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문제 정의
- 본 연구에서는 다양한 모델의 스태커 크레인설계 데이터를 확보하고자 고속경량의 A, B, C 세 가지기본 설계 모델에 대해서 충분한 동특성을 가지고 있는가에 대한 연구롤 수행하였다.
제안 방법
- 표. 1과 같으며 기본설계 데이터를 바탕으로 모델링하고 동적/정적 안정성에 대해서 충분한 강도를 가지고 있는가에 대한 해석을 수행하였다. 동적 안정성 해석은 상부 프레임의 가감속 시 발생하는 변형량과 안정화 시간을 예측하고자 했으며 마스트 연결부의 반력 분포를 계산하여 스태커 크레인의 주행 안정성을 평가 하고자 했다.
- A, B, C 타입에 대한 동 특성 헤석은 각각 주어진 가/감속 속도선도에 대해서 가속- 등속 - 감속, 가속 -감속, 하중의 유무 등의 4가지 상태(Case 01, 02, 03, 04)로 구분하여 상부 프레임의 변형량 및 안정화 시간에 대해서 일차 해석을 수행했다. 또한 마스트 연결부의 반력을 측정하여 마스트의 동적 안정성에 대한 평가를 수행했으며 앞, 뒤바퀴에 작용하는 반력을 측정하여 레일과 바퀴의 접촉 상태에 따른 스태커 크레인의 주행 안정성에 대한 평가를 수행했다.
- A타입은 소형 경량품에 싱글 마스트를 적용하여 구조의 단순화를 통해서 제작 및 조립에 관련된 생산성 향상과 빠른 납기에 대응할 수 있도록 기본설계를 하였다. B 타입은 더불 마스트(double mast), 더블 포킹 (double forking)을 채택하여 물품의 반출입을 빠르게 할 수 있는 제품으로 설계하였다. C 타입은 마스트의 길이를 연장함으로써 한정된 공간에 보다 많은 물품을 적재할 수 있도록 하여 가능한 범위 내에서 고객의 다양한 요구사항을 반영할 수 있도록 특성화되어있다.
- 이를 위해 스태커 크레인의 구성요소 중 대부분을 강체로 모델링하고, 동 특성에 가장 큰 영향을 주는 마스트 구조를 유연한 보로 구성하였으며, 운동 조건으로는 속도 선도를 사용하여 이동하는 대차 위에 고정되어 이동하는 부하를 가지는 유연 보의 운동 문제로 단순화시켰다. 관련된 연구들에서는 대부분 보-부하-대차시스템의 운동방정식을 유도하고, 모드해석 및 수치 해석을 수행하는 절차로 연구 결과가 도출되었으나’ 본 연구에서는 이러한 절차를 생략하고 해석프로그램에 의존적인 결과를 도출하였다. 또한 이러한 해석 방법의 신뢰성을 검증하기 위해서 실제 실험 결과와의 비교 작업을 수행하여 그 타당성을 입증하였다.
- 1과 같으며 기본설계 데이터를 바탕으로 모델링하고 동적/정적 안정성에 대해서 충분한 강도를 가지고 있는가에 대한 해석을 수행하였다. 동적 안정성 해석은 상부 프레임의 가감속 시 발생하는 변형량과 안정화 시간을 예측하고자 했으며 마스트 연결부의 반력 분포를 계산하여 스태커 크레인의 주행 안정성을 평가 하고자 했다.
- 이것은 충분한 동적 강도를 제공하지 못하므로 일종의 변형에 대한공진 현상이 발생하는 것으로 보인다. 따라서 C 타입의 경우 부족한 동적 강도를 보완하기 안정화 장치를 부착하여 실제 모델을 제작하였다.
- 따라서 스태커 크레인의 주행 안정성 평가룔 위해 주어진 하중 조건 멏 속도선도롤 기반으로 상부 프레임의 변형량 및 안정화 시간, 마스트와 하부 프레임 연결부의 반력, 휠에 작용하는 반력에 대한해석을 수행하여 주행 시 마스트의 동적, 정적 강도 및 스태커 크레인의 주행 안정성에 대해서 종합적으로 평가하였다.
