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A Study on The Stability of Transporter SPMT
을 의 本 論文 劉大完
으로 함.
工學碩士 學位論文 認准
인 ( ) 委員長 蘇 明 玉
인 ( ) 委 員 柳 熙 漢
인 ( ) 委 員 吳 珍 錫
년 월 일
2012 12 21
한국해양대학교 해사산업대학원
목 차
< List of figures > ··· iii
< List of tables > ··· v
< Abstract > ··· vi
제 장 서론1 ··· 1
연구 배경 및 동향 1.1 ··· 1
연구내용 및 구성 1.2 ··· 4
제 장 트랜스포터의 구조와 운전방식2 ··· 5
트랜스포터의 구조 2.1 ··· 5
의 구조 2.1.1 SPMT ··· 7
의 구조 2.1.2 SHT ··· 12
트랜스포터의 운전 방식 2.2 ··· 17
서포트 그룹의 기본 이론 2.2.1 ··· 17
서포트 그룹 2.2.2 ··· 19
운전 방식 2.2.3 SHT ··· 23
제 장 트랜스포터에서의 물체의 무게중심 계산3 ··· 27
차원 평면상에서의 무게중심 3.1 2 ··· 27
차원 공간상에서의 무게중심 3.2 3 ··· 30
제 장 시뮬레이션4 ··· 35
시뮬레이션 프로그램 4.1 ··· 35
시뮬레이션 프로그램 결과 4.2 ··· 39
평면상의 무게중심 4.2.1 ··· 39
공간상의 무게중심 4.2.2 ··· 44
물체의 안정성 검토 4.2.3 ··· 49
시뮬레이션 프로그램 적용 결과 4.3 ··· 53
시뮬레이션 적용 작업
4.3.1 ··· 53
제 장 결론5 ··· 58 참고 문헌 ··· 59
< List of figures >
Fig. 2.1 SPMT ··· 5
Fig. 2.2 SHT ··· 6
Fig. 2.3 SPMT - (1x PPU + 1x 6 axles trailer) ··· 7
Fig. 2.4 PPU (Power-Pack Unit - assembly with trailer) ··· 8
Fig. 2.5 Trailer (SPMT) ··· 9
Fig. 2.6 Main assembly, module trailer ··· 11
Fig. 2.7 SHT ··· 12
Fig. 2.8 SHT MPEK 620.20.6 side view ··· 13
Fig. 2.9 SHT MPEK 620.20.6 overview ··· 14
Fig. 2.10 Main components of lifting transporter ··· 15
Fig. 2.11 Theory of support group ··· 17
Fig. 2.12 Suspension of SPMT ··· 18
Fig. 2.13 3-point suspension of SPMT ··· 19
Fig. 2.14 3-point suspension COG safety zone ··· 20
Fig. 2.15 4-point suspension of SPMT ··· 21
Fig. 2.16 4-point suspension COG safety zone ··· 22
Fig. 2.17 SHT moving direction ··· 23
Fig. 2.18 3-point suspension of SHT ··· 24
Fig. 2.19 4-point suspension of SHT ··· 25
Fig. 3.1 Mathematical modeling of transporter ··· 27
Fig. 3.2 Getting the COG of the X-axis ··· 28
Fig. 3.3 COG of the area ··· 29
Fig. 3.4 Getting the COG of the space ··· 30
Fig. 3.5 Change of ZMP of according to the slope ··· 32
Fig. 3.6 Evaluate the stability of object ··· 33
Fig. 3.7 Transporter moving slopes ··· 34
Fig. 4.1 Simulation program flow chart ··· 35
Fig. 4.2 Simulation program overview ··· 36
Fig. 4.3 Calculation of 2-dimensional COG point ··· 37
Fig. 4.4 Calculation of 3-dimensional COG point ··· 37
Fig. 4.5 Calculation of the slope stability of an object ··· 38
Fig. 4.6 Calculation of COG of the object on flat ··· 40
Fig. 4.7 Calculation of COG of the object on flat ··· 41
Fig. 4.8 Calculation of COG of the object on flat ··· 42
Fig. 4.9 Calculation of COG of the object on space ··· 44
Fig. 4.10 Calculation of COG of the object on space ··· 46
Fig. 4.11 Calculation of COG of the object on space ··· 47
Fig. 4.12 Calculation of COG of the object on space ··· 48
Fig. 4.13 The stability calculation ··· 49
Fig. 4.14 The stability calculation ··· 50
Fig. 4.15 The stability calculation ··· 52
Fig. 4.16 Goliath crane for simulation ··· 53
Fig. 4.17 SPMT trailer support drawing ··· 54
Fig. 4.18 Support structure simplification ··· 55
Fig. 4.19 COG on flat calculation ··· 56
Fig. 4.20 COG on space calculation ··· 56
Fig. 4.21 Stability calculation ··· 57
< List of tables >
Table 2.1 Main assembly, module trailer ··· 11
Table 2.2 Main components of lifting transporter ··· 15
Table 4.1 Results of COG on flat ··· 40
Table 4.2 Results of COG on flat ··· 42
Table 4.3 Results of COG on flat ··· 43
Table 4.4 Results of COG height on space ··· 45
Table 4.5 Results of COG height on space ··· 46
Table 4.6 Result of COG height on space ··· 47
Table 4.7 Results of slop angle ··· 50
Table 4.8 Results of slop angle ··· 51
Table 4.9 Result of slop angle ··· 52
A Study on The Stability of Transporter SPMT
Yoo Dae Wan
Department of Marine system engineering
The Graduate School of Korea Maritime Industrial Studies
Abstract
Today, there is a global trend of rapid increase in the amount of logistic transportation. According to this trend, ships are also becoming larger. Shipbuilding companies attempted to increase their market share concentrating more on security of large ships.
With enlarging ship order market and increasing size of ships being ordered, shipbuilding companies placed efforts on finding effective building method. As a result, they successfully developed a shipbuilding technology in which large scale ships with thousands of ton are built in a short period by making large blocks and performing final assembly on a dock or land. With development of such construction method, turnover rate of limited docks and assembly spaces was increased, while securing an environment for simultaneous building.
Heavy lift transporting device called transporter is at the center of such method. Transportation by the transporter is required for unit block transport and final assembly. In addition, among manufacturing methods used in building of all ships, the role of transporter in final
assembly of large blocks was changed absolutely. Its role extends to include transport of marine structure building blocks, transport of shipbuilding apparatus (ship engines, cranes and etc.) and transport of large materials in shipyards. In case of marine structures and shipbuilding apparatus, lifting location and method for transporter often differ from normal shipbuilding blocks. There also are many difficulties for drivers to make the decision on stability during works.
Although the role of transporter in shipbuilding has become absolute, there is relatively little consideration on security of work stability with the use of transporter used throughout shipbuilding industry in comparison to the speed of development of efficient shipbuilding methods. Increase in device operation time due to busy assembly processes and complicated site conditions are easily exposed to accidents during operation. Many devices currently in operation at the sites are as old as 10 ~ 20 years, and there are no monitoring systems installed as safety devices on them. Instead, simple pressure gauges are installed for workers to estimate the loading status of devices. Center of mass detector can see the center of mass of heavy weight not only while lifting but also during transportation, allowing to check loading status of heavy weights.
This device converts the pressure of heavy weight detected from equipment into a virtual point in order to indicate the center of mass of the weight. However, this is simply shows the movement of center of mass from the center of equipment in the lifted weight.
Though location of center of mass can be checked on a real-time
basis during lifting and movement of weights, there are limits in examining land surface status and work stability of special structures. Due to such limitations, equipment operators rely on design drawings in use of the equipment, and in most cases continue with their work based on past experiences without being able to make definite conclusion. This study attempted to examine work stability using minimal information on work conditions obtained from work sites and drawings, assisting work decisions in heavy weight transportation works. First, center of mass on the plane of heavy weight lifted by transporter was found, also with center of mass on space. Also using ZMP (Zero Moment Point) theory based on the data obtained earlier, angles at which the heavy weight is inclined and turned over were calculated according to the surface inclination. In particular, stability of heavy weight moving along the inclined surface was found based on simulation with calculated data.
Examination of lifting status, stable lifting location and stability with differing inclination was made possible through simulation only using the data verified from the equipment and drawings provided at the sites. It was also possible to examine work stability using simple simulation prior to work and varying work stability according to inclination of the movement path.
제 장 서론 1 연구 배경 및 동향
1.1
오늘날 전 세계적으로 물류 수송량이 빠르게 증가하고 있는 추세이다.
