[논문]에스컬레이터 스텝 및 수평보행기 팰릿의 수명시험방법 개발

임창근; 원민호; 강인구; 박정원; 함중걸

[국내논문] 에스컬레이터 스텝 및 수평보행기 팰릿의 수명시험방법 개발
Development of Life Test Methods for Assessment of Escalator Steps and Moving Walk Pallets 원문보기

임창근 (산업기술시험원 기계소재본부) , 원민호 (산업기술시험원 기계소재본부) , 강인구 (산업기술시험원 기계소재본부) , 박정원 (산업기술시험원 신뢰성종합기술지원센터) , 함중걸 (산업기술시험원 신뢰성종합기술지원센터)

에스컬레이터 스텝 및 수평보행기 팰릿의 가속수명시험 국제 기준인 5백만회 시험조건 및 하중조건의 등가 현장 수명에 대한 근거를 산출하였다. 업체 및 산기원의 시험 데이터로부터 Weibull 모델을 추정하여 분석한 결과 에스컬레이터 스텝 및 수평보행기 팰릿의 형상모수가 각각 2.4$\sim$2.6 및 2.7$\sim$2.8로 산출되었다. 이 형상모수를 이용하여 본 연구에서 대상으로 한 에스컬레이터 스텝 및 수평보행기 팰릿의 B$_{10}$ 수명이 각각의 목표 수명 7년과 6년을 보증할 수 있음을 확인하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 스텝 및 팰릿의 수명에 영향을 미치는 부하조건 및 수명에 관하여 고찰하고 현장 등가 수명을 만족하기 위한 시험 횟수 및 이에 따른 하중조건을 보다 명확하게 추정하여 현장 등가 수명을 구체적으로 제시하고자 한다.
본 연구에서는 스텝 및 팰릿의 수명을 보증하기 위한 시험에 대하여 고찰해 보았다. 먼저 산업계에서 많이 사용하고 있는 유럽의 EN115나 북미의 CSA B44/A.

제안 방법

17 기준을 근간으로 하였다. 또한, 국내 모업체의 외국의뢰 시험 자료와 KTL의 신뢰성 인증 시험 자료를 같이 분석하여 형상모수와 특성 모수의 존재 범위를 확인할 수 있었다.
하중조건에 대한 근거는 유럽(CEN)이나 북미(CSA, ASME)등에 질의를 해도 경험상이라는 답변 밖에 받을 수가 없어서, 다음과 같이 모델링을 하여 검증하였다. 해당 부과하중은 그림 2과 같이 스텝의 중심에서 받는 등가하중(Wc)이며 식 (1)로 주어진다.
와이블 분포의 형상모수(β)를 결정하기 위하여 업체의 시험 결과를 분석하였다. 표 3은 A업체에서 자사의 스텝에 대한 수명 시험을 한 결과와 KTL에서 수행한 신뢰성시험 결과이다.
앞 절에서 구한 와이블분포의 형상모수를 적용하여 CSA B44/A.17-1 와 EN 115에서 명시한 28000 작동시간(operating hours, 5×l0⁶ 사이클)을 보증하기 위한 시험을 설계하였다. 이 때, 28000 작동시간이 어떤 수명을 기준으로 하는지 명확한 정의가 없으므로 본 논문에서는 보증하고자 하는 28000 작동시간을 사용자가 통상 수명으로 생각하는 개념을 반영한 B₁₀수명으로 정의하고 시험을 설계하였다.
17-1 와 EN 115에서 명시한 28000 작동시간(operating hours, 5×l0⁶ 사이클)을 보증하기 위한 시험을 설계하였다. 이 때, 28000 작동시간이 어떤 수명을 기준으로 하는지 명확한 정의가 없으므로 본 논문에서는 보증하고자 하는 28000 작동시간을 사용자가 통상 수명으로 생각하는 개념을 반영한 B₁₀수명으로 정의하고 시험을 설계하였다. 보증시험의 설계는 그림 7과 같은 절차를 따랐다.
보증시험의 설계는 그림 7과 같은 절차를 따랐다. 먼저 신뢰성 평가척도는 B₁₀ 수명으로 결정하고, 목표값은 CSA B44/A.17-1 와 EN 115에서 명시한 28000 작동시간으로 정하였다. 신뢰수준은 통상 산업계에서 많이 적용하고 있는 90%로 정하고, 시험조건은 CSA B44/A.
17-1 와 EN 115에서 명시한 28000 작동시간으로 정하였다. 신뢰수준은 통상 산업계에서 많이 적용하고 있는 90%로 정하고, 시험조건은 CSA B44/A.17-1 와 EN 115에서 제시한 조건을 적용하였다. 허용 고장 수는 시료 수를 최소화하기 위하여 0으로 결정하고 시험시간과 시료 수를 식(3)을 통하여 통계적으로 결정하였다 (김명수와 유동수, 신뢰성평가를 위한 기본 개념과 시험조건 결정, 제 2회 부품소재 신뢰성워크샵, 2001).
17-1 와 EN 115에서 제시한 조건을 적용하였다. 허용 고장 수는 시료 수를 최소화하기 위하여 0으로 결정하고 시험시간과 시료 수를 식(3)을 통하여 통계적으로 결정하였다 (김명수와 유동수, 신뢰성평가를 위한 기본 개념과 시험조건 결정, 제 2회 부품소재 신뢰성워크샵, 2001).
보았다. 먼저 산업계에서 많이 사용하고 있는 유럽의 EN115나 북미의 CSA B44/A.17 기준에서 제시한 시험조건 중 수명에 가장 영향을 크게 미치는 반복하중부하 조건의 설정 배경에 대하여 고찰해 보았으며, 업체에서 시험한 스텝 및 팰릿의 시험데이터와 KTL에서 수행한 시험데이터로부터 와이블분포의 형상모수를 추정하였다. 추정 결과 스텝의 경우 2.

