초기 도시철도는 수송수단으로서의 역할만 요구되었으나 지하 승강장에 체류하는 시간이 길어짐에 따라 하나의 생활 공간으로 환경개선이라는 문제에 직면하게 되었다. 이에 따라 스크린 도어의 근간이 되는 슬라이딩 자동문은 고객의 편의와 출입을 통제하는 방법의 편리성을 이유로 대형 유통매장, 병원, 음식점, 관공서 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이에 따라 스크린 도어는 승객의 편의와 안전 확보, 쾌적한 역사 조성 및 에너지 절약을 목적으로 필요할 뿐만 아니라, 요소부품의 설계 및 신뢰성 확보를 통한 스크린 도어 시스템 최적설계기술개발이 필요하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 지하철 안전에 필요한 스크린 도어의 모터에 대한 설계 구동 강성을 검증하기 위해 구성 부품의 이론적 하중을 계산하고 해석 하였으며, 실험을 통해 검증하였다.
초기 도시철도는 수송수단으로서의 역할만 요구되었으나 지하 승강장에 체류하는 시간이 길어짐에 따라 하나의 생활 공간으로 환경개선이라는 문제에 직면하게 되었다. 이에 따라 스크린 도어의 근간이 되는 슬라이딩 자동문은 고객의 편의와 출입을 통제하는 방법의 편리성을 이유로 대형 유통매장, 병원, 음식점, 관공서 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이에 따라 스크린 도어는 승객의 편의와 안전 확보, 쾌적한 역사 조성 및 에너지 절약을 목적으로 필요할 뿐만 아니라, 요소부품의 설계 및 신뢰성 확보를 통한 스크린 도어 시스템 최적설계기술개발이 필요하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 지하철 안전에 필요한 스크린 도어의 모터에 대한 설계 구동 강성을 검증하기 위해 구성 부품의 이론적 하중을 계산하고 해석 하였으며, 실험을 통해 검증하였다.
The initial urban railway was only required to perform its role as means of transportation. As the time of staying in an underground platform was extended, it has been faced with the issues of environmental improvement as a living space. Therefore, the sliding automatic door, which is the basis of t...
The initial urban railway was only required to perform its role as means of transportation. As the time of staying in an underground platform was extended, it has been faced with the issues of environmental improvement as a living space. Therefore, the sliding automatic door, which is the basis of the screen door, is used widely for large distribution stores, hospitals, restaurants, and public offices for customers' convenience and as a convenient method to control access. Therefore, screen doors are required for the purpose of customers' convenience, securing safety, establishing pleasant station buildings, and energy savings. It would be also necessary to develop the optimal design technology for a screen door system through the design of element parts and to ensure reliability. Therefore, this paper calculated, interpreted, and verified the theoretical weight of the composition parts to verify the design drive hardness of the motor for screen doors necessary for the safety of subways.
The initial urban railway was only required to perform its role as means of transportation. As the time of staying in an underground platform was extended, it has been faced with the issues of environmental improvement as a living space. Therefore, the sliding automatic door, which is the basis of the screen door, is used widely for large distribution stores, hospitals, restaurants, and public offices for customers' convenience and as a convenient method to control access. Therefore, screen doors are required for the purpose of customers' convenience, securing safety, establishing pleasant station buildings, and energy savings. It would be also necessary to develop the optimal design technology for a screen door system through the design of element parts and to ensure reliability. Therefore, this paper calculated, interpreted, and verified the theoretical weight of the composition parts to verify the design drive hardness of the motor for screen doors necessary for the safety of subways.
본 논문에서는 스크린 도어 시스템이 동하중 상태에서 구동될 때, 모터 내부의 샤프트와 베어링의 구동 강성에 대한 검증을 실시하였다. 동하중을 받는 모터의 강성 해석을 위해 CATIA로 모델링하였고, ANSYS로 스크린 도어 모터의 샤프트 및 베어링이 190rpm의 구동 하중을 받는 조건에서 강성 해석을 수행하고 실험으로 검증하였다.
가설 설정
모터에 연결되어있는 풀리에 가해지는 하중을 앞서 2.4절에서 구한 긴장측과 이완측의 합산 하중 값인 299N으로 지정하여, 강성 해석을 실시하였고 Fig. 6에 나타내었다.
제안 방법
본 논문에서는 스크린 도어 시스템이 동하중 상태에서 구동될 때, 모터 내부의 샤프트와 베어링의 구동 강성에 대한 검증을 실시하였다. 동하중을 받는 모터의 강성 해석을 위해 CATIA로 모델링하였고, ANSYS로 스크린 도어 모터의 샤프트 및 베어링이 190rpm의 구동 하중을 받는 조건에서 강성 해석을 수행하고 실험으로 검증하였다.
따라서 본 논문에서는 직접구동 BLDC(BrushLess DC)모터방식의 제어장치가 있는 스크린 도어 시스템에서 하중을 받는 모터부의 샤프트(shaft)와 베어링(bearing)을 최적의 강성을 갖도록 설계하고, 해석과 시험을 통해 검증하였다. 보다 효율적인 해석을 위해 스크린 도어 시스템을 단순화하여 해석을 진행한다.