또한 세계 물류수송에 중요한 역할을 하고 있는 선박도 이에 맞추어 대형 화가 이루어지고 있다 선박회사들은 시장의 변화에 맞추어 대형 선박 확. 보에 더욱 집중하여 시장점유율을 높이려는 움직임을 보였다.
선박 수주시장이 커지고 수주되는 선박의 대형화가 이루어지면서 선박 건조회사들은 효과적인 건조방식을 찾는데 노력을 하였다 기존의. 200~
톤 단일 블록 조립으로 이루어지는 방식을 벗어나 최소 톤에서
300 2000
최대 5000톤에 이르는 대형 블록을 제작하여 도크 또는 육상에서 최종 조립함으로서 수 만톤 급의 대형 선박을 단기간 내에 건조하는 기술을 개 발해 내기에 이르렀다 이러한 공법의 개발로 한정된 도크나 조립공간의. 사용회전율을 높이게 되었으며 여러 선박을 동시에 건조할 수 있는 환경 을 만들게 되었다.
이러한 공법의 중심에는 트랜스포터라는 중량물 운반 장비가 있다 최. 근 선박건조 공법의 주류는 조립 현장에서 200~300톤 가량의 단위 블록 들을 조립하여 2000 ~5000톤 톤에 이르는 대형 블록으로 만들어 드라이 도크 플로우팅 도크 또는 육상에서 최종 조립되는데 그 단위 블록의 수, 송과 최종 조립을 위해 트랜스포터의 수송과정이 필요하게 된다 또한 모. 든 선박 건조에 사용되는 제작 공법 중 특히 대형 블록의 최종 조립 공법 에서 트랜스포터의 역할은 절대적으로 바뀌게 되었다 또한 트랜스포터는. 선박 건조 외에 다양한 방법으로 그 역할을 하고 있다 우선 해양 구조물. 건조 블록의 운송 조선 기자재의 운, 송 선박엔진 크레인 외 과 조선소 내( , )
대형 자재 이송에도 그 역할을 다하고 있다 해양구조물과 조선 기자재의. 경우 트랜스포터의 상차 위치와 상차 방법에 있어서 일반적인 조선 블록 과는 다른 경우가 많고 작업에 있어 안정성에 대한 판단을 운전자가 내리 기에 어려운 경우가 많다 선박 건조에 있어 트랜스포터의 역할은 절대적. 으로 바뀌어가게 되었지만 조선 산업 전반에 사용되는 트랜스포터의 사용 에 따른 작업 안정성 확보에 대한 문제는 선박의 효율적인 공법의 개발 속도에 비해 상대적으로 저조하다 바쁜 조립 공정으로 인한 장비가동시. 간의 증가와 복잡한 현장 여건 등 운영에 따른 사고도 발생하기 쉬운 상 황에 노출되어 있는 것이다 현장에서 운영되고 있는 다수의 장비가. 10년 에서 많게는 20년 가까이 되는 오래된 장비이며 이들 장비에는 안전장치 라고 할 수 있는 모니터링 시스템들이 설치되어 있지 않다 단지 작업자. 들이 장비의 상황을 예상할 수 있도록 압력계가 설치되어 중량물의 적재 상태를 예상할 수 있는 형태로 되어 있다 최근 제작된 신형 트랜스포터. 에는 현장에서의 안전사고를 막기 위해 과중량 감지장치 무게중심 감지, 장치가 설치되어 있다 무게중심 감지장치는 중량물 상차 뿐만 아니라 운. 송 중에서도 중량물의 무게중심을 볼 수 있어 중량물의 적재 상태를 볼 수 있도록 하는 장치이다 이 장치는 장비에서 감지된 적재물의 압력을. 가상의 지점으로 전환하여 장비의 중심에서 어느 위치에 적재물의 무게중 심이 있는지 표시하게 된다 하지만 단순히 상차된 중량물의 무게중심이. 장비중심에서 어떠한 방향으로 움직여졌는지를 표시하게 된다 중량물의. 상차 시와 이동시 실시간으로 무게중심의 위치를 확인할 수 있으나 지면 의 상태나 특수한 구조물에 대한 작업 안정성을 파악하기에는 한계가 있 다 이러한 한계로 인해 현장의 장비 운영자들은 도면에 의존하여 장비를. 배치하여 사용하게 되며 확실한 결론을 내릴 수 없는 상황의 작업조건에 서도 경험을 토대로 하여 작업을 진행하는 경우가 대부분이다 물론 어려.
운 조건의 작업일 경우 전문기관이나 제작사의 기술자문을 통해 작업을 하는 경우가 있으나 이런 기술자문의 요청들은 대부분 많은 비용이 들어 가기 때문에 매번 작업안정성을 확인하는 것에도 한계가 있다 본 연구에. 서는 작업 현장에서 그리고 도면상에서 얻어질 수 있는 최소한의 작업 여 건의 정보를 토대로 작업 안정성 파악이 가능한 방안을 만들어 현장에서 중량물 이송작업을 수행함에 있어 작업결정을 내리는데 도움이 되고자 한 다.
연구내용 및 구성 1.2
본 논문에서는 국내 보급되어 있는 트랜스포터의 무게중심 감지장치를 개선하였다 기존의 작업 모니터에 표시되는 평면. 2차원적인 무게중심점 의 움직임을 모니터링하는 단계에서 장비가 기본적으로 제공하는 서포트 무게를 이용하여 중량물 이동에 따른 무게중심의 변화와 안정성을 확인하 고 그 유효성을 검증하기 위하여 수학적 시뮬레이션과 작업 데이터를 사 용한 시뮬레이션을 통해 결과를 분석하였다.
본 논문은 총 5장으로 구성되어 있다. 장은 연구 배경과 동향을 기술하였다
1 .
장은 트랜스포터의 구조와 운전방식을 기술하였다
2 .
장은 트랜스포터에서의 중량물 이동에 따른 차원 평면 무게중심과
3 2 3
차원 공간 무게중심을 수학적으로 구하였다.
장에서는 장의 모델링을 기반으로 를 이용한 시뮬레
4 3 Matlab Simulink
이션 하였다 실제 어려운 작업 형태의 현장 중량물 이송작업의 자료를. 토대로 시뮬레이션을 구성하여 중량물이동의 안정성에 대해 분석하였고 제안한 개선방법의 효용성에 대해 기술 하였다.
장에서는 장과 장의 연구내용을 바탕으로 결론을 명시하였다
5 3 4 .
제 장 트랜스포터의 구조와 운전방식 2 트랜스포터의 구조
2.1
국내 선박건조에 사용되는 트랜스포터의 종류에는 SPMT(Self 의 가 Propelled Modular Transporter), SHT(SHip section Transporter) 2 지 형태가 있다 각 회사의 공법에 따라 주력 기종의 형태는 다를 수 있. 으며 그 형태는 다음과 같다.
Fig. 2.1 SPMT
은 를 나타낸 것이며 대형 구조물 운반을 목적으로 만들 Fig. 2.1 SPMT
어낸 모델이다. 1984년 이후 오늘날까지 SPMT 모델로 운송된 중량물의
무게가 15,000톤 이상으로 기록되어 있을 정도로 대형 구조물의 운반을 효과적으로 할 수 있는 장비이다. SPMT는 파워팩과 트레일러로 구성되어 있으며 리모트 컨트롤러로 조작하고 트레일러의 조합으로 대형 중량물을 효과적으로 운송할 수 있는 장비이다.
Fig. 2.2 SHT
는 를 나타낸 것이며 현재까지 개발된 최대 모델은 톤
Fig 2.2 SHT 1000
의 허용중량을 가지고 있으며 일명 야드 트랜스포터- (Yard-Transporter)라 고 한다 조선소 현장에서 조선블록 이송에 주력으로 사용하는 장비이다. . 규격화 된 중소형 블록의 이송에 효과적이고, SPMT처럼 작업을 위해 설 정을 하는 불편함이 없다 차량처럼 운전석에서 단독으로 운송작업이 가. 능하며 대형 화물의 이동에 특화되어 이동속도가 낮은 SPMT에 비해 상 대적으로 장비의 중량물 운반 속도가 빨라 기동성이 뛰어난 장점이 있다.
의 구조 2.1.1 SPMT
는 파워팩과 확장 연결이 가능한 트레일러로 구성되어 있다 파
SPMT .
