70년 빅데이터 기반 스마트시스템 개발 주력

Non-Road 50kW급 디젤엔진, 농용 MPV 등 성과

4차 산업혁명이 산업 전 분야의 핵심 키워드로 부상하고 있다. 농축산기계 업체들도 이러한 기술적 흐름을 예측하고 주도적으로 기술개발에 나서고 있다. 이들 업체들의 연구소 운영상황, 핵심원천기술, R&D 발굴사례 등을 살펴봄으로써 농축산기계 업계의 ‘미래상’을 예측하고 자 연속기획 ‘4차산업혁명 대비 기술개발현장 보고’시리즈를 마련했다. 그 첫 번째 순서로 대동공업(주) 기술연구소를 찾아 기술개발 현장을 돌아봤다.

1977년에 설립된 대동공업(주) 기술연구소는 1985년 10월 대구시 달성공단 대구공장 구내에 첨단시설을 갖춘 연구소를 건설하면서 농기계 야외시험장 및 엔진 종합 시험장비 등 현대식 연구 기자재를 갖췄다.

연구기능을 한층 더 강화하기 위해 1997년 12월 경상남도 창녕군 소재 대동공업 훈련원 구내에 연구소를 신축 이전하면서 무향실, 환경시험실, 엔진배기가스 시험실, 비포장 및 직선주행로를 포함한 주행시험장(4800평) 그리고 첨단 시험설비와 연구시설을 갖춘 기술연구소로 변모했다.

2008년부터 Tier4 엔진개발에 대비해 동력계 & PM 측정기, 배기가스 분석기, PM성분 분석기, Automation System 등과 같은 emission 시험실의 측정장비들을 증대·구축했고, 국내뿐만 아니라 EEC, EPA 등 인증시험에도 대응할 수 있는 발판을 마련했다.

연구소는 연구소장을 포함한 112명의 우수한 연구원들이 포진돼 있으며 4차 산업혁명에 대비해 농기계 판매뿐만 아니라 농작물관리를 통한 농업 종합솔루션을 제공하는 회사로의 변화를 꾀하고 있다. 특히 창립 70주년에 걸쳐서 축적된 빅데이터 정보를 통해 농기계를 진단하고, 사전 차량관리 서비스 기술을 확보할 계획이며 고객의 농작물 관리까지 서비스 범위를 확대해 기술력을 확보하는 스마트시스템 개발에 만전을 기하고 있다. 

대동공업(주) 기술연구소 1층에 있는 전시룸에 트랙터에 들어가는 미션과 엔진이 진열돼 있다. 정면에 배치된 것이 Tier-4 엔진으로 중형트랙터 등에 탑재되고 있다.

◇R&D 성과

△습전적응형 55kW급 Full Feed방식 콤바인

보통형 콤바인은 국내수요가 계속 증가하고 있으나 국산화되어 있지 않아 유럽, 일본 등에서 전량 수입하고 있는 실정이다. 현재, 미국, 유럽 등지에서 사용되고 있는 보통형 콤바인은 예취폭이 2m이상으로 본 과제에서 개발하고자 하는 콤바인에 비해 대형 기종이다.

따라서, 국내, 중국, 동남아 등지에서 활용이 가능한 예취폭 2m 이하의 습전 대응형 보통형 콤바인 개발에 나섰다. 이에 특허조사와 선진사 사양분석 및 경쟁사 BM을 통해 목표사양을 확정했고, 각 파트별 시제품 제작 및 기초기능에 대한 성능평가를 진행했다.

그리고 제작된 핵심부품 및 시제품을 활용해 단품에 대한 벤치시험 및 성능을 검증했고, 시제품 콤바인 제작, 필드 및 벤치 성능시험 진행을 통해 문제점 검토 후 개선부품 제작을 위한 설계보완 및 해석을 완료했다. 콤바인 기대 장착 후 필드성능 및 내구시험 진행한 뒤 정량적 목표달성 여부를 공인인증시험기관을 통해 확인·검증했다.

△고신뢰성(B10 3,000hr)기반 41kW급 트랙터

농지환경이 열악해 수전농작업시 침수 깊이가 깊어도 트랜스미션과 전장부품의 문제가 발생하지 않으며, 열대지역의 고온에서 출력 저하가 없고 목표 내구성능을 만족하는 Slim형 트랙터를 개발해 동남아 신시장을 선점코자 했다.

