굴삭기는 삽날(shovel)을 이용해서 토공작업을 하는 장비로 분류되어 있으나, 실질적으로는 굴착을 한 후 물체를 인양하여 옮기는 작업에 이용되고 있다. 이러한 관점에서 인양력은 굴삭기의 주요성능으로 분류될 필요가 있으며, 정확한 성능을 제공할 필요가 있다. 하지만 국내 현실은 아직 이러한 요구를 충족시켜 주지 못하고 있다. 본 연구에서는 1) 외국의 굴삭기 인양력에 대한 조사를 실시하여 국내 도입을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 2) 인양력에 대한 정보 없이 국내에서 사용중인 굴삭기에 적용할 수 있는 인양력 산정방법을 제안하고 이를 검증해 보았다. 3) 인양 가능한 구간을 인양안전구간과 인양주의구간으로 나누어 제공할 것을 제안하였다. 본 연구에서 제시한 굴삭기의 인양력 정보와 인양구간에 관한 정보는 작업계획 및 안전관리업무에 객관적이고 실질적인 기저정보로서 활용될 수 있을 것이다.
굴삭기는 삽날(shovel)을 이용해서 토공작업을 하는 장비로 분류되어 있으나, 실질적으로는 굴착을 한 후 물체를 인양하여 옮기는 작업에 이용되고 있다. 이러한 관점에서 인양력은 굴삭기의 주요성능으로 분류될 필요가 있으며, 정확한 성능을 제공할 필요가 있다. 하지만 국내 현실은 아직 이러한 요구를 충족시켜 주지 못하고 있다. 본 연구에서는 1) 외국의 굴삭기 인양력에 대한 조사를 실시하여 국내 도입을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 2) 인양력에 대한 정보 없이 국내에서 사용중인 굴삭기에 적용할 수 있는 인양력 산정방법을 제안하고 이를 검증해 보았다. 3) 인양 가능한 구간을 인양안전구간과 인양주의구간으로 나누어 제공할 것을 제안하였다. 본 연구에서 제시한 굴삭기의 인양력 정보와 인양구간에 관한 정보는 작업계획 및 안전관리업무에 객관적이고 실질적인 기저정보로서 활용될 수 있을 것이다.
Though an excavator is classified as an equipment utilizing a shovel in earthworks, it has been frequently used in lifting work. In this view, lifting capacity is classified as the main functions of the excavator. Thus, its accurate functions need to be provided. However, in domestic conditions, the...
Though an excavator is classified as an equipment utilizing a shovel in earthworks, it has been frequently used in lifting work. In this view, lifting capacity is classified as the main functions of the excavator. Thus, its accurate functions need to be provided. However, in domestic conditions, the necessity for the functions of lifting capacity are not perceived. This study shows 1) Many researches about lifting-work of excavators abroad are used as basic data necessary for domestic introduction. 2) For domestic excavators without the information of lifting-work, methodologies of lifting-work available are suggested and reviewed. 3)Lifting zones are divided into safety and caution lifting zones. The information on lifting capacity and lifting zones will be able to used as objective and substantive bases to operational planning and safety management.
Though an excavator is classified as an equipment utilizing a shovel in earthworks, it has been frequently used in lifting work. In this view, lifting capacity is classified as the main functions of the excavator. Thus, its accurate functions need to be provided. However, in domestic conditions, the necessity for the functions of lifting capacity are not perceived. This study shows 1) Many researches about lifting-work of excavators abroad are used as basic data necessary for domestic introduction. 2) For domestic excavators without the information of lifting-work, methodologies of lifting-work available are suggested and reviewed. 3)Lifting zones are divided into safety and caution lifting zones. The information on lifting capacity and lifting zones will be able to used as objective and substantive bases to operational planning and safety management.
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문제 정의
굴삭기의 인양작업에 대한 국내 규정은 없는 현실이지만, 본 연구에서는 규정도입보다 현재 국내에서 인양작업에 이용되는 굴삭기의 인양 안정성을 확보하는 안전관리 방법에 주목하였다. 이를 위해 기존 굴삭기에서 인양력을 판단할 수있는 정보의 종류와 이의 활용 방법을 중심으로 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 따라서 그 중간 값인 75%를 기준으로 구간을 구분하여 “인양안전구간”과 “인양주의구간”으로 구분하여 안전관리에 사용할 것을 제안해 보고자 한다.
