시험에 참고 자료

[장마담]

   혼동기술

혼동하기 쉬운 승강기 상식

이번 호에는 우리가 알고 있는 승강기 관련 기술 사항 중 혼동하기 쉬운 사항에 대하여 정리하여 소개합니다.

브레이크의 제동력

우리가 흔히 혼동하기 쉬운 것 중의 하나가 브레이크 드럼과 라이닝의 접촉면적과의 상관 관계이다. 브레이크의 검사 시 편접촉이 있는 경우 “접촉면적이 작아서 미끄러지기 쉬우니 보완하십시오”라고 지적한 적이 있다면 편접촉에 대한 지적은 옳지만 지적 내용은 잘못이다.

결론부터 말하면 브레이크의 제동력은 브레이크 라이닝과 드럼의 접촉면적과는 무관하고 단지 브레이크를 누르는 수직힘과 마찰계수에 대해서만 관계가 있다.

여기서 우리가 학창시절 물리시간에 배웠던 기초 지식을 살펴보도록 하자.

물체와 표면 사이에 물체의 운동을 방해하는 힘 이 힘을 마찰력이라 한다.

마찰력의 크기는 표면의 거친 정도에 따라 다르며 면적에는 무관하다. 또한 무거운 물체를 끌어당기는 데 힘이 많이 드는 것은 물체가 무거울수록 마찰력이 크기 때문이다. 또 마찰력은 운동 방향과 반대 방향으로 작용한다.

마찰력의 크기는 수직항력과 마찰계수의 곱으로 표현한다.

  F = μN
  μ : 마찰계수
  N : 수직항력

정지해 있는 물체에 외력을 작용하여도 물체가 계속 정지하고 있을 때의 마찰력이 정지마찰력이다. 정지해 있는 물체가 가하는 외력을 증가시킬 때 물체가 움직이기 직전의 마찰력을 최대 정지 마찰력이라고 하고,  진동이나 운동을 감쇠 또는 제지시키려는 힘을 제동력이라 한다. 상기와 같이 브레이크의 제동력은 브레이크의 접촉면적과는 무관함을 알수 있다.

그렇다면 실제 엘리베이터의 브레이크의제동거리는 접촉면적과 관계없이 일정하며, 편접촉은 나쁘지 않은 상태인가? 사실 실제 브레이크의 제동거리를 비교해보면 접촉면적이 작은 쪽이 제동거리가 조금 길게 나타난다. 그 이유는 운동마찰계수와 관계있다. 브레이크 라이닝의 마찰계수는 온도가 높을수록 작아지는 것이 일반적이다. 동일한 수직항력이 작용할 경우 라이닝에 발생하는 열은 접촉면적이 작을수록 높게 나타나므로 편접촉이 발생하거나, 라이닝 크기가 작을 경우 마찰계수의 약화를 초래하여 결과적으로 제동거리가 길어지게 된다. 그러나, 엘리베이터가 정지한 상태를 유지한 상태에서 브레이크가 미끌어지기 시작하는 최대정지마찰력은 온도의 차이가 없으므로 접촉면적과는 무관한 것이다. 브레이크 라이닝의 면적은 브레이크 용량 계산을 통하여 얻어진다.

이 브레이크 용량 μpv는 브레이크 라이닝의 접촉면적 1mm2 마다 1초간에 흡수하고 또 열로 방출해야 되는 에너지이고, 이므로 브레이크 면적 A는 제동마력(PS 또는 KW) H와 브레이크용량 μpv의 값에서 결정된다.

자연냉각 상태에서 브레이크의 용량을 심하게 사용할 때에는 0.06(kgf/㎟ m/s)이하이고, 가볍게 사용하는 경우는 0.1 (kgf/㎟ m/s)이하, 방열상태가 좋고 가볍게 사용하는 경우에는 0.3(kgf/㎟ m/s)이하로 취한다

브레이크의 편접촉은 접촉 형태에 따라서 의 제동력의 차이가 있을 수 있다.

