종래의 깎기식 제거기에 의한 노면표시 제거작업은 인력에 의존하는 단순반복 작업으로 진행된다. 따라서 교통사고, 잔재제거에 사용되는 프로판 가스의 폭발, 작업자의 건강과 환경에 위해한 먼지와 유해가스 발생 등 위험요소가 상존하고 있다. 이러한 노면표시 제거작업의 문제점은 자동화 로봇화의 잇점으로 작용될 수 있다. 본 연구에서는 초고압수를 이용한 모바일 타입 노면표시 제거장비의 프로토타입을 개발하였다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 현행 노면표시 제거작업 분석결과 노면표시 제거작업은 a)작업준비, b)노면표시제거, c) 현장정리로 구분할 수 있다. 이들 중 b) 노면표시제거작업의 전 공정을 수행할 수 있는 건설기 계장비가 필요함을 알 수 있었다. 둘째, 개발장비는 1일 8시간 작업 기준으로 약 1,400m를 작업할 수 있는 것으로 나타났다. 이 값을 기존방식의 작업량과 비교한 결과 280.0%의 생산성 달성 비율을 얻을 수 있는 것으로 분석되었다.
종래의 깎기식 제거기에 의한 노면표시 제거작업은 인력에 의존하는 단순반복 작업으로 진행된다. 따라서 교통사고, 잔재제거에 사용되는 프로판 가스의 폭발, 작업자의 건강과 환경에 위해한 먼지와 유해가스 발생 등 위험요소가 상존하고 있다. 이러한 노면표시 제거작업의 문제점은 자동화 로봇화의 잇점으로 작용될 수 있다. 본 연구에서는 초고압수를 이용한 모바일 타입 노면표시 제거장비의 프로토타입을 개발하였다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 현행 노면표시 제거작업 분석결과 노면표시 제거작업은 a)작업준비, b)노면표시제거, c) 현장정리로 구분할 수 있다. 이들 중 b) 노면표시제거작업의 전 공정을 수행할 수 있는 건설기 계장비가 필요함을 알 수 있었다. 둘째, 개발장비는 1일 8시간 작업 기준으로 약 1,400m를 작업할 수 있는 것으로 나타났다. 이 값을 기존방식의 작업량과 비교한 결과 280.0%의 생산성 달성 비율을 얻을 수 있는 것으로 분석되었다.
Current removing process is labor intensive and time consuming, employing a conventional grinding type manual machine. This manual tasks trigger various dangers such as unexpected traffic accidents or explosions of propane gas used for finalizing removing process, leading to health damage and enviro...
Current removing process is labor intensive and time consuming, employing a conventional grinding type manual machine. This manual tasks trigger various dangers such as unexpected traffic accidents or explosions of propane gas used for finalizing removing process, leading to health damage and environment pollution by dusts and noxious gases. Accordingly, it is necessity for the development of new alternative equipment. In this paper, we have developed a prototype equipment for road stripe removing made up with a high-pressure water-jet system as a mobile type system. The following shows the results. First, an analysis of the current road stripe removal process showed that it can be divided into a) preparation, b) removal and c) ground finishing. It also showed that the b) removal process requires equipment which can cover the whole process. Second, the study compared between the productivity of the developed equipment and conventional methods, and it obtained 280% productivity improvement compared to the conventional equipment.
Current removing process is labor intensive and time consuming, employing a conventional grinding type manual machine. This manual tasks trigger various dangers such as unexpected traffic accidents or explosions of propane gas used for finalizing removing process, leading to health damage and environment pollution by dusts and noxious gases. Accordingly, it is necessity for the development of new alternative equipment. In this paper, we have developed a prototype equipment for road stripe removing made up with a high-pressure water-jet system as a mobile type system. The following shows the results. First, an analysis of the current road stripe removal process showed that it can be divided into a) preparation, b) removal and c) ground finishing. It also showed that the b) removal process requires equipment which can cover the whole process. Second, the study compared between the productivity of the developed equipment and conventional methods, and it obtained 280% productivity improvement compared to the conventional equipment.
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문제 정의
그리고 분사된 물과 잔재를 자동으로 회수함으로써 환경친화적인 작업을 유도하고자 한다. 따라서 개발장비는 기본적으로 a) 고압수를 분사 시키는 워터젯 시스템, b) 넓은 범위를 신속히 제거하기 위한 회전형 멀티노즐(rotary multi-nozzle) 시스템, c) 제거범위를 확장 하기위한 요동 엑추에이터(sweeping actuator), d) 제거작업 후 발생하는 각종 폐기물을 회수할 수있는 회수장치(suction system), e) 작업상황을 감시할 수 있는 모니터링 시스템 (monitoring system)의 5개 구성 요소가 필요하다.
