[논문]사용시간이 단축된 일체형 완강기 설계

윤슬기; 박정우; 정근학; 정민희; 강상욱; 김상현

doi:10.14775/ksmpe.2020.19.05.021

사용시간이 단축된 일체형 완강기 설계
Design of All-in-One Descending Lifeline with Reduced Usage Time 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.5, 2020년, pp.21 - 26

윤슬기 (한성대학교 기계시스템공학과) , 박정우 (한성대학교 기계시스템공학과) , 정근학 (한성대학교 기계시스템공학과) , 정민희 (한성대학교 기계시스템공학과) , 강상욱 (한성대학교 기계시스템공학과) , 김상현 (한성대학교 기계시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A descending lifeline is the only self-escape fire apparatus for fire in high-rise buildings and is installed in most buildings according to fire-fighting law. However, it is difficult to properly use and quickly evacuate during an emergency due to its complex installation methods and procedures, even if users are pre-educated. In this paper, a new one-touch descending lifeline, which simplifies usage procedures and can be used regardless of whether users are educated, is proposed to solve the drawbacks of the conventional descending lifeline. All separate parts that require additional installation are initially assembled in a box, and the concept of a double square linkage is proposed to enable escape in a single motion of pushing the handle attached to the box. Three steps of kinematic design are explored to determine an appropriate configuration of double square linkage, and its dimensions are determined using Matlab and NX CAD software. The proposed all-in-one descending lifeline also follows the enforcement decree of the Fire Control Act, and its feasibility is verified through fabrication.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 기존 완강기 문제를 해결하기 위해 사용절차를 간소화하고 사용자의 교육 유무와 관계없이 신속히 사용할 수 있는 새로운 완강기 구조를 제안한다. 추가적인 설치가 필요한 기존의 분리된 구조를 하나로 합쳐 일체형으로 설계하였으며 누구나 일체형 완강장치에 달려있는 손잡이를 미는 단 한 번의 동작으로 설치가 가능하도록 적절한 링크구조를 사용하였다.
본 논문에서는 사용 절차가 간단하고, 직관적이며, 설치 시간 또한 획기적으로 줄일 수 있는 일체형 원터치 완강기 구조를 제안하였으며 제작을 통해 성능을 확인하였다. 여러 개의 링크 기구로 연결된 거치대를 완강기 보관 상자 안에 내설하였으며 조속기 및 릴과 로프를 미리 연결하여 추가적인 설치 과정을 생략하였다.

