[논문]다단식 상하이동형 볼라드의 개발

변홍석

doi:10.9726/kspse.2015.19.2.015

Abstract ▼ AI-Helper

Bollard installed on the street is a facility that protects pedestrians by restraining cars from entering on the sidewalk. It is basically classified into manual, semiautomatic, automatic type and mostly manual type is widely used because the automatic type is imported and much expensive. However, i...

Bollard installed on the street is a facility that protects pedestrians by restraining cars from entering on the sidewalk. It is basically classified into manual, semiautomatic, automatic type and mostly manual type is widely used because the automatic type is imported and much expensive. However, in case of manual handling type in practice, it is very troublesome and difficult to remove it whenever cars are permitted, and in case of automatic type, since underbody of a bollard is very long, it is difficult to dig a deep hole in the ground because a pipe, a hose or a cable is under the surface. In order to reduce these difficulties, this paper proposed new design of the multistage bollard that moves up and down automatically by using hydraulic system. This is developed by 6 step creativity of TRIZ inventive problem solving and structural analysis. The developed bollard can be installed in shallow hole and allow entry of vehicles through up-and-down movement without its removal manually. Finally, we could see smoothly motion through the manufactured bollard.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이로 인해 부품의 잦은 교체 비용일 발생할 수 있으며, 무엇보다도 굴착깊이에 따른 작업 난이도 때문에 설치비용이 과다 발생하고 설치가 불가능한 상황이 발생할 수 있는 등 많은 문제점을 안고 있다. 따라서 본연구에서 보행시설물의 구조, 시설기준의 세부기준을 준수하면서 기존의 볼라드 문제점을 개선시키는 신개념의 다단식 자동 상하이동형 볼라드를 개발하고자 한다. 자동 상하이동을 위한 제어 시스템 설계는 본 연구의 범위에 포함되지 않으며 몸체의 구조적 설계에 그 연구 목적을 둔다
볼라드의 설계는 보행시설물 세부 기준사항을 만족시켜야 한다. 따라서 정부에서 제정한 기준 법규를 만족시키면서 보행자 및 사용자의 편의성을 고려하여 아래와 같이 그 설계 기준을 마련하고 이에 준하여 개념설계를 수행하였다.
본 논문에서는 차량의 진입을 억제 또는 허용하고 보행자의 안전한 통행을 확보 가능한 다단식 상하이동형 볼라드를 개발하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
5는 볼라드 설계의 문제점을 나타내고 있다. 본 연구의 문제점은 차량 또는 보행자의 진입을 억제 또는 허용할 수 있어야 하며 땅속에 쉽게 매설 되어야 한다는 것이다.
4와 같이 설계를 진행한다. 설계의 목적은 국내에 보급된 대부분의 수동 및 고정식 볼라드의 불편함을 해소하고, 고가의 수입에 의존하고 있는 상하이동식 볼라드의 문제점을 개선하는데 둔다.
따라서 본연구에서 보행시설물의 구조, 시설기준의 세부기준을 준수하면서 기존의 볼라드 문제점을 개선시키는 신개념의 다단식 자동 상하이동형 볼라드를 개발하고자 한다. 자동 상하이동을 위한 제어 시스템 설계는 본 연구의 범위에 포함되지 않으며 몸체의 구조적 설계에 그 연구 목적을 둔다

가설 설정

∙ 볼라드 매설을 위한 굴착깊이를 최소화한다.

제안 방법

1. 기존의 수동으로 탈착가능한 고정식 볼라드의 문제점을 해결하기 위하여 트리즈를 이용하여 볼라드의 개념설계를 수행하였다.
먼저 기존 볼라드의 문제점을 분석하고 이를 해결하기 위해서 창의적 문제 해결 기법인 트리즈를 적용한다. 이로부터 획득한 개념설계안에 대해 구조해석을 수행하고 구조적 문제가 없다면 이를 채택한다.
볼라드의 구조해석을 위해 3차원 형상 설계프로그램인 Inventor 2013을 사용하여 모델링을 수행하였고, 구조해석을 위해 상용화된 범용 유한요소 프로그램인 ANSYS를 사용하였고, 여러 문헌에서 이를 통하여 구조해석 연구를 살펴볼 수 있다.^8-9) 해석모델에 사용된 재료는 스테인레스강이며 그 물성값은 아래의 Table 3과 같다.
차량의 진입을 규제하고 허용할 수 있는 자동 상하이동형 다단식 볼라드를 트리즈 기법과 구조해석을 통해 설계하고 시제를 제작하였다. 제작된 볼라드는 보행시설물 세부 기준사항을 만족하면서 원활한 구동을 가진 것을 알 수 있었다.

이론/모형

특히, 여러 요소들로 구성된 복잡한 문제의 해결책을 찾는데 유용한 도구가 된다. 본 연구에서는 창의력 향상을 위한 새로운 방법론인 트리즈의 6단계 창의성(6 Step Creativity)³⁾을 적용한다. 이 방법론은 자신의 경험과 지식에 의한 사고관성을 제거하고 새로운 방향으로 문제를 창의적으로 풀어가게 한다.

