개념 한 쪽
완충기의 성능 평가는 속도와 행정, 평균 감속도 및 장치의 종류별 허용 속도와 관련된다. 문제는 단위 변환과 기본 물리식을 적용해 최소 행정과 평균 감속도를 계산하거나, 완충기 종류와 적용 범위를 판별하는 형태로 출제된다.
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출제기준 단원 「반경과 길이의 비율」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유입완충기 감속도 기준 판별 | 1 | 유입완충기 설계 시 평균 감속도 제한을 확인하기 |
| 완충기 종류별 허용 속도 판별 | 1 | 스프링(용수철)·유압 완충기의 적용 속도 범위를 가리기 |
| 유입완충기 최소 스트로크 계산 | 1 | 정격속도 주어질 때 최소 행정 값을 계산하기 |
완충기는 승강기 카나 균형추가 승강로 하부에 충돌할 때 충격을 흡수하는 장치로, 유압식(유입완충기)과 용수철(스프링)식이 대표적이다. 용수철형 완충기는 에너지 흡수 능력이 제한적이므로 정격속도가 분당 60m 이하인 경우에만 설치할 수 있다. 그보다 빠른 승강기에는 유압식 완충기를 사용한다.
유입완충기 설계에서는 평균 감속도 제한을 두어 승객 안전을 확보한다. 유입완충기는 정격속도의 115%나 기타 규정된 트립 속도에서 충돌할 경우 평균 감속도가 중력가속도 g 이하가 되도록 설계한다는 기준이 제시되어 있다.
완충기 최소 행정(스트로크)은 속도의 제곱에 비례하는 관계식을 사용해 산정한다. 대표식으로 S = 0.067 × v²(단, v는 m/s)이나 운동학적인 기본식 S = v²/(2g)을 적용해 이론치를 구한다. 단위 변환(m/min → m/s)을 정확히 처리하는 것이 계산의 핵심이다.
완충기 성능 시험 문제에서는 조속기 트립 속도의 배수(예: 1.3배, 1.4배)를 기준 속도로 사용하고, 동작 시간으로 감속도를 계산한 뒤 중력가속도로 나누어 gn 단위로 표기한다. 피트 바닥 등 구조물은 완충기 작용 시 부과되는 하중에 대해 정하중의 4배를 지지할 수 있어야 하는 등 구조적 안전 기준도 존재한다.
예 1 — 유입완충기 최소 스트로크 계산: 정격속도 120m/min은 120/60 = 2.0 m/s이므로 S = 0.067 × 2.0² = 0.268 m = 268 mm이다. 제시된 보기 중 가장 근접한 값은 270 mm이다.
예 2 — 평균 감속도 계산(gn): 정격속도 90m/min의 조속기 트립 속도가 1.4배인 경우 V = 90 × 1.4 = 126 m/min = 2.1 m/s이다. 동작 시간이 0.3 s이면 a = 2.1 / 0.3 = 7.0 m/s², 이를 g ≈ 9.8 m/s²로 나누면 약 0.714 gn이 된다.
예 3 — 감속도 계산(단위 변환 예): 하강속도 200 m/min이 0.5 s 만에 정지하면 V = 200/60 ≈ 3.33 m/s, a = 3.33 / 0.5 ≈ 6.66 m/s², gn 환산 시 약 0.68G가 된다.
유입완충기를 설계할 때 행정은 정격속도의 115%에서 충돌할 경우 평균감속도는 얼마로 정지하기 위해 필요한 값으로 하는가? (단, g는 중력가속도이다.)
정답 ① · 유입 완충기(유압 버퍼)의 설계 기준에 따르면, 카가 정격 속도의 115%로 충돌할 때 평균 감속도는 중력 가속도 g 이하가 되도록 설계해야 승객의 안전을 확보할 수 있습니다. 감속도가 1g을 초과하면 승객에게 과도한 충격을 가할 수 있으므로 1g 이내로 제한하는 것이 기술적 규격의 원칙입니다.
유입완충기 설계 시 정격속도 115% 충돌 시 평균감속도는 중력가속도 g 이하인 1g으로 정한다.
승강기 카와 균형추 하부에는 반드시 완충기를 설치하도록 하고있다. 용수철 완충기는 정격속도가 몇 m/min 이하인 경우에 설치하여야 되는가?
정답 ① · 문항은 용수철 완충기를 설치할 수 있는 최대 정격속도를 묻고 있다. 규정상 용수철 완충기는 정격속도 60m/min 이하의 승강기에만 적용 가능하며 그보다 빠른 장치에는 충분한 에너지 흡수 성능을 가진 유압식 완충기를 사용해야 한다.
용수철 완충기는 정격속도 60m/min 이하의 승강기에만 설치할 수 있다.
정격속도 120m/min 의 유입완충기를 설계하려고 한다. 이 유입완충기의 최소 스트로크는 약 몇 ㎜ 로 하는 것이 최적의 설계인가?
정답 ③ · 엘리베이터의 유입완충기(Oil buffer)는 내부의 오일을 강제로 분출시켜 충격을 흡수합니다. 설계 기준에 따르면, 유입완충기의 최소 행정(스트로크)은 정격속도의 제곱에 비례하여 계산됩니다(스토로크 S = 0.067 × v², v는 m/s).
유입완충기 최소 스트로크는 정격속도 제곱에 비례하며, 120m/min일 때 약 270mm이다.
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