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[국내논문] 선박의 곡가공 철판 이송을 위한 유압식 마그네틱 클램프 이송장치의 성능평가에 대한 연구 원문보기

大韓造船學會誌 = Bulletin of the society of naval architects of korea, v.52 no.3, 2015년, pp.52 - 60  

문병영 (군산대학교) ,  이기열 (군산대학교)

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • 본 기술 개발 공정에서는 곡가공 철판 이송을 위하여 신개념의 '유압식 마그네틱 클램프'를 개발하기 위해 주관기관과 참여기관이 상호 협력하는 연구개발 과정을 통해 시제품을 제작하고자 하였다.
  • 본 기술개발에서는 선박용 대형 곡가공품을 안전하게 이송시키기 위해 마그네틱 클램프 이송장치를 개발하기 위해 기존의 단순한 마그네틱 크레인의 범주를 벗어나, 베이스프레임 + 마그네틱 연결부 + 유압장치로 크게 구성되는 설비시스템을 구축하면서 신개념의 '유압식 마그네틱 클램프' 이송장치를 제작하고자 하였다.
  • 본 기술 개발의 목적은 선박 제조에 적용되는 대형 곡가공 철판을 안전하기 이송하기 위한 장치로서, '유압식 마그네틱 클램프' 이송장치를 제작 및 개발하는데 주안점이 있으며, 이 과정에서 제작된 시제품에 대한 성능 평가(performance evaluation)를 수행하여 제반 평가항목에 대한 정량적 수치 및 개발 목표치를 확보하고자 함에 있다.
  • 본 연구의 경우에는 사업성과의 신뢰성(reliability) 확보를 위해 개발목표치(14.7Ton)에 거의 근접한 15Ton 규모의 '유압식 마그네틱 클램프' 이송장치를 개발하고자 하였다.
  • 본 기술개발의 경우, 높은 잔류 자속밀도 및 우수한 보자력을 유지하면서 원하는 장소로 안전하게 이동시킬 수 있는 경질 자성재료(영구자석)의 자기적 특성에 대해 주안점을 두고 성능시험을 수행 하고자 하였다. 영구자석은 사업비의 적정성을 감안하여 경제적이면서 높은 잔류자속밀도와 보자력을 보유하고 있는 페라이트계 영구자석 (Sr 페라이트계, SrO · 6Fe2O3)을 적용하였다.
  • 이송시간의 경우 기존과 비교시, 개발목표치에는 큰 변화가 없으며, 호이스트 장력의 경우 기존수치 보다 조금 증가된147kN(14.7Ton)의 수치를 개발 목표로 하였다. 본 연구의 경우에는 사업성과의 신뢰성(reliability) 확보를 위해 개발목표치(14.
  • 본 기술개발에서는 핵심 평가항목에 해당되는 마그네틱 접착력(G)과 관련하여 정량적 목표수행을 위해 최적의 영구자석을 선정하고자 하였다. 이러한 측면에서, 곡가공품을 높은 흡착력을 가지고 들어 올린 후, 우수한 보자력을 유지하면서 원하는 장소로 안전하게 이동시킬 수 있는 Sr 페라이트계 영구자석을 이용하여 성능시험을 수행하면서 흡착력에 대해 검토를 하였다.
  • 본 기술개발에서는 선박제조용 대형 곡가공 철판을 이송하기 위한 장치로서, '유압식 마그네틱 클램프 시제품'을 제작하는데 주안점을 두었으며, 이 과정에서 시제품에 대한 안정성을 고려하면서 성능평가를 수행하여 제반 평가항목에 대한 개발 목표치를 확보하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마그네틱 크레인에서 자체적인 안정성 확보의 필요성이 제기된 이유는 무엇인가? 오늘날, 선박건조는 수십에서 수백 개의 평블록과 곡블럭을 용접하여 조립 및 제작하는 생산 공정을 가지고 있으며, 대부분의 조선소는 이러한 다수의 블록들을 자체 공정상 외주가공에 의존하여 제작하고 있는 실정이다. 특히, 대형 철판을 들어 올려 이동하는 일반 마그네틱 크레인(magnetic crane)에 있어, 마그네틱 클램프(magnetic clamp)와 연결된 고정식 체인부(fixed-chain parts)가 제 기능을 발휘하지 못해 곡면 철판 등의 이송 시, 산업안전사고의 피해가 발생함에 따라 자체적인 안정성(safety) 확보의 필요성이 제기되고 있다. 아울러, 일반 마그네틱 크레인의 경우 전류가 흐르는 동안에만 자석의 기능을 발휘하는 전자석(electromagnet)이 대부분 이용되고 있어 자기적 성질을 적용하는 점에 있어 일부 한계를 보여주고 있다(Fig.
공업의 관점에서, 자성재료란 무엇인가? 높은 흡착력 및 보자력을 가지고 선박건조용 대형 곡가공 철판을 안전하게 이송시킬 수 있는 '유압식 마그네틱 클램프 '(hydraulic and magnetic clamp) 이송장치의 경우 핵심소재는 유압식 실린더 장치와 연계하여 클램프 설비장치의 주축을 이루는 자성재료(영구자석)라고 할 수 있다. 여기서 언급하는 자성재료란 물성론적으로는 자기적 성질을 갖는 재료의 총칭이지만, 공업적으로는 자기적 성질을 필요 특성으로 하는 기계, 장치, 부품 등에 실제 적용할 수 있는 자기 특성을 갖는 재료를 말한다.
영구자석과 유압식 마그네틱 클램프를 이용한 크레인은 어떻게 사고를 예방할 수 있는가? 이러한 안정성을 확보하기 위하여는 기존 공법에서 탈피하여, 보다 신뢰성 있는 자기적 특성을 가지는 영구자석(permanent magnet)의 적용과 더불어 유압실린더의 동적 거동을 접목하여 대형 중량물을 이송할 수 있는 '유압식 마그네틱 클램프' 형식의 크레인을 개발하는 방안이 제시된다. 이러한 신개념의 마그네틱 크레인을 도입할 경우, 설비시스템은 베이스프레임 + 마그네틱 연결부 + 유압장치로 구성되며, 곡면 가공된 대형철판을 이동시 유압실린더에 동일한 인장력(tension)이 가해지게 되면서 신뢰성 있는 자성재료의 자기적 특성에 힘 입어, 대형 중량물을 운반 시 낙하하는 불상사를 미연에 예방할 수 있게 된다. 동일한 인장력이 동시에 가해진다는 측면에서 유압장치는 유압밸런싱 장치(hydraulically-balanced device)로 해석되어진다.
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참고문헌 (11)

