
1 : 속도발생기 조립체
2 : 충돌용 대차 조립체
3 : 테스트 베드
4 : 2차 파형 발생기 조립체
5 : 가변 댐퍼형 파형조절기 조립체
6 : 베이스
이중 충격파 시험장치는 <도 1>에서 보는 바와 같이 속도발생기 조립체 1, 충돌용 대차 조립체 2, 테스트 베드 3, 2차 파형 발생기 조립체 4, 가변 댐퍼형 파형조절기 조립체 5 및 베이스 6으로 구성되며, 구현할 이중 충격파형의 가속도성분과 속도성분을 나타내면 <도 2>와 같다.
<도 1>의 속도발생기 조립체 1은 압력발생장치와 실린더 조립체 등으로 구성되어 있으며, 고압의 압력으로 피스톤을 밀어내어 요구하는 속도를 만들어낸다. 속도발생기 조립체 1은 초기에 시험 대상 장비가 설치된 테스트 베드 3에 충격을 발생시키는 충돌용 대차 조립체 2를 가속시켜 원하는 속도를 얻을 수 있도록 한다.
시험 대상 장비에 전달되는 충격가속도를 결정하는 것은 충돌용 대차 조립체 2와 2차 파형 발생기 조립체 4이다. 충돌용 대차 조립체 2가 테스트 베드 3에 고속으로 충돌하면서 시험 대상 장비에 순간적으로 도2에 표현된 1차 파형인 (+)의 가속도를 발생시키고, 테스트 베드 3은 시험조건에 따라 일정 거리를 진행 후 2차 파형 발생기 조립체 4와 충돌하여 2차 파형인 (-)의 가속도를 발생시킨다. 2차 충격파를 발생시키는 과정에서 2차 파형 발생기 조립체 4의 거동으로 인해 2차 충격파의 파형에 영향을 주지 않도록 가변 댐퍼형 파형조절기 조립체 5를 이용하여 동적하중을 감쇠시켜 줌으로서 시험요구조건에 만족하는 이중충격파형의 구현이 가능케 한다.
속도발생기 조립체 1에 의해 발사되는 충돌용 대차 조립체 2, 충돌에 의해 테스트 베드 3 및 2차 파형 발생기 조립체 4가 원활히 굴러 갈 수 있도록 가이드 레일이 있는 베이스 6 상에 모든 장치를 설치한다.
속도발생기 조립체 1은 <도 3>에서 보는 바와 같이 유압발생장치 12, 공압발생장치 13 및 방출밸브 조립체 14로 이루어져 있는 파워발생기 유닛, 보호 덮개 11, 속도발생 실린더 조립체 15 및 속도발생기 구조체 16으로 구성된다. <도 4>에서 보는 바와 같이 유압발생장치 12는 유압 어큐뮬레이터 121, 유압 매니폴더 122, 수동 유압밸브 123으로 구성되며, 공압발생장치 13은 공압탱크 131, 공압 매니폴더 132, 수동 공압밸브 133으로 구성된다. 수동밸브 123, 133에 의해 고속 속도 구현에는 공압을, 저속 정밀 속도 구현에는 유압을 선별 사용 가능토록 되어 있다.
유압발생장치 12 또는 공압발생장치 13에서 발생된 유/공압은 방출밸브 141를 통해 속도 발생 실린더 151로 방출 된다. 방출밸브 141은 고압의 유체를 단 시간 내에 방출시키면서 유량을 제어하기 위해 비례유량제어밸브 141-1과 위치센서 141-2를 이용하여 밸브 캡 141-3의 개폐정도와 개폐시간을 조절하게 된다. 밸브개방력은 제어용 압축공기 탱크 142에서 나온 압축공기가 제어밸브 143을 통해 방출밸브 141에 입력되면서 발생된다.
