개념 한 쪽
완충기는 승강기 카가 최하부에 도달하거나 충돌할 때 충격을 흡수하여 인명과 구조를 보호하는 장치이다. 완충기의 종류에 따라 적용 가능한 정격속도 범위와 요구되는 최소 행정거리가 다르며, 설계 시에는 충돌 속도와 감속도를 기준으로 행정을 산정하고 안전율을 적용하여 부재와 피트 바닥의 설계를 해야 한다. 또한 스프링 완충기 등은 허용 속도와 설계하중 배수가 규정되어 있어 이를 준수해야 안전을 확보할 수 있다.
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출제기준 단원 「완충기감속도 및 완충기 안전율」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정격속도 115%에 따른 최소 충격행정 | 1 | 정격속도의 115% 충돌 상황에서 요구되는 최소 행정(mm)을 계산·판단하는 방법 |
| 완충기 설계 시 고려항목 선택 | 1 | 스프링 완충기 설계 시 고려하지 않아도 되는 항목을 가리는 이해형 문제 |
| 충돌 속도에서 공식 적용 계산 | 1 | 충돌 속도를 m/s로 변환하여 S = V²/(2g) 공식을 적용해 최소 행정(mm)을 산출하는 계산형 문제 |
완충기의 기본 목적은 카의 운동에너지를 흡수하여 충격을 완화하는 것이다. 운동에너지는 1/2 m v²에 비례하므로 동일한 질량에서 속도가 클수록 흡수해야 할 에너지가 급격히 증가한다. 따라서 완충기 행정은 충돌 속도 제곱에 비례하는 물리적 원리를 기반으로 산정한다.
완충기는 종류별로 적용 한계가 정해진다. 예를 들어 스프링 완충기는 구조적 특성상 저속 승강기에 주로 사용되며, 정격속도가 일정 값 이하인 경우에만 허용된다. 반대로 유압식(에너지 분산형) 완충기는 고속에서의 충격 흡수에 적합하므로 더 큰 속도 범위에 적용된다.
최소 충격행정(stroke)은 충돌 속도를 평균 감속도로 나눈 물리식으로 산정한다. 흔히 사용하는 공식은 S = V² / (2a) 또는 감속도를 중력가속도 g로 가정하면 S = V² / (2g) 형태로 계산한다. 규정상 안전계수를 추가 적용하여 실무에서 요구되는 최소 행정거리를 확보한다.
완충기 설계 하중은 정적 하중에 충격계수를 곱하여 산출한다. 예컨대 카자중과 정격하중의 합을 기준 하중으로 삼고, 규정에서 정한 충격계수를 곱하여 피트 바닥이나 완충기 지지부의 설계값을 결정한다. 스프링 완충기는 설계 시 정하중의 특정 배수를 견디도록 요구되는 안전율이 존재한다.
예1 — 정격속도 120m/min(초속 2.0m/s)인 경우 에너지 분산형 완충기의 최소 행정거리를 판별한다. 충돌 속도가 정격속도의 100%라면 V = 2.0m/s를 사용하고, 평균 감속도를 g(9.8m/s²)로 가정하면 S = V²/(2g) = (2.0²)/(2×9.8) = 4.0/19.6 ≈ 0.204m이 된다. 규정이나 현장 기준에 따라 안전계수를 적용하여 요구치가 달라질 수 있으나, 자료상 정격속도 120m/min에 대응하는 에너지 분산형의 최소 행정거리는 약 270mm로 제시된다.
예2 — 정격속도 120m/min의 115% 조건을 적용하는 문제에서는 먼저 속도 증분을 계산한다. 120 × 1.15 = 138m/min → 138/60 ≈ 2.3m/s가 충돌 속도이다. S = V²/(2g) = (2.3²)/(19.6) ≈ 5.29/19.6 ≈ 0.27m ≈ 270mm가 되어 규정상 요구되는 최소 충격행정으로 판정한다.
유입식완충기의 최소충격행정(STROKE)은 카 정격속도의 115%에서 적용범위의 중량을 충돌시킨 경우로 설정한다. 정격속도가 120m/min일 경우 필요한 최소충격행정은 몇 mm 인가?
정답 ③ · 유입식완충기의 최소 충격행정은 카의 정격속도의 115% 속도로 충돌한다고 가정하여 계산합니다. 정격속도 120m/min(2.0m/s)의 115%는 138m/min이며, 이를 m/s로 환산하면 약 2.3m/s입니다.
정격속도 120m/min의 115%인 138m/min(2.3m/s) 충돌 시 요구되는 최소 충격행정은 270mm이다.
스프링완충기의 설계시 고려하지 않아도 되는 것은?
정답 ③ · 문제는 스프링 완충기 설계 시 고려하지 않아도 되는 항목을 묻고 있다. 완충기는 운동에너지를 흡수하는 장치이므로 정격하중, 정격속도, 카 자중 등 질량과 속도에 관련된 파라미터를 반드시 고려하여 흡수해야 할 에너지를 산정한다.
완충기 설계 시 정격하중, 속도, 카자중 등 하중 및 운동 에너지 관련 요소를 고려한다.
유입식완충기의 최소충격행정(STROKE)은 카 정격 속도의 115%에서 적용범위의 중량을 충돌시킨 경우로 설정한다. 정격속도가 120m/min일 경우 필요한 최소 행정은 몇 [mm]인가?
정답 ③ · 유입식 완충기의 최소 충격 행정(Stroke)을 계산하기 위한 공식은 '행정 = (카의 충돌 속도)^2 / (2 × 평균감속도)' 입니다. 카의 충돌 속도는 정격속도의 115%를 적용하므로 120m/min × 1.15 = 138m/min = 2.3m/s 입니다.
완충기 최소 행정은 정격속도 115% 속도의 제곱을 2배 감속도로 나눈 후 mm로 변환한다.
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