워팩은 트레일러의 전면 측에 배치된 구조이며 유압으로 작동되는 핀 실 린더와 볼트로 연결하여 결합하는 구조로 되어 있다 대형 중량물의 효과. 적인 이동을 위해 장비 디자인 자체가 한정된 공간사이를 효과적으로 지 지 할 수 있도록 트레일러와 파워팩의 상단 부분과 트레일러 전면이 간결 하게 구성되어 있으며 트레일러의 연결구조도 다양한 작업배치에 용의하 도록 간단하게 되어 있다 전체 구조는. Fig. 2.3과 같다 파워팩이. SPMT 의 전체 시스템을 제어하는 구조로 되어 있다.
Fig. 2.3 SPMT - (1x PPU + 1x 6 axles trailer) (a):Side view, (b):Front view, (c):Top view
파워팩 (1)
파워팩(PPU: Power-Pack Unit)은 트레일러의 주행에 필요한 유압식 자가 구동장치, 유압식 상승 하강 제어장치 유압식 차축 조향 장치 및/ , 제동 장치 전기 전자 제어장치 작동에 필요한 전원 공급을 위한 동력 구, 동 장치이다. 이 장치는 디젤엔진을 사용하여 전기, 전자제어에 필요한 전기 동력과 기어 박스를 디젤엔진에 연결하여 유압동력 발전에 필요한 유압장치 펌프 모터 를 가동시키며 각종 기능 밸브와 스위치가 설치되어( , ) 있어 연결된 트레일러의 주행 조향 차체 상승과 하강 등의 기능을 공급, , 되는 유압동력을 사용하여 운용하게 된다. Fig. 2.4는 파워팩이 트레일러 에 연결되어 작업하는 형태로 조립된 것이다.
Fig. 2.4 PPU (Power-Pack Unit - assembly with trailer)
파워팩에서는 데이터 케이블을 통해 트레일러와 연결하여 각 시스템의 제어와 작업에 필요한 트레일러의 배치구성을 할 수 있다 트레일러간의. 조합에 필요한 통신은 전자장치를 통하여 제어한다. 파워케이블을 통해 트레일러의 유압장치 전자장치 전기장치에 필요한 전원을 공급하게 된, , 다 그리고 다양한 크기의 유압호스를 통해 각 기능에 필요한 적정 유압. 동력을 공급하여 리프팅 조향 주행의 기능을 할 수 있도록 한다 특히, , .
다른 파워팩과 트레일러와의 조합에 필요한 주 제어장치가 파워팩에 있어 대형 중량물을 이송하기 위한 작업에 필요한 최소한의 기능 장치라 할 수 있다 트레일러와 기계 유압 전기적 연결을 통해 사용할 수 있는. , , PPU는 다양한 중량물의 효과적인 이동이라는 장비 목적에 맞게 간결하게 구성되 어 있다. PPU는 한정되어 있는 프레임 공간에 트레일러의 기능 모두를 사용할 수 있도록 전기 전자 유압시스템이 설치되어 있고 최대 차축, , 40 라인 축 트레일러(6 6대 + 4축 트레일러 1 )대 의 트레일러 조합이 가능하 도록 구성되어 있다. 1대의 PPU만으로도 다양한 트레일러의 조합작업이 가능하도록 유압 커플링과 전기 전자시스템의 커플링이 여러 개가 구성, 되어 있다.
트레일러
(2) (Moduler Trailer)
의 제어 부분이 파워팩이라면 실제로 중량물을 상차하여 이송하 SPMT
는 부분은 트레일러이다. Fig. 2.5는 트레일러의 사진을 나타낸 것이다.
Fig. 2.5 Trailer (SPMT)
트레일러는 평탄한 적재면을 가지고 있고 플랫폼 전면은 트레일러 간 의 고정 또는 파워팩과의 고정이 가능하도록 디스크 핀 커플링이 장착되 어 있으며 유압식 잠금 실린더 장치도 설치되어 있다 차축은 유압식 실. 린더에 의해 지지되며 축의 높이가 평탄하지 않은 노면에서도 차축 실린 더에 의해 트레일러 상판이 평행을 이루며 압력도 균일하게 배분될 수 있 다 각 축들은. A, B, C, D 최대 4개의 그룹으로 묶을 수 있으며 각 그룹 은 1개의 유압제어밸브로 높이를 제어할 수 있다 각 그룹은 횡방향 또는. 종방향으로 차축 개수를 조절하여 그룹의 크기를 변경할 수 있다 각 그. 룹의 유압은 모두 하나로 연결되도록 조절할 수 있어 작업 시 평탄한 지 면이 아니라도 각 차축의 압력분배를 균등히 할 수 있다.
단일 모듈 트레일러는 파워팩과 기계적으로 연결할 수 있는 핀 커플링, 리프팅 조향 주행에 필요한 유압 동력을 전달하는 유압 호스와 각 기능, , 의 전자 제어장치 등으로 구성된다 각 기능의 제어에 필요한 전원을 공. 급할 수 있는 전기라인과 리프팅실린더와 리프팅실린더 및 조향실린더를 제어하기 위한 유압밸브를 포함한다 또한 유압모터 구동기어와 차축의. , 보기(bogie), 로커암(rocker-arm), 메인 샤프트와 회전을 위한 베어링과 핀 실, (seal) 등으로 구성되어 있다 각 기능들의 유압작동은 파워팩에 설. 치되어 있는 유압제어밸브 그리고 트레일러에 설치되어 있는 조향제어밸 브들의 조작을 리모트 컨트롤러로 조종하거나 밸브를 직접 수동으로 운전 자가 조작하여 장비를 움직일 수 있도록 구성되어 있다. Fig. 2.6은 트레 일러에 구성된 기능장치의 설치위치를 나타낸 것이다 트레일러의 프레임. 의 구조와 차축의 배치는 한정된 공간에서 최대한 많은 중량물의 무게를 지지하여 이동시킬 수 있도록 각 기능부품들의 설치공간을 최소화 하고 있다는 것이다 설치위치는 작업 시 각 컨트롤러가 작업에 따른 파손을. 피할 수 있고 정비가 용의한 최적의 장소로 설치되어 있다.
Fig. 2.6 Main assembly, module trailer
각 위치에 설치되어 있는 주 구성요소들의 기능은 Table 2.1과 같다.
Item Function
13 Tilting cylinders
14 Control box electrics for anti-slipping control 15 Control box electrics for steering
16 Control box electrics for power supply, central units, digital and steering
17 Pressure gauge support pressure
18 Coupling links and coupling cylinders (PPU) 19 Coupling links and coupling cylinders (trailer)
Table 2.1 Main assembly, module trailer
트레일러는 각 축을 조향하는 조향제어기 작업 중 주행축의 바퀴가 헛, 도는 현상을 방지하기 위한 ASR(Anti- Skid Regulator)제어기, PPU와 다 른 트레일러와 통신을 통해 제어를 하기 위한 제어시스템 등으로 이루어 져 있다 실제 운송하는 중량물들은 단일 트레일러의 크기보다 큰 경우가. 대부분이다 단일 트레일러로 운전이 불가능한 경우. 2개 이상의 트레일러 를 연결하여 사용한다. 트레일러는 축하중 접지면적 축( / : 1500mm X
최대 톤의 작업을 할 수 있다 축하중의 차이에 따라 이동속
2400mm) 40 .
도가 결정되게 되는데 최대 허용하중을 상차한 경우 0.5km/h, 80%이하 로 상차한 경우에는 1~3km/h의 속도 제한이 있게 된다 보통 현장 작업. 에서는 80%~85% 가량의 허용하중을 고려하여 트레일러의 개수와 배치 를 고려하게 된다.
의 구조 2.1.2 SHT
는 조선소에서 블록이송용으로 사용하기 위해 제작된 전용 트랜 SHT
스포터로서 파워팩과 트레일러 부분이 일체형으로 되어 있고 일반차량과 비슷한 운전석이 설치되어 있는 구조이다. SPMT와 기능적인 부분에서는 거의 동일하나 연결되는 부분과 운전자의 조작부분에서만 차이를 갖는다.
Fig. 2.7 SHT
단일블록을 이송시킬 수 있도록 넓은 적재부가 있는 것이 특징이며 와 달리 파워팩 엔진 유압시스템 이 장비에 고정으로 설치되어 있
SPMT ( , )
다. Fig. 2.7은 SHT의 사진을 나타낸 것이다. 현재까지 개발되어 있는
모델은 허용상차무게가 톤 톤 톤 톤인 것 등이 있
SHT 1000 , 600 , 500 , 300
다 최근 조선소에서 만들어지고 있는 블록의 일반적인 크기가. 300톤에 서 600톤 사이가 주를 이루고 있기 때문에 사용자가 원하는 형태로 제작 되고 있다.
