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승강기용 로프텐션장치 개발
승강기용 로프텐션장치 개발 Developement of Rope Tension Device for Elevator 기고 : 김승호·김동복·박종삼(한국승강기대학교, (주)메이저텍, (주)모든엘리베이터) ABSTRACT 승강기에 적용하는 와이어로프는 다수의 로프 단말에 스프링 소켓으로 연결돼 각각의 장력을 조정해 사용하기 때문에 동일한 장력으로 조정하기 어렵고 이로 인해 도르래 및 로프 편마모나 소음·진동의 발생원인이 된다. 이를 해결하기 위해 로프 단말에 유압을 이용해 각각의 로프장력을 동시에 균등하게 조정해주는 로프텐션장치를 개발했다. 1. 서론 전기식 엘리베이터에 사용되는 와이어로프는 카와 균형추에 연결돼 도르래 회전운동을 카 직선운동으로 변환하는 중요한 장치다. 하중을 분산하기 위해 로프를 여러 가닥 사용하기 때문에 각 로프의 균등한 장력조정이 매우 중요하며 현행 승강기검사기준(전기식 엘리베이터 9.5.1)[1]에서 ‘로프 끝부분에는 현수로프의 장력을 균등하게 하는 장치가 있어야 한다’라고 되어 있다. 현재 거의 대부분의 전기식 엘리베이터는 로프 단말에 스프링소켓을 적용해 각각의 로프장력을 어느 정도 보상하고 있지만, 균등한 장력 조정에는 한계가 있다. 로프 장력이 불균일할 경우 도르래 및 로프 편마모가 발생하고 소음진동이 발생하는 등의 문제가 발생한다. 본 논문에서는 전체 로프장력을 동시에 균일하게 조정하기 위해 로프단말에 유압을 사용해 자동으로 장력이 조정되는 로프텐션장치를 개발했으며 이에 대한 강도해석 및 시험평가를 위한 시뮬레이터를 제작해 성능평가를 실시했다. 2. 제품해석 및 시험평가 2.1 개발제품의 개요 로프텐션장치는 기존에 사용되는 로프스프링 소켓에 적용이 가능하도록 로프소켓과 스프링 사이에 설치하는 방식이며 이 로프텐션장치 내부에 각각의 로프소켓에 연결된 실린더가 지나가는 통로에 유압유가 채워져 있어 로프장력 불균형이 발생할 경우 유체 압력이 작용해 자동으로 장력이 조정되는 구조로 되어 있다. 시제품은 속도 105m/min 이하의 중저속 엘리베이터의 1:1 로핑방식에 24인승까지 사용할 수 있도록 로프 직경과 본수를 φ12×6본까지 적용가능한 제품으로 개발했다. 2.2 동작원리 로프텐션장치 동작원리는 유체를 이용한 힘의 균형을 이루는 기계적 기술로 로프소켓에 고정된 실린더라는 다수의 축을 이용하며 축의 하우징 내 유체를 관통하도록 관로를 제작해 불균일한 로프장력이 가해지면 유체의 이동으로 힘의 평형을 이루게 되는 원리다. 2.3 에스켈레이터(수평보행기 포함) 전도사고 분석 2.3.1 강도 해석 로프소켓에 연결된 실린더의 모든 하중이 상부하우징에 전달되고 상부하우징은 유체의 기밀성을 유지하기 위해 오일실홈 및 오링홈이 설계되어 응력이 집중되기 때문에 강도 해석이 필요하다. 현행 승강기 검사기준(전기식 엘리베이터 9.2.3)에서는 로프와 로프 단말 사이의 연결은 로프 최소 파단하중의 80% 이상을 견디도록 되어 있다. A종 φ12 로프 파단하중은 58,702 N (5,990Kgf)이고 안전율 10으로 계산할 때 5,870 N 하중까지 적용 가능하다. 1본당 로프 파단하중의 80%인 4,690 N이 작용한다고 할 때 총 6본의 하중 28,176 N의 하중이 상부 하우징에 작용한다. 본 논문에서는 30,000 N의 하중이 상부하우징에 작용한다고 가정하고 ANSYS Workbench 14.5를 이용한 구조해석을 통해 강도해석을 실시했다. 응력은 Von-mises 응력이다. 최대응력은 상부하우징의 하부 중앙부위에 실린더가 접촉하는 단면에서 발생하며 그 값은 56.85N/mm2 이다. 사용재질인 SS41의 인장강도가 402 N/mm2 이므로 안전율은 7.1 정도로 충분히 안전함을 알 수 있다. 2.4 시뮬레이터 제작 및 성능평가 2.4.1 시뮬레이터 구성 로프텐션장치의 성능평가를 수행하기 위해 좌측 그림과 시뮬레이터를 제작했다. 구성은 한쪽 로프 단말을 고정하고 단말에 연결된 로프가 도르래를 거쳐 로프텐션장치로 연결되며 이 로프텐션장치 끝단에 로드셀과 유압실린더가 연결되어 전체 하중을 부가하는 구조로 되어 있다. 각각의 로프 장력 측정은 로프텐션 측정기(MSM12, Henning사)를 사용해 측정했다. 2.4.2 성능평가 로프텐션장치 작동 전후의 로프 장력을 측정하기 위해 로프와 로프텐션장치 사이에 로프브레이크를 설치했다. 로프브레이크가 작동해 로프를 잡고 있을때 로프의 장력을 측정하고 로프브레이크를 개방해 로프텐션장치가 자동으로 작동할 때 로프의 장력을 측정했다. 총 하중은 2,500Kg을 적용했으며, 로프본수는 φ12x5본을 적용해 시험했다. 시뮬레이터를 이용해 성능을 시험한 결과 상단 표와 같은 결과를 얻었다. 로프텐션장치 자동 조정 후의 로프장력 표준편차 8.96, 변동계수 1.79로 조정 전의 표준편차 32.1, 변동계수 6.4에 비해 매우 우수함을 알 수 있다. 특히 평균값과 최대값의 변동비율이 조정 전 9.3%에서 조정 후 2.5%로 양호한 결과를 얻었다. 3. 결론 전기식 엘리베이터에 적용되는 로프의 장력을 유압을 이용함으로써 자동으로 균일하게 조정할 수 있는 로프텐션장치를 개발했다. 본 논문을 통해 이 장치의 상부하우징 구조해석 결과 응력에 대한 안전율이 7.1로 양호한 결과를 얻었으며, 성능평가를 위한 시뮬레이터를 제작해 시험결과 최대장력과 평균장력의 변동비율이 조정전 9.3%에서 2.5%로 줄어들어 우수한 성능을 가짐을 확인했다. |
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