개념 한 쪽
엘리베이터의 로프와 도르레는 로프의 피로와 미끄러짐을 좌우하므로 설계 기준을 준수해야 한다. 로프의 직경 대비 도르레(풀리·도르레) 피치원 지름 비와 로프의 파단력 및 본수로 계산한 안전율이 핵심이다.
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출제기준 단원 「로프 및 벨트의 직경 및 파단강도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 도르레 직경 판정 | 1 | 로프 지름에 따른 최소 피치원 지름을 계산하라는 문제 출제 |
| 미끄러짐 결정 요소 | 1 | 미끄러짐에 영향을 주는 물리적 요인 중 옳지 않은 것을 가리라는 문제 출제 |
| 로프 안전율 계산 | 1 | 로프 본수와 하중을 고려해 안전율을 산출하라는 계산 문제 출제 |
권상기 도르레(풀리)의 피치원 지름은 로프 공칭지름의 40배 이상이어야 로프의 굽힘 응력을 줄이고 피로 수명을 확보한다는 기준이 있다. 즉 도르레 직경 D는 로프 직경 d에 대해 D≥40d를 만족해야 한다는 조건을 적용한다. 이 비율이 낮아지면 로프에 과도한 굽힘 응력이 발생하여 조기 파단 위험이 커진다.
로프의 미끄러짐 여부는 권부각, 마찰계수, 그리고 카의 가속도 등 마찰과 동역학적 조건에 의해 결정된다는 점을 이해해야 한다. 권부각이 클수록 마찰력이 증가하여 미끄러짐이 억제되며, 권부각이 작을수록 마찰력이 부족해 미끄러짐이 발생하기 쉬운 조건이 된다. 전동기 용량은 미끄러짐을 직접 결정하는 요소가 아니므로 구분해서 고려해야 한다.
로프의 안전율은 로프의 총 파단력(단일 파단력에 로프 본수를 곱한 값)을 로프에 걸리는 총 하중으로 나눈 값으로 정의한다. 총 하중에는 카의 자중, 적재하중, 필요한 경우 로프 자중 등이 포함되며 로핑비(예: 1:1)에 따라 로프에 가해지는 장력이 결정된다는 점을 반영해야 한다. 안전율 계산에서는 본수를 곱하는 단계와 하중을 정확히 합산하는 단계가 핵심이다.
와이어 로프는 소선 배치나 소선 강도 등으로 구분되며, 소선 강도 등급(E, G, A, B 등)은 파단하중의 크기 순서와 연관된다. 또한 포지티브 구동에서 드럼 감김 관련 규정(편향각 제한, 잔류 감김 회수 등)은 로프 탈락과 미끄러짐을 방지하는 목적임을 유념해야 한다.
(추가 예) 로프 자중이 포함되는 경우: 단위 길이당 로프 자중 0.494kg/m, 길이 40m, 3가닥, 적재하중 650kg, 카 자중 700kg, 단일 파단하중 5990kg인 경우 총 파단하중 = 5990 × 3 = 17970kg이고 로프 자중 = 0.494 × 40 × 3 = 59.28kg이며 총 하중 = 650 + 700 + 59.28 = 1409.28kg이므로 안전율 ≒ 17970 ÷ 1409.28 ≒ 12.75가 된다.
엘리베이터의 주로프와 권상기 도르레의 설계에 대한 설명이 잘못된 것은?
정답 ③ · 승강기 설계 기준 상 권상기 도르레(쉬브)의 직경은 주로프 직경의 40배 이상이 되도록 설계하는 것이 원칙입니다. 이는 로프가 도르레를 지나며 구부러질 때 받는 피로 응력과 마모를 최소화하여 로프의 수명을 보장하고 안전성을 확보하기 위함입니다.
승강기 로프 설계 시 도르레 직경은 로프 직경의 40배 이상이어야 피로 수명을 보장하며, 30배는 기준 미달로 안전상 허용되지 않는다.
로프식 엘리베이터에서 미끄러짐(Slip)을 결정하는 요소가 아닌 것은?
정답 ④ · 이 문항은 로프식 엘리베이터에서 미끄러짐에 영향을 주지 않는 요소를 묻고 있다. 미끄러짐은 접촉부의 마찰과 관련된 권부각, 도르래 홈 형상, 그리고 카의 가속·감속에 따른 동적 장력 변화 등으로 결정되므로 이들 요소는 직접적 영향 요인이다.
로프 미끄러짐은 권부각, 도르래 홈 형상, 하중 가속도 등 마찰력 관련 요소에 의해 결정된다.
로프식 엘리베이터에서 양측의 중량비가 너무 크면 미끄러지게 되어 매우 위험하므로 설계시 검토가 필요하다. 미끄러짐을 결정하는 요소에 관한 설명으로 맞는 것은?
정답 ① · 문제는 로프식 엘리베이터에서 권부각 등 어떤 요소가 미끄러짐에 영향을 주는지 묻고 있다. 마찰에 의한 체결력은 권부각이 클수록 유리하므로 권부각이 작아지면 접촉면에서의 유효 마찰력이 줄어들어 미끄러지기 쉬워진다.
로프 미끄러짐은 권부각이 작을수록, 마찰계수가 낮을수록, 카의 가속도가 클수록 발생하기 쉬우므로 ①번이 맞는 설명이다.
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