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문제 정의
- 하강이 어려운 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 석창성 등 麟 이 제안한 압력발생장치 에 사용되는 트로코이드 기어 펌프의 원리를 기반으로 유압식 추락방지장치를 제안하였다. 유압식 추락방지 장치는 작업자가 승강 시 적용할 수 있는 Pulley 에 기어 펌프의 원리를 적용한 것으로서, 저속으로 승.
- 본 논문에서는 유압식 주락방지장치에 유한요소해석 기법을 적용하여 유동해석을 수행하고 오일 점도, 회전 속도 등 추락방지 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 시제품을 제작하고 성능시험을 통하여 추락방지 기능을 평가하였다.
제안 방법
- 평가하였다. 또한 시제품을 제작하고 성능시험을 통하여 추락방지 기능을 평가하였다.
- Body pulley 의 외측 내면에는 압력발생부의 기어 회전자를 편심으로 삽입하였으며 , 기어 회전자와 대응하여 Body pulley 의 후면에 shaft 를 결합하였다. 또한, Body pulley 의 내면에 유입홀과 회수 홀이 관통되도록 하였으며, 유입홀 및 회수홀 내에는 체크 밸브를 설치하였다. 체크밸브는 강구(ball)와 이를 탄성적으로 지지하는 스프링으로 구성된 것으로, 유체의 가압에 의해 강구가 일방향으로 밀려남으로써 유로가 개방되어 유체가 흐를 수 있도록 하였다.
- 유압식 추락방지장치는 Pulley 가 회전할 때, 내부의 트로코이드 기어부에서 압력이 발생되며, 그 압력으로 인해 Pulley 가 뒤로 밀려 마찰력으로 추락을 멈추게 하므로 Pulley 내부에서 발생하는 압력을 예측하기 위해 사용유체의 점도변화, return hole(outlet)의 직경변화, 트로코이드 기어의 토출량을 유한요소해석을 이용해 평가하였다.
- 본 연구의 유압식 추락방지장치는 트로코이드 기어부에서 발생되는 압력에 따라 마찰력에 의한 제동력이 결정되므로, 트로코이드 부에 흐르는 유체의 형상에 대한 모델을 구성하였다. 트로코이드 기어가 회전함에 따라 유체는 유로를 따라 Pulley 형 축을 밀어내고 return hole 을 통해 트로코이드부로 복귀한다.
- 트로코이드 부에서 압력이 발생되어 Pulley 형 축으로 흐르는 입구(Inlet)에 트로코이드 기어의 토출량에 상당하는 오일의 속도를 가하여 Pulley 형 축에 작용하는 압력을 유동해석을 통해 계산하였다. 해석에 사용된 유체의 기준 물성은 기어오일인 M 사의 DTE 25 의 물성으로서 비중 1.
- 통해 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 2 장의 유동해석을 바탕으로 return hole 의 가공성을 고려하여 return hole 의 직경을 0.4mm 로 정하였다. 한편 Pulley 내부에 삽입되는 압력발생장치의 성능을 평가하기 위하여 모터, Load cell, brake system 및 controller 로 이루어진 시험 장치를 제작 하였다.
- 4mm 로 정하였다. 한편 Pulley 내부에 삽입되는 압력발생장치의 성능을 평가하기 위하여 모터, Load cell, brake system 및 controller 로 이루어진 시험 장치를 제작 하였다. Fig.
- 압력발생장치의 회전을 가능하게 하기 위해 구동 모터와 압력발생장치를 연결하였다. brake pad 역할을 수행할 수 있도록 피스톤 기어를 넓게 제작하였고, brake 로 피스톤 기어에 제동을 걸어 트로코이드 기어가 회전을 하며 압력을 발생할 수 있도록 하였다.
- 압력발생장치를 연결하였다. brake pad 역할을 수행할 수 있도록 피스톤 기어를 넓게 제작하였고, brake 로 피스톤 기어에 제동을 걸어 트로코이드 기어가 회전을 하며 압력을 발생할 수 있도록 하였다. 피스톤 기어의 끝단에는 Load cell 을 장착하여 압력발생장치에서 발생하는 압력을 측정할 수 있도록 구성하였다.
