개념 한 쪽
엘리베이터 설계에서 동력전달 장치는 정밀성, 내구성, 안전성 관점에서 선택과 설계가 이루어진다. 기어·웜기어·체인·벨트·스프링 등 각 요소는 고유한 장단점을 가지며, 도어머신이나 권상기와 같은 시스템에서는 정지 시 토크 유지와 파손 시 자동 차단 같은 안전 장치가 필수적이다.
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출제기준 단원 「도르래 장치」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유압 안전밸브 기능 식별 | 1 | 파이프 파손 시 자동 차단과 유지 기능을 가지는 밸브를 가리기 |
| 스프링 지수 정의 적용 | 1 | 평균지름과 선지름의 비로 스프링 지수를 제시하기 |
| 체인 안전율 계산 | 1 | 보정 파단력과 산정된 인장 하중으로 안전율을 계산하기 |
기어는 톱니 맞물림으로 동력을 전달하는 장치로서 슬립이 거의 없어 동력전달이 확실하고 정확한 기어비를 유지할 수 있으므로 높은 정밀도를 얻을 수 있다는 점이 핵심이다. 기어전동은 정확한 회전비와 큰 감속비를 얻기 쉬우나 치합 시 마찰과 충격으로 소음과 진동이 발생할 수 있다는 점을 이해해야 한다.
기어전동은 체인이나 벨트 전동과 달리 축압력이 비교적 작다는 특징이 있다. 체인·벨트는 장력 유지로 인해 축에 큰 힘이 걸리는 반면, 기어는 치합으로 힘을 전달하므로 축에 가해지는 압력이 작아지는 점을 대비하여 기억한다.
웜기어는 마찰이 커서 자체 잠김(self-locking) 현상이 발생하므로 역구동이 어렵다. 이 특성은 역상승 방지나 안전 확보가 필요한 장치에서 유리하며, 반대로 헬리컬 기어 등은 역구동이 가능하다는 점을 대비하여 이해한다.
엘리베이터 도어머신은 문을 열고 닫는 동작뿐 아니라 문이 완전히 열리거나 닫힌 상태에서도 문이 저절로 움직이지 않도록 토크를 유지해야 한다는 점이 중요하다. 정지 상태의 토크 유지 개념은 도어 시스템의 안전성 확보와 직접 연결되므로 설계 시 고려해야 한다.
유압식 시스템에는 파이프 파손 등 비정상 상황에 대비한 자동 차단 장치가 설치된다. 파이프 파손 시 자동으로 닫히고 수동 재조작 전까지 닫힌 상태를 유지하는 밸브는 럽처밸브로서 카의 급격한 추락을 방지하는 안전장치라는 점을 인지한다.
스프링 관련 설계에서는 스프링 지수 C가 평균지름 D와 선지름 d의 비로 정의된다는 점을 기억한다. 또한 체인과 같은 인장 요소의 안전율은 보정 파단력과 실제 인장 하중의 비로 산정하므로, 주어진 파단력과 계산된 하중을 나누어 안전율을 구하는 절차를 반드시 따른다.
에스컬레이터 구동체인의 안전율 계산 예를 보인다. 문제에서 보정 파단력을 11,000kg으로 주고 구동 체인에 걸리는 인장 하중을 약 561kgf로 산정하였다. 안전율은 보정 파단력 ÷ 인장 하중이므로 11,000 ÷ 561 ≒ 19.6으로 계산된다. 이와 같이 안전율은 항상 파단력(허용치)을 실제 하중으로 나누어 구한다.
스프링 지수의 정의 예는 C = D / d 이므로 평균지름과 선지름의 비를 통해 스프링의 상대적 강성을 판단한다. 이 정의를 바탕으로 스프링 설계에서 굵기와 지름 관계를 해석한다.
오일이 실린더로 들어가는 곳에 설치되어 만일 파이프가 파손 되었을 때 자동적으로 밸브를 닫아 카가 급격히 떨어 지는 것을 방지하는 밸브로 한번 동작하면 인위적으로 재조작하기 전에는 닫힌 상태로 유지되는 밸브는?
정답 ① · 문제는 파이프가 파손되었을 때 자동으로 차단되어 화물이나 카의 급강하를 방지하고, 한 번 작동하면 수동 재조작 전까지 닫힌 상태로 유지되는 밸브가 무엇인지 묻고 있다. 해당 설명은 파열 시 유압 유출을 즉시 차단하여 2차 사고를 방지하도록 설계된 특수 안전밸브인 럽처밸브에 해당한다: 파이프 파손을 감지하면 내부 메커니즘이 동작하여 밸브를 잠금 상태로 유지하므로 유체가 계속 유출되지 않는다.
파이프 파손 시 자동 차단되어 카 추락을 방지하고, 재조작 전까지 닫힌 상태를 유지하는 밸브는 럽처밸브이다.
압축 코일 스프링에서 작용하중을 W, 유효권수를 N, 평균지름을 D, 소선의 지름을 d 라고 하였을 때 스프링 지수를 나타내는 식은?
정답 ③ · 이 문제는 압축 코일 스프링의 스프링 지수 정의식을 묻고 있다. 스프링 지수 C는 코일의 평균지름 D와 소선 지름 d의 비로 정의되므로 식은 C = D/d이다.
스프링 지수 C는 평균지름 D와 소선 지름 d의 비인 C=D/d로 정의되며, 스프링의 강성과 변형 특성을 결정하는 핵심 무차원 수이다.
에스컬레이터의 스텝 폭이 1m, 층고가 3m, 스텝체인 스프로켓의 피치지름이 800mm, 구동체인 스프로켓 피치 지름이1000mm, 에스컬레이터의 경사각이 30°인 경우에 구동체인의안전율은 약 얼마인가? (단, 체인의 보정 파단력은 11000kg으로 한다.)
정답 ③ · 에스컬레이터의 구동력과 체인의 장력을 계산하기 위해서는 스텝에 작용하는 하중 및 마찰력을 도출해야 합니다. 단위 폭당(1m)의 하중과 층고(3m) 등을 바탕으로 전체 구동체인에 가해지는 인장 하중을 구하면 약 561kgf 정도가 산출됩니다.
안전율은 보정 파단력을 구동 체인의 인장 하중으로 나눈 값으로 계산한다.
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