Fig. 2.8 SHT MPEK 620.20.6 side view
은 의 측면 구성을 나타낸 것이다 중앙의 파워팩을 기준
Fig. 2.8 SHT .
으로 차축이 대칭된 구조로 설치되어 있고 차량 전 후의 중앙에 운전석, 이 설치되어 있다 단일 프레임으로 구성된 것이. SPMT와 다른 구조이지 만 작동에 필요한 기능구성은 SPMT의 구조와 다르지 않다 장비의 각 기. 능을 작동하기 위한 파워팩과 리프팅 기능을 위한 차축 구성 스티어링, 기능을 위한 제어밸브 구성 주행 기능을 위한 유압구동시스템의 구성은, 의 구성과 동일하다 단일블록을 이송하는 취지에 맞도록 제작되었
SPMT .
을 뿐 장비의 구동형태와 제어시스템의 기본구성은 SPMT와 SHT는 거의 동일하다고할 수 있다 유압구동시스템은 고속주행이 가능한 모델로 구성. 되어 있다 그리고. SPMT와 마찬가지로 여러 대의 SHT를 조합하여 사용 할 수 있다. Fig. 2.9는 SHT 600톤 모델의 형태를 나타낸 것이다.
Fig. 2.9 SHT MPEK 620.20.6 overview
블록의 상차를 위한 서포트 프레임의 높이에 맞도록 제작이 되어 전반 적으로 차체의 높이가 SPMT에 비해 높은 편이며 주행 높이도 SPMT보다 높다. (SHT = 1900mm, SPMT = 1500mm) 반면 단위 면적당 중량물 상 차 무게는 낮은 편이다 그렇기 때문에. SHT는 단위블록의 이송용으로 특 화되어 있으며 중량물의 상차를 손쉽게 할 수 있는 장점이 있다. SHT의 단위블록의 상차와 운송방법은 SPMT에 비해 단순 고속화되어 있기 때문, 에 SPMT와 같이 수천톤에 달하는 대형 블록의 이동은 수월하지 않지만 각 건조단위블록(2000~4000 )톤 의 제작을 위해 필요한 단위블록의 효과 적인 이송과 건조블록의 보관 장소와 선박의 조립장소가 상대적으로 점점 멀어지고 있는 현재의 선박건조 환경에서의 SHT의 효용가치가 매우 크다 고 할 수 있다.
의 경우에는 파워팩과 트레일러가 일체형으로 되어 있다 그러므로
SHT .
은 의 하부구조를 나타낸 것이다
Fig. 2.10 SHT .
Fig. 2.10 Main components of lifting transporter
는 의 구성을 나타낸 것이다
Table 2.2 Fig. 2.10 .
Item Description
1 Cabin no. 1. in main direction of travel forwards 2 Main electrical switch cabinet
3 Load platform in open skeleton structure 4 Side fastening straps for attaching load
5 Diesel engine hydraulic drive system with pumps for the drive, steering, lift system and other functions 6 Running gears, electronically steered and hydraulically
supported
7 Hydraulic oil tank 740 (liter) 8 Fuel tank 550 (liter)
9 Hydraulic oil cooler 10 Battery box
11 Coupling device for transversal coupling 12 Coupling device for lateral coupling
Table 2.2 Main components of lifting transporter
구조에서 SPMT와 동일한 유압장치들과 유압 제어시스템이 있는 것을 알 수 있으며 2번 항목에서 전면부에 SPMT와 동일하게 제어시스템이 위 치하는 것을 알 수 있다. Fig 2.10에서 보는 것과 같이 장비 프레임 하부 에 유압라인과 전기라인 전반이 설치되어 있으며 각 차축에 SPMT와 같 이 리프트 시스템이 구성되어 있는 것을 알 수 있다 각 차축별 상승 하. / 강의 유압을 차단하는 밸브 리프팅 그룹의 횡방향과 종방향을 차단하여, 유압 그룹을 조절하는 그룹조정 밸브 등의 유압시스템을 장비 내에 구성 하고 있다 파워팩을 따로 설치해야 되는. SPMT와는 달리 엔진 파워팩, , 유압시스템 등이 트레일러의 프레임 내에 설치되어 있는 것이 특징이다.
리모트 컨트롤러로 장비를 운영하는 SPMT와 달리 장비의 전 후 중앙에, 인 운전석이 설치되어 있어 일반 차량을 운전하듯이 장비를 움직일 수 1
있으며 운전석 내에 작업에 필요한 정보를 확인하면서 적절한 작동을 할 수 있도록 구성되어 있다 조선소내의 작업 방법은 신호수의 수신호를 통. 해 운송과 기능 작업을 하는 것이 일반적이나 안전의 이유를 제외하고서 는 1인 작업도 가능하도록 장비에 기능이 구성되어 있다.
트랜스포터의 운전 방식 2.2
트랜스포터의 리프팅 그룹의 구성 방식은 SPMT와 SHT가 동일한 개념 으로 구성되어 있다 우선적으로. SPMT를 기준으로 하여 운전방식의 사용 개념을 설명하고자 한다.
서포트 그룹의 기본 이론 2.2.1
작업 전 가장 우선적으로 선정되어야 하는 것은 3-point로 작업을 할 것인가? 4-point로 할 것인가? 이다. 3-point로 사용하든, 4-point로 사 용하든 가장 우선적으로 고려되어야 할 것은 중량물의 디자인과 구성 특( 히 COG), 지면상태 등이다 서포트 그룹의 선정에 있어 특정적인 방법은. 따로 있지 않다 모든 작업상의 환경을 고려하여 최적의 작업 방법을 선. 택하여 서포트 그룹의 구성을 결정하는 것이다.
Fig. 2.11 Theory of support group (3-leg chair, 4-leg chair)
은 트랜스포터에 사용되는 가장 일반적인 서포트 그룹의 형태 Fig. 2.11
를 나타낸 것이다 이는. 3-leg chair, 4-leg chair에 비교 될 수 있다 중. 량물에 대한 서포트의 안정성은 4-leg chair 방식이 3-leg chair 방식보
다 유리하다 하지만. 4-leg chair 방식은 지면이 고르지 않은 상태에서는 하나의 리프팅 그룹이 다른 그룹에 비해 완전하게 지지되지 않게 되는 경 우가 생길 수도 있다 트레일러의 각각의 리프팅 실린더를 한 개의 의자. 의 다리라고 생각한다면 SPMT의 다양한 조합작업은 현실적으로 불가능 할 것이다 그러므로 이러한 경우에는. 3-leg chair 방식의 서포트 그룹의 사용이 용이 하게 된다 그러므로 작업 전에는 이동경로에 대한 파악 중. , 량물의 특징 등 여러 조건들을 검토하여 적합한 방식을 사용하는 것이 효 과적이다 각 실린더의 유압라인을 조정하여 그룹을 나누게 된다면 어떠. 한 상태에서도 3-leg chair, 4-leg chair 의 형태로 만들어 사용할 수 있 게 된다 이는 어떠한 지면 상태에서도 트레일러가 안정적으로 지면과 닿. 아 상차면을 수평으로 유지할 수 있다. Fig. 2.12에 나타나 있는 것처럼 각 차축은 차량의 서스펜션 기능과 같은 역할을 하며 이는 대형 크레인의 주행 축의 기능과 비슷하다.
Fig. 2.12 Suspension of SPMT
서포트 그룹 2.2.2
(1) 3-point suspension
의 그룹 구성은 가 독립적인 그룹이
Fig. 2.13 3-point suspension A, B
되고 C, D는 한 그룹으로 묶여 모두 3개의 리프팅 그룹으로 설정한 것이 다.
Fig. 2.13 3-point suspension of SPMT
에서 나타낸 것처럼 각 리프팅 그룹의 구조적인 중심을 가상 Fig. 2.14
으로 연결해 보면 삼각형 형태의 영역이 만들어지게 되는 데 이를
그룹의 이라고 한다 이 서포트
3-point suspension COG safety zone .
그룹으로 작업을 하게 될 때 중량물의 COG 위치는 이 삼각형 영역을 벗 어나지 않아야 한다.