속도발생 실린더 조립체 15는 <도 5>에서 보는 바와 같이 속도 발생 실린더 151, 유량조절밸브 152, 로드엔드형 알루미늄 헤드 153, 및 벨로즈형 리턴 탱크 154로 구성된다. 속도 발생 실린더 151에 방출된 유체는 피스톤에 의해 로드엔드형 알루미늄 헤드 153을 밀어내게 되는데 피스톤 로드부에 채워져 있는 유체가 벨로즈형 리턴 탱크 154에 흘러들어가는 유량을 유량조절밸브 152가 제어함으로서 로드엔드형 알루미늄 헤드 153의 속도를 조절할 수 있게 한다. 벨로즈형 리턴 탱크 154의 압력을 이용하여 피스톤을 리턴시키도록 한다. 로드엔드형 알루미늄 헤드 153은 충돌용 대차 조립체 2를 가속시킬 때 직진도 불일치로 인한 응력을 해소시키기 위해 로드엔드 베어링과 반구형 헤드로 되어 있다.
충돌용 대차 조립체 2는 <도 6>에서 보는 바와 같이 충돌력을 발생시키는 탄자 21, 요구되는 1차 충돌파형을 형성하기 위해 여러 개의 조합으로 다양하게 탄성계수를 구현할 수 있는 디스크형 1차 탄성판 22, 1차 충돌 알루미늄 헤드 23, 가이드 바 24 및 가이드 레일 62로부터 이탈을 방지하기 위한 3축 안내바퀴 25로 구성되어 있다.
테스트 베드 3은 <도 7>에서 보는 바와 같이 다양한 형태의 시험 대상 장비를 설치할 수 있는 상판 31, 충격을 받았을 때 구조적 안정성을 유지할 수 있는 테스트 베드 구조체 32, 2차 충돌 파형 발생을 위한 2차 충돌 알루미늄 헤드 33 및 가이드 레일 62로부터 이탈을 방지하기 위한 3축 안내바퀴 34로 구성되어 있다.
2차 파형 발생기 조립체 4는 <도 8>에서 보는 바와 같이 2차 충격파인 (-) 가속도와 유지시간을 만족시키기 위해 중량을 조절 가능한 가변 하중 몸체 41, 설치 스프링 개수와 탄성계수가 다른 스프링의 조합으로 다양한 스프링 특성을 구현할 수 있는 코일형 2차 탄성판 42, 2차 충돌 리시버 알루미늄 헤드 43, 가이드 바 44 및 가이드 레일 62로부터 이탈을 방지하기 위한 3축 안내바퀴로 구성되어 있다.
가변 댐퍼형 파형조절기 조립체 5는 <도 9>에서 보는 바와 같이 가변 댐퍼형 파형조절기 51, 가변 댐퍼형 파형조절기 51의 작동에 이상이 생겼을 때 안전을 위한 안전용 유압 완충장치 52, 가변 댐퍼형 파형조절기 구조체 53으로 구성된다. 가변 댐퍼형 파형조절기 51은 공압감압 서보밸브 511과 어큐뮬레이터 512 또는 유체식 가변 댐퍼(MR 댐퍼 혹은 ER 댐퍼)에 의해 2차 충격파를 발생시키는 과정에서 2차 파형 발생기 조립체 4의 거동으로 인해 2차 충격파의 파형에 영향을 주지 않도록 동적하중을 감쇠시켜 줌으로서 시험요구조건에 만족하는 이중충격파 시험이 가능하도록 한다.
베이스 10은 <도 10>에서 보는 바와 같이 속도발생기 조립체 1에 의해 발사되는 충돌용 대차 조립체 2, 충돌에 의해 테스트 베드 3 및 2차 파형 발생기 조립체 4가 궤도를 이탈하지 않고 원활히 굴러 갈 수 있도록 가이드 레일 62가 설치되어 있으며, 이를 지탱하여 주는 몸체 61, 발사충격을 완충시켜주는 충격감쇠마운트 63으로 구성되어 있다.
