타워크레인 리폿

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본문내용

법으로 카운터 지브와 메인지브쪽의 양쪽에 그림과 같이 와이어 로프를 설치한다. 메인지브쪽에는 한가닥의 와이어를 설치하고 카운터 지브쪽은 2가닥의 와이어 로프를 설치한다.
우리가 사용한 와이어 로프는 일반적인 타워크레인에서 사용하는 19*7 헤라클레스 B종이다.
파단응력 - B종 IWRC
허용응력 (안전계수5[7])
812MPa ~ 820MPa
203MPa 이상
<19×7 헤라클레스 B종의 물성치>[5]
먼저 카운터 지브쪽의 와이어로프의 장력을 구한다
m
메인 지브쪽의 와이어 로프의 장력은 카운터 지브쪽의 2배이므로
∴
산업안전규칙[7]의 화물하중지지시의 안전 계수를 도입해서 허용응력을 구하고 구해진 허용응력을 이용해서 메인지브와 카운터 지브에 연결된 와이어 로프의 지름을 구한다.
위와 같이 양쪽 지브에 걸리는 와이어의 반지름을 구했다.
와이어는 중량과 가격은 지브의 값과 비교해 보면 아주 작은 값이므로 고려하지 않기로 한다.
2.3.3 지브의 총중량
마스트부분에 걸리는 하중을 고려하기 위해서 마스트가 받치는 마스트 윗부분의 총중량을 계산한다. 이때 대상은 최대 정격하중과 카운터 웨이트, 카운터 지브, 메인지브만을 고려하며, 기타 부재의 하중은 10kN(약 1ton) 이하로 가정하고 계산한다.
2.3.4 마스트
마스트를 설계할 때 고려할 사항은 마스트 트러스의 각 부재에 받는 하중에 따른 좌굴허용응력과 허용응력이다. 마스트 트러스 구조는 모든 절점에서 같은 내력이 작용하도록 설계했다. 일반적으로 사용되는 마스트 부분의 부재는 등변 L형강이다. 등변 L형강은 2차 관성모멘트 값이 정방형 부재에 비해서 크기 때문에 설계시에 경제적인 효과를 누릴 수있어, 우리가 설계할 타워크레인의 마스트 트러스 부재도 등변 L형강을 사용하며, 한국표준 등변 L형강의 평균값을 모델로 사용한다.
A = 13a2
I =
① 마스트의 트러스 해석
마스트 트러스의 각 부재에 걸리는 하중을 계산하면 각 부재의 치수를 정할 수 있다. 따라서 지브의 총중량을 마스트 트러스가 얼마씩 나눠서 가지는지를 마스트의 트러스 해석을 통해서 정한다. 마스트 트러스를 해석하기 위해서는 부정정 트러스를 계산해야 하기 때문에 재료역학의 변형률 개념을 더해서 해석하기로한다.
점 A에서 아랫방향으로 뻗어가는 2개의 부재는 같은 변형률로 신장한다고 고려한다.
에서 변형률, 단면적, 탄성계수가 모두 같기 때문에 작용하는 하중이 같게 된다. 이러한 개념은 마스트의 가로부재 5개에도 똑같이 적용하기로 하고 트러스를 해석한다.
점 A에 걸리는 하중에 따른 부재의 하중은
-기둥부재
(압축)
-세로 사선부재
(압축)
-가로 부재 및 가로 사선 부재(인장)
② 단일부재의 치수 결정
정역학적 개념과 재료역학의 변형률 개념을 도입해서 트러스해석을 계속하면 위와 같은 하중으로 모든 단위 마스트에 일정한 내력이 반복되서 나타난다. 먼저 각 부재의 허용응력과 좌굴허용응력에 따른 부재의 치수를 정해보도록 한다.
1) 기둥부재
좌굴허용응력을 고려한 형강의 두께 a
허용응력을 고려한 형강의 두께 a
∴기둥부재의 최소두께 a는 12.0mm이다.
2) 세로 사선부재
좌굴허용응력을 고려한 형강의 두께 a
허용응력을 고려한 형강의 두께 a
∴세로 사선부재의 최소두께 a는 12mm이다.
3) 가로 및 가로 사선부재
허용응력을 고려한 형강의 두께 a
∴가로부재 및 가로 사선부재의 최소두께 a는 11.6mm이다.
(이들부재는 인장력이 작용하기 때문에 좌굴하중은 고려하지 않았다.)
전반적인 두께의 폭은 11.6mm~12.0mm이므로 안전을 고려해서 모든 부재의 두께를 12mm로 정한다.
③ 마스트 자중에 대한 고찰
실제로 마스트에는 지브의 하중만 작용하는 것이 아니라 마스트 자체의 하중도 고려를 해야 한다. 마스트의 자중은 아래와 같이 계산할 수 있다.
104.4kN은 큰 값이지만 지브의 총중량에 비해 10%에 불과하다. 따라서 안전계수 범위 내에서 해석이 가능하다고 고려하고 무시하기로 한다.
2.3.5 비용
실제로 타워크레인을 제작하는데는 재료비용, 인건비, 제작공정비 등 많은 돈이 들어가지만 우리는 타워크레인의 주재료인 SM490B의 순수 주재료비용만 계산하기로 한다. 앞부분에 설계하는 과정에서 경제성을 고려하기 위해서 부재의 형태와 치수를 조정해가면서 이미 주재료의 중량을 정해 놓았으므로 재료의 단가만 알면 주재료의 비용을 알수 있다. 주재료의 단가는 1200원/kg[6]이고, 총 비용을 계산해보면,
약 1억 3천만원 정도의 주재료 비용이 든다.
3. Conclusion
타워크레인을 설계할 때 중점적으로 고려한 사항은 타워크레인의 안전성과 경제성이었다. 안전성을 확보하기 위해서 기준으로 정확한 물성치를 확보했고, 산업안전 기준법에 따라서 처짐각과 안전계수를 도입했다. 그리고 이런 기준을 통해 안전을 고려한 타워크레인의 설계가 완성되었다. 경제성은 주재료 비용만을 고려하고 제작공정비와 설계 비용 등으로 인한 경제성은 무시하였기 때문에 크게 중요하지는 않으나 주재료비용에 한해서 안전성을 확보한 가운데 가장 경제적인 재료사용으로 타워크레인을 설계하였다. 설계 완료후 남은 향후 과제는 동역학적개념 도입, 자연현상, 피로하중, 메인지브의 자중으로 인한 처짐 등이 있는데 해석 프로그램을 통해서 고차원적인 응력해석과 기구학적 해석을 하면 좀 더 안정적이고, 경제성을 갖춘 타워크레인을 설계할 수 있을 것이다.
4. Acknowledgement
1. (주)TCI의 이름을 밝히지 않은 실무자님.
2. 공업센터 202-2호에서 연구를 하는 대학원 선배님 및 김학성 교수님.
5. Reference
[1] 네이버 백과사전
[2] http://blog.naver.com/lee1sk?Redirect=Log&logNo=100025970898.
[3] 산업안전보건법
[4] Structural Analysis(Aslam Kassimali 저) 7.7 Castiliano\'s second Theorem.
[5] http://blog.daum.net/xodus0000/5620097
[6] 타워크레인 제작업체 (주) TCI
[7] 산업안전기준에 관한규칙 제 164조. 와이어로프등의 안전계수.

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타워크레인 리폿,   명칭,   설계기준