따라서 본 연구의 목적은 워터젯 기술을 이용한 노면표시 제거장비의 프로토타입 모델을 개발하는 것이다. 이를 위하여 개발장비의 구성요소를 파악하고, 파악된 구성요소들을 각각 설계 - 제작 .
전무한 실정이다. 따라서 본 절에서는 일본과 미국에서 개발한 장비 등 해외장비를 중심으로 기술개발 동향을 살펴본다. 우선 그림 7 (a)의 일본의 SUGINO사에서 개발한 장비이고 그림 7 (b)는 미국의 Jet-Edge사에서 개발한 장비이다.
다시 말하면 각각의 세부 작업들은 서로 다른 위치에서 선행작업을 쫓아가면서 동시에 이루어지게 된다는 것이다. 따라서 본연구에서는 이러한 점을 고려하여 작업속도를 측정하였다. 즉 단위구간의 시작점에서 차선제거기로 노면표시의 제거를 시작하는 순간을 시작시간으로 측정하고, 이후 단위구간이 끝나는 지점까지 청소와 프로판 가스 가열 및 잔흔적 제거 작업이 완료되는 시점을 작업 완료시간으로 측정하였다.
실험하여 성능을 검토하며, 이들 구성요소들을 결합하여 프로토타입 모델을 개발하고자 한다. 또한 개발된 건설기계장비를 실제 도로현장에서 성능실험을 함으로써 실용화 가능성과 생산성을 평가하고자 한다.
노면표시 제거장비 등 현황을 고찰한다. 또한 국내외의 워터젯 기술의 건설부문에 응용 사례를 고찰하고, 노면표시 제거 부문에서 이러한 워터젯 기술을 응용한 사례를 조사하도록 한다.
본 연구에서는 개발된 장비의 일일작업량과 기존 방식을 이용할 경우에 대한 일일작업량을 비교함으로써, 개발장비의 생산성을 분석하였다. 기존 노면표시제거 작업방식의 작업속도와 개발장비에 의한 작업속도를 비교하면 표 6과 같다.
본 연구에서는 노면표시제거의 범위와 속도를 높이기 위하여 회전형 멀티노즐을 설계하였다. 회전형 멀티노즐이란, 노즐 출구부분에 홀(hole)을 2개 이상 형성하여 각각의 분사각이 일정각도를 가지며, 회전 운동까지 같이 겸하면서 분사되는 것이다.
본 연구에서는 우선 재래식 작업의 현황과 문제점을 파악하기 위하여, 현행 노면표시 제거작업 현장을 방문하여 제거 작업을 관찰하였다. 또한 관찰결과를 토대로 하여 현장 작업공정을 분석하였다.
흐卜지만 이 정도의 제거 성능을 가진 멀티노즐로 폭 150mm 정도의 노면표시를 빈틈없이 제거하면서 진행하기 위해서는, 제거 진행속도를 정확하게 제어해야 하는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하는 방법으로 회전형 멀티노즐을 제안하였다. 회전형 멀티노즐이란 원주방향의 길이(지름)를 줄인 회전형 2홀 노즐 여러개를 1세트로 배열하는 것이다.
본 연구의 목적은 워터젯 기술을 이용한 노면표시 제거장비를 개발하여 실험하고 이를 바탕으로 실용화 가능성과 생산성을 평가하는 것으로, 그 결과는 다음과 같다.
이를 위하여 개발장비의 구성요소를 파악하고, 파악된 구성요소들을 각각 설계 - 제작 . 실험하여 성능을 검토하며, 이들 구성요소들을 결합하여 프로토타입 모델을 개발하고자 한다. 또한 개발된 건설기계장비를 실제 도로현장에서 성능실험을 함으로써 실용화 가능성과 생산성을 평가하고자 한다.
전술한 바와 같이, 본 연구에서는 요동 엑추에이터를 개발함으로써, 운전자가 자동차의 운전석에서 노즐위치를 확인 . 조작하는 데 따른 불편을 해소하였다.
이러한 조사결과 노면표시제거 작업에 대한 자동화장비 개발이 시급함을 알 수 있다. 현장분석의 결과는 장비개발시의 요구성능 결정, 개발될 프로토타입의 주요 구성요소, 개발장비의 개념도 등의 도출을 위한 기초 자료가 되었다.