11 : 보호 덮개 12 : 유압발생장치
13 : 공압발생장치 14 : 방출밸브 조립체
15 : 속도발생 실린더 조립체 16 : 속도발생기 구조체
21 : 탄자 22 : 디스크형 1차 탄성판
23 : 1차 충돌 알루미늄 헤드 24 : 가이드 바
25 : 3축 안내바퀴
31 : 상판 32 : 테스트 베드 구조체
33 : 2차 충돌 알루미늄 헤드 34 : 3축 안내바퀴
41 : 가변 하중 몸체 42 : 코일형 2차 탄성판
43 : 2차 충돌 리시버 알루미늄 헤드44 : 가이드 바
51 : 가변 댐퍼형 파형조절기 52 : 안전용 유압 완충장치
53 : 가변 댐퍼형 파형조절기 구조체
61 : 몸체 62 : 가이드 레일
63 : 충격 감쇠 마운트
121 : 유압 어큐뮬레이터 122 : 유압 매니폴더
123 : 수동 유압밸브 131 : 공압탱크
132 : 공압 매니폴더 133 : 수동 공압밸브
141 : 방출밸브 141-1 : 비례유량제어밸브
141-2 : 위치센서 141-3 : 밸브 캡
142 : 제어용 압축공기 탱크 143 : 제어밸브
151 : 속도 발생 실린더 152 : 유량조절밸브
153 : 로드엔드형 알루미늄 헤드 154 : 벨로즈형 리턴 탱크
511 : 공압감압 서보밸브 512 : 어큐뮬레이터

Claims (6)

  1. 유압 또는 공압으로 작동되며 고압으로 피스톤을 밀어내어 요구하는 속도를 만들어낸 속도발생기 조립체(1)와;
    테스트 베드(3)에 고속으로 충돌하면서 스프링에 의해 1차 파형인 (+)의 가속도를 생성하는 충돌용 대차 조립체(2)와;
    충돌용 대차 조립체(2)가 2차 파형 발생기 조립체(4)와 충돌하여 유공압 또는 MR 유체로 작동되는 가변 댐퍼형 파형조절기 조립체(5)와 스프링에 의해 2차 파형인 (-)의 가속도를 발생시키는 것을 특징으로 하는 이중 충격파 시험장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    속도발생기 조립체(1)는 유압발생장치(12)또는 공압발생장치(13)의 방출밸브(141)를 통해 개폐정도와 개폐시간을 조절하여 속도 발생 실린더(151)의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 이중충격파 시험장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    실린더 조립체(15)는 속도발생 벨로즈형 리턴 탱크(154)의 압력을 이용하여 피스톤을 리턴 시키도록 하는 것을 특징으로 하는 이중충격파 시험장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    충돌력을 발생시키는 탄자(21)는 1차 충돌파형을 형성하기 위해 여러 개의 조합으로 다양하게 탄성계수를 구현할 수 있는 1차 탄성판(22)으로 구성된 것을 특징으로 하는 이중충격파 시험장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    2차 파형 발생기 조립체(4)는 2차 충격파인 (-) 가속도와 유지시간을 만족시키기 위해 중량을 조절 가능한 가변 하중 몸체(41)와 설치 스프링 개수와 탄성계수가 다른 스프링의 조합으로 다양한 스프링 특성을 구현할 수 있는 2차 탄성판(42)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중충격파 시험장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    가변 댐퍼형 파형조절기 조립체(5)는 가변 댐퍼형 파형조절기(51)의 작동에 이상이 생겼을 때 안전을 위한 안전용 유압 완충장치(52), 가변 댐퍼형 파형조절기 구조체(53)으로 구성되며;
    가변 댐퍼형 파형조절기(51)는 공압식 혹은 유체식 가변 댐퍼(MR 댐퍼 혹은 ER 댐퍼)에 의해 2차 충격파를 발생시켜 이중충격파를 생성하는 가변 댐퍼형 파형조절기 조립체(5)가 있는 것을 특징으로 하는 이중충격파 시험장치.
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