엘리베이터 - 매다는 장치(메인 로프)에 대한 신율 특성

로프의 신율(늘어남) 특성

메인로프는 최소파단강도에 대한 안전율과 함께 하중과 위치에 따른 연신율도 엘리베이터에서 고려할 중요한 설계 요소이다.

 

모든 로프는 사용에 따라 마모와 피로가 수반되고 연속적인 하중이 주어짐에 따라 늘어나게 된다. 이러한 늘어남은 전형적인 특성을 보이는데 크게 3단계의 신율특성을 나타낸다.

 

1 단계 : 초기 신율로서 로프의 사용초기에 로프가 사용조건에 맞게 안착되는 단계의 신율이며 일반적으로 로프의 구조적 신율이라고 부른다.

2 단계 : 통상적인 사용기간 중에 늘어나는 신율을 말하며 사용으로 인한 일반적인 마모와 피로에 따라 늘어나는 현상이다. 신율은 조금씩 증가하나 거의 일정한 크기를 나타낸다.

3 단계 : 신율이 급격하게 커지는 구간으로 로프가 받은 마모와 피로가 극에 달해 로프의 수명이 거의 다되었음을 알려준다.

(로프 신율과 시용휫수의 관계, 출처:고려제강)

1단계 신율인 구조적 신율(Constructural Stretch)은 많은 변수가 있지만 대개는 다음의 조건에 많은 영향을 받는다.

① 중심의 종류 (강심 혹은 섬유심)

② 로프의 구조

③ 로프의 꼬임 길이

④ 재질

 

로프 제조업체에서는 초기의 구조적 신율을 줄이기 위해서 프리텐션(pre-tension)작업을 수행한다. 엘리베이터에서는 이 구조적 신율이 클 경우 초기 설치후 사용시 최하층(특히) 에서의 승객의 탑승 및 하차시 부하의 변동에 따라 카의 출렁거림이 심해 실용적으로 문제가 되는 경우가 많다. 출렁거림은 승객의 불안유발뿐만 아니라 카와 승강장간의 단차 발생으로 넘어짐등 안전사고의 위험도 존재한다. 특히 신규 설치분에서는 설치후 일정기간 사용후 입주자가 타게 되어 구조적 신율이 줄어들지만 교체공사의 경우 교체를 하자마자 바로 탑승을 하게 됨으로 구조적 신율이 문제가 될 수 있다. 이에 제조업체에서는 이러한 부분을 막기 위해 로프 제작시 보다 더 철저하게 이러한 초기 신율을 줄여 주어야 한다.

 

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(참고) 로프의 연신량 계산식

 여기에서, d = 연신량

                 P = 로프전체에 걸리는 하중

                 H = 로프의 길이

                 N = 로프 본 수

                 A = 로프의 단면적

                 E = 로프의 종탄성계수 (예, E종 로프: 7000kg/mm^2)

 

※ 로프의 연신량은 로프의 길이가 길수록 크다. 그래서 최하층에서 연신량이 크게 나온다. 또한 로프의 연신량에 영향을 주는 값중 로프의 종탄성계수가 있는데 이 값이 설치초기와 일정기간 사용후의 값이 다르게 된다. 상기에서 E종 로프의 값(7000kg/mm^2)은 사용 신율의 경우이며 초기의 경우 이 값보다 작다. 프리텐션을 안하거나 제작이 엉성한 경우 이 값이 사용신율의 반에도 못미쳐 초기 출렁거림이 심한 경우가 발생하기도 한다. 또한 종탄성계수 측정시 측정기준하중이 실제 적용시 보다 높아 계산값과 현장이 일치하지 않는 문제도 있다.

 

주) 연신율(연신량/단위길이, %)과 연신량(mm)은 단위가 다르다. 현장에서는 연신율이라는 용어가 더 익숙하여 연신율 몇mm이라고 하는데 이런 세세한 부분도 점차로 수정해 나가야 한다고 본다.

 

2023.2.2.

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