제안 방법

추가적인 설치가 필요한 기존의 분리된 구조를 하나로 합쳐 일체형으로 설계하였으며 누구나 일체형 완강장치에 달려있는 손잡이를 미는 단 한 번의 동작으로 설치가 가능하도록 적절한 링크구조를 사용하였다. 또한, 실제 제작을 통해 새로운 완강기 구조의 성능 검증을 수행하였다.
8에 나타나 있다. 사용자가 완강기를 손쉽게 작동시킬 수 있도록 입력링크에 손잡이를 부착하여 손잡이를 밀어서 링크를 펼치도록 하였다. 입력링크에 연결된 손잡이의 구동 범위는 기구학적 제한조건 을 만족해야 하므로 제한된 입력링크 움직임으로도 출력링크가 창밖으로 펼쳐질 수 있도록 링크 길이와 꺾인 각도를 조절하였다.
사용자의 직관적인 조작을 통해 완강기가 창문 밖으로 한 번에 펼쳐질 수 있는 새로운 기구를 설계하기 위해 3단계의 기구설계 과정, 즉 형태 합성(type synthesis), 수 합성(number synthesis) 및 치수 합성(dimensional synthesis)을 수행하였다. 형태 합성이란 일반적인 링크 기구나 벨트, 캠, 기어 시스템 등과 같은 기구의 종류를 선택하는 과정이다.
한 번의 동작으로 완강기 지지대가 창밖으로 펼쳐지기 위해서는 지지대가 평행 이동과 회전 운동이 동시에 가능해야 하므로 운동성이 1이면서 링크 6개와 조인트 7개를 가진 이중 4절링크를 사용하였다. 소방법에 의한 완강기 지지대의 기구학적 제약 조건을 만족하기 위해 Matlab과 NX11.0을 통해 링크의 길이와 각도를 변화시키며 각 링크의 구체적인 형상 및 치수를 결정하였다.
본 논문에서는 사용 절차가 간단하고, 직관적이며, 설치 시간 또한 획기적으로 줄일 수 있는 일체형 원터치 완강기 구조를 제안하였으며 제작을 통해 성능을 확인하였다. 여러 개의 링크 기구로 연결된 거치대를 완강기 보관 상자 안에 내설하였으며 조속기 및 릴과 로프를 미리 연결하여 추가적인 설치 과정을 생략하였다.
내부 구조를 쉽게 살펴볼 수 있게 박스 윗부분 철판은 제거하였다. 와이어로프 가 감겨있는 릴을 창밖으로 던진 후 사용해야 하는 기존 완강기와는 다르게 조속기에 릴 거치부가 연결되어 릴을 던지지 않아도 낙하할 때 두루마리 휴지처럼 릴이 풀리도록 제작하였다. 완강기가 펼쳐졌을 때 출력링크와 벽의 각도가 90°가 되도록 입력링크와 연결된 손잡이의 이동을 제한하였으며 사용자가 안전하게 탈출할 수 있도록 걸쇠에 의해서 지지대가 완전히 고정되도록 하였다.
만약 기어나 캠 등을 포함한 기구를 통해 완강기를 설계한다면 기구가 더욱 자유로운 운동을 할 수 있겠지만 복잡한 구조로 인해 제품의 유지 보수가 어려워지고 단가가 상승하게 된다. 완강기는 건물의 각 층마다 설치되고 유지 보수가 간편해야 하므로 본 논문에서는 일반적인 링크 구조로 이루어져 있는 기구만 고려하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해 링크 길이를 조절할 뿐만 아니라 링크 일부를 직선이 아닌 꺾인 형태로 변경하였다. 꺾인 링크를 사용하면 직선 링크에 비해 동일한 입력 대비 출력링크가 더 많이 밖으로 펼쳐질 수 있다.
사용자가 완강기를 손쉽게 작동시킬 수 있도록 입력링크에 손잡이를 부착하여 손잡이를 밀어서 링크를 펼치도록 하였다. 입력링크에 연결된 손잡이의 구동 범위는 기구학적 제한조건 을 만족해야 하므로 제한된 입력링크 움직임으로도 출력링크가 창밖으로 펼쳐질 수 있도록 링크 길이와 꺾인 각도를 조절하였다. 또한 기구학적 제약 조건 인 조속기가 지지대로부터 40cm 이상 떨어져 있도록 출력 링크의 형상 및 길이를 변경하였다.
따라서 본 논문에서는 기존 완강기 문제를 해결하기 위해 사용절차를 간소화하고 사용자의 교육 유무와 관계없이 신속히 사용할 수 있는 새로운 완강기 구조를 제안한다. 추가적인 설치가 필요한 기존의 분리된 구조를 하나로 합쳐 일체형으로 설계하였으며 누구나 일체형 완강장치에 달려있는 손잡이를 미는 단 한 번의 동작으로 설치가 가능하도록 적절한 링크구조를 사용하였다. 또한, 실제 제작을 통해 새로운 완강기 구조의 성능 검증을 수행하였다.
한 번의 동작으로 완강기 지지대가 창밖으로 펼쳐지기 위해서는 지지대가 평행 이동과 회전 운동이 동시에 가능해야 하므로 운동성이 1이면서 링크 6개와 조인트 7개를 가진 이중 4절링크를 사용하였다. 소방법에 의한 완강기 지지대의 기구학적 제약 조건을 만족하기 위해 Matlab과 NX11.

데이터처리

3.1에서 결정한 이중 4절링크 기구가 주어진 제약 조건을 만족하기 위한 링크 각각의 치수를 결정하기 위해 식 (2)와 Matlab 프로그램을 이용하여 링크의 궤적을 확인하였다. Fig.
6은 각 링크의 길이를 조절하면서 최종 링크 형상을 결정하는 과정을 나타낸다. 다양한 링크 길이 조합에 따른 링크 간 상호 운동을 계산한 후 출력링크의 움직임을 보다 쉽게 확인하기 위하여 계산결과를 NX11.0을 이용하여 표현하였다. 벽에 붙어있는 링크는 하부 4절링크의 프레임링크를 나타내고 output link는 상부 4절링크의 출력링크, 즉 조속기가 연결되는 거치대를 의미한다.

성능/효과

7(a)에서는 꺾인 링크를 부적절하게 선택하거나 링크의 꺾인 각도가 지나치게 크면 출력링크가 창밖으로 펼쳐지지만 벽과 부딪히거나 링크 사이에 간섭이 일어난다. 하지만 7(b)과 같이 상하부 4절링크의 공유링크를 꺾인 링크로 사용하고 꺾인 각도를 적절히 조절하면 링크 사이의 간섭 없이 출력링크가 벽과 수직하게 펼쳐지고 창밖으로 충분이 뻗어나가게 되어 기구학적 제약 조건 ②를 만족하는 것을 확인하였다.

