KR101658895B1 - 야지궤도차량의 구동성능 평가를 위한 궤도 그라우저 모형 시험장치 및 궤도 그라우저 모형 시험방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설중장비, 군사용 차량 등에 활용되는 야지(野地)궤도차량의 궤도에 장착되어 있는 그라우저를 축소 모사한 모형체에 대해 야지궤도차량의 주행상황에 대응되는 다양한 시험 조건에서 야지궤도차량의 구동 성능을 궤도-지반 상호작용 관점에서 용이하고 신뢰성있게 정밀하고 신뢰성있게 시험할 수 있게 하는 시험장치 및 시험방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 토조(土曹)(1), 그라우저 모형체(2), 구동하중 재하장치(3), 변위계(4) 및 구동하중계(5)를 포함하여 구성되는 궤도 그라우저 모형 시험장치와, 이를 이용한 궤도 그라우저 모형 시험방법이 제공된다.

Description

야지궤도차량의 구동성능 평가를 위한 궤도 그라우저 모형 시험장치 및 궤도 그라우저 모형 시험방법{Apparatus and Method for Track Model Test for Evaluating Tractive Performance of Off-road Tracked Vehicle}

본 발명은 아치궤도차량의 구동성능 평가를 위한 궤도 그라우저 모형 시험장치 및 궤도 그라우저 모형 시험방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 건설중장비, 군사용 차량 등에 활용되는 야지(野地)궤도차량의 구동성능을 궤도-지반 상호작용 관점에서 용이하고 신뢰성있게 평가하기 위하여, 야지궤도차량의 궤도에 장착되어 있는 그라우저를 축소 모사한 모형체에 대해 야지궤도차량의 주행상황에 대응되는 지반 조건에서 그 성능을 시험할 수 있게 하는 시험장치 및 시험방법에 관한 것이다.

해안지역, 항만지역, 해저지반 등과 같이 포장되지 않은 비교적 연약한 야지(野地) 위를 주행하도록 구동되는 건설중장비의 경우, 충분한 구동성능을 확보하기 위하여 넓은 접지면적으로 접지압을 낮출 수 있고 높은 구동력을 확보할 수 있도록 하기 위하여, 표면에 "그라우저(grouser)"가 구비되어 있는 궤도를 이용하여 주행하는 궤도차량이 주로 활용되고 있다. 높은 중량을 가지고 있으면서 험지나 야지를 주행하는 전차와 같은 군사용 차량 등에도 궤도차량이 널리 적용되고 있다.

일반적으로 포장도로에서 주행하는 궤도차량의 구동력은 궤도와 지면의 마찰에 의해 발생되며, 차량의 엔진성능에 따라 구동성능이 결정된다. 그렇지만 야지궤도차량의 경우, 포장되지 않은 비교적 연약한 지반에서 주행하게 되므로 차량의 구동성능은 궤도-지반의 상호작용에 의해 결정되며, 차량의 엔진성능이 우수하더라도 궤도와 지반의 접지면에서 발생하는 지반 침하 및 파괴현상에 의해 엔진의 출력을 모두 유용한 구동력으로 전환할 수 없는 경우가 많다. 즉, 야지궤도차량의 구동성능은 차량이 주행하는 지반의 특성 및 궤도의 형태에 따라 제한되는 것이다.

도 11에는 야지궤도차량의 구동성능(추진력) 발현 과정을 보여주는 개략도가 도시되고, 도 12에는 야지궤도차량에서의 지반추력-슬립변위 관계를 설명하기 위한 개략도가 도시되어 있는데, 도 11 및 도 12에 도시된 것처럼 야지궤도차량의 엔진에서 발생하는 추진력은 궤도의 회전변위(궤도변위)를 발생시키고, 궤도에 돌출되어 구비된 그라우저는 궤도-지반의 접지면에 접촉하여 접지면에 전단하중을 가하게 되는데, 이 과정에서 차량에는 차량 변위를 발생시키는 것뿐만 아니라, 상대적인 변위차(슬립변위)를 발생시킨다. 이러한 슬립변위의 발생은 결국 야지궤도차량이 슬립변위만큼 이동할 수 없게 된다는 것을 의미하며, 실제 야지궤도차량이 실제로 이동한 변위는 궤도변위와 슬립변위의 차로 나타난다. 또한 지반에서 발생된 슬립변위는 궤도-지반 접지면을 따라 전단응력을 발현시키게 되며 이는 궤도를 구동시키는 구동력으로 작용하게 되므로, 야지궤도차량의 구동성능은 도 12에 도시된 바와 같은 지반추력-슬립변위 관계로 평가할 수 있다.

지반추력-슬립변위 관계는 지반의 전단특성과 궤도 및 그라우저의 형상 등에 따라 결정되는데, 우선 지반추력은 슬립변위에 의해 발생하는 지반의 전단응력을 기초로 산정될 수 있다. 즉, 지반추력은 슬립변위에 의해 발생하는 지반의 전단응력을 접지면에 대해 적분하여 산정될 수 있는 것이다. 따라서 전단응력을 발현시키는 지반의 전단특성은 지반추력-슬립변위 관계를 결정하는데 가장 기본이 되는 특성이다. 또한, 지반의 전단응력이 발현되는 궤도와 지반의 접지면은 궤도 및 그라우저 형상에 따라 결정되므로, 궤도 및 그라우저의 형상 역시 지반추력-슬립변위 관계를 평가하는데 중요한 요소가 된다. 즉, 궤도차량이 야지를 구동할 때, 궤도와 지반의 접지면은 궤도의 저면에서 발현된 저면 접지면과 그라우저로 인해 궤도 양 측면에서 발현된 측면 접지면으로 구분할 수 있으며, 따라서 도 12에 도시된 것처럼 각 접지면에서 발현되는 저면지반추력과 측면지반추력의 합으로 궤도차량의 총 지반추력을 나타낼 수 있다(도 12에서 육면체의 바닥면은 "저면지반추력"을 의미하고, 육면체의 양측면은 각각 "측면지반추력"을 의미한다).