- 또한 마스트 연결부의 반력을 측정하여 마스트의 동적 안정성에 대한 평가를 수행했으며 앞, 뒤바퀴에 작용하는 반력을 측정하여 레일과 바퀴의 접촉 상태에 따른 스태커 크레인의 주행 안정성에 대한 평가를 수행했다. 포크의 위치는 상부 프레임에 위치하도록 하여 가장 불안정한 상태에 대해서 해석을 수행했다.
- 본 연구에서는 스태커 크레인의 운전 중 발생하는 동톡성을 분석하여 최적화하기 위해 기구/동력학 해석 전용 프로그램인 ADAMS를 사용하였다. 이를 위해 스태커 크레인의 구성요소 중 대부분을 강체로 모델링하고, 동 특성에 가장 큰 영향을 주는 마스트 구조를 유연한 보로 구성하였으며, 운동 조건으로는 속도 선도를 사용하여 이동하는 대차 위에 고정되어 이동하는 부하를 가지는 유연 보의 운동 문제로 단순화시켰다.
- 이를 위해 스태커 크레인의 구성요소 중 대부분을 강체로 모델링하고, 동 특성에 가장 큰 영향을 주는 마스트 구조를 유연한 보로 구성하였으며, 운동 조건으로는 속도 선도를 사용하여 이동하는 대차 위에 고정되어 이동하는 부하를 가지는 유연 보의 운동 문제로 단순화시켰다. 관련된 연구들에서는 대부분 보-부하-대차시스템의 운동방정식을 유도하고, 모드해석 및 수치 해석을 수행하는 절차로 연구 결과가 도출되었으나’ 본 연구에서는 이러한 절차를 생략하고 해석프로그램에 의존적인 결과를 도출하였다.
- 또한 마스트 연결부의 반력을 측정하여 마스트의 동적 안정성에 대한 평가를 수행했으며 앞, 뒤바퀴에 작용하는 반력을 측정하여 레일과 바퀴의 접촉 상태에 따른 스태커 크레인의 주행 안정성에 대한 평가를 수행했다. 포크의 위치는 상부 프레임에 위치하도록 하여 가장 불안정한 상태에 대해서 해석을 수행했다. 그림.
- 해석 모델은 시장 수요를 감안하여 예측한 당사의 고속경량의 세 가지로 설정했다. A타입은 소형 경량품에 싱글 마스트를 적용하여 구조의 단순화를 통해서 제작 및 조립에 관련된 생산성 향상과 빠른 납기에 대응할 수 있도록 기본설계를 하였다.
데이터처리
- 관련된 연구들에서는 대부분 보-부하-대차시스템의 운동방정식을 유도하고, 모드해석 및 수치 해석을 수행하는 절차로 연구 결과가 도출되었으나’ 본 연구에서는 이러한 절차를 생략하고 해석프로그램에 의존적인 결과를 도출하였다. 또한 이러한 해석 방법의 신뢰성을 검증하기 위해서 실제 실험 결과와의 비교 작업을 수행하여 그 타당성을 입증하였다.
성능/효과
- 특히 불확실한 시스템의 특성인자를 반복적인 시뮬레이션에 의해 도출하여 시스템의 상태변화가 좋은 성능이 보장될 수 있는 방향으로 설정할 수 있으며, 실제 시스템의 거동 특성이 반영되는 계측데이터와 시뮬레이션 결과와의 상관관계 분석(Correlation Analysis)에 유용하게 사용될 수 있다. 따라서 시뮬레이션 방식은 해석적 방식에 비하여 공학적 가정 및 모델의 설정 부분이 보다 자유롭고, 일정한 해법의 존재 유무에도 구애받지 않으므로 다양한 경우에 대한 접근을 시도할 수 있으며 보다 현실적인 해를 제공해 준다.
후속연구
- 이러한 동특성 해석 절차는 산업현장의 다양한웅용분야로의 적용이 가능하다고 판단되며, 향후 고객의 다양한 요구에 산속한 대옹을 할 수 있으므로 자동창고 시스템 분야에서의 제품 경쟁력을 확보하였다고 사료된다.
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