굴삭기의 인양능력과 이의 전도안전성을 확인하기 위해서는 관련 정보가 필요하다. 본 연구에서는 상부차체의 중량, 하부차체의 중량, 표준 붐대의 중량, 표준 암의 중량, 추가 장착이나 변경 가능한 붐 대와 암의 길이 및 중량을 인양능력을 결정하는 주요 요소로 보고, 인양개념을 중심으로 정리해 보았다.
본 연구에서는 인양력에 대한 정보가 전혀 존재하지 않는 굴삭기에서의 인양력 산정방법을 제안하고 이를 ISO기준과 관련하여 검증해 보았다. 또한, 위치와 구간에 따라 변화되는 굴삭기의 인양능력을 구별할 수 있도록 인양구간을 “인양안전구간”과 “인양주의구간”으로 구분하여 최대 인양력과 함께 제공하는 방법을 제안하였다.
본 장에서는 인양력에 대한 정확한 정보 없이 현재 사용 중에 있는 굴삭기, 즉, 기존굴삭기에 대한 안전관리구간을 제안 해 보고자 한다.
연구의 최종목표로 볼 수 있는 “기존 건설기계의 인양력 산정기준 보완과 굴삭기 인양작업에 대한 적용기준 수립”에 도달하기 까지는 선결과제가 존재하기 때문에 추후 연구를 통해 해결하고자 한다.
인양작업구간 분류의 또 다른 목적은 작업안정성을 관리자가 쉽게 알 수 있게 하는 데 있다. 즉, 최대 인양능력을 발휘할 수 있는 구간 내에서 작업을 하고 있는지를 관리자가 손쉽게 판단할 수 있는 자료를 제공하는 것이다.
가설 설정
붐 및 암 길이에 따라 최대 인양거리는 제한된다. 총중량에서 붐, 암, 버킷을 제외한 무게를 안정모멘트 계산을 위한 중량으로 가정하였고, 전도모멘트계산은 버킷을 탈착한 상태를 기본으로 하였다. 붐과 암에 의한 전도모멘트는 인양거리의 중간지점에 작용한다고 보았으며, 굴삭기의 회전축(AR)에서부터 전도선까지의 거리를 제외하고 계산하였다(식 (3) 및 그림 3 참조).
제안 방법
동급중량의 유사굴삭기를 대상으로 외국에서 관련된 굴삭기정보를 수집하여 이를 인양구간별 인양능력으로 분류하여 정리하였다. 각각의 굴삭기에 대해서는 최대인양력과 최대인양력 대비 인양거리(LPR)별 인양력 비율을 구하였다. 수집한 동급 유사굴삭기군에 대해서는 최대인양력과 구간별 인양력 비율을 비교하였다.
이는 장비중량과 전도하중간의 상관비율에 대한 믿음을 대변한다. 굴삭기보다 붐대가 짧아 작업반경이 제한적이고, 구조형식이 굴삭기에 비해 간단해 보이는 휠로더를 대상으로 제작사와 모델을 무작위로 선정해 장비중량과 전도하중간의 상관비율을 구해 보면 표 3과 같다.
그림 8은 EXCEL을 사용한, 여러 회사의 모델들에 대한 인양력 계산을 보여준다. 그 가운데 3가지 모델을 선정하여 그림 5부터 그림 7까지 전면 및 측면 인양력을 ISO규정에 의해 구해진 인양력과 비교하여 도표로 제시하였다. 실선으로 표시된 “업체ISO평균인양력”은 전면 인양력을 나타내며, 점선으로 표시된 “업체ISO평균인양력”은 측면 인양력을 의미한다.
동급중량의 유사굴삭기를 대상으로 외국에서 관련된 굴삭기정보를 수집하여 이를 인양구간별 인양능력으로 분류하여 정리하였다. 각각의 굴삭기에 대해서는 최대인양력과 최대인양력 대비 인양거리(LPR)별 인양력 비율을 구하였다.
또한, 위치와 구간에 따라 변화되는 굴삭기의 인양능력을 구별할 수 있도록 인양구간을 “인양안전구간”과 “인양주의구간”으로 구분하여 최대 인양력과 함께 제공하는 방법을 제안하였다.
본 장에서는 앞에서 제안한 굴삭기의 인양능력 산정수식을 사용하여 인양력을 계산하였다. 계산결과를 장비생산업체에서 ISO 10567 규정에 따라 제시한 테스트 결과와 비교하여 계산식을 검증해 보았다.
한편, 현재 사용중에 있는 굴삭기의 인양 안정성을 판단해보기 위해서는 인양력 판정에 사용할 수있는 수식이 필요하다. 본 장에서는 장비중량과 인양하중간의 상관관계를 살펴보고, 인양기의 인양능력 산정공식을 기초로, 굴삭기 인양능력을 간단히 검증해 볼 수 있는 산정수식을 제안하였다.
