본 기술논문에서 18,000 TEU급 초대형 선박에 대응하는 차세대 컨테이너크레인의 규격 및 성능을 검토하였다. 컨테이너선의 발달 과정을 연대순으로 살핀 후에 기존에 설치되어 운영중인 컨테이너크레인의 특성을 파악하였고 세계각처에서 수행되고 있는 컨테이너크레인에 관한 연구동향을 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 2014년 이후에 등장할 차세대 컨테이너크레인의 규모 및 성능을 예측하였다. 검토된 사항은 컨테이너크레인의 구조, 트롤리와 호이스트의 메커니즘, 제어방식, 아웃리치, 백리치, 레일게이지, 하역능력, 안정성 및 내구성 등이다.
본 기술논문에서 18,000 TEU급 초대형 선박에 대응하는 차세대 컨테이너크레인의 규격 및 성능을 검토하였다. 컨테이너선의 발달 과정을 연대순으로 살핀 후에 기존에 설치되어 운영중인 컨테이너크레인의 특성을 파악하였고 세계각처에서 수행되고 있는 컨테이너크레인에 관한 연구동향을 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 2014년 이후에 등장할 차세대 컨테이너크레인의 규모 및 성능을 예측하였다. 검토된 사항은 컨테이너크레인의 구조, 트롤리와 호이스트의 메커니즘, 제어방식, 아웃리치, 백리치, 레일게이지, 하역능력, 안정성 및 내구성 등이다.
In this article. the specifications of a future container crane for a 18,000 TEU megaship are investigated After studying the transitions of containerships through the past half century, the characteristics of the past and current container cranes are outlined. together with various research trends ...
In this article. the specifications of a future container crane for a 18,000 TEU megaship are investigated After studying the transitions of containerships through the past half century, the characteristics of the past and current container cranes are outlined. together with various research trends throughout the world Upon these results, the size and performance of the container crane that will be used beyond the year 2014 are forecast. Specifically, the structure, trolley and hoist mechanism, control method, outreach. backreach, rail gage, loading capacity, stability, durability, and others are summarized.
In this article. the specifications of a future container crane for a 18,000 TEU megaship are investigated After studying the transitions of containerships through the past half century, the characteristics of the past and current container cranes are outlined. together with various research trends throughout the world Upon these results, the size and performance of the container crane that will be used beyond the year 2014 are forecast. Specifically, the structure, trolley and hoist mechanism, control method, outreach. backreach, rail gage, loading capacity, stability, durability, and others are summarized.
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문제 정의
본 논문에서는 18, 000 TEU급의 초대형 컨테이너선을 신속하고 효율적으로 양적하 하기 위한 차세대 컨테이너 크레인의 성능 및 규격을 제안하였다. 요약하면 차세대 컨테이너 크레인 은 트리플-호이스트 듀얼-트롤리 시스템을 갖추고 있으며, 규격은 아웃리치가 75 m, 백 리치는 25 m, 호이스트와 트롤리의 평균 속도는 각각 250 mpm, 350 mpm이다.
따라서 평균 75 moves/hr로 작업할 수 있는 차세대 컨테 이너크레인이 개발되어야 하겠다. 본 논문에서는 기존에 설치된 컨테이너 크레인의 특성을 파악하고 세계 각처에서 논의되고 있는 새로운 개념의 컨테이너 크레인의 구조를 분석하여 28열 규모의 18, 000 TEU급 초대형 선박을 수용할 수 있는 차세 대 컨테이너 크레인 구조와 규격을 제시하려 한다.
Paceco사는 해 측 트롤리로 운반된 컨테이너를 적재할 수 있는 Buffer Station을 개발하였다(Jordan, 2002). 이 시스템은 듀얼-트롤리의 단점으로 지적된 트롤리와 트럭 간의 상호 기다림 시간을 해소하여 생산성을 향상하려는 목적으로 개발되었다. 그러나 Buffer Statione 고무 타이어 구조로 되어 이동성이 뛰어나지만, 운전자의 조작을 필요로 하므로 운용비용이 증가된다.
제안 방법
Advanced Robotic Cranee 큰 규모의 스 카라 로봇, 링크로 이루어진 호이스팅 부, 및 6자 유도 병렬형 머니퓰레이트 구조의 스프레더로 구성된다. Advanced Robotic Cranee 스카라 로봇 시스템과 링크구조의 호이스팅 부를 적용하여 기존의 컨테이너 크레인이 가지고 있는 흔들림을 해결하였고, 비젼시스템을 이용하여 완전자동으로 컨테이 너를 양적하 하도록 하였다. 6자 유도의 병렬형 머니퓰레이터 구조로 이루어진 스프레더는 컨테이너 선박이 흔들리거나 바람이나 날씨 등 외부요인에 의한 열악한 작업환경에서도 정확한 하역작업을 할 수 있게 고안되었다.
