표제지
목차
I. 서론 10
II. 국내·외 임업용 포워더의 현황 및 특성 조사 14
1. 국내·외 기존 개발 및 활용되는 임업용 포워더 장비현황 조사 16
1.1. 국내·외 기존 개발 및 활용되는 임업용 포워더 조사 16
1.2. 임업용 포워더의 설계를 위한 설문조사 19
2. 문헌 및 선행연구를 활용한 임업용 포워더 장비 특성 분석 22
2.1. 임업용 포워더 종류 및 특성 조사 22
2.2. 기 개발된 임업용 포워더의 성능 조사 28
2.3. 국외 임업용 포워더의 성능시험 조사 29
III. 임업용 포워더의 구조 및 동력전달부 개선 설계 및 제작 30
1. 임업용 포워더의 구조물 개선 설계·제작 및 성능 분석 32
1.1. 임업용 포워더의 목표 제원 설정 및 축하중 조사·분석 32
1.2. 임업용 포워더의 구조 설계 및 차체구조물 컴퓨터 시뮬레이션 33
2. 등판성능 향상을 위한 동력전달부 개선 및 성능 분석 37
2.1. 임업용 포워더의 등판성능 향상을 위한 동력전달부 37
2.2. 임업용 포워더의 부품 선정 37
IV. 임업용 포워더의 부속작업기의 작업 성능개선 48
1. 포워더 크레인 및 윈치의 성능개선 50
1.1. 국외 임업용 크레인의 조사 50
1.2. 임업용 크레인의 구조 설계 51
1.3. 임업용 크레인의 작업 시 응력분포 및 안전도 해석 평가 53
1.4. 임업용 크레인의 작업범위 및 리프팅 능력 측정 54
1.5. 포워더 부속윈치의 견인력 및 유압특성 측정 분석 55
2. 포워더의 제어시스템의 성능개선 59
2.1. 임업용 포워더 시작기의 주행 및 조향 제어 특성 59
2.2. 임업용 포워더의 부속 작업기(크레인 및 윈치)의 제어 특성 69
2.3. 임업용 포워더 제어 장치의 운전특성 분석 70
V. 임업용 포워더의 주행 안정성 및 현장 적용성 평가 74
1. 임내, 임도 및 작업로 주행과 목재수확 작업에 따른 현장 적용성 평가 76
1.1. 현장에서의 임업용 포워더 시작기의 주행성능(속도, 등판 능력) 76
1.2. 임업용 크레인의 작업성능 평가(작업공정 산출을 위한 시간조사) 78
1.3. 임업용 포워더의 주행 안정성 시뮬레이션(횡전도 안정성 등) 81
2. 적용성 평가에 따른 포워더의 수정보완 연구 84
2.1. 임업용 포워더의 주행 성능 및 안정성 개선 84
2.2. 임업용 포워더의 적재 성능 및 안정성 개선 87
2.3. 임업용 포워더 엔진제어시스템(ECO Idle) 개발 88
3. 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용한 임업용 포워더의 주행 안정성 평가 90
3.1. 적재함 크기별 횡전도 한계구명 90
3.2. 토양 조건 및 적재조건별 주행속도 및 등판한계 구명 92
3.3. 지형조건 및 적재조건 별 최적 주행속도 구명 94
VI. 결론 96
VII. 참고문헌 102
국립산림과학원 연구보고 목록 105
판권기 114
〈표 1〉 국내 활용 및 도입 기종의 제원 16
〈표 2〉 국내 활용 및 도입 기종(국외장비)의 제원 17
〈표 3〉 임업용 포워더 종류 및 특성(적재중량 10톤 기준) 23
〈표 4〉 국외 임업용 포워더의 분류 기준 25
〈표 5〉 국외 임업용 포워더의 군집 분석 27
〈표 6〉 임업용 포워더의 평가시험 항목(KWF) 29
〈표 7〉 임업용 포워더의 축하중(전·후륜)비 측정 조사 33
〈표 8〉 임업용 포워더에 적용된 엔진 제원 38
〈표 9〉 선정된 유압 펌프의 제원 39
〈표 10〉 선정된 유압 주행 모터 제원 40
〈표 11〉 선정된 트랜스미션의 제원 42
〈표 12〉 여러 가지 노면상태에 따른 트랙터 점착계수 44
〈표 13〉 국외 적재중량 10톤 급 임업용 크레인 조사 50
〈표 14〉 국외 임업용 크레인의 특성조사·분석 51
〈표 15〉 포워더 윈치 종류별 사양 및 규격 조사 55
〈표 16〉 포워더 윈치의 유압모터 제원 57