그러므로 야지궤도차량의 구동력은 지반의 전단강도특성 및 궤도 및 그라우저 형상에 따라 결정되며, 야지궤도차량을 효율적으로 활용하기 위해서는, 지반의 전단강도특성 및 그라우저의 형상이 야지궤도차량의 구동성능에 미치는 영향을 정확히 평가해야 하며, 평가된 결과를 기초로 구동지반 조건에 적합한 최적의 그라우저 형상 및 궤도 형상을 도출함으로써 야지궤도차량의 구동성능을 극대화할 수 있게 된다.

이와 같이, 지반의 전단강도특성과 그라우저 형상에 따른 야지궤도차량의 구동성능을 평가하기 위해서는, 실제 야지궤도차량을 대상으로 지반의 특성, 그라우저의 형상, 그라우저의 돌출높이 등과 같은 변수들을 변화시키며 실물시험을 수행하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 실물시험은 많은 비용 및 시간이 소요되며, 평가하고자 하는 변수 외에 다른 변수들을 통제하는 것이 사실상 불가능하다. 예를 들면, 정확한 실물실험을 위해서는 그라우저의 형상을 특정한 형태로 고정한 후, 해당 그라우저를 가진 야지궤도차량을 지반 특성이 상이한 여러 종류의 지반 위에서 직접 구동시켜서 슬립변위를 측정하거나, 또는 지반 특성을 특정한 것으로 고정한 후, 그라우저의 형상, 돌출높이 등이 각각 상이한 야지궤도차량을 다양하게 준비하여 해당 지반 위에서 직접 구동시키면서 슬립변위를 측정하는 등의 실험을 수행하여야 하는 것이다. 그러나 이러한 실물시험에는 많은 시간과 비용이 소요되므로, 다양한 변수들에 대해 실험을 수행하는 것이 사실상 불가능하고 결국 지엽적인 수준의 실험만이 진행될 수밖에 없으며, 결국 실물시험을 통해 궤도차량의 구동성능 및 최적의 그라우저 형상을 평가하고 도출하는 것은 현실적으로 적용가능성이 극히 낮다는 한계가 있다.

무한궤도용 트랙의 시험과 관련한 종래의 특허로는 "무한궤도용 트랙 롤러의 구동시험기 및 구동 시험 방법"라는 발명의 명칭을 가지는 대한민국 등록특허 제10-1386235호 등과 같이 롤러의 성능과 관련한 시험에 대한 기술에 관한 것을 위주로 존재하는 바, 이러한 종래의 특허는 지반의 전단강도특성 및 그라우저의 형상에 따른 지반추력-슬립변위 관계의 도출을 위한 시험에 응용할 만한 대안으로서 활용되는 것이 사실상 불가능하다.

대한민국 등록특허 제10-1386235호(2014. 04. 17. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 지반의 전단강도특성 및 그라우저의 형상이 야지궤도차량의 구동성능에 미치는 영향을 정확히 분석하여 지반추력-슬립변위 관계를 도출하여 야지궤도차량의 구동성능을 신뢰성있게 평가하고 이를 통해서 최적의 그라우저 형상을 도출할 수 있도록 하기 위하여, 그라우저에 대한 성능을 실험실 수준에서 간편하면서도 정확하게 시험할 수 있게 하는 시험장치와 시험방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명은, 야지궤도차량의 궤도에 장착되어 있는 그라우저를 축소 모사한 모형체에 대해 야지궤도차량의 주행상황에 대응되는 지반 조건에서 그 성능을 시험할 수 있게 하는 시험장치 및 시험방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 토사가 담겨져서 시험 지반이 조성되는 토조(土曹)와, 상사비를 적용하여 시험대상 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 축소 모사한 그라우저 모형체와, 그라우저 모형체에 구동하중을 가하기 위한 구동하중 재하장치와, 그라우저 모형체의 변위를 측정하기 위한 변위계와, 구동하중 재하장치에 의해 재하되는 구동하중을 측정하기 위한 구동하중계를 포함하여 구성되며; 토조에 조성된 시험 지반의 상면이, 그라우저 모형체의 하면 형상에 대응되는 밀착돌출부가 돌출 형성되도록 트리밍된 상태에서, 시험 지반의 트리밍된 상면에 그라우저 모형체가 놓이고, 구동하중 재하장치가 그라우저 모형체에 수평하게 구동하중을 가하면서 그라우저 모형체에 작용하는 구동하중과 그라우저 모형체에 발생하는 변위를 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험장치가 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 과제를 달성하기 위하여, 위와 같은 궤도 그라우저 모형 시험장치를 이용하여 궤도 그라우저 모형 시험을 수행하는 방법이 제공되는데, 본 발명에 따른 그라우저 모형 시험방법은, 상기한 본 발명의 궤도 그라우저 모형 시험장치를 시험장소에 설치하고, 상사비를 적용하여 시험대상 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 축소 모사한 그라우저 모형체를 제작하는 단계; 토조에 토사를 담아서 시험 지반을 조성하는 단계; 그라우저 모형체의 하면 형상에 대응되는 밀착돌출부가 시험 지반의 상면에 돌출 형성되도록 토조에 조성된 시험 지반의 상면을 트리밍하는 단계; 시험 지반의 트리밍된 상면에 그라우저 모형체를 설치하는 단계; 및 구동하중 재하장치에 의해 그라우저 모형체에 수평하게 구동하중을 가하면서 그라우저 모형체에 작용하는 구동하중과 그라우저 모형체에 발생하는 변위를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 시험장치 및 시험방법에 있어서, 토조 내에는 횡방향 또는 종방향으로 위치가 가변되는 이동식 내부격벽이 설치되어 있어서, 이동식 내부격벽의 위치를 변화시킴으로써, 시험 지반의 조성을 위하여 토조가 담을 수 있는 토사의 용량을 변화시킬 수 있게 될 수도 있다.

