Simcenter Amesim을 사용하여 포도 수확기의 비상 제동 최적화

유압 시스템 과제

유압 시스템은 최신 기술 혁신 설계에서 중요한 요소입니다. 매우 다양한 엔지니어링 문제를 해결하는 데 사용되는 유압 시스템은 조향 시스템의 편의성 향상, 연료 분사 레일의 친환경성, 블로킹 방지 시스템의 안전성 및 열 회수 시스템의 성능 향상을 위한 제품 혁신을 지원합니다.

임베디드 전자 장치와 더불어 시스템 복잡성이 증가함에 따라 설계 주기가 길어지고 비용이 증가하고 있습니다. 메카트로닉스 시스템 시뮬레이션의 구현은 이제 이러한 요소를 제어하기 위한 표준 방법이 되었습니다. 하지만 이를 위해서는 소프트웨어 지식뿐만 아니라 애플리케이션 전문 지식도 필요합니다. Fluidesign의 영업 및 마케팅 이사인 Vincent Moulin은 "지능형 유압 부품 제조에 대한 탄탄한 배경을 바탕으로 Fluidesign은 엔지니어링 복잡성을 해결하는 데 시뮬레이션의 역할이 중요함을 인식했습니다."라고 말합니다. "우리는 몇 년 전부터 Simcenter Amesim을 사용하기 시작했으며 이제 시뮬레이션에 최적화된 강력한 최첨단 제품을 찾는 업계 리더들이 선호하는 파트너가 되었습니다."

그 결과 New Holland Agriculture(New Holland)는 Fluidesign과 협력하여 최신 자체 추진 포도 수확기용 유압 시스템을 혁신했습니다. 30년 넘게 New Holland는 스윙 수확 헤드, Noria 이송 시스템, SDC 셰이킹 시스템, 보다 편안한 운전석 등의 혁신 기능으로 포도 수확에 맞게 특수 설계된 기계를 개발해 왔습니다. 이러한 혁신을 바탕으로 New Holland는 품질, 안전, 성능 및 효율성 측면에서 명성을 얻었습니다. 이 기계는 널리 인정을 받았으며 New Holland는 확실한 시장 리더로 자리매김했습니다.

오염 물질 배출 감소에 대한 유럽 규정은 내연기관이 장착된 모든 차량에 포괄적으로 적용되었습니다. 포도 수확기 역시 예외는 아니며 배기 가스 재순환, 선택적 촉매 환원과 같은 새로운 엔진 기술의 구현을 요구하는 이러한 표준을 준수해야 합니다. 그러나 배출량을 줄이면 비용이 증가하고 무게가 늘어납니다.

이러한 문제를 염두에 두면 한 가지 해결책은 포도 수확기의 사용률을 높이는 것입니다. 포도 덩굴을 오가는 기계를 운반하는 데 소요되는 시간이 줄어들수록 기계의 수익성은 높아집니다. 따라서 작업 현장에 더 빠르게 도달하고 사용 시간을 최적화할 수 있도록 수확기에 더 강력한 엔진을 장착했습니다.

포장도로에서 운전할 때는 특히 제동 거리에 대한 엄격한 안전 규정이 적용됩니다. 비상 제동에 관한 규정은 구체적인 제동 거리와 명확한 인증 기준을 정의합니다. 수확 기계의 총 중량이 증가함에 따라 이러한 요구사항을 충족하기가 점점 더 어려워지고 있습니다. 규정을 준수하지 않으면 벌금과 처벌뿐만 아니라 시장 점유율 손실 측면에서도 많은 비용이 발생할 수 있음은 말할 것도 없습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 New Holland는 VN9040 유형 포도 수확기에 대한 규정을 준수할 수 있는 기술 솔루션 개발을 Fluidesign에 의뢰했습니다.

전체 섀시 모델링

Fluidesign은 Simcenter 포트폴리오의 일부이자 메카트로닉스 시스템의 물리적 시뮬레이션을 위한 선두 솔루션인 Simcenter Amesim™ 소프트웨어를 사용하여 동적 거동을 평가하고 밸브 설계가 비상 제동에 미치는 영향을 평가합니다. 엔지니어들은 유압, 유압 부품 설계, 유압 저항 및 차량 역학을 포함한 상용 Simcenter Amesim 라이브러리를 사용하여 3D 노면의 섀시 및 타이어 접촉 패치와 정유압 변속기를 포함한 전체 섀시 시스템을 모델링했습니다.