한편, 붐 위에서 트롤리가 주행하는 거리와 끌어올리는 길이는 각각 100 m, 70 m인 더】, 선사들의 운항 채산성 요구를 만족시키기 위해서는 시간당 평균 75 moves/hr로 처리하여야 한다. 따라서 트롤리와 호이스트의 속도를 각각 300—400 mpm, 200—300 mpm로 제안한다.
러나 미래의 컨테이너 규격은 16 이까지 증가하여 적재중량이 40~50 long tons에 육박할 것으로 예상된다(이 등, 2004). 따라서 트윈포티 스프 레더 (twin forties spreader)를 기준으로 안전을 고려하여 각 스프레더당 60 long tons, 총 120 long tons의 하역성능을 가 지도록 제안한다.
시간당 평균 75 moves/hr의 컨터이너 처리를 실현하기 위한 차세대 컨테이너 크레인의 구조로 듀얼-호이스트 트리플- 트롤리 시스템을 제안한다. 컨테이너 크레인이 대형화되면 트롤리의 작업이동 거리와 호이스트의 끌어올리는 거리가 증가하여 이송 시간이 길어지고 흔들림이 발생하여 하역 생산성에 악영향을 끼칠 수 있다.
可래에 등장할 초대형 컨테이너선(18, 000 TEU)은 선폭은 70 m, 선장은 400 m, 흘수는 20 m, 二1■리고 갑판 열수는 28열의 计격을 가지게 될 것이다. 이에 대응하여 트롤리의 속도를 최 석으로 제어하기 위한 오버런(overrun)을 2 이로 가정하고, 해 측의 레일에서 부두 끝까지의 거리와 패널의 크기를 각각 2 이로, 컨테이너의 폭을 2.45 이로, 선박 끝과 컨테이너 사이의 간격을 2 이로 감안하여 차세대 컨테이너 크레인의 아웃리치 (outreach)를 75 m로 제안한다. 제안근거는 아래의 식(1)과 같다(Paceco website, [18]).
컨테이너 크레인의 레일 게 이지는 지반의 견실성과 풍동에 의한 동적 영향 등을 고려하여 통상 아웃리치의 반을 레일 게 이지로 선정한다(한진중공업, 2005). 이에 따라 차세대 컨테이 너 크레인의 레일 게이지를 40 m로 제안한다.
현재 컨테이너의 길이는 12 m~14 m이지만 미래의 컨테이 너는 16 m까지 증가할 것이다(Jordan, 2001). 컨테이너의 각 사이드 가이드(sideguide)의 동작범위를 1.8 이로 감안하여 컨 테이너크레인의 다리 사이의 거리는 컨테이너를 안정하게 하 여할 수 있는 21 m로 제안한다.
대상 데이터
미국의 August 사는 극한의 날씨에도 자동으로 하역작업을 수행 할 수 있는 컨테이너 크레인을 개발하였다(August Design website, [10]). Advanced Robotic Cranee 큰 규모의 스 카라 로봇, 링크로 이루어진 호이스팅 부, 및 6자 유도 병렬형 머니퓰레이트 구조의 스프레더로 구성된다. Advanced Robotic Cranee 스카라 로봇 시스템과 링크구조의 호이스팅 부를 적용하여 기존의 컨테이너 크레인이 가지고 있는 흔들림을 해결하였고, 비젼시스템을 이용하여 완전자동으로 컨테이 너를 양적하 하도록 하였다.
성능/효과
Advanced Robotic Cranee 스카라 로봇 시스템과 링크구조의 호이스팅 부를 적용하여 기존의 컨테이너 크레인이 가지고 있는 흔들림을 해결하였고, 비젼시스템을 이용하여 완전자동으로 컨테이 너를 양적하 하도록 하였다. 6자 유도의 병렬형 머니퓰레이터 구조로 이루어진 스프레더는 컨테이너 선박이 흔들리거나 바람이나 날씨 등 외부요인에 의한 열악한 작업환경에서도 정확한 하역작업을 할 수 있게 고안되었다. Advanced Robotic Crane의 시간당 하역 생산성은 75 moves/hr로 예상된다.
3은 듀얼-호이스트 듀얼-트롤리 컨테이너 크레인을 보인다. 듀얼-호이스트 듀얼-트롤리 컨테이너 크레인은 싱글 사이클로만 하역작업이 이루어지며, 하역 생산성은 시간당 50—70 moves/hr로 일반적인 싱 글-트롤 리 컨테이너 크레인에 비해 적어도 두 배가량 증가할 것으로 기대된다.
크레인은 각종 센서를 통해 PC를 기반으로 트롤리, 호이스트, 스프레더 등의 위치 및 속도 등을 실시간으로-관측, 제어하며 전체 터미널 운영시스템과 연동하여 완전한 자동화를 이룬다. 상기 제안된 메커니즘을 바탕으로 시간당 평균 75 moves/lB의 하역성능을 기대할 수 있다. 한편, 크레인의 대형화에 따른 풍동의 영향, 초기설치 시 토목기반공사의 고비용 등이 우려가 되므로 이에 대한 연구가 추가적으로 수행되어야 하겠다.