- brake pad 역할을 수행할 수 있도록 피스톤 기어를 넓게 제작하였고, brake 로 피스톤 기어에 제동을 걸어 트로코이드 기어가 회전을 하며 압력을 발생할 수 있도록 하였다. 피스톤 기어의 끝단에는 Load cell 을 장착하여 압력발생장치에서 발생하는 압력을 측정할 수 있도록 구성하였다. 커버 기어와 모터의 연결부 및 피스톤 기어와 load cell 의 연결부에 발생하는 마찰을 최소화하기 위하여 thrust bearing 을 설치하였다.
- 피스톤 기어의 끝단에는 Load cell 을 장착하여 압력발생장치에서 발생하는 압력을 측정할 수 있도록 구성하였다. 커버 기어와 모터의 연결부 및 피스톤 기어와 load cell 의 연결부에 발생하는 마찰을 최소화하기 위하여 thrust bearing 을 설치하였다.
- 압력발생장치의 성능평가를 위해 100 RPM 의 속도하에서 점도 44, 46 과 143 cSt 의 조건으로 성능 시 험을 수행하였다. Fig.
- 본 연구에서 설계된 추락방지 메카니즘을 포함하는 유압피스톤식 Pulley 의 성능시험을 위해 Fig. 11 과 같은 부품들을 Pulley case 에 장착(Fig. 12) 하여 성능시험을 수행하였다. 와이어로프는 Pulley Case 하부 바닥에 뚫린 2개의 입.
- 와이어로프는 Pulley Case 하부 바닥에 뚫린 2개의 입.출구 구멍을 통해 감겨 들어가도록 제작하였으며, 보조 Pulley 의 비틀어진 축이 원활한 회전을 하도록 Fig. 12에 나타난 바와 같이 자동조심 베어링을 사용하여 축을 잡아줌으로서 축의 비틀림에 대한 불안전한 회전을 제거하였다. 추락 상황을 묘사한 성능 시험을 수행하기 위해 작동 오일을 M 사의 DTE 25 로 사용하였다.
- 추락 상황을 묘사하기 위해 일반인의 평균체중인 70kgf 과 과체중일 경우의 lOOkgf 의 무게추를 준비하고 일정 높이에서 무게추를 낙하시켰다. 유압피스톤식 Pulley 의정 방향 및 역방향 회전 시 압력발생 유무와 회전속도에 따른 제동력의 발생 유무를 평가하였다. 일반인의 평균체중인 70kgf 의 추락시험 결과、저속(3m/miu) 낙하에서는 정방향, 역방향 모두 제동력 없이 원활히 회전하였다.
- 유압식 추락방지장치의 성능평가를 위해 설계 시 return hole 크기예 대한 고려가 중요함을 유동해석을 통해 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 2 장의 유동해석을 바탕으로 return hole 의 가공성을 고려하여 return hole 의 직경을 0.
- 본 연구에서는 추락방지 메카니즘을 이용한 유압피스톤식 Pulley 를 제안하였으며, 유동해석을 이용하여 기어 간극, 오일 점도, 회전 속도 등 추락 방지 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 시제품을 제작하고 성능시험을 통하여 추락방지 기능을 평가하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 시제품을 제작하고 성능시험을 통하여 추락방지 기능을 평가하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 22 < 사용하여 유한요소해석을 수행하였다. 해석에 사용된 요소는 3차원 비정렬 격자이며, 요소 수는 약 11,000 개, 절절의 개수는 약 15, 000 7]] 이다.
- 해석에 사용된 유체의 기준 물성은 기어오일인 M 사의 DTE 25 의 물성으로서 비중 1.072, 점도 46 cSt 이다.Tables 1~3은 해석조건을 나타낸 것이다.
- 12에 나타난 바와 같이 자동조심 베어링을 사용하여 축을 잡아줌으로서 축의 비틀림에 대한 불안전한 회전을 제거하였다. 추락 상황을 묘사한 성능 시험을 수행하기 위해 작동 오일을 M 사의 DTE 25 로 사용하였다. 조립된 Pulley Case 를 10m 높이의 호이스트에 장착하기 위해 1-볼트를 Pulley Ctise 상부 중앙에 부착하여 공중에 매달았다.