제안 방법
따라서 재래식 방식과 자동화방식의 생산성을 가장 정확하게 측정하기 위해서는 동일한 작업환경 및 여건 하에서 노면표시제거 작업이 수행되도록한 후 작업량을 측정하여야 한다. 그러나 기존의 재래식 방식과 동일한 작업환경 및 여건을 조성하는데 현실적으로 한계가 있으므로, 본 연구에서는 최대한 유사한 도로환경 및 기타여건을 설정한 후 개발장비를 현장실험 하였다.
청소하였다. 그러나 본 연구개발에서는 잔재물 회수장치 (suction system)를 장착하여 제거와 동시에 자동으로 잔재가 회수되도록 하였다.
분석한다. 그리고 분석결과를 바탕으로 하여 구성요소들을 각각 설계 . 제작하고 성능실험을 함으로써, 프로토타입 구축을 위한 기초를 마련한다.
또한 관찰결과를 토대로 하여 현장 작업공정을 분석하였다. 그리고 이러한 현장작업 분석을 통하여 노면표시 제거작업의 표준작업 공정을 도출하였다.
구성요소별 성능실험결과를 토대로 하여 프로토타입을 구축하고, 구축된 프로토타입 에 따른 작업프로세스를 규명한다. 그리고 프로토타입으로 현장 실험을 수행함으로써, 프로토타입의 기술적인 성능을 검토하고 생산성을 분석한다.
넷째, 전체 시스템을 설계하고 구성요소들을 결합하여 프로토타입을 제작한다.
는 증압기의 수압 발생부분 피스톤 지름 를 이용하여 계산 가능하고, 는 증압기 내에서 피스톤이 왕복운동을 하는 거리의 설계치수이고, 는 피스톤이 실린더 내부에서 분당 왕복운동하는 횟수를 근접센서(proximity sensor)에 의해 측정하였다. 따라서 토출 유량은 식(2)와 같고, 토출유량을 조절하려면 운전석에 설치된 조작박스를 이용하여 피스톤의 왕복 횟수를 조절하면 된다.
다섯째, 제작된 프로토타입을 대상으로 성능실험 및 현장실험을 실시하고 생산성을 분석한다.
둘째, 개발장비의 성능조건을 도출하여 장비개념을 정립하고, 이를 바탕으로 하여 장비개발에 필요한 주요 구성요소를 도출한다.
이러한 작업을돕기 위하여 본 연구에서는 회전노즐과 인접한 위치에 감시가메라를 설치하였다(그림 14 (a), (b) 참조). 또 회수장치에도 카메라를 설치하여 노면표시의 제거상태를 확인하고, 회수장치를 통한 부산물 회수상태를 모니 터 링할 수 있도록 하였다. 운전석에는 이들 카메라와 연결된 모니터를 설치함으로써, 운전자가 제거상황을 실시간 모니터링 할 수 있다.
또한 관찰결과를 토대로 하여 현장 작업공정을 분석하였다. 그리고 이러한 현장작업 분석을 통하여 노면표시 제거작업의 표준작업 공정을 도출하였다.
회수장치의 흡입구는 회전형 노즐에 인접하게 설치하였다. 또한 흡입구 주위를 차폐함으로써, 잔재물의 비산을 방지하고 흡입성능이 향상될 수 있도록 하였다. 이때 제거된 잔재물과 분사된 물이 함께 흡입되며, 처리장치를 통해 물과 잔재물이 분리된다.
DC 기어드 모터의 회전속도는 0 ~ 100 rpm의 범위내에서 자유롭게 조작될 수 있다. 또한유압구동 방식이 아닌, 기계적인 링크 구조로 이루어 져 운전자의 레버 조작에 즉각 응답할 수 있도록 하였다. 그림 14 (b)는 요동 엑추에이터와 회전 노즐이 조립된 사진이다.
본 연구에서는 예측되지 못한 노면 사정, 다양한 도료 종류, 덧칠 등과 같은 다양한 현장요소를 고려하여 최고 토출압력은 3, 000 bar로 설정한다. 그리고 현장 상태에 따라 분사압을 조절할 수 있도록 한다.
본 연구에서는 워크샘플링(work sampling) 기법을 이용하여 단위작업구간의 작업물량 (길이 또는 면적) 대비 노면표시제거시간을 측정하고 이를 1일 작업시간(8시간)에 제거가 가능한 총제거면적으로 환산하였다. 기존방식으로 작업할 때 폭 15cm의 노견선에 대하여 분당 평균 작업거리는 약 Im이며, 1일에 약 500m를 작업할 수 있다(표 1 참조).
본 장에서는 개발장비의 성능조건을 도출하여 장비개념을 정립하고, 이를 바탕으로 하여 개발장비의 각 구성요소 (component)를 분석한다. 그리고 분석결과를 바탕으로 하여 구성요소들을 각각 설계 .