각각의 굴삭기에 대해서는 최대인양력과 최대인양력 대비 인양거리(LPR)별 인양력 비율을 구하였다. 수집한 동급 유사굴삭기군에 대해서는 최대인양력과 구간별 인양력 비율을 비교하였다. 위의 활동을 통해 얻어진 정보는 평균정보가 된다.
굴삭기의 인양작업에 대한 국내 규정은 없는 현실이지만, 본 연구에서는 규정도입보다 현재 국내에서 인양작업에 이용되는 굴삭기의 인양 안정성을 확보하는 안전관리 방법에 주목하였다. 이를 위해 기존 굴삭기에서 인양력을 판단할 수있는 정보의 종류와 이의 활용 방법을 중심으로 연구를 진행하였다. 연구의 최종목표로 볼 수 있는 “기존 건설기계의 인양력 산정기준 보완과 굴삭기 인양작업에 대한 적용기준 수립”에 도달하기 까지는 선결과제가 존재하기 때문에 추후 연구를 통해 해결하고자 한다.
문제는 국내에서 현재 사용중인 굴삭기에 사용할 수 있는 ISO기준의 인양력 정보가 없다는 것이다. 인양력에 대한 정보가 없는 굴삭기 인양력의 75%와 50%를 결정하기 위해, 본 연구에서는 다음과 같은 방법을 사용하였다.
붐과 암에 의한 전도모멘트는 인양거리의 중간지점에 작용한다고 보았으며, 굴삭기의 회전축(AR)에서부터 전도선까지의 거리를 제외하고 계산하였다(식 (3) 및 그림 3 참조). 인양력은 안정모멘트에서 전도모멘트를 뺀 모멘트를 인양거리로 나누어 구하였다.
데이터처리
본 장에서는 앞에서 제안한 굴삭기의 인양능력 산정수식을 사용하여 인양력을 계산하였다. 계산결과를 장비생산업체에서 ISO 10567 규정에 따라 제시한 테스트 결과와 비교하여 계산식을 검증해 보았다.
본 연구에서는 장비생산업체에서 제공한 인양력정보를 LPR을 기준으로 평균하여 식 (3)의 계산결과와 비교하는 방법을 취하였고, 그 결과는 “비교결과”로 표 5에 제시하였다.
성능/효과
이는 업체에서 제공한 인양력을 넘지 않은 수준이면서 근접한 결과를 의미 한다. 단, 일부 전면 인양력 산정에서 붐-암 모멘트의 작용 점이 1) 전도점 안에 존재하거나2) 하부차체 길이의 끝선 근처에 있을 경우, 구조역학적 계산결과로서의 한계값을 보여 주었다. 이는 장비생산업체에서도 숫자 왼쪽에 별표(*)를해 표시한 영역이기도 하며, 근접인양의 경우, 식 (3)에 의한 인양력 계산외에도 토출압 계산이나 실린더 유압력 계산 같은 기계공학적 접근이 필요함을 나타낸다.
5m 이상 확보할 것을 제안한다. 검증을 위해 다양한 모델 들을 선정하여 실시한 계산 결과에서, 대형장비를 제외하고는 인양거리(LPR) 4.5m부터 큰 오차 없이 식 (3)의 결과를 적용할 수 있었다.
비율계산 결과, 장비중량과 전도하중간의 상관관계가 0.52~0.92 사이에 분포하여 의미있는 통계적 결과를 찾을 수없었다. 이 계산결과는 휠로더가 굴삭기에 비해 붐대가 짧아 작업반경이 제한적이고, 구조적으로 단순화 된 붐 형태를 가지고 있기 때문에 간단히 장비중량과 전도하중간의 함수관계를 찾고자 했던 접근방법이 적절하지 못했음을 보여주고 있다.
서종민 외 (2007)는 1993~2007년 사이에 한국산업안전공단에 보고된 건설업재해사례를 통해 굴삭기 안전사고 원인을 분석하였다. 재해형태와 주요원인을 분석하여 제시하였는데, 재해형태 분석결과는 협착ㆍ감김, 낙하ㆍ비례, 충돌ㆍ접촉, 전도ㆍ전복의 순서로 나타났다. 재해 주요원인으로는 건설기계 작업반경내에 근로자 출입(34.