본 논문에서는 18, 000 TEU급의 초대형 컨테이너선을 신속하고 효율적으로 양적하 하기 위한 차세대 컨테이너 크레인의 성능 및 규격을 제안하였다. 요약하면 차세대 컨테이너 크레인 은 트리플-호이스트 듀얼-트롤리 시스템을 갖추고 있으며, 규격은 아웃리치가 75 m, 백 리치는 25 m, 호이스트와 트롤리의 평균 속도는 각각 250 mpm, 350 mpm이다. 크레인은 각종 센서를 통해 PC를 기반으로 트롤리, 호이스트, 스프레더 등의 위치 및 속도 등을 실시간으로-관측, 제어하며 전체 터미널 운영시스템과 연동하여 완전한 자동화를 이룬다.
10은 듀얼-호이스트 트리플-트롤리 시스템을 보인다. 제안된 구조는 트롤리의 작업 경로를 삼단계로 분업화하여 작업 시간을 줄이고, 기존의 컨테이너 크레인의 문제점으로 지적되었던 트롤리와 트럭 간의 상호 기다림에 의한 작업 중지 시간을 버퍼 능력을 갖는 시스템을 이용하여 감소함으로써 하역 생산성을 증가시킨다. 이러한 시스템은 추가된 장비로 인해 컨테이너 크레인의 중량이 증가하는 탓에 추가적인 토목공사가 수반되어야 하므로 기존의 부두에는 적용이 불가하다.
4는 two-trolley-elevator-conveyor-system 나타낸匸+. 컨테이너 크레인은 두 대의 트롤리와 엘리베이터를 접목하여 하역효율을 극대화하였으며, 해 측 및 육 측의 하역작업을 분리하여 생산성 향상을 실현하였다. 또한 트럭과 트롤리의 작 업 시간이 일치하지 하지 않아 트럭이 지상에서 대기하는 시간이 발생하는 것이 듀얼-트롤리의 문제점으로 지적되었는데 이를 해결하여 작업 흐름을 원활하게 하는 장점을 가진다.
후속연구
컨테이너 크레인은 컨테이너 터미널의 생산성에 가장 큰 영향을 주는 장비로서, 현재 설치된 컨테이너 크레인의 하역속도 가평균 30 moves/hr임을 감안할 때 앞으로 출현하게 될 초대형 컨테이너선(18, 000 TEU급)에 대응하기에 턱없이 부족하다. 따라서 평균 75 moves/hr로 작업할 수 있는 차세대 컨테 이너크레인이 개발되어야 하겠다. 본 논문에서는 기존에 설치된 컨테이너 크레인의 특성을 파악하고 세계 각처에서 논의되고 있는 새로운 개념의 컨테이너 크레인의 구조를 분석하여 28열 규모의 18, 000 TEU급 초대형 선박을 수용할 수 있는 차세 대 컨테이너 크레인 구조와 규격을 제시하려 한다.
상기 제안된 메커니즘을 바탕으로 시간당 평균 75 moves/lB의 하역성능을 기대할 수 있다. 한편, 크레인의 대형화에 따른 풍동의 영향, 초기설치 시 토목기반공사의 고비용 등이 우려가 되므로 이에 대한 연구가 추가적으로 수행되어야 하겠다.
해양수산부(2004), 2004년 해양수산 통계연보, Available at http://www.momaf.go.kr/doc/2004%20stat/index.html
August Design, LLC, 'Advanced robotic crane for container handling', Available at http://www.august-design.com
Bhimani, K. and Kerenyi, J.(1995), 'Rope-towed trolley or machinery trolley which is better?', The Facilities Engineering Seminar American Association of Port Authorities, San Pedro, CA, Nov., pp. 15-17
Bhimani, K., Morris, C. A., and Karasuda, S.Q996), 'Dockside container crane design for the 21st century', Container Efficiency Conference World Trade Center, Singapore, March
Createch Co., 'High Performance Continuous Crane (in Korean)', Available at http://www.createch.co.kr
Jordan, M. A. and Rudolf III, C. D.(1993), 'New container crane concepts', The Facilities Engineering Seminar American Association of Port Authorities, Savannah, Georgia, April, pp. 14-16
Jordan, M. A.(1995), 'Dockside container cranes', PORT'95 Proceedings, Tempa, Florida, March, pp. 13-15, pp. 826-837
Jordan, M. A.(2001), 'Future-proof your crane', Terminal Operation Conference Americas, Miami, October
Jordan, M. A.(2002), 'Quay crane productivity', Terminal Operation Conference Americas, Miami, November
Paceco Inc, 'Paceco's company profile', Available at http://www.pacecocorp.com
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