본 장에서는 기존 노면표시 제거작업의 공정, 투입인원, 재래식 노면표시 제거장비 등 현황을 고찰한다. 또한 국내외의 워터젯 기술의 건설부문에 응용 사례를 고찰하고, 노면표시 제거 부문에서 이러한 워터젯 기술을 응용한 사례를 조사하도록 한다.
셋째, 주요 구성요소별 설계사양을 도출하여, 제작하고, 성능을 실험한다.
실험 과정은, 개발장비의 전체 시스템을 점검한 후, 제거대상 노면표시 인 노견선으로 개발장비를 이동하여 멀티노즐을 노면표시 위에 위치시켰다. 그리고 워터젯 시스템을 가동하여 제거에 적합한 압력이 되기까지 대기하였다가, 적절한 압력에 도달한 후노면표시를 제거하기 시작하였다.
요동 엑추에이터는 DC 기어드 모터(DC geared motor)를 이용해 베벨 기어를 구동하도록 메커니즘을 구성하였다. 이 엑추에이터는 좌우 각각 30° 씩 요동 할 수 있도록 설계하였다.
한다. 유압파워 유닛은 엔진과 유압펌프 등으로 구성되어있으며 진동방지를 위해 엔진과 유압펌프를 지지하는 프레임 하단에 적용하중 200kgf, 스프링상수 8.0kgf/mm, 변위량 25mm인 방진패드 6개를 설치하여 2차 방진처리를 하였다. 그림 15는 차량탑재를 위해 최소의 공간을 차지하도록 배열된 모바일 유압파워 유닛의 설계도 및 제작결과물이다.
해체시키며, 안전원의 역할을 한다. 이들 모두는 개발장비의 개발과정에 직접 관여한 인원으로, 개발장비의 조작에 숙련된 상태에서 본 실험을 진행하였다. 실험대상 도로는 폭 8m의 일방통행 도로로서 노견선을 제외한 중앙선 및 주행선, 기타 노.
그러나 제거 대상물의 위치를 정확히 확인하고, 제거 대상물이 완전히 제거되었는지 감시하는 것은 여전히 운전자에게 용이하지 않은 작업이다. 이러한 작업을돕기 위하여 본 연구에서는 회전노즐과 인접한 위치에 감시가메라를 설치하였다(그림 14 (a), (b) 참조). 또 회수장치에도 카메라를 설치하여 노면표시의 제거상태를 확인하고, 회수장치를 통한 부산물 회수상태를 모니 터 링할 수 있도록 하였다.
프로토타입 모델을 개발하는 것이다. 이를 위하여 개발장비의 구성요소를 파악하고, 파악된 구성요소들을 각각 설계 - 제작 . 실험하여 성능을 검토하며, 이들 구성요소들을 결합하여 프로토타입 모델을 개발하고자 한다.
그리고 워터젯 시스템을 가동하여 제거에 적합한 압력이 되기까지 대기하였다가, 적절한 압력에 도달한 후노면표시를 제거하기 시작하였다. 이와 같은 실험을 총 100m에걸쳐 실시하고, 개발장비의 작업량을 측정하였다. 이와 같은 실험 결과, 제작된 장비를 이용하여 노면표시를 제거할 수 있음을 알 수 있었다.
따라서 본연구에서는 이러한 점을 고려하여 작업속도를 측정하였다. 즉 단위구간의 시작점에서 차선제거기로 노면표시의 제거를 시작하는 순간을 시작시간으로 측정하고, 이후 단위구간이 끝나는 지점까지 청소와 프로판 가스 가열 및 잔흔적 제거 작업이 완료되는 시점을 작업 완료시간으로 측정하였다.
회전형 멀티노즐의 성능을 시험하기 위해 1축 이송 장치를 제작하여 노즐을 회전시킨 상태에서 시험편을 이송시켜 현장실험에 앞서 회전형 노즐의 성능을 확인하였다. 이에 대한 실험조건을 요약하면 표 3와 같다.
대상 데이터
이들 모두는 개발장비의 개발과정에 직접 관여한 인원으로, 개발장비의 조작에 숙련된 상태에서 본 실험을 진행하였다. 실험대상 도로는 폭 8m의 일방통행 도로로서 노견선을 제외한 중앙선 및 주행선, 기타 노.면표시 선이 없는 곳이다.
실험에 사용된 건설기계장비는 개발장비 이외에는 별도의 건설기계장비가 없으며, 투입된 인원은 운전원 1인 보조원 1인 총 2 인이다. 운전원은 개발된 워터젯 시스템을 가동시키며, 개발장비의 운전 및 조정을 담당한다.
b) 노면표시제거작업은 모두 위험한 작업환경에서 작업원이 수작업에 크게 의존하여 진행하고 있다. 따라서 b)의 전공정을 수행할 수 있는 건설기계장비가 필요함을 알 수 있었다.