또한 상기한 본 발명의 시험장치 및 시험방법에 있어서, 토조는 저면판과 횡방향 양측에 위치하는 제1 및 제2횡방향 외벽과, 종방향 양측에 위치하는 제1 및 제2 종방향 외벽을 가지는 사각 육면체 형상의 상자형 부재로 구성되며; 토조의 제1횡방향 외벽은, 연직방향으로 복수개의 분할판으로 분할되어 있어서, 토조에 시험 지반의 높이 변화에 따라 분할판을 더 설치하거나 또는 제거함으로써, 제1횡방향 외벽의 연직높이가 변하게 되도록 할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 시험장치 및 시험방법에 있어서, 구동하중 재하장치는 제1횡방향 외벽 쪽에 설치되며, 그 설치위치가 구동하중을 재하하는 방향과 직교하는 방향 및 연직방향으로 가변될 수 있는데, 구체적으로는 토조의 제1횡방향 외벽 외측에 한 쌍의 연직가이드 프레임을 구동하중의 재하방향과 직교하는 방향으로 간격을 두고 설치하고, 한 쌍의 연직가이드 프레임은 구동하중의 재하방향으로 배치된 수평가이드 프레임에 의해 서로 연결되어 있도록 하되, 수평가이드 프레임은 연직가이드 프레임에 결합된 상태로 연직가이드 프레임을 따라 연직방향으로 승하강할 수 있도록 설치하며, 수평가이드 프레임에는 이동플랫폼을 수평가이드 프레임을 따라 종방향으로 이동가능하게 설치하며, 구동하중 재하장치는 이동플랫폼에 탑재되어 있도록 하여, 이동플랫폼이 수평가이드 프레임을 따라 구동하중의 재하방향과 직교하는 방향으로 이동하고, 수평가이드 프레임이 연직가이드 프레임을 따라 연직방향으로 승하강함으로써, 그라우저 모형체에 구동하중을 가하는 위치를 변화시킬 수 있게 될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 야지궤도차량의 궤도에 장착되어 있는 그라우저를 축소 모사한 모형체에 대해 야지궤도차량의 주행상황에 대응되는 지반 조건에서 그 성능을 시험할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서는 실험실 수준으로 축소 모사 된 토조, 시험 지반, 그라우저 모형체 등을 이용하므로, 야지궤도차량의 구동성능에 영향을 미치는 변수를 변화시키거나 통제하는 것이 매우 용이하며, 특히 시험 지반을 원하는 모양으로 트리밍함으로써, 궤도 저면에서 발현되는 저면지반추력과 측면에서 발현되는 측면지반추력을 분리하여 측정할 수 있게 되어, 더욱 신뢰성있는 시험을 수행할 수 있게 되는 장점이 있는 것이다.

따라서 본 발명의 시험결과를 이용하면, 많은 비용 및 시간이 소요되며 평가하고자 하는 변수 외에 다른 변수들을 통제하는 것이 사실상 불가능한 실제 야지궤도차량을 대상으로 한 실물시험 없이도, 지반의 전단강도특성 및 그라우저의 형상이 야지궤도차량의 구동성능에 미치는 영향을 정확히 분석하여 지반추력-슬립변위 관계를 도출하여 야지궤도차량의 구동성능을 신뢰성있게 평가하고 이를 통해서 최적의 그라우저 형상을 도출할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2은 각각 본 발명에 따른 궤도 그라우저 모형 시험장치를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 궤도 그라우저 모형 시험장치의 개략적인 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 시험장치 및 방법에 이용되는 그라우저 모형체를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6 내지 도 10은 각각 본 발명에 따른 시험방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도이다.
도 11은 야지궤도차량의 구동성능 발현 과정을 보여주는 개략도이다.
도 12는 야지궤도차량에서의 지반추력-슬립변위 관계를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 후술하는 것처럼 본 발명에서는 그라우저 모형체에 대해 수평하게 하중을 가하게 되는데, 편의상 그라우저 모형체에 수평방향으로 하중을 가하는 방향 즉, 구동하중의 재하방향을 "횡방향"이라고 기재하고, 수평면에서 횡방향에 직교하는 방향, 즉 구동하중의 재하방향과 직교하는 방향을 "종방향"이라고 기재한다.