〈표 17〉 국외 임업용 포워더의 조향 각도 조사 59
〈표 18〉 CAN통신 기반의 제어시스템의 구성 및 제원 65
〈표 19〉 임업용 포워더의 주행 제어 방식 67
〈표 20〉 포워더 크레인의 적재 공시재료 제원 79
〈표 21〉 포워더 크레인 적재폴 사용 유·무에 따른 적재시간 80
〈표 22〉 포워더 크레인 적재폴 사용 유·무에 따른 적재생산성 80
〈표 23〉 포워더 크레인 적재폴 사용 유·무에 따른 적재비용 81
〈그림 1〉 국내 활용 및 도입기종 18
〈그림 2〉 국내 활용 및 도입 기종(국외장비) 18
〈그림 3〉 기 장비의 사용자에 대한 설문조사 20
〈그림 4〉 기 장비의 사용자에 대한 설문조사 분석 21
〈그림 5〉 차량중량과 적재중량의 상관관계 24
〈그림 6〉 차량중량과 엔진출력의 상관관계 24
〈그림 7〉 임업용 포워더를 베이스머신으로 한 각종 차량계 임업기계 26
〈그림 8〉 국외 임업용 포워더의 군집분석(Medium forwarders) 27
〈그림 9〉 기 개발된 원목운반형 미니포워더의 성능개선 28
〈그림 10〉 국외 임업용 포워더의 성능시험 보고서(KWF) 29
〈그림 11〉 임업용 포워더의 구조 설계(좌:고정식 프레임 구조, 우:굴절식 프레임 구조) 32
〈그림 12〉 임업용 포워더의 축하중(전·후륜)비 측정조사(좌:궤도형, 우:차륜형) 33
〈그림 13〉 임업용 포워더의 보기차축 3D 구조 설계 34
〈그림 14〉 임업용 포워더의 차체 구조물 컴퓨터 시뮬레이션(응력분포, 변형도, 안전도) 35
〈그림 15〉 동력 전달 축(스플라인)의 현상 및 치수 36
〈그림 16〉 임업용 포워더의 동력전달 흐름도 37
〈그림 17〉 임업용 포워더에 적용된 엔진의 성능곡선 38
〈그림 18〉 유압 펌프의 성능곡선 39
〈그림 19〉 유압 주행 모터의 성능곡선 40
〈그림 20〉 임업용 포워더에 적용된 트랜스미션 및 유압회로도 42
〈그림 21〉 임업용 포워더의 트랜스미션 가동 시 압력 및 속도 변화 43
〈그림 22〉 임업용 포워더의 하중에 따른 자유선체도 43
〈그림 23〉 구동륜의 자유체선도 44
〈그림 24〉 공차 시 임업용 포워더의 소요토크 46
〈그림 25〉 적재 시 임업용 포워더의 소요토크 47
〈그림 26〉 임업용 크레인의 하중에 따른 자유선체도 51
〈그림 27〉 임업용 크레인의 구조 설계 52
〈그림 28〉 임업용 포워더 크레인의 구조물 컴퓨터 시뮬레이션(응력분포, 변형도, 안전도) 53
〈그림 29〉 임업용 크레인의 작업범위도 54
〈그림 30〉 임업용 크레인의 완성품 54
〈그림 31〉 윈치용 드럼의 모식도 55
〈그림 32〉 적용된 임업용 포워더의 윈치 유압모터 2D 도면 57
〈그림 33〉 임업용 포워더의 윈치 3D 모델링 58
〈그림 34〉 기 개발과 성능개선 된 포워더의 주행 방식 60
〈그림 35〉 도입된 임업용 포워더의 조향 제어 특성 조사 60
〈그림 36〉 굴절식 임업용 포워더의 회전반경 모식도 61
〈그림 37〉 초기위치, 조향각도 시간변화에 따른 포워더 자세 및 궤적변화 추정 모식도 62
〈그림 38〉 굴절식 임업용 포워더의 회전주행 시뮬레이션 결과 64
〈그림 39〉 임업용 포워더의 제어시스템 구축 65
〈그림 40〉 임업용 포워더의 유압회로도 66
〈그림 41〉 임업용 포워더의 주행 제어부 흐름도 67
〈그림 42〉 임업용 포워더의 주행 및 작업기 작동원리 68
〈그림 43〉 임업용 포워더 크레인의 조작 방법 69
〈그림 44〉 임업용 포워더의 각 제어 부 테스트 벤치 69
〈그림 45〉 국외 임업용 포워더의 운전특성 조사·분석 70
〈그림 46〉 임업용 포워더 운전석에서 작업자의 시야각(전·후·측면) 71
〈그림 47〉 임업용 포워더의 운전캐빈 3D 모델링 71
〈그림 48〉 임업용 포워더의 운전석 설계 계략도 72
〈그림 49〉 임업용 포워더의 이론적 주행성능 분석(공차 VS 최대적재 시 주행) 76