후속연구
또한, 위치와 구간에 따라 변화되는 굴삭기의 인양능력을 구별할 수 있도록 인양구간을 “인양안전구간”과 “인양주의구간”으로 구분하여 최대 인양력과 함께 제공하는 방법을 제안하였다. 본 연구를 통해 조사한 외국의 굴삭기 인양력에 대한 자료는 국내 도입을 위한 기초자료로 활용할 수 있으며, 굴삭기의 인양력 정보와 인양구간에 관한 정보는 작업계획 및 안전관리업무에 객관적이고 실질적인 기저정보로서 활용될 수 있을 것이다.
ISO 10567에서는 유압식 굴삭기의 인양능력을 테스트하는 방법을 규정하고 있다. 테스트는 동하중과 사하중을 대상으로 하며, 그 결과를 기록 정리하여 일정한 수직과 수평간격 (0.5m, 1.0m, 1.5m 또는 2.0m)으로 구분하여 제공할 것을 권장하고 있다. 인양능력 계산방법이 아닌 테스트 방법을 규정한 이유는 유압식 굴삭기의 인양력이 구조형식, 토출압, 사용부품의 허용응력 한계 등 많은 요소에 의해 변화되어질수 있기 때문에 최종 제품이 제공할 수 있는 결과만을 주목한 결과로 판단된다.
일반적으로 굴삭기의 작업 토출압은 300~320bar 정도를 기준으로 하고 있으며 토출압이 높을 경우 더 높은 굴삭력과 전단저항력을 얻을 수 있다고 한다. 특히, 붐대와 암 실린더를 통해 제공되는 토출압은, 상대적으로 전도사고가 발생할 수 있는 가능성이 높은 최대인양구간에서 인양능력 제한에 결정적 요소로 작용할 수도 있기 때문에, 역학적 관점에서 전도모멘트와 안정모멘트를 비교하는 것처럼 검토 할 필요가 있다고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
굴삭기는 무엇인가?
굴삭기는 삽날(shovel)을 이용해서 토공작업을 하는 장비로 분류되어 있으나, 실질적으로는 굴착을 한 후 물체를 인양하여 옮기는 작업에 이용되고 있다. 이러한 관점에서 인양력은 굴삭기의 주요성능으로 분류될 필요가 있으며, 정확한 성능을 제공할 필요가 있다.
암이란 무엇인가?
암은 붐대와 버킷사이의 연결부분이다. 작업의 효율적 수행을 위해 다양한 옵션의 암(숏암, 강화암, 롱암 등)이 제공 되고 있다.
굴삭기는 현장에서 주로 인양작업에 사용되는데 구체적으로 무엇에 사용되는가?
국내 작업종류별 건설기계선정기준(표준품셈 2010)에 의하면 굴삭기는 굴삭과 적재 작업을 위한 장비이나, 현장에서는 자연스럽게 인양작업에 사용되고 있다. 가설 공사 자재운반 및 고정에서 부터 조경공사 식재, 호안용 시멘트 블록, 배수관, 석재 및 기타 자재운반 등 공사초기부터 현장정리 작업 등이 여기에 해당된다. 즉, 인력 인양과 운반에는 무리가 있고, 크레인을 설치하여 작업하기에는 비효율적이라고 시공회사가 판단한 작업이다.
참고문헌 (13)
강창희 외(2002) 건설 중기계 운영상의 안전관리 실태 및 개선방안 - 크레인, 지게차, 버킷굴삭기, 승강기, 펌프카를 중심으로 -, 2002년도 학술발표회 논문집, 한국건설관리학회, pp. 397-400.
국동훈 외(2007) 재해사례를 통해 알아본 크레인 안전사고 분석, 2007년도 학술발표회 논문집, 한국건설관리학회, pp. 439- 440.
권기태(2002) 건설기계와 시공, 동명사.
김선국 외(2008) 이동식 크레인의 슬링.러그 선정 및 안정성 검토 연구, 한국건설관리학회 논문집, 한국건설관리학회, 제9 권, 제6호, pp. 164-174.
대한건설정보(2010) 건설공사 표준품셈 2010.
서종민 외(2007) 중대재해사례를 통한 굴삭기 안전사고 원인분석, 2007년도 학술발표회 논문집, 한국건설관리학회, pp. 450-454.
이경석 외(2005) 건설기계의 시공안전기준(지침) 제정에 관한 연구, 연구보고서, 한국건설기술연구원.
Caterpillar (1992) Caterpillar Performance Handbook, Edition 23, Deutsche Ausgabe, 1992.
DIN EN 474-1 (2010) Earth-moving machinery - Safety - Part 1: General requirements, Deutsches Institut fur Normung.
DIN EN 474-5 (2007) Earth-moving machinery - Safety - Part 5: Requirements for hydraulic excavators, Deutsches Institut fur Normung.
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