즉, 다음 그림의 ⓐ지점과 ⓑ지점의 수직항력은 각각 이고, ⓐ지점에 작용하는 수직항력이 ⓑ지점보다 작기 때문에 라이닝이 상부 또는 하부에만 접촉하는 경우의 제동력은 ⓑ지점에만 접촉하는 쪽이 크게되는 것이다. 이상과 같이 브레이크의 제동거리는 제동력(f)에 상관관계가 있으며, 제동력은 브레이크드럼의 반력(N)과 마찰계수(μ)와 상관관계가 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 블록브레이크에서 마찰계수, 제동토오크가 동일한 조건이라면 조작레버를 밀어붙이는 힘에 의해서 제동거리는 결정된다. 즉, 제동거리에 영향을 미치는 인자에는 접촉면적은 상관관계가 없으며, 단지 브레이크용량 계산시 사용 빈도에 따른 마찰열의 발생 정도에 따라 결정되는 사항인 것이다.

도르래와 로프의 마찰력

언더컷 홈의 도르래가 마모되어서 로프가 도르래 홈의 바닥과 접촉될 때 도르래와 로프는 미끄러지기 쉬움을 우리는 상식으로 알고 있다.

그러나 앞서 설명한대로 마찰력이 접촉면적과 무관하다면 도르래가 마모될 경우, 언더컷홈 형태에서 “U"홈 형태로 접촉면적이 바뀐 것 뿐이므로 로프는 미끄러지지 않아야 하는 것이 아닐까? 도르래 홈의 형상에 따른 로프의 접촉 형태를 살펴보면 다음 그림과 같다.

언더컷 홈                   U홈

언더컷 홈의 경우 최대 면압은 홈과 로프의 경계부분에서 발생되고 이때 면압(p)은

로 대략 계산할 수 있으며, sin(α/2)+μcos(β/2) 값은 1보다 작으므로 결과적으로 언더컷 홈에 의해서 “U"홈상태 보다 면압이 증가함을 알 수 있다.

따라서 언더컷의 마모에 의해 “U"홈상태로 바뀌는 것은 면압을 감소시키고 이로 인해 마찰력이 작아져서 미끄러짐이 발생하는 것이다.

인터록스위치의 단락

승강장도어(인터록스위치)를 임의로 단락시킬 경우 일반 이용자에게 사고가 발생할 수 있을까? 실제 이용자사고는 일어나지 않는다. 좀더 정확히 표현하면 이용자에게 사고가 발생하지 않아야 한다. 우리가 아는 바와 같이 엘리베이터 문은 승강장도어와 카도어로  구성되어 있고, 승강장도어와 카도어는 여닫힘이 동시에 이루어진다.
	따라서 카도어가 이들의 연동 구조가 정상적이고 카도어스위치의 접점 간극이 정상이라면 승강장도어가 닫히지 않은 상태에서 카는 상승 또는 하강이 일어나지 않는 것이다. 그렇다면 승강장도어가 단락 되었어도 카도어스위치만 정상적으로 작동하면 모두가 안전한 것인가? 승강장도어의 단락은 바로 검사자, 보수자, 관리자 등이 승강장도어를 비상키로 임의로 열었을 경우에 사고로 이어질 수 있는 것이다. 즉, 승강장도어 인터록스위치의 단락은 이용자가 아닌 우리 검사자에게 치명적인 위협인 것이다.

스템과 스커트가드 틈새

에스컬레이터에서 발생하는 사고중 가장 대표적인 것이 스커트가드와 스텝사이에 끼이는 사고이다.

스텝위에 정상적으로 탑승한 상태에서 이러한 끼임사고는 절대 발생하지 않는다. 그러나 주로 어린이들이 에스컬레이터를 이용시에는 스커트가드와 신발의 접촉에 의해 끼임사고가 많이 발생한다. 그렇다면 여기에서 의문을 하나 던져보자. 하강 운전 시에는 스커트가드에 발이 접촉되었다 하더라도 스텝윗면과 스커트가드 틈새에 끼임사고가 일어날 수 있는가? 사실상 하강 운전중에는 스텝윗면에서의 끼임사고는 현실에는 일어나지 않는다. 다만, 스텝윗면에 끼이지는 않겠지만 스커트가드에 접촉하는 순간 발이 밀리면서 라이저부분으로 말려들어갈 수는 있다. 하강운전 시 끼임사고가 발생하는 위치는 바로 스텝 라이져(수직면)부분과 스커트가드 사이에서 끼임사고가 발생한다. 이것은 곧 하강운전만 하는 에스컬레이터에서의 스텝과 스커트가드의 틈새는 스텝윗면에서 측정하는 것은 무의미함을 뜻한다. 라이저 부분에서의 틈새를 측정해야 하는 것이다. 물론 상승운전 시에는 반대이다.

[이춘우]

감사합니다