  1. Barrett, C.S., Nix, W.D. and Tetelman A.S., 1973. The Principles of Engineering Materials. Prentice-Hall. 

  2. Cho, H.K., 1988. Advanced Materials and Alloys. Kyung Buk National Univ. Press. 

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  4. Comstock, R.L., 1999. Introduction to Magnetism and Magnetic Recording. 

  5. Hench, L.L. and West, K., 1990. Principles of Electronic Ceramics. John Wiley & Sons, Inc. 

  6. Helmut, K.,1995. Micromagnetism of hard and soft magnetic materials, J. of the Korean Magnetics Society, Vol.5, No.5, p.366-371. 

  7. Metals Handbook, 1980, 9th ed., Vol. 3, ASM International, Materials Park, Ohio. 

  8. Nesbitt, E.A and Wernick, J.H., 1973. Rare Earth Permanent Magnets. Academic Press, New York. 

  9. Schaffer, J.P., Saxena, A., Antolovich, S. D., Sanders, T. H. and Warner, S. B., 1995. The Science and Design of Engineering Materials. Richard D. Irwin, Inc. 

  10. Smith, W.F., 1990. Princiles of Materials Science and Engineering. Mcgraw-Hill. 

  11. Strnat, K.J., 2008. Rare-earth magnets in present production and development, J. of Magnetism and Magnetic Material, Vol.7, No.1, p.351-360. 

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