- 조립된 Pulley Case 를 10m 높이의 호이스트에 장착하기 위해 1-볼트를 Pulley Ctise 상부 중앙에 부착하여 공중에 매달았다. 추락 상황을 묘사하기 위해 일반인의 평균체중인 70kgf 과 과체중일 경우의 lOOkgf 의 무게추를 준비하고 일정 높이에서 무게추를 낙하시켰다. 유압피스톤식 Pulley 의정 방향 및 역방향 회전 시 압력발생 유무와 회전속도에 따른 제동력의 발생 유무를 평가하였다.
데이터처리
- 트로코이드 기어가 회전함에 따라 유체는 유로를 따라 Pulley 형 축을 밀어내고 return hole 을 통해 트로코이드부로 복귀한다. 이에 Fig. 3과 같이 유동해석 모델을 구성하였다5,7 상용전처리 프로그램인 GAMBIT ver. 3.3.1 을 사용하여 요소망 모델을 구성하였으며, FULENT ver. 6.1.22 < 사용하여 유한요소해석을 수행하였다. 해석에 사용된 요소는 3차원 비정렬 격자이며, 요소 수는 약 11,000 개, 절절의 개수는 약 15, 000 7]] 이다.
성능/효과
- 경우(Fig. 2(a)) 즉, 서서히 하강하는 동안에는 트로코이드 기어 치 사이의 체 적변화로 인해 발생된 작은 양의 압력은 Pulley 내부의 유입홀의 체크밸브를 통해 실린더로 이동되며 이동된 압력은 트로코이드 기어와 연결된 Shaft 를 밀어 내기 전에 회수홀의 체크 밸브를 통해 복귀하므로 Pulley 의 회전으로 인해 압력이 발생하여도 압력이 일정 방향으로 계속 순환하므로 안정적인 속도로 회전할 수 있다. 그러나 급격한 회전 시(Fig.
- 95 MPa 로 증가하였다. 유체의 점도, return hole 의 크기, 트로코이드 기어의 회전수 변화에 따른 유한요소해석 결과, return hole 크기 변화 시에 가장 큰 압력이 발생하였다. 따라서 유압식 추락방지장치 설계 시 return hole 크기에 대한 고려가 매우 중요함을 확인하였다.
- 86 MPa 로 증가하였다. 시험결과와 해석결과를 비교한 결과, 점도의 증가에 따라 압력이 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었고, 두 결과 값이 유사한 경향을 나타내었다. 또한 점도 44cSt 에서 회전속도를 50-200 RPM 으로 변화시 켜 보았다.
- 49 MPa 로 증가하였다. 해석결과와 시험결과를 비교한 결과, RPM 의 증가에 따라 압력이 선형적으로 증가하였으며, 두 결과 값은 유사한 경향을 나타내었다.
- 유압피스톤식 Pulley 의정 방향 및 역방향 회전 시 압력발생 유무와 회전속도에 따른 제동력의 발생 유무를 평가하였다. 일반인의 평균체중인 70kgf 의 추락시험 결과、저속(3m/miu) 낙하에서는 정방향, 역방향 모두 제동력 없이 원활히 회전하였다. 중속(5m/min) 낙하에서는 제동력이 발생하지 않았으나 샤프트의 밀림과 복귀 현상이 반복됨 에 따라 다소 부드럽 지 못했다.
- (1) 유동해석 결과 return hole 크기 변화 시에 가장 큰 압력이 발생하였다. 따라서 유압식 추락 방지 장치 설계 시 return hole 크기에 대한 고려가 매우 중요함을 알 수 있었다, .
- (2) 압력발생장치의 성능평가 결과 유한요소해석 결과와 유사한 압력이 발생되는 것을 확인하였으며, 이로서 본 장치의 적용 가능성을 확인하였다.
- (3) 추락방지 메카니즘을 이용한 유압피스톤식 Pulley 를 개발하였으며, 이를 제작하고 성능시험을 통해 추락발생시 인명을 구조할 수 있을 만큼의 충분한 제동력이 발생됨을 확인하였으며, 실제 적용 가능성 또한 확인하였다. 따라서 타워크레인 등의 상층부로의 승하강시 작업자의 부주의로 인한 안전사고를 미연에 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 가능성 또한 확인하였다. 따라서 타워크레인 등의 상층부로의 승하강시 작업자의 부주의로 인한 안전사고를 미연에 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
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