본 발명에 따른 궤도 그라우저 모형 시험장치(100)는, 토사를 담아두어서 시험용 지반(시험 지반)을 형성해두게 되는 토조(土曹)(1)와, 상사비를 적용하여 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 축소 모사한 그라우저 모형체(2)와, 횡방향으로 그라우저 모형체(2)에 구동하중을 가하기 위한 구동하중 재하장치(3)와, 그라우저 모형체(2)의 횡방향 변위(횡변위)를 측정하기 위한 변위계(4)와, 구동하중 재하장치(3)에 의해 재하되는 구동하중을 측정하기 위한 구동하중계(5)를 포함하여 구성된다.

도 1 및 도 2에는 각각 본 발명에 따른 궤도 그라우저 모형 시험장치(100)를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 1에 도시된 궤도 그라우저 모형 시험장치(100)를 위에서 아래로 내려다 본 개략적인 평면도가 도시되어 있다.

토조(1)는 토사를 담아두는 부재로서, 토조(1)내에 토사를 담아서 시험 지반을 형성하게 된다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 토조(1)는 저면판과 횡방향 양측에 위치하는 제1 및 제2 횡방향 외벽(13, 14)과, 종방향 양측에 위치하는 제1 및 제2 종방향 외벽을 가지는 사각 육면체 형상의 상자형 부재로 구성되어 있다. 시험을 수행함에 있어서 토조(1)의 토사 수용 용량을 달리하여 시험을 수행할 경우가 있는데, 이를 위하여 토조(1) 내에는 이동식 내부격벽이 설치될 수 있다. 즉, 토조(1) 내에서 횡방향 또는 종방향으로 그 설치 위치가 가변되는 이동식 내부격벽을 설치하여, 이동식 내부격벽의 위치 조정에 의해, 토조(1)가 담을 수 있는 토사의 용량을 필요에 맞게 변화시켜 조정할 수 있는 것이다.

도면에 도시된 실시예의 경우에는, 이동식 내부격벽으로서, 횡방향으로 연장되어 있으며 종방향으로 그 위치가 변화될 수 있는 제1가변 내부격벽(11)과, 종방향으로 연장되어 있으며 횡방향으로 그 위치가 변화될 수 있는 제2가변 내부격벽(12)이 토조(1) 내에 구비되어 있다. 특히, 도면에 도시된 실시예에서 제1가변 내부격벽(11)은 연직상향으로 인발한 후, 필요한 위치에 다시 연직하향으로 삽입함으로써 토조(1)의 내부에 설치되도록 구성되어 있다. 그러나 본 발명에서 제1가변 내부격벽(11)은 그 위치가 변화되지 않고 고정될 수도 있다. 즉, 후술하는 것처럼 제2가변 내부격벽(12)만이 횡방향으로만 위치 변동되고, 제1가변 내부격벽(11)은 설치된 위치를 계속 고수하도록 고정설치될 수 있는 것이다.

이와 달리 제2가변 내부격벽(12)은 토조(1) 내에 배치된 상태에서, 횡방향으로 진퇴하게 되는 진퇴부재(18)에 의해 횡방향으로 움직이게 되는 구성을 가지고 있다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 진퇴부재(18)는 횡방향으로 연장된 봉 부재로 이루어지고, 토조(1)의 제2횡방향 외벽(14)을 관통하도록 설치되어 제2가변 내부격벽(12)을 횡방향으로 타측에 위치하는 제1횡방향 외벽(13)을 향하여 밀어주거나 또는 그로부터 멀어지도록 당겨주게 된다. 특히, 도면에서는 진퇴부재(18)의 외면에 나사부가 형성되어 있고, 토조(1)의 제2횡방향 외벽(14)에 나사결합된 상태로 관통하여, 진퇴부재(18)이 회전함에 따라 진퇴부재(18)가 횡방향으로 진퇴하게 되는 구성을 가지는 것으로 예시되어 있다.

그러나 진퇴부재(18)이 횡방향으로 진퇴하게 되는 구성 및 제2가변 내부격벽(12)을 밀거나 당겨서 움직이게 하는 구성은 도면에 예시된 실시예에 한정되지 않는다. 더 나아가, 토조(1) 내에 이동식 내부격벽이 설치되는 구체적인 구성 역시 위에서 설명한 도면의 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 횡방향으로 연장되어 있어서 토조(1)의 종방향 외벽과 나란한 평면에 배치되는 제1가변 내부격벽(11)을 진퇴부재(18)에 의해 종방향으로 가압하거나 당김으로써 그 설치위치가 조정되도록 하고, 토조(1)의 횡방향 외벽과 나란한 평면에 배치되는 제2가변 내부격벽(12)을 연직상향으로 뽑았다가 다시 연직하향으로 삽입 배치하는 형식으로 이동식 내부격벽을 설치할 수도 있다. 물론 제1가변 내부격벽(11)과 제2가변 내부격벽(12) 모두를 진퇴부재(18)에 의해 이동시키도록 구성할 수도 있는데, 이 경우 제1가변 내부격벽(11)과 제2가변 내부격벽(12) 모두를 연직방향으로 뽑았다가 다시 끼워넣는 형식으로 구성할 수도 있다.

위에서 설명한 어떠한 형식에 의해서든 토조(1) 내에서 이동식 내부격벽을 설치하게 되면, 토조(1) 자체를 바꾸지 않고서도, 토조(1)의 토사 수용 용량을 쉽고 간편하게 변화시켜서 다양한 조건의 실험을 수행할 수 있게 된다. 그러나 이동식 내부격벽은 생략할 수도 있다.

