고온 환경 내 매니퓰레이터 내열 방안을 위한 전산 유동 해석과 실험적 연구

박상환; 장경식; 김병천

doi:10.3795/KSME-B.2020.44.7.459

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저자정보: 박상환 (울산대학교) 장경식 (울산대학교) 김병천 (울산대학교)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 논문집 B권 대한기계학회논문집 B권 제44권 제7호(통권 제418호)

발행연도: 2020.7

수록면: 459 - 465 (7page)

DOI: 10.3795/KSME-B.2020.44.7.459

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최근 들어 화재 현장에 많은 소방 로봇이 투입되고 있는데, 그중 매니퓰레이터가 장착된 로봇은 전자 장비와 유압 실린더 장비를 포함하게 된다. 작동 온도 범위를 넘어서는 고온 환경에서는 성능이 저하될 수 있기 때문에 매니퓰레이터가 정상적으로 작동하기 위해서는 내열 방안이 필수적이다. 본 논문에서는 고온의 환경에서 노즐을 통한 물 분사 냉각 방식을 수치 해석을 통해 내열 성능을 예측하고 내열 챔버를 통한 시험을 통해 검증하였다. 전산 유동 해석은 ANSYS Fluent V19.4를 이용하였고 열전달과 열복사를 모사하기 위해 S2S(Surface to Surface) 모델을 사용하였다. 두 가지 종류의 노즐을 이용해 세 가지 조건으로 해석하였으며 매니퓰레이터의 세 가지 자세에 대해 각각의 표면 온도를 비교하여 냉각 성능을 예측하였다. 해석 결과를 바탕으로 500°C 환경의 내열 챔버에서 내열 시험을 진행하였다. 시험 결과 물 분사 냉각 방식으로 약 1시간 동안 유압 실린더 온도를 60°C 이하로 유지하는 것을 보였다.

#Computational Fluid Dynamics(전산 유체역학) #Discrete Phase Model(이산 상 모델) #Manipulator (매니퓰레이터) #Water Cooling System(수냉 시스템) #High Temperature Chamber(고온 챔버)

참고문헌 (8)

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Kim, B. C. and Chang, K. S., 2019, “Numerical Simulation and Experiment of the Fire Protecting System of the Manipulator in High Temperature Environment,” Fluids Engineering Divison Summer Meeting, American Society of Mechanical Engineers.

Miyazawa, K., 2002, “Fire Robots Developed by the Tokyo Fire Department,” Advanced Robotics, Vol. 16, No. 6, pp. 553~556.

Kwark, J., 2015, “Performance Evaluation of Search Robot Prototypes for Special Disaster Areas,” Fire Science and Engineering, Vol. 29, No. 6, pp. 126~131.

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