후속연구

본 논문에서 제시된 일체형 완강기는 앵커볼트를 이용해서 벽에 부착하면 바로 사용할 수 있다. 또한 사전 교육이 필요 없을 만큼 사용 방법이 매우 간단해서 큰 화재가 발생했을 때 기존보다 대피시간을 대폭 줄여 생존율을 높일 수 있을 것으로 예상되므로 실제 화재현장에서 활용되어 사람들의 신속한 대피에 도움이 되길 기대한다.
1과 같이 벽에 설치된 설치금구 지지대(support)와 완강기 박스 안에 들어 있는 조속기(speed controller), 벨트(belt), 릴(reel) 등으로 나누어져 있다. 화재 시 탈출을 위해서 우선 설치금구 지지대의 안전핀을 제거하고 지지대를 창밖으로 직접 펼친 다음, 완강기 박스에서 완강기를 꺼내어 지지대 끝에 있는 고리에 걸고 릴을 창밖으로 던진 후 대피해야 하는 추가적인 사용 절차가 필요하다. 선행 연구에 따르면 연구 대상자의 81.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 완강기 구조는?	기존의 완강기는 Fig. 1과 같이 벽에 설치된 설치금구 지지대(support)와 완강기 박스 안에 들어 있는 조속기(speed controller), 벨트(belt), 릴(reel) 등으로 나누어져 있다. 화재 시 탈출을 위해서 우선 설치금구 지지대의 안전핀을 제거하고 지지대를 창밖으로 직접 펼친 다음, 완강기 박스에서 완강기를 꺼내어 지지대 끝에 있는 고리에 걸고 릴을 창밖으로 던진 후 대피해야 하는 추가적인 사용 절차가 필요하다.
	형태 합성이란?	사용자의 직관적인 조작을 통해 완강기가 창문 밖으로 한 번에 펼쳐질 수 있는 새로운 기구를 설계하기 위해 3단계의 기구설계 과정, 즉 형태 합성(type synthesis), 수 합성(number synthesis) 및 치수 합성(dimensional synthesis)을 수행하였다. 형태 합성이란 일반적인 링크 기구나 벨트, 캠, 기어 시스템 등과 같은 기구의 종류를 선택하는 과정이다. 만약 기어나 캠 등을 포함한 기구를 통해 완강기를 설계한다면 기구가 더욱 자유로운 운동을 할 수 있겠지만 복잡한 구조로 인해 제품의 유지 보수가 어려워지고 단가가 상승하게 된다.
	기존 완강기의 형식의 문제점은?	완강기는 ‘완강기의 형식 승인 및 제품 검사의 기술 기준’에 따라 건물 내벽에 설치되어야 한다. 하지만 지지대가 실내에 위치한 상태에서 완강기를 사용할 경우 탈출에 사용되는 로프가 벽이나 창틀에 쓸리면서 마찰이 발생하여 심각한 손상을 초래할 수 있다. 따라서 완강기 사용을 위해서는 실내에 설치된 지지대가 창문 밖으로 펼쳐질 수 있는 구조로 설계되어야 한다.

참고문헌 (7)

Kim, S. H., Min, B. Y. and Choi, S. M., "Fire Cause Analysis of High-rise Apartments", Review of Architecture and Building Science, Vol. 59, No. 5, pp. 23-28, 2015.
Bae, L. S., "Efficiency Evaluation of Evacuation Equipments in the Neighborhood Facilities-focused on Descending Lifeline and Elevating Equipment for Evacuation", A Thesis for a Master, Pukyoung National University, 2016.
Korea Ministry of Government Legislation, National Fire Safety Code(NFSC) 301, Article 4, Clause 1.
Lee, W. and Lee, C. S., "A Survey Study on the Learner's Recognition about the Descending Life Lines for the Fire Emergency Escaping Purpose", Fire Science and Engineering, Vol. 32, No. 2, pp. 73-81, 2018.

원문보기 상세보기
Jung, T. H., "Respiratory Diseases in Firefighters and Fire Exposers", Journal of Korean Medical Association, Vol. 51, No. 12, pp. 1087-1096, 2008.

상세보기
Uicker, J. J. "THEORY OF MACHINES AND MECHANISMS", ITC, pp. 12-63, 2010.
Korea Ministry of Government Legislation, "Fire Prevention and Fire Service Facilities Installation and Safety Management Act, Article 16, No, of Ministry of Public Administration and Security Act 5, Enforce a Law 2017.7.26.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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