한편, 토조(1)의 제1횡방향 외벽(13)은 그 연직면적이 변화될 수 있도록 구성될 수 있다. 후술하는 것처럼, 본 발명에 따라 그라우저 모형체(2)에 구동하중을 가하여 시험을 수행함에 있어서, 토조(1)에 담겨진 토사의 상면 높이 즉, 토조(1)에 조성된 시험 지반의 높이는, 시험을 반복하여 수행하는 과정에서 점차로 낮아지거나 또는 필요에 따라서는 토사를 더 보충하여 채움으로써 시험 지반의 높이가 증가할 수도 있다. 이와 같이 시험 지반의 높이가 시험 과정에서 변화되는 것에 대응하여 시험 지반의 횡방향 일측면을 지지하게 되는 토조(1)의 제1횡방향 외벽(13)는 그 연직면적(구체적으로는 연직높이)가 가변될 수 있는 것이다.

도면에 도시된 실시예의 경우, 제1횡방향 외벽(13)은 연직방향으로 복수개의 분할판으로 분할되어 있어서, 시험 지반의 높이가 낮아지는 것에 맞추어서, 제1 횡방향 외벽(13)을 이루는 분할판(133)을 위에서부터 순차적으로 제거하여 제1횡방향 외벽(13)의 연직높이를 감소시키게 되는 구성을 가지고 있다. 이러한 구성에서 시험 지반의 높이가 낮아져서 다시 토조(1)에 토사를 보충하여 시험 지반(17)을 높여야 할 때에는, 제거되었던 분할판(133)을 다시 설치하고 필요에 따라서는 추가적인 분할판(133)을 더 설치함으로써 제1횡방향 외벽(13)의 연직높이를 증가시키면 된다. 그러나 이와 같이 제1횡방향 외벽(13)을 복수개의 분할판으로 구성하여 그 연직면적 또는 연직높이를 가변시키는 구성은 일예에 해당하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 시험 지반의 높이 변화에 맞추어서, 제1횡방향 외벽(13) 자체가 연직방향으로 승하강하게 되는 구성을 가질 수도 있는 것이며, 기타 다른 구성에 의해 제1 횡방향 외벽(13)의 연직면적 또는 연직높이를 가변시킬 수 있는 것이다.

토조(1)에 있어서, 제1, 2횡방향 외벽(13, 14) 및 2개의 종방향 외벽은 그 중 어느 하나 또는 그 이상은 토조(1)의 내부를 육안으로 관찰할 수 있도록 유리나 아크릴 등과 같은 투명한 재질로 구성될 수도 있다. 이 경우, 시험을 수행하면서 토조 내부에서의 변화를 육안으로 쉽게 관찰할 수 있다는 장점이 있다.

토조(1)에는 횡방향으로 그라우저 모형체(2)에 횡방향 구동하중을 가하기 위한 구동하중 재하장치(3)가 설치된다. 구동하중 재하장치(3)는 유압잭이나 기타 다양한 형태의 신축이 가능한 장치로 이루어진다. 구동하중 재하장치(3)는 제1횡방향 외벽(13) 쪽에 설치되는데, 특히 그 설치위치가 종방향 및 연직방향으로 가변될 수 있도록 설치된다.

구체적으로 도면에 도시된 실시예의 경우, 토조(1)의 제1횡방향 외벽(13) 외측에는 한 쌍의 연직가이드 프레임(130)이 종방향으로 간격을 두고 설치되어 있으며, 한 쌍의 연직가이드 프레임(130)은 횡방향으로 배치된 수평가이드 프레임(131)에 의해 서로 연결되어 있는데, 수평가이드 프레임(131)은 연직가이드 프레임(130)에 결합된 상태로 연직가이드 프레임(130)을 따라 연직방향으로 승하강할 수 있다. 수평가이드 프레임(131)에는 이동플랫폼(132)이 수평가이드 프레임(131)을 따라 종방향으로 이동가능하게 설치되어 있으며, 구동하중 재하장치(3)는 이동플랫폼(132)에 탑재되어 있다. 특히, 도면에 예시된 실시예의 경우, 연직가이드 프레임(130)은 토조(1)의 제1횡방향 외벽(13)에 일체로 구비되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 구동하중 재하장치(3)가 탑재된 이동플랫폼(132)이 수평가이드 프레임(131)을 따라 종방향으로 이동하고, 수평가이드 프레임(131)이 연직가이드 프레임(130)을 따라 연직방향으로 승하강함으로써, 구동하중 재하장치(3)를 종방향 및 연직방향으로 자유롭게 이동시켜서, 원하는 위치에서 횡방향으로 구동하중을 가할 수 있게 된다.

다음에서는 상기한 본 발명에 따른 궤도 그라우저 모형 시험장치(100)를 이용하여 궤도 그라우저에 대한 시험을 수행하는 과정을 설명한다.

도 4 및 도 5에는 각각 본 발명의 시험장치 및 방법에 이용되는 그라우저 모형체(2)를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 6 내지 도 10에는 각각 본 발명에 따른 시험방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 따라 시험을 수행하기 위해서는 구동성능을 파악하고자 하는 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 상사비를 적용하여 축소 모사한 그라우저 모형체(2)를 준비한다. 도면에 예시된 것처럼, 그라우저 모형체(2)는 수평부(21)와 연직절곡부(22)로 이루어진 절곡된 판재 형태의 부재로 이루어지는 것이 일반적이다.