대상 데이터
3에 나타내었다. 메시는 167,167개의 노드와, 95,223개의 요소 수로 구성하였다. 요소 크기는 전체 부품의 크기를 고려하여 2mm로 선정하였다.
1. 스크린 도어 모터에서 발생하는 하중을 구하기 위해 벨트와 모터 풀리 사이에 작용하는 이론적 힘을 구하고, 그 값을 기준으로 강성 해석의 구동조건을 실제와 근사하게 선정하여, 정격 속도 190rpm에서 해석을 진행하였다.
스크린 도어 모터의 물성치는 Table 2과 같고, 스크린 도어의 해석에 사용된 소프트웨어는 ANSYS이다.[8]
성능/효과
2. 해석 결과는 응력과 변형율이 각 150.5MPa, 0.42mm로 탄성범위 내에 있음을 알 수 있었다.
3. 또한 정격 속도 190rpm 구동 시 스크린 도어 모터에 걸리는 하중의 변화를 알기 위해 토크와 전류 변화를 측정하였으나 미세하게 변화하여 큰 영향이 없음을 검증하였다.
4. 실제 구동되는 조건과 동일하게 내구 시험기를 제작하여 도어 열림, 닫힘의 내구 시험을 1,000,000회 실시하였고, 구동 강성에 이상이 없음을 확인하였다.
후속연구
본 해석 결과는 스크린 도어 모터를 구성하고 있는 부품인 풀리, 샤프트, 베어링의 강성 및 전체 변형량을 확인하여 실제 스크린 도어 시스템 부품의 경량화에 적용할 수 있기 때문에 원가 절감을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스크린도어란 무엇인가요?
스크린도어는 승강장 선단에 고정벽과 자동문을 설치하여 선로부를 차단하고, 열차가 정거장에 진출입시 신호를 전달받아 열차의 출입문과 스크린 도어 출입문이 동시에 개폐되는 시스템으로 초기에는 외국에서 경전철에 주로 적용하였으나, 최근에는 파리 메테오(meteo)선, 영국 쥬빌리(jubilee)선, 동경 남북선 등 중전철에도 적용이 증가하고 있는 실정이다.[4]
스크린도어의 장점은 무엇인가요?
지하철 승강장 내에서 안전사고는 지속적으로 발생되고 있고, 도시의 인구집중과 교통량의 팽창 등으로 외부 환경오염요인이 증가되어 지하철 승강장내 환경에도 나쁜 영향을 미치고 있다. 또한, 여름철 냉방 시 냉방공기가 유출되어 에너지 절감 등이 요구되는 시설이 필요하고, 특히 승강장내에서 승객의 안전 확보, 쾌적한 역사 환경조성, 에너지절약 등의 효과가 있는 스크린도어(PSD: Platform Screen Door)가 도입되었다.[3]
Direct Drive BLDC 모터를 적용한 스크린 도어 시스템의 모터 내부 샤프트와 베어링의 구동 강성에 대한 검증 결과는?
2. 해석 결과는 응력과 변형율이 각 150.5MPa, 0.42mm로 탄성범위 내에 있음을 알 수 있었다.
3. 또한 정격 속도 190rpm 구동 시 스크린 도어 모터에 걸리는 하중의 변화를 알기 위해 토크와 전류 변화를 측정하였으나 미세하게 변화하여 큰 영향이 없음을 검증하였다.
4. 실제 구동되는 조건과 동일하게 내구 시험기를 제작하여 도어 열림, 닫힘의 내구 시험을 1,000,000회 실시하였고, 구동 강성에 이상이 없음을확인하였다.
참고문헌 (9)
J. H. Lee and S. B. Lee, "Subway Screen Door Shaft Axial Stiffness Optimization" Keimyoung University, Bull, I.I.S. Vol. 37-1, 2014.
J. Y. Kim, "Optimal Screen Door System Design Technology Development for Environmental Improvement and Urban Rail Disaster", Transaction of Sarek, No.3, pp45, 2005.
T. S. Keon, "Domestic and International Metro Equipment Design Latest Technology Trends", pp.3, Dae Yang Gong Jo, 2002.
H. Y. Woo, Sang-Hee Lee, Hee-Seung Lee, "Study on Subway Platform Screen Doors Introduction", Seoultech University, 2003.
B. S. Jang, "Metro Platform Screen Doors Introduces the Background and National Status", Equipment Journal, Vol. 9, No. 32, pp. 17-19, 2003.
W. P. Lee and M. S. Han, "Mechanical Element Design", Cheongmungak, pp. 410-412, 2000.
W. P. Lee and M. S. Han, "Mechanical Element Design", Cheongmungak, pp. 413-415, 2000.
H. Y. Na, "A Study on the Satisfaction of Safety According to The Installation of Subway Station Platform Screen Doors", Mater's Thesis, Keimyung University.
J. Y. Lee, K. B. Shin, B. J. Ryu, J. S. Jeon, D. H. Kim and E. K. Lee, "Evaluation of the Structural Stability of Platform Screen Door", Journal of the Korean Railway, Vol. 31, No. 45, pp. 7-14, 2006.
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