Fig. 2.14 3-point suspension COG safety zone
(2) 4-point suspension
의 그룹 구성은 의 개의 그
Fig. 2.15 4-point suspension A, B, C, D 4
룹으로 독립적으로 구성하고 각 그룹의 차축의 개수는 서포트 영역의 균
형을 위해 동일한 차축 개수로 맞추었다.
Fig. 2.15 4-point suspension of SPMT
의 그림에서 각 리프팅 그룹의 구조적인 중심을 가상으로 연 Fig. 2.16
결해 보면 3-point suspension의 경우와 마찬가지로 사각형 형태의
이 만들어진다 중량물의 포인트가 이 사각형을
COG safety zone . COG
벗어나지 않도록 작업이 진행되어야 한다 이렇게. COG safety zone 내 의 작업이 이루어져야 하는 이유는 구조적으로 이 영역을 벗어나게 될 시 중량물의 무게가 SPMT의 특정 그룹 또는 차축에 직접 작용하게 되며 이 는 각 차축의 리프팅 가능 영역을 벗어나 overload 상태가 되며 파손을 일으키게 하며 특히 중량물의 무게 중심이 높은 경우 무게중심이 안전영 역을 벗어나게 되어 심할 경우 중량물의 전복을 일으키게 할 수 있는 상
태가 된다.
Fig. 2.16 4-point suspension COG safety zone
는 기본적으로 여러 파워팩과 트레일러를 연결 구성하여 작업하 SPMT
게 되는 형태이지만 각 트레일러의 유압밸브 구성을 통하여 위에서 설명 된 2가지의 기본 suspension 그룹의 선정 후 작업준비를 하게 된다 기. 계적인 구성 후 리모트 컨트롤러로 차축의 상승과 하강을 제어할 수 있 다.
운전 방식 2.2.3 SHT
이동방향 (1)
과 같이 운전석이 개인 경우 그 전면을 후면을
Fig. 2.17 1 forward,
로 규정하나 운전석이 개인 경우 앞 뒤 사용하는 운전석을
backward 2 ( / )
기준으로 전면을 forward 후면을 backward로 규정한다.
Fig. 2.17 SHT moving direction
의 경우 와 달리 장비 개의 개체만을 사용하는 것이므로 일
SHT SPMT 1
반적으로 유압 서포트 그룹의 위치를 장비의 전 후 방향을 기준으로 결, 정하게 된다. 운전석을 기준으로 전면좌측을 A그룹, 전면우측을 B그룹, 후면좌측을 D그룹, 후면우측을 C그룹으로 규정한다. 이 리프팅 그룹의 규정은 운전석이 앞뒤에 있는 2 cabin system이 적용이 되어 있는 SHT 의 경우라도 1번 운전석을 기준으로 서포트 그룹의 명칭은 고정된다 리.
프팅 기능의 작동에도 동일하게 적용되는 사항이며 이 또한 운전석이 바 뀌어 동일한 기능을 작동하게 되더라도 동작되는 서포트 그룹의 위치는 같게 된다.
서포트 그룹의 구조 (2)
와 동일한 방법으로 그룹을 선정하며 장비에 사용되는 차축이 한 SPMT
정되어 있어 간단히 밸브를 조정하여 각 서포트 그룹 별 균형을 맞출 수 있도록 되어 있다.
3-point support
①
Fig. 2.18 3-point suspension of SHT
은 의 유압구조를 나타낸 것이다 이 방
Fig. 2.18 3-point suspension .
법으로 사용하게 되면 지면의 영향(uneven ground)을 적게 받으며 작업 을 할 수 있다 또한 지면의 이상으로 인해 중량물의 무게가 트레일러 프. 레임에 집중되더라도 집중된 하중을 연결된 트레일러 장비의 모든 부분에 고루 분산할 수 있다 그러나 이송중량물의 무게중심이 높으면 트레일러.
의 load safety zone 외각으로 형성될 가능성이 있어 중량물의 전복이나 하나의 리프팅 그룹에 하중의 집중이 발생되어 장비의 손상으로 이어질 위험이 있을 수 있다 이 서포트 그룹의 경우 지면의 상태가 좋지 않아. 이송중량물의 흔들림이 많게 되거나 이로 인해 이송중량물과 장비사이의 접지가 불안정한 상태가 예상될 때 효과적으로 사용할 수 있는 그룹형태 이다.
4-point support
②
는 의 유압구조를 나타낸 것이다 현재
Fig. 2.19 4-point suspension . 조선소에서 블록을 이동하는데 가장 많이 이용되는 그룹의 형태이다.
Fig. 2.19 4-point suspension of SHT
이 서포트 그룹 방식은 이송중량물의 무게중심이 상대적으로 높게 형 성되어도 중량물의 무게중심이 장비의 안정영역에서 움직여지기 때문에 중량물 이송에 있어 안정적인 상태유지에 여유가 있다 그러나 지면이 고. 르지 않으면 중량물의 무게가 장비 프레임에 고루 분산되지 않아 집중적
으로 부하를 받는 장비 프레임에 무리를 주게 된다 그럼에도 불구하고. 일반적으로 이 방식을 사용하는 것은 이송되는 중량물의 중요도가 상대적 으로 크고 장비의 운영으로 인한 파손보다 안정적으로 중량물을 이송하여 건조공기를 맞추는 것에 중점을 두기 때문이다.
제 장 트랜스포터에서의 물체의 무게중심 계산 3 차원 평면상에서의 무게중심
3.1 2
트랜스포터는 중량물을 적재부에 상차하여 들어 올려 이동하는 구조로 되어 있다 중량물의 무게는 트랜스포터로부터 구조적으로. 4개의 리프팅 압력을 압력계를 통하여 계측한다 각각의 리프팅 그룹의 상차 면적의 형. 태와 그 면적의 중심점에 대한 것을 단순화하여 나타내면 Fig.3.1과 같 다.
Fig. 3.1 Mathematical modeling of transporter
들어 올리고자 하는 물체를 4개의 지점에서 들어 올리는 것으로 고려 하였을 때 그때의 공간 면적상에서의 무게중심을 구한다 이때 힘이 작용. 되는 평면은 평평한 구조로 각 지지점의 경사는 없다고 가정한다 물체. 면적은 물체의 크기와 상황에 따라서 변화할 수 있다 그러므로 이러한. 점을 고려하여 물체의 중심을 계산하여야 한다. 트랜스포터에서 물체의
각 부분에 지지하는 힘을 라고 하고 이때 원점에서 각 지지 점까지의 거리를 X, Y로 나타내면 Fig. 3.1과 같다.
차원 면적에서의 무게중심을 구하기 위해 축과 축으로 각각의 지지
2 X Y
점의 무게중심을 계산하여 그 지점을 교차하는 방법으로 면적에서의 무게 중심을 구한다. Fig. 3.2는 X축 상의 COG를 나타낸 것이다.
Fig. 3.2 Getting the COG of the X-axis
물체의 무게중심이 가상으로 원점에서 T만큼 떨어져 있다고 했을 때 식 (3.1)이 성립한다.
(3.1)
식 (3.1)은 무게중심이 각각의 모멘트의 합을 합쳤을 때 하나의 지점이 되는 것이므로 계산이 가능하다 식. (3.1)을 원점에서 무게중심까지 떨어 진 거리 T에 대하여 정리하면 식 (3.2)와 같다.
(3.2)
식 (3.2)를 일반화하여 정리하면 식 (3.3)과 같다 이때. 은 원점을 기준으로 하였을 때의 오른쪽의 모멘트 값이고 은 왼쪽의 모멘트 값이 다.
(3.3)이때 값이 양이면 원점을 기준으로 오른쪽으로 이동한 것이고 음이면 왼쪽으로 이동한 것이다. X축의 COG를 구하는 방법과 동일한 과정으로 계산하면 Y축의 COG도 구할 수 있다. 이렇게 얻어진 각각의 Y축의 와 축의 가 만나는 지점이 평면상에서의 물체의 가 된다
COG X COG COG .
은 좌표 축 상의 물체의 축의 위치를 나타낸 것이다
Fig. 3.3 X, Y COG .
Fig. 3.3 COG of the area
차원 공간상에서의 무게중심 3.2 3
트랜스포터의 물체 평면상의 COG를 구하게 되면 장비를 이동하여 물 체의 COG를 원점과 같은 위치가 되도록 맞춘다 이때 물체의 안정성을. 확보하기 위해서는 공간에서의 COG를 확인하여야 한다 단순히. 4지점의 물체의 무게만으로는 공간상에서의 COG를 확인하기 어렵다 공간상에서. 를 확인하기 위해서는 평행한 판을 임의의 각도로 기울여 물체의 무 COG
게중심의 변화를 계측하면 구할 수 있다 이렇게 물체가 기울어졌을 때. 물체의 무게중심은 평면상에서 움직이게 되는데 이 점을 ZMP(Zero
라고 한다 는 물체의 를 원점에 놓은 상황에
Moment Point) . Fig. 3.4 COG
서 하나의 축방향 만을 제어하여 움직였을 때의 무게 중심을 계산한 것이 다.