토조(1) 내에 시험하고자 하는 토사를 채워서 시험 지반(17)을 조성한다. 이 때, 필요한 경우, 앞서 설명한 것처럼 토조(1) 내에 이동식 내부격벽을 설치하고 이동식 내부격벽의 위치를 변화시킴으로써, 희망하는 크기의 시험 지반(17)을 조성할 수 있다.

도 6에는 시험 지반(17)에 그라우저 모형체(2)를 설치하는 과정이 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 시험 지반(17)이 조성되면, 그 상면을 그라우저 모형체(2)의 하부 형상에 부합되도록 트리밍(trimming)한다. 도 4 및 도 5에서 예시한 것처럼, 그라우저 모형체(2)는 절곡된 판재형태를 가지고 있으며, 연직절곡부(22)가 아래를 향하도록 배치되므로, 그라우저 모형체(2)가 시험 지반(17)의 상면에 놓였을 때, 그라우저 모형체(2)의 수평부(21) 하면과 연직절곡부(22)의 내측면만이 토사에 밀착되는 형태로 시험 지반(17)의 상면에 밀착돌출부(170)가 돌출 형성되도록 시험 지반(17)의 상면을 트리밍하여 성형하는 것이다. 본 발명에서는 이와 같이 토조(1)에 조성된 시험 지반을, 원하는 형태로 트리밍한 상태로 시험을 수행하게 되므로, 야지궤도차량의 궤도 저면에서 발현되는 저면지반추력과 측면에서 발현되는 측면지반추력을 분리하여 측정할 수 있게 되는 장점이 있다.

후속하여 도 7에 도시된 것처럼, 밀착돌출부(170)에 하면이 밀착하도록 그라우저 모형체(2)를 설치하고, 구동하중 재하장치(3)의 횡방향 단부가 그라우저 모형체(2)에 접하도록 한다. 이 때, 구동하중 재하장치(3)에 의해 횡방향으로 가해지는 구동하중을 측정하기 위한 구동하중계(5) 및 그라우저 모형체(2)가 횡방향으로 변위되는 량을 측정하기 위한 변위계(4)를 설치한다. 구동하중계(5)는 도면에 예시된 것처럼 로드셀 형태로 이루어져서 구동하중 재하장치(3)와 그라우저 모형체(2)의 연직절곡부(22) 사이에 배치될 수도 있지만, 구동하중계(5)는 별도의 부재가 아니라 구동하중 재하장치(3)에 내장되어 있는 것일 수도 있다.

구동하중 재하장치(3)가 그라우저 모형체(2)에 횡방향으로 구동하중을 가할 수 있도록 준비함에 있어서, 필요에 따라서는, 야지궤도차량의 자중 등과 같이 그라우저에 작용하는 연직하중에 대응되는 하중을 그라우저 모형체(2)에 가할 필요가 있다. 이 경우에는 이러한 연직하중을 가할 수 있는 별도의 연직재하장치를 추가로 더 설치할 수도 있지만, 도면에 예시된 것처럼 연직재하장치로서 가압추(W)를 그라우저 모형체(2) 위에 올려놓음으로써, 연직하중을 가할 수도 있다.

이와 같이 횡방향의 구동하중을 가할 준비가 완료되면, 도 8에 도시된 것처럼 구동하중 재하장치(3)를 가동시켜서 횡방향으로 그라우저 모형체(2)를 밀어주도록 구동하중을 가하면서 그에 따른 구동하중과 그라우저 모형체(2)에 발생하는 횡방향의 변위를 구동하중계(5)와 변위계(4)를 이용하여 각각 측정한다. 본 발명에 의해 측정된 시험데이터는 데이터 로거 등에 저장될 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 시험장치 및 시험방법에 의하여 측정된 횡방향 구동하중과 변위량은 각각 궤도-지반 사이에서 발생하는 지반추력과 슬립변위를 반영하게 된다. 따라서 본 발명의 시험장치 및 시험방법에 의하여 측정된 시험데이터를 이용하여 공지된 공학적 이론을 적용하여 지반추력-슬립변위 관계를 도출한 후, 이에 대해 추가적인 이론적 해석을 수행함으로써 야지궤도차량의 구동성능을 객관적으로 평가할 수 있는 지표 등을 만들어 낼 수 있다. 즉, 본 발명에 의하여 횡방향 구동하중과 변위량을 측정한 후, 그 측정된 시험결과에 대해 이론적인 분석 및 해석작업을 수행함으로써, <그라우저 모형체 및 이를 구비한 궤도에 대한 지반추력-슬립변위 관계>를 도출하게 되고, 이렇게 도출된 <지반추력-슬립변위 관계>에 상사비를 역적용하여 실제 야지궤도차량의 구동성능을 평가할 수 있게 되는 것이다. <그라우저 모형체 및 이를 구비한 궤도에 대한 지반추력-슬립변위 관계>를 도출하는 이론적인 해석 및 분석 방법은 다양한 공지의 기술을 이용할 수 있고, <지반추력-슬립변위 관계>에 대한 상사비 역적용 및 이를 토대로 한 실제 야지궤도차량의 구동성능 평가기법에 대해서도 공지의 기술을 이용할 수 있다.