성능/효과

2. 땅속의 배관, 전선 및 돌 등 장애물 때문에 깊은 굴착을 하지 않아도 얕은 굴착깊이로 볼라드를 설치할 수 있고 또한 수동 탈착방식을 벗어나 자동으로 승하강할 수 있는 다단식 상하이동형 볼라드를 개발하였다.
3. 트리즈에 의해 개념설계된 모델을 대상으로 구조해석을 통해 견딜 수 있는 충격하중을 예측하였으며 시제제작을 통해 자동으로 원활하게 승하강되는 것을 확인할 수 있었다.
∙ 결론: 볼라드가 상승 및 하강시 몸체를 포갤 수 있도록 한다.
에너지 동력원인 유압과 다단실린더를 통해 볼라드를 상승시킬 때 하부관에 포개져 있는 상부관 1단, 2단은 원활하게 펴지는 것을 확인할 수 있었고, 또한 하강시 2단의 상부관이 하부관 안으로 매끄럽게 접히는 것을 확인할 수 있었다.
차량의 진입을 규제하고 허용할 수 있는 자동 상하이동형 다단식 볼라드를 트리즈 기법과 구조해석을 통해 설계하고 시제를 제작하였다. 제작된 볼라드는 보행시설물 세부 기준사항을 만족하면서 원활한 구동을 가진 것을 알 수 있었다.
8은 하중 1톤이 가해졌을 때 구조해석을 통해 획득한 볼라드의 응력을 보여주고 있다. 지면과 인접한 2단부위의 아래쪽에 최대응력 200.81MPa이 발생한다는 것을 확인 할 수 있었다. 이때 안전계수는 1.

후속연구

개발된 볼라드는 양산품으로 제작되기 위해서는 볼라드 상단부에 도시미관 및 야간 보행자를 위한 LED 장착 등의 세밀한 부분 연구될 필요가 있다. 특히, 향후에 구조적으로 강한 충격력을 견딜 수 있는 최적 설계 연구가 진행될 것이며, 본 연구의 볼라드 설계 프로세스는 새로운 볼라드 설계 및 해석방법에 도움을 줄 것으로 기대된다.
개발된 볼라드는 양산품으로 제작되기 위해서는 볼라드 상단부에 도시미관 및 야간 보행자를 위한 LED 장착 등의 세밀한 부분 연구될 필요가 있다. 특히, 향후에 구조적으로 강한 충격력을 견딜 수 있는 최적 설계 연구가 진행될 것이며, 본 연구의 볼라드 설계 프로세스는 새로운 볼라드 설계 및 해석방법에 도움을 줄 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 사용되고 있는 볼라드는 어떻게 구분할 수 있는가?	현재 사용되고 있는 볼라드는 크게 일반도로 차량진입규제용과 보행로 차량진입규제용으로 두가지로 구분할 수 있다. 국내에서 볼 수 있는 보행로 차량진입규제용 볼라드는 다양한 재료로 제작된 형태들을 가지고 있다.
	볼라드는 무엇인가?	볼라드는 차도나 인도의 경계에 설치되어 차량의 보도진입을 규제하여 보행자의 안전과 통행에 지장을 주지 않고 차량이 보도에 주정차시 발생할 수 있는 보도의 파손을 방지하는 기능을 수행하는 시설물이다.1)
	볼라드 운용의 세 단계는 무엇인가?	볼라드 운용은 크게 세 단계로 나누어진다. 먼저 차량진입을 위해 차량을 인식하고, 진입을 허용하면 볼라드가 하강하고 진입 후 다시 볼라드가 다시 원상 복귀한다. 차량인식은 차량인식시스템이나 수동으로 인터폰을 사용할 수 있고 볼라드의 상하 이동은 관리실에서 버튼을 조작하거나 무선 원격으로 조종할 수 있다.

참고문헌 (9)

S. H. Park, 2010, "A Study on the Development of a Bollard Design for Pedestrian Environments", Journal of Korean Society of Design Science, Vol. 23, No. 6, pp. 23-28.
T. J. Park, B. G. Jung and K. M. Lee, 2011, "A Study on the Fundamental Performance of Electric-driven Bollard", Journal of Korean Society of Mechanical Technology, Vol. 13, No. 4, pp. 169-173.

상세보기
H. J. Kim, 2006, Creative Science of TRIZ, DooYangSa, Korea, pp. 85-99.
S. H. Lee, S. H. Lee, S. W. Hwang and C. S. Han, "A Study on the Distinction of Landmine Detection Using 6 Step Creativity of the TRIZ", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 11, No. 4, pp. 1163-1170.
K. S. Lee and J. H. Choi, 2009, "A Conceptual Design of New Automatic Bicycle Transmission by TRIZ and Design Axiom", KSME-A, Vol. 33, No. 3, pp. 269-275.
H. Y. Choi, Y. M. Jeong and J. S. Lee, 2012, "Design of Air-Conditioner Frame Structure Using TRIZ Based Contradiction Analysis", Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 21, No. 6, pp. 961-967.

원문보기 상세보기
C. D. Jung, W. J. Chung, J. S. Ahn, G. S. Shin and S. J. Kwon, 2012, "Optimal Mechanism Design of In-pipe Cleaning Robot", Korean Society of Manufacturing Technology Engineering, Vol. 21, No. 1, pp. 123-129.

원문보기 상세보기
K. W. Nam, H. S. Gwon and C. S. Son, 2010, "Optimization of Design of Safety Block by Structural Analysis", The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 14, No. 3, pp. 71-76.
D. S. Gu and W. C. Kim, 2013, "Structural Analysis of 800Ton Hot Stamping Press, Korean Society of Manufacturing Technology Engineering, Vol. 17, No. 1, pp. 97-103.

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