Fig. 3.4 Getting the COG of the space
는 일반적으로 하나의 물체의 이동에 있어 모든 관성력이 되는
ZMP 0
지점 즉 모든 지점의 균형이 이루어져 전복이 발생되지 않는 점을 나타낸 다 이 이론은 일반적으로 로봇의 이동에 적용이 되는 이론이며 이 이론. 에서 관성력의 균형에는 물체의 재료역학적인 균형도 고려되어야 하며 접 촉면과의 마찰력도 고려되어야 하나 본 연구에서는 접촉면과의 마찰력은 고려하지 않으며 물체의 무게중심의 이동을 통한 역학적인 균형만을 고 려한다.
수평을 이루고 있는 판을 X 또는 Y축의 한 방향으로 기울이면 다음과 같이 변한다 하부의 판이 기울어짐에 따라. ZMP는 변한다 물체가 기울. 어짐에 따라 수직 방향으로 가해지는 점인 ZMP는 변한다 평판을 들고. 있는 4개 지점의 값이 변화하게 된다 기존의. COG의 평면상 투영점과 와의 거리를 라고 하면 식 를 통하여 평면에서의 무게중심점
ZMP D , (3.4)
까지의 거리 을 구할 수 있다 이때 판의 기울어진 각도를. 라고 하면 무게 중심의 변한 각도도 라는 것을 알 수 있다 평면상에서의 무게 중. 심점까지의 거리 은 식 (3.4)를 통하여 쉽게 계산할 수 있다.
(3.4)
는 물체가 기울어짐에 따라 물체의 외곽라인으로 점점 이동하게 ZMP
된다. ZMP가 물체의 외곽라인으로 이동하여 물체가 닿는 면적을 벗어나 게 되면 반력이 사라지게 되어 물체가 전복하게 된다 물체의 마찰에 의. 한 미끄러짐은 배제한다.
는 물체의 기울어짐에 따른 물체가 닿는 면적에서의 무게 중심 Fig. 3.5
의 이동을 측면에서 나타낸 것이다.
Fig. 3.5 Change of ZMP of according to the slope
물체의 안정도는 기울어지기 시작하여 ZMP와 물체의 외곽라인과 길이 가 짧아질수록 안정도가 떨어지게 된다 어느 물체의 기울어짐에 대한 안. 정도는 평면일 때를 100%로 하여 넘어지는 순간은 0%로 하였다.
즉 평면상에서 무게중심의 수직방향에, ZMP가 있을 때 안정도 100%, 물체가 기울어져 물체의 외곽라인에 ZMP가 있게 되는 순간을 0%로 하였 다 이때 물체의 외곽라인은 물체가 수평면에 닿는 면적의 최 외곽선으로. 설정한다.
Fig. 3.6 Evaluate the stability of object
은 평면적으로 본 물체의 형태이다 이때
Fig. 3.6 . 의 거리는 물체 외
곽라인과 ZMP가 일직선상에 있는 것을 나타낸 것이다 물체의 안정도를.
과 로 표현하면 식 (3.5)와 같다.
× (3.5)
또한 안정도를 기울어진 각도,
,
로 계산하
면 다음과 같이 된다 이때 된다. .
× (3.6)
트랜스포터는 보통 경사면을 이동할 때 트랜스포터의 상차면의 수평정 도는 변화되며 X축 또는 Y축 방향 중 하나의 방향으로 중량물의 COG지 점은 움직이게 된다.
Fig. 3.7 Transporter moving slopes
물체의 외곽라인의 X축, Y축 방향의 최대 기울기 각도를 구한다면 트 랜스포터가 물체를 전복시키지 않고 경사면을 오를 수 있는 최대 각도를 구할 수 있다 이를 토대로 하여 현재 이동하는 경사면에서의 경사도를. 알 수 있다면 트랜스포터의 중량물 이동시의 상차 안정도를 구할 수 있 다 이것은 경사도를 알고 있거나 안정한 이동이 가능한 최대 경사도도. 알 수 있다는 것이 된다.
제 장 시뮬레이션 4 시뮬레이션 프로그램
4.1
시뮬레이션 프로그램은 그래픽 언어 기반인 LabVIEW를 이용하여 구성 하였다 프로그램의 전체 구성도는. Fig. 4.1과 같다 프로그램은 입력 데. 이터로 각 위치의 무게 및 거리를 입력 받는다 또한 물체의 외곽 사이즈. 를 입력 받는다 입력된 값으로 평면상에서의 데이터를 구한다 평면상에. . 서의 데이터를 기반으로 하여 평면상의 무게중심을 구한다. X축의 무게 중심 계산과 Y축의 무게중심 계산은 동일하므로 서브 함수로 구현하였다.
Fig. 4.1 Simulation program flow chart
프로그램은 평면상의 물체의 무게중심을 구하고 물체를 평면상의 중앙 점에 가져다 놓은 경우로 가정한 후 공간상의 COG를 계산한다 공간상.
의 COG는 평면상의 경우와 동일하게 진행하나 기울기 각도를 추가로 입 력받아 공간상에서의 COG를 계산한다 공간상에서의. COG를 계산한 후 물체의 외곽크기를 받으면 물체의 기울기에 대한 안정성을 평가할 수 있 는 기울기 수치를 계산할 수 있다.
Fig. 4.2 Simulation program overview
는 전체 프로그램의 블록 다이어그램을 나타낸 것이다 프로
Fig. 4.2 .
그램은 안정성을 평가하기 위해 3단계로 진행되며 각 단계 별로 입력 상 수를 받아 계산하게 된다. Fig. 4.2에서 적색 상자로 표시한 1번은 평면 상에서 중심점을 계산한 서브 함수이다 서브 함수의 구성은. Fig. 4.3과 같다 서브 함수는 거리와 무게를 입력으로 받아 그 값에 따라 현재 물체. 의 무게 중심과 현재 물체간의 이격 거리를 계산한다 물체의 지지점은. 2 개 이상이어야 하며 다수가 되더라도 계산을 수행할 수 있다, .
Fig. 4.3 Calculation of 2-dimensional COG point
평면상에서의 무게중심을 계산하고 이를 바탕으로 하여 공간상에서의 무게중심을 구한다 공간상에서의 무게중심을 구하기 위해 물체가 상차된. 평판 트레일러 을 기울인다( ) . 이때 기울어짐에 따라 각 지지점의 무게가 변화하게 된다 물체의 무게변화에 따른 새로운 평면상에서의 무게중심과. 경사각을 바탕으로 하여 무게중심의 공간상에서의 위치를 구할 수 있다.
Fig. 4.4 Calculation of 3-dimensional COG point
공간상에서의 COG를 계산하면 안정성을 평가하기 위하여 물체의 최외 각 거리를 알아야 한다 물체의 최외각 거리를 계산하면 물체가 최대로. 기울어 질 수 있는 각도를 구할 수 있다 만약 물체가 기울어지게 되는. 각도를 알 수 있다면 이를 바탕으로 물체의 최대각과의 비를 구하여 안정 도를 평가한다.
Fig. 4.5 Calculation of the slope stability of an object
시뮬레이션 프로그램 결과 4.2
시뮬레이션 프로그램은 크게 3가지의 배치형태로 구성하였다 첫 번째. 형태는 원점을 기준으로 4개의 지지점이 거리가 동일하게 대칭형으로 구 성되어 있으며 두 번째 형태는, 4개의 지지점이 원점을 기준으로 거리가 다른 위치로 구성되어 있다 세 번째는 지지점이. 3개인 경우를 시뮬레이 션 하였다 위. 3가지 구성형태로 평면상의 무게중심 공간상의 무게중심, , 기울기에 따른 안정성을 계산한다 여러 가지 케이스를 시뮬레이션 하여. 다양한 결과를 바탕으로 시뮬레이션 프로그램의 안정성을 검증하고자 하 였다.
평면상의 무게중심 4.2.1
단계로 평면상의 무게중심을 계산한다 물체의 지지점간 거리와 지지
1 .