그라우저 모형체(2)를 밀어주는 구동하중이 극한 하중에 이르게 되면, 도 8에 도시된 것처럼 밀착돌출부(170)의 하면 부분에 전단파괴가 발생하게 된다. 이와 같이 밀착돌출부(170)가 파괴되어 평평하게 된 시험 지반(17)의 상면에 대해서는 도 9에 도시된 것처럼 또다시 트리밍 작업을 수행하여 새로운 밀착돌출부(170)을 형성하고, 앞서 설명한 것처럼 새로운 그라우저 모형체를 밀착돌출부에 배치하여 상기한 과정을 통해서 시험을 수행할 수 있다. 도 9에서 점선 R은 이전 시험단계에서의 시험 지반 상면을 나타낸다.

이와 같이 구동하중 재하시험 수행, 새로운 트리밍 작업, 그라우저 모형체 설치 작업 등을 반복하면서 시험을 수행하게 되면, 시험 지반(17)의 높이가 점차로 낮아지게 된다. 이 경우, 앞서 설명한 것처럼 구동하중 재하장치(3)의 종방향 및 연직방향 위치가변 구성과, 제1횡방향 외벽(13)의 연직면적 또는 연직높이 가변 구성을 이용하게 되면, 시험 지반(17) 높이의 저하에 맞추어서 용이하게 구동하중 재하장치(3)의 위치를 변화시켜서 그라우저 모형체(2)의 원하는 위치에 구동하중을 가할 수 있게 된다. 예를 들어, 앞서 설명한 실시예처럼 제1횡방향 외벽(13)이 복수개의 분할판으로 이루어진 경우, 도 9에 도시된 것처럼, 분할판(133)을 위에서부터 순차적으로 분리 제거하여 제1횡방향 외벽(13)의 연직높이를 시험 지반(17)의 높이 저하에 맞추어 낮춘 후, 도 10에 도시된 것처럼 구동하중 재하장치(3)의 위치를 연직하향으로 움직이면 되는 것이다. 도 10에서 점선으로 도시된 것은 앞선 단계의 상태를 나타낸다.

위에서 살펴본 것처럼, 본 발명은 실험실 수준으로 축소 모사 된 토조, 시험 지반, 그라우저 모형체 등을 이용한 것이므로, 야지궤도차량의 구동성능에 영향을 미치는 변수를 변화시키거나 통제하는 것이 매우 용이하다. 즉, 본 발명에서는 토조에 조성되는 시험 지반의 종류와 상태(밀도 및 함수비 등)를 조절하여, 원하는 지반의 전단강도특성을 가지도록 할 수 있으며, 그라우저에 대해서도 상사비를 적용하여 축소시킨 그라우저 모형체를 이용하므로, 다양한 형태의 원하는 그라우저에 대해서 손쉽게 시험을 수행할 수 있게 된다. 또한, 손쉽게 구할 수 있는 끌칼 등의 트리밍 도구를 활용하여 시험 지반을 원하는 모양으로 트리밍함으로써, 궤도 저면에서 발현되는 저면지반추력과 측면에서 발현되는 측면지반추력을 분리하여 측정할 수 있게 되는 것이다. 더 나아가, 토조(1)가 수용할 수 있는 토사의 용량을 필요에 따라 쉽게 조절할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 야지궤도차량의 주행에 있어서, 지반추력-슬립변위 관계에 영향을 주는 변수(지반의 전단강도특성, 궤도의 형상 등)를 손쉬운 방법으로 다양하게 변화시켜 시험을 수행할 수 있게 되며, 그에 따라 상기한 시험 변수 각각에 따른 야지궤도차량의 구동성능에 대한 이론적인 평가를 다양하게 그리고 신뢰성있게 수행할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따른 시험장치 및 시험방법에 의해 취득한 시험결과를 이용하게 되면, 야지궤도차량의 구동성능을 결정하는 지반추력-슬립변위 관계를 지반조건 및 궤도 형상 등에 대한 함수식으로 평가할 수 있게 되어, 이를 바탕으로 야지궤도차량이 구동되는 지반의 특성에 맞는 궤도의 최적 형상을 도출할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 시험장치 및 시험방법은, 야지궤도차량 뿐만 아니라, 횡방향 하중을 지배적으로 받는 말뚝모형시험, 횡방향 토압을 받는 가시설용 벽체 시험 등에도 전용하여 사용할 수도 있다.

1: 토조
2: 그라우저 모형체
3: 구동하중 재하장치
4: 변위계
5: 구동하중계
11: 제1가변 내부격벽
12: 제2가변 내부격벽
13: 제1횡방향 외벽
14: 제2횡방향 외벽
17: 시험 지반
18: 진퇴부재
100: 궤도 그라우저 모형 시험장치
130: 연직가이드 프레임
131: 수평가이드 프레임
132: 이동플랫폼
170: 밀착돌출부

Claims (8)