분석 결과, 현재 생산성 (actual productivity)대비 획득 가능한생산성 (obtainable productivity)0] 280.0%인 것으로 나타났다. 즉 기존 작업방식의 1일(8시간) 작업량인 509.
셋째 개발장비는 1일 8시간 작업 기준으로 약 1, 400m를 작업할 수 있는 것으로 나타났다. 이 값을 기존방식의 작업량과 비교한 결과 280.
수 있는 것으로 나타났다. 이 값을 기존방식의 작업량과 비교한 결과 280.0%의 생산성 달성 비율을 얻을 수 있는 것으로 분석되었다.
작업량과 시간을 측정한 결과는 표 5와 같다. 이 표를 보면 총 100m, 폭 15cm의 차선에 대한 작업 거리는 1분당 약 3m로 1일에 약 1, 400m를 작업할 수 있는 것으로 나타났다.
따라서 제거대상 노면표시의 종류는 노견선으로, 중앙선과 마찬가지로연속적인 제거가 가능하였다. 제거 대상 노견선의 길이는 100m, 폭은 15cm로 제거대상 물량의 면적은 15nf로, 연속된 작업을 수행하므로 개발장비의 성능평가에는 매우 적절할 것으로 판단되었다.
후속연구
그러나 장비의 전체적인 규모가 매우 커 좁고, 복잡한 국내의 도로현실에는 맞지 않을 걸로 판단된다. 다만 모바일 시스템으로 구성하여 이동의 용이성과 작업의 편이성을 증진시키려했다는 점은 본 연구개발에서도 참고해야 할 것으로 생각된다.
특히 최근에 발전을 거듭하고 있는 워터젯(초고압수 : water-jet) 기술을 활용하면, 재래식 방법의 가장 큰 문제점인 인력의존성, 비효율성과 위험성을 크게 줄일 수있을 것으로 기대된다. 다시 밀하면 워터젯 기술을 응용한 자동화 건설기계장비로 도로면에 융착되어 있는 도료를 벗겨냄으로써, 작업의 인력의존도를 낮추고 생산성을 향상시키며 위험성을 감소시킬 수 있을 것이다.
특히, 현재보다 노면표시 제거 속도를 향상시킬 필요가 있고, 운전자가 개발된 장비를 더욱 쉽게 조작 할 수 있도록 하기 위하여 컨트롤 시스템을 개선하여야 할 것으로 사료된다. 본 연구를 통하여 개발된 워터젯 분사시스템과 제어장치, 노즐과 같은 기술은 향후 토목공사에서 암반 절삭 및 천공에 활용 가능하며, 빌딩외벽의 표시제거 및 청소에도 널리 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서 개발된 장비는 프로토타입 모델이므로, 향후 상용화를 목표로 성능을 개선하기 위한 추가 연구가 수행되어야 한다. 특히, 현재보다 노면표시 제거 속도를 향상시킬 필요가 있고, 운전자가 개발된 장비를 더욱 쉽게 조작 할 수 있도록 하기 위하여 컨트롤 시스템을 개선하여야 할 것으로 사료된다.
특히, 현재보다 노면표시 제거 속도를 향상시킬 필요가 있고, 운전자가 개발된 장비를 더욱 쉽게 조작 할 수 있도록 하기 위하여 컨트롤 시스템을 개선하여야 할 것으로 사료된다. 본 연구를 통하여 개발된 워터젯 분사시스템과 제어장치, 노즐과 같은 기술은 향후 토목공사에서 암반 절삭 및 천공에 활용 가능하며, 빌딩외벽의 표시제거 및 청소에도 널리 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (9)
권순욱, 김균태 한재구, 초고압수를 이용한 노면표시 자동제거 장비개발을 위한 제어시스템 및 노면최적조건에 대한 연구, 한국건설관리학회논문집, p139-146, 2004.8
도로교통법, 행정자치부, 2003
도로공사표준시방서, 건설교통부, 2003
한국건설기술연구원, 초고압수를 이용한 노면표시 자동제거장비개발, 한국건설교통기술평가원, 연구보고서, 2004
K. Park, Y. Ham, S. Kwon, K. Kim,J. Han, J. Kim, Development of automatic road marking removing equipment using high pressure water-jet, ISARC2004, pp 165-170, 2004.9
Hydraulic Control systems, John Wiley & Sons, Inc., pp 174-270, 2005
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