중장비 작업 안전 강의 09

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크레인의 하중 (2) 동적 하중은 크레인의 운동 상태가 변할 때 발생하며, 이 동적 하중의 영향으로 인해 크레인이 지구의 중력에 의해 받는 중력 하중(자체 무게와 들어올리는 물건의 무게를 포함)의 정적 하중 값이 증가한다.크레인의 부품, 구성 요소의 설계, 안전 검사, 안전 보호 장치의 선정, 그리고 크레인 사고에 대한 분석 및 계산을 수행할 때에는 동적 하중이 작용하는 방향을 반드시 고려해야 합니다. 1. 수직 하중: 계산을 용이하게 하기 위해, 수직 방향의 동적 하중 효과는 일반적으로 서로 다른 동력 계수 φi를 사용하여 표현됩니다. 다양한 작동 조건에서 발생하는 동적 하중은 동력 계수와 해당하는 정적 하중의 곱으로 계산됩니다.동력 계수는 일반적으로 크레인 설계 규격이나 관련 매뉴얼에 명시된 범위를 참조하여, 실제 작업 조건에 따라 적절히 선택됩니다. 자주 사용되는 동력 계수와 그 적용 조건은 다음과 같습니다: (1) 리프팅 충격 계수 φ1 – 물체가 갑자기 공중으로 들어올리거나 내려갈 때, 크레인의 자체 무게로 인해 가속도와 반대 방향으로 충격이 발생합니다.φ1은 이러한 작업 조건 하에서의 자중 충격 계수를 고려한 것으로, 하중 계산 시에는 크레인의 자중 하중과만 곱해집니다. (2) 리프팅 하중의 동적 하중 계수 φ2는 리프팅 메커니즘이 작동할 때, 리프팅되는 물체가 갑자기 공중으로 올라가거나 내려갈 때 발생하는 제동 상황에서, 들어올려지는 물체의 중력에 의한 하중이 동적으로 증가하는 효과를 나타낸다.φ2는 이러한 작업 조건 하에서의 리프팅 하중 증가 계수를 고려한 것으로, 하중을 계산할 때 리프팅 하중과 곱해져야 합니다.φ2 값의 크기는 리프팅 속도, 시스템의 강성 및 조작 상황과 관련이 있으며, 일반적으로 리프팅 속도가 빠를수록, 시스템의 강성이 클수록, 조작이 거세질수록 φ2 값도 커진다. (3) 급격한 하중 해제 충격 계수 φ3: 그랩 크레인이나 전자기 흡착 크레인이 화물을 내릴 때, 혹은 강철 로프가 예기치 않게 끊어져 화물이 떨어지는 사고가 발생할 경우, 들어올려진 질량의 일부 또는 전체가 갑작스럽게 해제됩니다. 이로 인해 구조물에 동적인 하중 감소 효과가 생깁니다.φ3는 이러한 작동 조건 하의 하중 해제 충격 계수를 고려한 것입니다.금속 구조물과 크레인의 전복 저항성에 관한 안정성 계산을 할 때는 이러한 동적 하중 감소 효과의 영향을 고려해야 합니다. (4) 운행 충격 계수 φ4: 크레인이나 크레인 카트가 울퉁불퉁한 도로나 궤도의 접합부를 지날 때, 수직 방향으로 운행 충격 하중이 발생합니다. φ4는 이러한 효과를 고려한 운행 충격 계수입니다.운행 충격 계수는 크레인이나 카트의 운행 속도, 궤도나 도로의 상태와 관련이 있습니다. 2. 수평 하중: 수평 하중에는 작동, 회전, 변폭 메커니즘이 구동력이나 제동력의 변화에 의해 작용할 때, 크레인 자체의 질량과 들어올리는 물체의 질량으로 인해 발생하는 관성 하중이 포함됩니다. 이 하중은 강체 역학을 통해 구해지는 관성력만을 고려하며, 탄성 진동 요소는 고려되지 않습니다.수평 하중에는 레일 크레인이 레일을 따라 이동할 때 발생하는 수평 측면 하중과, 과도하게 이동할 때 생기는 충돌 하중 등도 포함됩니다.다양한 수준의 하중이 발생하는 기전이 다르기 때문에, 계산 방법도 각기 다릅니다. (1) 운행 수평 관성력: 운행 장치의 속도가 변할 때 발생하는 관성력으로, 수평 방향으로 작용하는 관성력은 해당 질량과 가속도의 곱에 1.5를 곱하여 계산됩니다. 여기서 1.5는 크레인의 금속 구조에 작용하는 구동력의 효과를 고려한 계수입니다.운동 관성력의 계산 결과는 주동 바퀴와 철로 사이의 접착력 이하로 설정되어야 한다. (2) 회전 및 변폭 운동 시의 수평력
브릿지형 크레인의 회전 및 변폭 기구가 움직일 때, 들어 올리는 물체가 가하는 수평력이 발생합니다. 이때 변폭이나 회전 시에 생기는 관성력, 회전 운동 시의 원심력, 그리고 운전자의 조작 방식과 같은 다양한 요인들의 영향으로 인해 추가적인 수평력이 발생하게 됩니다.일반적으로는 매달린 물체의 철사줄이 수직선에서 벗어나는 각도로 인해 발생하는 수평 방향의 힘을 계산합니다. (3) 크레인이 비스듬하게 움직일 때의 수평측방력
브리지형 크레인이 주행 중에 비스듬하게 움직일 경우, 바퀴의 테두리나 수평 가이드 휠에 수직으로 작용하는 수평측방력이 발생한다.크레인이 비정상적으로 움직이는 원인은 매우 복잡하여, 이론적으로 정량적으로 분석하기는 어렵습니다. 보통은 실험과 통계적 방법을 통해 도출된 경험식을 이용해 대략적으로 계산합니다. (4) 충돌 하중 크레인이나 크레인 카트가 이동 범위를 초과하여 선로의 끝에 있는 스토퍼와 충돌할 때, 혹은 같은 선로 위에 여러 대의 크레인이 있을 경우 두 크레인이 서로 충돌하면서 충돌 하중이 발생합니다.충돌 하중은 에너지 원리에 따라, 가정된 충돌 운동에너지와 완전히 버퍼에 흡수되는 운동에너지를 기준으로 계산됩니다.