1. 삭제
2. 토사가 담겨져서 시험 지반이 조성되는 토조(土曹)(1)와, 상사비를 적용하여 시험대상 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 축소 모사한 그라우저 모형체(2)와, 그라우저 모형체(2)에 구동하중을 가하기 위한 구동하중 재하장치(3)와, 그라우저 모형체(2)의 변위를 측정하기 위한 변위계(4)와, 구동하중 재하장치(3)에 의해 재하되는 구동하중을 측정하기 위한 구동하중계(5)를 포함하여 구성되며;
   토조(1)에 조성된 시험 지반의 상면이, 그라우저 모형체(2)의 하면 형상에 대응되는 밀착돌출부(170)가 돌출 형성되도록 트리밍된 상태에서, 시험 지반의 트리밍된 상면에 그라우저 모형체(2)이 놓이고, 구동하중 재하장치(3)가 그라우저 모형체(2)에 수평하게 구동하중을 가하면서 그라우저 모형체(2)에 작용하는 구동하중과 그라우저 모형체(2)에 발생하는 변위를 측정하게 되며;
   토조(1) 내에는 횡방향 또는 종방향으로 위치가 가변되는 이동식 내부격벽이 설치되어 있어서, 이동식 내부격벽의 위치를 변화시킴으로써, 시험 지반의 조성을 위하여 토조(1)가 담을 수 있는 토사의 용량을 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   토조(1)는 저면판과 횡방향 양측에 위치하는 제1횡방향 외벽(13) 및 제2횡방향 외벽(14)과, 종방향 양측에 위치하는 제1 및 제2종방향 외벽을 가지는 사각 육면체 형상의 상자형 부재로 구성되며;
   토조(1)에 시험 지반의 높이가 변화함에 따라, 토조(1)의 제1횡방향 외벽(13)의 연직높이가 가변되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   토조(1)의 제1횡방향 외벽(13)은, 연직방향으로 복수개의 분할판으로 분할되어 있어서, 토조(1)에 시험 지반의 높이 변화에 따라 분할판을 더 설치하거나 또는 제거함으로써, 제1횡방향 외벽(13)의 연직높이가 변하게 되는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   구동하중 재하장치(3)는 제1횡방향 외벽(13) 쪽에 설치되는데, 그 설치위치가 구동하중을 재하하는 방향과 직교하는 방향 및 연직방향으로 가변될 수 있도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   토조(1)의 제1횡방향 외벽(13) 외측에는 한 쌍의 연직가이드 프레임(130)이 구동하중의 재하방향과 직교하는 방향으로 간격을 두고 설치되어 있으며;
   한 쌍의 연직가이드 프레임(130)은 구동하중의 재하방향으로 배치된 수평가이드 프레임(131)에 의해 서로 연결되어 있는데, 수평가이드 프레임(131)은 연직가이드 프레임(130)에 결합된 상태로 연직가이드 프레임(130)을 따라 연직방향으로 승하강할 수 있도록 설치되며;
   수평가이드 프레임(131)에는 이동플랫폼(132)이 수평가이드 프레임(131)을 따라 종방향으로 이동가능하게 설치되어 있으며;
   구동하중 재하장치(3)는 이동플랫폼(132)에 탑재되어 있어서, 이동플랫폼(132)이 수평가이드 프레임(131)을 따라 구동하중의 재하방향과 직교하는 방향으로 이동하고, 수평가이드 프레임(131)이 연직가이드 프레임(130)을 따라 연직방향으로 승하강함으로써, 그라우저 모형체(2)에 구동하중을 가하는 위치를 변화시킬 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험장치.
   
7. 토사가 담겨져서 시험 지반이 조성되는 토조(土曹)(1)와, 상사비를 적용하여 시험대상 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 축소 모사한 그라우저 모형체(2)와, 그라우저 모형체(2)에 구동하중을 가하기 위한 구동하중 재하장치(3)와, 그라우저 모형체(2)의 변위를 측정하기 위한 변위계(4)와, 구동하중 재하장치(3)에 의해 재하되는 구동하중을 측정하기 위한 구동하중계(5)를 포함하며, 토조(1) 내에는 횡방향 또는 종방향으로 위치가 가변되는 이동식 내부격벽이 설치되어 있어서 이동식 내부격벽의 위치를 변화시킴으로써 시험 지반의 조성을 위하여 토조(1)가 담을 수 있는 토사의 용량을 변화시킬 수 있도록 구성된 궤도 그라우저 모형 시험장치를 설치하고, 상사비를 적용하여 시험대상 야지궤도차량의 궤도에 구비된 그라우저를 축소 모사한 그라우저 모형체(2)를 제작하는 단계;
   토조(1)에 토사를 담아서 시험 지반을 조성하는 단계;
   그라우저 모형체(2)의 하면 형상에 대응되는 밀착돌출부(170)가 시험 지반의 상면에 돌출 형성되도록 토조(1)에 조성된 시험 지반의 상면을 트리밍하는 단계;
   시험 지반의 트리밍된 상면에 그라우저 모형체(2)을 설치하는 단계; 및
   구동하중 재하장치(3)에 의해 그라우저 모형체(2)에 수평하게 구동하중을 가하면서 그라우저 모형체(2)에 작용하는 구동하중과 그라우저 모형체(2)에 발생하는 변위를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   궤도 그라우저 모형 시험장치를 설치할 때에는, 저면판과 횡방향 양측에 위치하는 제1 및 제2 횡방향 외벽(13, 14)과, 종방향 양측에 위치하는 제1 및 제2 종방향 외벽을 가지는 사각 육면체 형상의 상자형 부재로 토조(1)를 제작하며;
   토조(1)의 제1횡방향 외벽(13)은, 연직방향으로 복수개의 분할판으로 분할되어 있도록 제작하여;
   토조(1)에 시험 지반의 높이가 변화하게 되면, 시험 지반의 높이 변화에 따라, 제1횡방향 외벽(13)을 이루는 분할판을 더 설치하거나 또는 제거함으로써, 제1횡방향 외벽(13)의 연직높이를 변화시키는 것을 특징으로 하는 궤도 그라우저 모형 시험방법.

Images