점에서 받는 물체의 무게를 알면 물체의 무게중심을 구할 수 있다 지지. 점의 거리는 사용자가 SPMT의 규격과 도면 배치도에서 구할 수 있다 또. 한 각 부분에서 걸리는 힘의 크기는 SPMT의 중앙 제어 장치에서 구할 수 있다 일반적으로. SPMT는 4개의 지지점을 갖고 운영된다. Fig. 4.6은 가 개의 지지점을 가질 때 평면상의 물체의 무게중심을 계산한 것 SPMT 4
이다 물체가 원점에서. X축과 Y축 방향으로 각각 20m씩 떨어져 있는 경 우를 가정하였다. 시뮬레이션 프로그램에서 좌측의 부분에는 지지점이 의 중심에서 떨어진 거리와 각 지점의 무게를 입력하게 되어 있다
SPMT .
그래프에서 흰색 점은 지지점의 위치를 나타낸 것이고 적색 점은 평면상, 에서의 현재 물체의 무게중심을 나타낸 것이다.
Fig. 4.6 Calculation of COG of the object on flat (4-point support, same distance)
물체의 무게중심을 계산하면 SPMT를 얼마나 이동하면 SPMT의 중심에 무게중심이 올 수 있는지 알 수 있도록 하였다. Table 4.1은 물체의 지지 점이 원점에서 20m씩 떨어져 있는 800ton의 물체에 대한 COG의 계산 결과를 나타낸 것이다.
Weight(ton) Moving distance(m)
Case F1 F2 F3 F4 X Y
1 300 125 125 250 7.5 1.25
2 300 125 250 125 1.25 1.25
3 250 120 125 305 7.75 -1.5
Table 4.1 Results of COG on flat (4-point support, same distance)
물체의 COG가 SPMT의 중앙에 놓이도록 하기위해 SPMT가 움직여야
하는 거리가 계산된다 지지점의 물리적 거리는 동일하더라도 각 지지점. 의 무게가 다르기 때문에 물체의 중심위치는 다르며 지지점의 물리적 중, 심위치로 이동하는 거리도 다르다 시뮬레이션 프로그램은 지지점의 위치. 가 변화하더라도 그 중심을 측정할 수 있다. Fig. 4.7은 각 지지점에서 과 동일한 무게이지만 지지점의 위치를 변화시켰다 앞서 지지점
Fig. 4.6 .
을 20m씩 동일한 위치로 구성한 것에 반해 지지점 1(20m,30m), 지지점
지지점 지지점 로 원점을
2(-20m,2 0m), 3(-15m,-20m), 4(20m,-10m)
중심으로 구성하였고 그 결과 지점의 위치에 따라 무게중심의 위치가 변 화되는 것을 알 수 있다.
Fig. 4.7 Calculation of COG of the object on flat (4-point support, difference distance)
는 과 같이 지지점의 위치가 다른 경우에
Table 4.2 Fig. 4.7 Table 4.1
과 같은 물체의 무게가 각 지점에 인가될 경우의 SPMT 트레일러 위의 물체가 이동해야 하는 거리를 나타낸 것이다. Table 4.2에서 알 수 있듯 이 지지점이 동일한 거리에 위치되지 않더라도 평면상에서의 물체의 중심
을 도출할 수 있다.
Weight(ton) Moving distance(m)
Case F1 F2 F3 F4 X Y
1 300 125 125 250 8.28125 8.125 2 300 125 250 125 2.8125 6.5625 3 250 120 125 305 8.53125 5.4375
Table 4.2 Results of COG on flat (4-point support, Difference distance)
특수한 경우에 SPMT는 3개의 지지점으로 물체를 지지하는 경우가 발 생한다 이러한 경우에도 시뮬레이션 프로그램을 통하여 평면상에서 무게. 중심을 도출할 수 있다. Fig. 4.8은 3개 지점으로 물체를 지지할 경우에 중심의 위치를 도출한 것이다 물체의 무게는 앞서 시뮬레이션 경우와 동. 일하게 800ton으로 가정하였다.
Fig. 4.8 Calculation of COG of the object on flat (3-point support)
은 개의 지지점이 있는 경우에 무게 중심점을 계산한 것이 Table 4.3 3
다. 4개의 지점과 동일하게 3개의 지지점의 무게에 따라 무게 중심의 위 치가 변화하는 것을 알 수 있었다 무게중심에서. 3개의 지지점의 거리는 같지 않다.
Weight(ton) Moving distance(m)
Case F1 F2 F3 X Y
1 350 250 200 2.5 10
2 200 250 350 -1.25 2.5
3 200 350 250 -3.75 7.5
Table 4.3 Results of COG on flat (3-point support)
공간상의 무게중심 4.2.2
단계는 공간상에서의 무게중심을 도출 할 수 있도록 하였다 공간상의
2 .
무게중심을 알기 위해 SPMT를 임의의 각도로 기울이게 하였다. 이때 의 기울어지는 각도는 의 개 지지점의 무게 변화가 발생하기
SPMT SPMT 4
시작하면 정지한다. 이를 통하여 공간상에서의 무게중심을 계산하였다. 는 공간에서의 무게중심을 계산한 것이다 그림에서 좌측에 기울
Fig. 4.9 .
어진 각도와 각 지점의 무게를 넣도록 되어 있다 각 지지점은. 1단계에서 지정한 지점과 동일하게 원점을 기준으로 X = 20m, Y = 20m로 각각 구 성하였다 그래프에서 흰색 점은 지지점 적색 점은 기존의 평면상에서의. ,
지점 녹색 점은 기울어짐에 따라 무게의 변화에 의한 변화된
COG , COG
지점을 나타낸 것이다 우측에는 기존의 평면의. COG와 기울어짐에 의해 변화된 COG의 거리와 각도 공간상의, COG 높이를 나타낸 것이다.
Fig. 4.9 Calculation of COG of the object on space (4-point support, same distance)
는 물체를 평면중앙에 놓고 어느 방향으로 도 만큼 기울였
Table 4.4 1
을 때 각 지지점의 무게 변화에 따른 공간적 COG의 높이를 나타낸 것이 다 물체의 형상에 따라. 1도 기울여지더라도 각 지지점에 가해지는 물체 의 무게는 차이가 나게 된다 또한 이 시뮬레이션에서는 주어지는 각도의. 변화에 따라 높이뿐만 아니라 변화된 COG의 거리 또한 확인이 가능하도 록 구성되어 있다.
Weight(ton) tilt angle=1° COG height(m)
F1 F2 F3 F4
Case1 205 205 195 195 28.645 Case2 205 200 195 200 20.2551 Case3 200 185 215 200 42.9675
Table 4.4 Results of COG height on space (4-point support, same distance)
는 개의 지지점을 갖는 경우 물체의 무게중심 높이를 계산 Table 4.4 4
한 것이다 그리고. 3개의 지지점을 갖는 경우에도 Fig. 4.9와 동일한 방 식의 계산이 가능한지 알아보기 위하여 다음과 같이 시뮬레이션을 수행하 였다 수행조건은. Fig. 4.9와 동일하게 각 지지점의 총 무게를 800톤으로 기준하였다 각 지지점의 거리는 앞서. 1단계에서의 Fig. 4.8과 동일한 조 건으로 하였다. 기울어진 각도와 각 지점의 무게는 직접 넣도록 한다. 은 개의 지지점을 가지는 경우의 공간에서의 무게중심을 나타 Fig. 4.10 3
낸 것이다.
Fig. 4.10 Calculation of COG of the object on space (3-point support)
는 개 지지점을 과 같이 하였을 때 각 무게중심의 Table 4.5 3 Fig. 4.10
무게변화에 따른 공간상에서의 COG 높이를 나타낸 것이다. Table 4.5에 서 보는 것과 같이 기울기에 따른 무게의 변화에 따라 COG의 높이가 차 이가 나타나는 것을 알 수 있다.
Weight(ton) tilt angle=1° COG height(m)
F1 F2 F3
Case1 190 190 420 57.29
Case2 185 215 400 42.9675
Case3 205 205 390 28.645
Table 4.5 Results of COG height on space (3-point support)
과 같이 지지점의 위치가 다른 경우에서도 기울어짐에 따라 무 Fig. 4.7
게가 변화하게 되면 물체의 공간상에서의 물체의 무게중심을 구할 수 있
다.