〈그림 50〉 임업용 포워더 주행속도 측정 장치 77
〈그림 51〉 임업용 포워더 주행속도 측정 시험 77
〈그림 52〉 임업용 크레인의 인양능력 측정 78
〈그림 53〉 임업용 크레인의 작업공정 시간 조사 79
〈그림 54〉 임업용 크레인의 적재작업 원목 직경 분포도 79
〈그림 55〉 횡단기울기 25° 일 때 공차시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 81
〈그림 56〉 횡단기울기 30° 일 때 공차시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 82
〈그림 57〉 횡단기울기 35° 일 때 공차시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 82
〈그림 58〉 횡단기울기 38° 일 때 공차시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 82
〈그림 59〉 횡단기울기 15° 일 때 적재시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 83
〈그림 60〉 횡단기울기 20° 일 때 적재시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 83
〈그림 61〉 횡단기울기 25° 일 때 적재시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 84
〈그림 62〉 횡단기울기 29° 일 때 적재시 포워더 좌측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 84
〈그림 63〉 임업용 포워더에 적용한 자동 차동잠금 장치 적용 85
〈그림 64〉 임업용 포워더 보기차축 리프팅 실린더 구조 적용 86
〈그림 65〉 임업용 포워더의 롤링 제어시스템 적용 86
〈그림 66〉 임업용 포워더의 운전 캐빈 댐핑 제어시스템 구조 적용 87
〈그림 67〉 임업용 포워더의 적재함 가변식 헤드보드 구조 적용 88
〈그림 68〉 임업용 포워더의 적재함 가변식 적재폴 구조 적용 88
〈그림 69〉 임업용 포워더의 엔진 성능곡선 89
〈그림 70〉 임업용 포워더의 엔진제어시스템(ECO Idle) 개념도 89
〈그림 71〉 횡단기울기 38° 일 때 공차시 포워더 촤측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 90
〈그림 72〉 횡단기울기 29° 일 때 적재시 포워더 촤측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 90
〈그림 73〉 횡단기울기 32° 일 때 적재시 1단 확장 포워더 촤측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 91
〈그림 74〉 횡단기울기 32° 일 때 적재시 2단 확장 포워더 촤측 후륜 타이어 무게중심의 위치 변화 91
〈그림 75〉 마찰계수 0.7일 때, 공차시(좌) 및 적재시(우) 종단경사별 등판능력 분석 92
〈그림 76〉 마찰계수 0.6일 때, 공차시(좌) 및 적재시(우) 종단경사별 등판능력 분석 92
〈그림 77〉 마찰계수 0.5일 때, 공차시(좌) 및 적재시(우) 종단경사별 등판능력 분석 93
〈그림 78〉 마찰계수 0.4일 때, 공차시(좌) 및 적재시(우) 종단경사별 등판능력 분석 93
〈그림 79〉 장애물 생성 모델의 규격 94
〈그림 80〉 공차시 장애물 높이 15cm 통과시 4.8km/h 속도에서의 변화량 94
〈그림 81〉 적재시 장애물 높이 15cm 통과시 3.2km/h 속도에서의 변화량 95
〈그림 82〉 공차시 장애물 높이 25cm 통과시 3.2km/h 속도에서의 변화량 95
〈그림 83〉 적재시 장애물 높이 25cm 통과시 3.2km/h 속도에서의 변화량 95