이에 수전농작업을 위한 트랜스미션 Sealing 시스템과 방수성능이 뛰어난 전장시스템, 고온의 환경을 고려한 냉각시스템을 요소부품으로 개발하고, 신뢰성 기반의 내구수명을 만족하는 41kW급 Slim형 트랙터를 성공적으로 개발·완료했다. 오일 누유량 1ml이하/480hr 내환경성 Sealing 시스템 개발, 동력전달 85.2% 고효율 Slim형 트랜스미션, 내방수·내방진·내진동성 계기판과 전조등을 개발해 전 부품을 100% 국산화하는 성과를 거뒀다.

△Tier-4 대응 Non-Road 50kW급 디젤엔진

디젤엔진 개발기술의 자립과 세계시장에서의 경쟁력 확보하고자 과제를 수행했다. 고압분사의 커먼레일 전자제어 시스템을 운전조건에 맞게 신규 개발하고 고출력에 견디는 고강도 엔진본체를 신규 개발했다. 부품개발에 앞서 concept 설계와 상세 해석을 통해 시험개발 과정에서의 오류를 최소화했고, 주요 본체 및 연소계, 배기정화장치 시스템을 국산화했다.

또 농기계 및 산업장비용 엔진으로서 해외시장에서의 경쟁력을 확보할 수 있게 됐다. 적용분야는 농업기계, 건설장비 및 산업용 차량, 발전기용 엔진, 소형 선박용 엔진 등이다. 

△E-파워트레인 기반 농용 MPV 개발

자동차의 EV기술을 토대로 농업·건설 분야에 활용 가능한 고 토크 기반 EV 제어기술을 개발 함으로써 자동차분야 뿐만 아니라 산업 전반에 E-파워트레인 기반 시술을 접목해 향후 도래할 EV시대에 대응 가능한 기술을 확보하고자 했다. 이에 Off-Road 주행에 최적화된 고 토크 기반 자동변속기 하드웨어를 국산화 기술로 신규 개발을 추진했으며, 고 토크 기반 변속장치 특성으로 고 기어비를 가지고 있는 변속기 제어를 위한 변 속시점 산정(부하감응 자동변속)과 변속시 발생하는 변속충격을 완화할 수 있는 변속 동기화 기술을 순수 국산화 기술로 개발했다. 

무향실 내부 모습.

◇핵심원천기술

△SCR(Selective Catalytic Reduction) 개발 기술

SCR 시스템은 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF, SCR 각종 후처리 장치를 포함해 요소수를 제어하고 분사하는 DCU(Dosing Control Unit) 및 Dosing Injector, 각종 센서류 및 요소수 탱크, 해빙을 위한 냉각수 밸브 등으로 이뤄져 있으며 그 시스템이 복잡하다.

대동공업(주)은 국내 농기계 최초로 SCR 시스템을 자체 개발해 특허출원 및 국내인증까지 완료한 상태이며 올해 5월부터 85마력 5조 콤바인에 적용, 양산하고 있다. 앞으로 이 기술을 이용해 85마력부터 130마력 트랙터에 확대·적용·개발하고 미국 및 유럽 인증도 계획하고 있다.

△트랜스미션 Power shift 변속장치 설계 기술

국내시장이 경작지 대형화에 따른 작업시간 증가로 피로도 증가, 축산업 작업특성상 빈번한 변속으로 작업능률 저하 등의 문제가 생기고 있다. 이에 속도부하에 감응해 자동으로 변속이 이뤄지는 8단 자동변속기 하드웨어를 국산화기술로 신규 개발했으며, 동력전달 효율 80% 이상, PTO 효율 80% 이상 및 0.6초 이내의 변속반응 시간을 구현했다.

자동변속 8단은 유압클러치를 이용한 주변속 4단, 하이로우 2단을 이용해 자동 변속 시스템을 구성했으며, 전후진을 위한 셔틀 유압클러치를 주변속 전방부에 설치했다. 셔틀 클러치는 전후진 변속시 모듈레이팅 제어를 하고 하이로우 클러치는 주변속 변속시 모듈레이팅 제어가 가능하도록 주변속의 후방부에 배치하는 구조로 시스템을 설계했다.

이를 바탕으로 90kW급 트랙터를 개발했으며, 작업 Mode와 변속장치 특성을 고려한 변속 시 발생하는 변속 충격을 완화할 수 있는 트랜스미션 Power shift 변속기 제어 기술을 순수 국산화 기술로 개발하게 됐다.