대상 데이터

본 논문과 관련한 시험조건은 유럽의 EN115나 북미의 CSA B44/A.17 기준을 근간으로 하였다. 또한, 국내 모업체의 외국의뢰 시험 자료와 KTL의 신뢰성 인증 시험 자료를 같이 분석하여 형상모수와 특성 모수의 존재 범위를 확인할 수 있었다.

성능/효과

에스컬레이터의 경우는 쇼핑센터에 가장 많이 설치가 되어 있으며, 수평보행기는 대형마트에 주로 설치되어 있고, 운행 빈도도 가장 높기 때문에 해당 장소의 조건을 가정하여 현장 등가 수명을 계산하였다. 계산에 의하면 수평보행기 쪽이 에스컬레이터보다는 훨씬 높은 빈도를 가지며 각 5백만 사이클 수명에 대한 등가 수명은 각각 7년과 6년이 됨을 알 수가 있다. 모델로 제시한 운행 조건은 가장 운행 빈도가 높은 시간을 유지하면서 등가 수명을 계산한 것이다.
같이 형상모수(β, shape parameter)를 구할 수 있다. 실제로 시험의 결과에 따라 형상모수가 조금씩 변동을 보이고 있으나, A업체 시험 자료로부터 추정한 형상모수(Case 1)와 A업체 시험자료와 KTL에서 수행한 신뢰성 시험 자료를 함께 이용하여 추정한 형상모수(Case 2) 모두 2.4~2.6 범위에 존재하며 고장시간 분포도 거의 비슷한 것을 알 수가 있다.
17 기준에서 제시한 시험조건 중 수명에 가장 영향을 크게 미치는 반복하중부하 조건의 설정 배경에 대하여 고찰해 보았으며, 업체에서 시험한 스텝 및 팰릿의 시험데이터와 KTL에서 수행한 시험데이터로부터 와이블분포의 형상모수를 추정하였다. 추정 결과 스텝의 경우 2.4~2.6의 형상모수가 추정되었고, 팰릿의 경우 2.7~2.8의 형상모수가 추정되었다. 추정된 형상모수를 적용하여 스텝과 팰릿의 B10수명이 CSA B44/A.

후속연구

향후 다른 구조의 스텝 혹은 팰릿에 대해서도 시험데이터를 축적하여 형상모수에 대한 정보를 계속 데이터베이스화해 가는 노력이 필요할 것으로 판단된다.

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