가변 용량형 펌프의 유압 제어와 같은 변속기 시스템의 다양한 요소의 역학 및 응답 시간을 조사하는 것이 이 연구에 필수적이었습니다. 측정을 기반으로 한 모델 보정 후 본 연구에서는 비상 제동에 대한 다양한 유압 및 제어 매개변수의 영향에 중점을 두었습니다. Fluidesign의 기술 책임자인 Frederic Lagors는 "New Holland는 Simcenter Amesim을 사용하여 다양한 부하 및 토크 전달 속도를 신속하게 식별할 수 있게 되었습니다."라고 말합니다. "이 데이터를 염두에 두고 차량의 모델링 및 시뮬레이션을 실행하고 다양한 새 밸브를 통합하고 토크 및 부하 분포를 조정하고 제동을 최적화했습니다."

Simcenter Amesim을 사용하여 Fluidesign은 아키텍처 선택을 검증하고 정수압 회로의 유압 밸브를 산업화할 수 있었습니다. 이 가상 연구를 통해 New Holland는 최적의 제동 목표를 달성하기 위한 이상적인 매개변수 세트를 식별할 수 있었습니다. 또한 최적화된 비상 제동을 위해 유압 회로에서 가장 효율적인 위치에 특수 제동 보조 밸브가 구현되도록 설계할 수 있었습니다. 이 유압식 유량 제어 밸브는 비상 시에만 제어 장치를 사용하여 작동됩니다.

가장 효과적인 방법에 대한 인사이트 제공

Lagors는 "Simcenter Amesim 3D 애니메이션 도구는 엔지니어가 실제 기계를 보는 것처럼 결과를 시각화하고 강력한 해석 도구를 최대한 활용할 수 있는 기능을 제공했습니다."라고 말합니다. "이 기능은 플롯과 그래프를 완벽하게 보완하여 결과에 특별하고 즉각적인 의미를 부여합니다. 그런 다음 다양한 제품 구성을 가상으로 신속하게 테스트하여 더 관련성이 높은 제품 구성을 선택하므로 더 풍부한 인사이트를 얻을 수 있습니다."

Fluidesign은 Simcenter Amesim을 사용하여 포도 수확기 전체 섀시의 물리를 더 상세하게 파악하고 비상 제동에 영향을 미치는 유압 회로의 가장 중요한 부분을 식별할 수 있었습니다. 엔지니어는 일반적으로 기계에서 직접 측정하기 어렵지만 관련 솔루션 설계를 가능하게 하는 흐름, 압력 및 시간 응답과 같은 유압 현상을 자세히 이해하고 정확하게 관찰할 수 있었습니다. "필요한 솔루션은 대부분의 경우 기술적으로 간단합니다."라고 Moulin은 말합니다. "간단하지 않은 경우 엔지니어는 소프트웨어를 통해 문제의 원인을 식별할 수 있습니다. Simcenter Amesim의 가장 큰 이점은 엔지니어가 도구가 아닌 전문 지식에 집중할 수 있도록 지원하는 것입니다."

결과적으로 실제 테스트에서는 불가능했던 최악의 시나리오와 극한 조건을 가상으로 평가할 수 있게 되었습니다. 이는 안전 최적화의 주요 개선 사항입니다. Lagors는 "Simcenter Amesim을 사용하는 것은 실질적인 자산이었으며 이를 통해 New Holland는 이 안전 최적화 프로젝트를 진행하면서 수개월에 걸친 엔지니어링 연구 시간을 절약할 수 있었습니다."라고 말합니다.

문제의 근본 원인을 파악하거나 엔지니어링 솔루션을 조사하기 위해 포도 재배자는 일반적으로 밭에서 직접 측정하는 보다 전통적인 방법을 사용합니다. 그러나 이는 수확기의 운송 비용, 엔지니어링 비용 및 테스트 재료 측면에서 비용이 많이 들 수 있습니다. 게다가 그 결과도 불확실합니다. 메카트로닉스 시스템 시뮬레이션의 사용을 개척한 New Holland는 Fluidesign의 구성 요소 및 소프트웨어 전문 지식에 투자하여 개발 프로세스를 간소화하기로 결정했습니다.

총 프로젝트 비용이 25% 절감되었으며 더 중요한 것은 강력한 솔루션을 찾았다는 것입니다. 포도 수확기에 비상 제동을 위한 가장 안전한 기술을 내장함으로써 New Holland는 이 분야의 기술 리더로 자리매김할 수 있었습니다. 고객에게 간결하면서도 효율적인 기계를 제공하는 것은 항상 New Holland의 사명이었으며 Fluidesign 및 Siemens Digital Industries Software와의 협력을 통해 기술을 쉽고 간편하게 활용하는 더 스마트하고 빠른 효율적인 방법을 찾을 수 있었습니다.