Fig. 4.11 Calculation of COG of the object on space (4-point support, difference distance)
은 지지점의 위치가 다른 경우
Fig. 4.11 각 지지점의 무게에 따른 공간
상에서의 COG 높이를 나타낸 것이다. Table 4.6은 각 지지점의 무게변 화에 따른 COG의 높이를 나타낸 것이다.
Weight(ton) tilt angle=1° COG height(m)
F1 F2 F3 F4
Case1 150 180 250 220 64.5506
Case2 140 170 260 230 10.1275
Case3 130 160 270 240 51.2667
Table 4.6 Result of COG height on space (4-point support, difference distance)
는 물체의 기울이는 방향을 임의 방향으로 기울였을 때의 공 Fig 4.12
간상의 무게중심이다.
Fig. 4.12 Calculation of COG of the object on space (4-point support, arbitrary direction)
공간상의 COG를 계산할 때 SPMT의 기울임 방향은 X축 방향이나 Y축 방향으로 기울어짐에 국한되지 않는다 즉 공간상에서의. COG를 계산하 기 위해서는 어느 방향이던 기울어진 각도와 각 지점의 무게만 알 수 있 다면 공간상의 COG를 계산할 수 있다.
물체의 안정성 검토 4.2.3
평면이 기울어진 각도와 ZMP와 평면상에 투영된 COG의 거리를 알면 공간상에서의 COG의 높이를 알 수 있다 물체의 형상에 따라. 1도의 각 도를 기울이게 되더라도 각 지점에 가해지는 물체의 무게는 다르다 기울. 어진 각도는 어느 방향으로 해도 무방하다.
Fig. 4.13 The stability calculation (4-point support)
은 개의 지지점을 갖는 물체의 안정성에 대한 계산을 한 것이 Fig.4.13 4
다 시뮬레이션은 임의로. 10도의 슬로프를 이동할 경우의 안정성을 계산 하였다 다음은 공간상의. COG를 알 때 COG에서 각 물체의 축방향의 거 리를 알면 최대 움직일 수 있는 각도를 알 수 있다 이동 거리 중에 경사. 면이 있을 경우 기울기를 대입하면 안정성을 구할 수 있다 안정성 확인. 을 위한 기본 데이터는 시뮬레이션 1단계와 2단계에서 사용한 것이다.
Outline distance Maximum angle(°)
Case1 Case2 Case3 X(+) 18 32.1445 41.6264 22.7299 X(-) 15 27.6389 36.522 19.2442 Y(+) 16 29.1861 38.3061 20.4241 Y(-) 17 30.688 40.0066 21.5861
Table 4.7 Results of slop angle (4-point support)
은 각 작업의 경우에서 최대로 기울어질 수 있는 각을 나타 Table 4.7
낸 것이다 시뮬레이션 프로그램에서 평면상의. COG와 외각까지의 거리 에 따라 기울어질 수 있는 각도가 차이가 나는 것을 알 수 있다.
Fig. 4.14 The stability calculation (3-point support)
개의 지지점을 갖는 물체의 경우에도 안정성을 평가할 수 있다 개
3 . 3
의 물체의 경우에도 평면상의 무게중심과 공간상의 무게중심을 구하고 물 체의 최외각 거리를 알 수 있다면 물체의 안정도 및 최대로 기울어질 수 있는 각도를 도출할 수 있다. Fig. 4.14는 3개 지점으로 지지한 경우의 안정도를 나타낸 것이다. Fig. 4.13과 동일하게 물체의 최외각선이 구성 되고 최대 슬로프도 10도로 가정하였다 최대 경사각을 시뮬레이션하여. 정리하면 Table 4.8과 같다.
Outline distance Maximum angle(°)
Case1 Case2 Case3 X(+) 18 17.4423 22.7299 32.1445 X(-) 15 14.6722 19.2442 27.6389 Y(+) 16 15.604 20.4241 29.1861 Y(-) 17 16.5275 21.5861 30.688
Table 4.8 Results of slop angle (3-point support)
물체의 안정성 검토에서 물체의 지지점을 4개로 하는 것과 3개로 하는 것에는 차이점이 없는 것을 알 수 있다 또한 물체의 최대 기울기 각은. 공간상에서의 COG의 높이와 최외각까지의 거리와 관계가 있음을 알 수 있다.
마지막으로 Fig. 4.11과 같이 물체의 지지점이 4개이지만 각각의 거리 가 다른 위치일 경우에 물체가 기울어짐에 따른 안정성을 구하고자 하였 다. Fig. 4.15는 Fig. 4.11과 같이 거리가 다른 4개의 지지점을 가지고 있는 경우 Fig. 4.13과 동일한 조건에서의 시뮬레이션을 수행하여 안정성 을 구한 것이다.
Fig. 4.15 The stability calculation (4-point support, difference distance)
는 시뮬레이션하여 안정성을 계산한 것이다 동일 거리의
Table 4.9 . 4
지점과 유사하게 무게 중심점이 높을수록 반경 거리가 길수록 최대 기울 기 각도가 커지는 것을 알 수 있다.
Outline distance Maximum angle(°)
Case1 Case2 Case3 X(+) 18 15.5812 60.6361 19.3464 X(-) 15 13.082 55.974 16.3088 Y(+) 16 13.9212 57.6674 17.3328 Y(-) 17 14.7544 59.2162 18.3455
Table 4.9 Result of slop angle (4-point support)
시뮬레이션 프로그램 적용 결과 4.3
시뮬레이션 적용 작업 4.3.1
골리앗 크레인 이송 작업 (1)
Fig. 4.16 Goliath crane for simulation
시뮬레이션에 적용될 크레인의 총 무게는 2,421.8ton 이며 서포트가 이루어지는 지점간의 거리는 가로 52m, 세로 32.2m(왼쪽), 27m(오른쪽) 으로 구성되어 있다 본 시뮬레이션에. 700 ton의 골리앗 크레인의 운송 작업을 적용하여 보았다 적용된 크레인 형태는. Fig. 4.16과 같다.
Fig. 4.17 SPMT trailer support drawing
은 트레일러의 배치 형태를 나타낸 것이다 골리앗 크
Fig. 4.17 SPMT .
레인의 특성상 트레일러의 배치는 open compound 형태로 구성하였으며 리프팅 그룹은 4-point suspension 으로 구성되어 있다 트레일러의 상. 차부분은 각각 크레인의 휠 베이스부분이 되도록 배치하였으며 구조적으 로 휠 베이스 만으로 서포트가 부족한 부분은 추가로 빔 서포트를 고여 크레인의 구조물이 안정적으로 트레일러의 상차부분에 올려질 수 있도록 조치하였다.
역학구조의 단순화 (2)
의 작업배치에서 리프팅 그룹의 역학적 중심을 시뮬레 Fig. 4.17 SPMT
이션을 위해 단순하게 나타내면 Fig. 4.18과 같다.
Fig. 4.18 Support structure simplification
각 지지점의 거리가. Fig. 4.18과 같이 단순화 하였을 때 지지점의 거 리가 도면과 차이가 나는 이유는 Fig. 4.17의 상단의 트레일러 배치의 경 우 10개의 액슬라인의 중심에 크레인의 구조물의 중심이 배치가 되어 있 으므로 지지점의 위치는 각 액슬라인의 중심에 있게 된다 그러므로. Fig.
의 간의 거리가 각 리프팅 그룹의 서포트 중심과 일치하여 4.18 B-C
가 된다 의 하단의 트레일러 배치에서 의 거리는 크레
27m . Fig. 4.17 A-D
인의 구조물이 아래 트레일러에 하중이 고루 분포되어 있어 24개의 액슬 라인이 12개씩 2개의 리프팅 그룹으로 나누어진 트레일러의 배치에 따라 개의 그룹의 서포트 중심점의 거리를 구해보면 의 거리는 가
2 A-D 16.8m
된다.
시뮬레이션 (3)
위의 구조로 시뮬레이션을 다음의 단계로 구성하여 보았다. Fig. 4.19 는 시뮬레이션 되는 중량물의 COG의 위치를 구하는 1단계 과정이다. 의 각 서포트 부분의 무게는 도면에서 제공된 크레인 무게 구조를 A~D
토대로 하여 입력하였으며 거리는 Fig. 4.16을 기준으로 하여 입력하였 다. COG의 위치는 X = -1.41498m Y = 0m로 구할 수 있었다.
Fig. 4.19 COG on flat calculation
은 중량물을 도 기울여 지지점의 무게변화를 토대로 하여 Fig. 4.20 1
의 높이와 거리를 구하는 과정을 나타낸 것이다
COG .
Fig. 4.20 COG on space calculation