△제어시스템 진단 기술

농기계의 두뇌에 해당하는 컨트롤러를 자체적으로 개발 및 최적화 노하우를 보유하고 있다. 하드웨어 설계 및 소프트웨어에 해당하는 제어로직 설계, 프로그램 코딩, 최적화를 당사 연구원을 통해 개발하고 있으며 개선개발 및 연구원 육성에 매진하고 있다. 현재는 디스플레이 및 CAN통신을 통한 진단기능 개발에 주력하고 있다.  

△전기 동력시스템 application 기술

2010년부터 전기차량 기술을 개발해 전기트랙터 및 전기UTV를 개발했다. 이중 전기UTV는 양산화에 성공해 사업을 진행 중이다. 무공해, 저소음의 친환경 전기 운반차(UTV)는 국내 형식 승인(농업용)을 취득했으며, 주요 특장점은 1회 충전으로 연속 3.5시간, 70km이상 주행 가능 하고 전기 모터식 조향 시스템(EPS, Electronic Steering System) 적용 부드러운 조향력을 통한 조정 안정성을 확보하고 있다.

또한 충전기 내장형(OBC)로 220V 전원만 있으면 어디서든지 충전이 가능하며 리튬 배터리 (72V 160Ah)를 채용하고 경사로 엔진 브레이킹 기능 구현을 통해 경사로 하강시 모터의 회생제동을 통한 엔진 브레이킹 기술을 적용했다. 전기 고전압 시스템 설계 기술과 모터 제어, 배터리 관리 기술 등 다양한 전기차량 기술을 보유하고 있으며 전기농기계 시장의 대두에 대비하여 자체적인 개발 계획을 갖고 기술개발을 진행하고 있다.

“SCR시스템 개발…5월부터 85마력 5조 콤바인 적용·양산”

컨트롤러 최적화 노하우 보유…진단기능 개발 주력

2010년부터 전기차량기술 개발…전기UTV 양산 성공

◇주요 제품

대동공업은 1947년에 설립된 농기계 회사로 현재 국내에서 유일하게 트랙터, 경운기, 이앙기, 콤바인을 모두 생산하고 있으며, 자체 개발한 다목적 운반차 생산을 통해 UTV 시장 선점을 위해 박차를 가하고 있다.

대표적인 농기계로는 CK, DK, RX, PX시리즈 등의 트랙터, 5조/6조 콤바 인과 6조/8조 이앙기, 다목적운반차 UTV 등이 있다. CK시리즈 트랙터의 특징은 과수원을 누비는 전천후 컴팩트 트랙터로서 편의성, 안락성, 조작성, 주행기능과 다양한 옵션을 들 수 있다.

먼저 핸들위치 조정 기능과 운전석 조작 공간 증대로 탑승시 피로감을 감소시키는 편의성을 들 수 있다. 그리고 주행/작업 시 외부 유입물 차단을 위한 의자밑판 구조를 기본적용했고 의자진동 최소화를 위한 방진구조, 엔진소음의 유입을 차단하기 위한 일체형 계기판 프레임구조 등을 적용해 안락성을 높였다.

클러치/브레이크 페달 조작방식 변경으로 족답력을 개선했다. 또한 편리한 전/후진 주행(HST) 기능으로 여성 및 노약자도 쉽게 조작할 수 있도록 했으며, 크루즈/엔진RPM 연동과 같은 다양한 옵션기능을 적용해 작업시 편의성을 극대화했다. DK시리즈 트랙터의 특징은 하우스 작업에서 탁월한 트랙터로서 작업성, 안정성, 탁월한 성능, 편의성 등을 들 수 있다. 우선 파워풀한 엔진성능으로 PTO 출력을 증대시켜 고부하 작업성이 증대됐다.

다양한 타이어 제공으로 작물 맞춤형 다작물 재배가 가능하며, 외부유압 6포트를 기본으로 장착해 다기능 작업이 가능한 유압부로 구성했다. 그리고 유압 승강력 성능을 전작대비 40% 업그레이드시켜서 무거운 작업기도 거뜬히 들 수 있는 승강력을 갖도록 했고 클러치 페달 조작없이 스위치 조작만으로 편리한 변속기능 구현이 가능토록 핸드 클러치 기능을 추가했다.

RX시리즈 트랙터는 저매연, 저소음, 저연비의 대동 커먼레일 TIER4 엔진에 실시간 연비 모니터링 기능 ‘모니터(Monitor)5’을 채택해 연비 효율성이 극대화된 제품이다. ‘모니터5’는 국내 농기계 업계 최초로 채택된 기능으로 자동차와 같이 계기판에 실시간 연비, 평균 연비, 총 연료 사용량, 주행속도 표시, 경제운전 가이드를 표시해 작업 중 트랙터 연비를 실시간으로 전달한 다.

그리고 다양한 작업 편의기능으로 블루투스 스트레오를 채택해 스마트폰과 연동한 핸즈프리 기능이 가능하고, 작업 중에도 쉽게 통화뿐 아니라 음악청취도 가능하다. PX시리즈 트랙터는 뛰어난 연비에 저 매연, 저소음, 저진동을 제공하는 강력한 전자식 Tier4 엔진으로 친환경 트랙
터로서의 면모를 갖추고 있다.

대용량 작업유량을 구현해 1300rpm 이상에서 전방(집게)&후 방(랩핑) 작업을 동시에 할 수 있다. 그리고 수평 실린더의 양력을 2060kgf까지 증대시켜 대용량 편심작업 편의성을 구현했으며, 3점 링크부의 로 워링크 강성을 증대해 대용량 작업기 장착이 가능토록 했다.

또한 전방 4개/ 후방 2개의 고성능 LED 작업등을 채택해 야간시야를 확보했고, 손쉬운 조작으로 작업이 용이하도록 유압식 톱링크를 채택했다. 또한 대용량 9인치 에어크리너를 적용해 교환 및 수명주기도 200% 높여 유지·보수비용의 절감 효과와 가혹한 작업 환경에서도 최상의 컨디션을 유지토록 했다.

6조 콤바인의 특징은 국내 6조 콤바인 최초로 고출력 저연비의 전자식 Tier4 엔진을 탑재했고 자동화 기능으로 작물의 유입량을 감지해 자동으로 풍구의 풍속 및 채프 열림량을 조절해 손실없는 선별최적화를 구현한 점 등이 있다.

자동선별 제어기능 및 작업부하에 따른 작업속도 자동제어 기능이 탑재된 것도 눈에 띄는 부분이다. 탈곡 부의 보조 반송체인은 탈곡성능을 향상시켜주고, 탈곡 선별 제어 기능으로 손실없는 최적의 곡물 선별을 수행할 수 있게 한다. 또한 1950L의 대용량 곡물탱크를 구비하고 있으며, 측면의 점검창을 통해 곡물의 잔량을 확인할 수 있고, 바이브 로셔터 기능으로 곡물저장 및 배출이 용이한 장점이 있다.

8조 이앙기의 특징은 모의 자세와 깊이 간격까지 완벽한 이앙기로서 고효율 22마력 디젤엔진과 19마력 가솔린 엔진이 장착됐고, 대용량 연료탱크(40L)로 1회 주유시 최대 12시간 작업이 가능하다.

그리고 페달로 속도조작 및 고정 가능한 듀얼 시프트 기능으로 간편하게 조작 할 수 있으며, 이앙속도 1.7m/s, 고정밀 수평제어 기능 등으로 빠르고 정확한 이앙이 가능토록 했다. 신규 출시 예정인 다목적 운반차량 UTV은 세련되고 안정감있는 자동차 스타일로 내·외장 풀체인지 모델이며, 중앙집중식 조작공간과 편안한 승차감으로 인체공학적 인테리어 디자인을 구현한 점이 특징이다. 더욱 강력해진 파워와 신속한 작업을 위해 엔진출력을 24HP로 높였고 최고 속도도 50km/h가 나오도록 성능개선도 이뤄졌다.

캘리퍼와 디스크용량 증대로 브레이크 성능을 30%높여서 제동력을 향상시켰고, 틸딩 핸들과 디지털 계기판을 적용해 운전자 체형에 맞게 조절이 가능토록 했으며 핸들 전방에 계기판을 배치함으로 시인성 향상에도 큰 도움이 되도록 했다. 소비자 요구사항에 맞는 하프도어, 알루미늄 휠, 전자식 파워스티어링 등 다양한 옵션도 구비됐다. 

선태규  midas0718@alnews.co.kr

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