엘리베이터 - 레일 클립 (Rail Clip)

 

 

1. 레일 클립의 정의

 

엘리베이터에 사용되는 주행안내레일을 레일 브라켓 또는 금속 빔에 클램프 방식으로 고정하는데 이 부품을 레일 클립(Rail Clip)이라고 한다.

 

주행안내레일은 통상 5m의 길이로 되어 있다. 이는 제작, 반입과 설치등의 편의성을 고려하여 결정된 것이다. 2.5m, 1.5m로 제작하여 승강로 최상부나 최하부에 소요되는 작은 길이의 레일에 대응하기도 한다. 레일과 레일사이는 피쉬플레이트(Fishplate)라는 판으로 연결되고 레일은 적정한 간격 (통상 2~2.5m)의 레일브라켓을 통해 승강로 벽에 단단히 고정된다. 레일브라켓과 레일을 연결하는 부품이 레일 클립(Rail Clip)이다. 레일 클립은 레일 클립 볼트를 통해 레일 브라켓에 고정된다. 가끔씩은 레일에서 전달되는 진동을 줄이기 위해 레일클립과 브라켓등에 고무와 같은 방진재를 삽입하기도 한다.

 

2. 레일 클립의 종류

 

레일 클립의 종류는 보통 고정형(Fixed clip)과 슬라이딩형(Sliding clip)으로 구분하지만 고정형과 슬라이딩형의 장점만을 취한 결합형(Combined clip)도 일부 제조회사에서는 제공하고 있다.

 

레일 클립의 종류를 표로 정리하면 다음과 같다.

종류	특징	그림	비고
Fixed clip Forged clip 고정형	비교적 중저층에서 사용한다. 국내에서는 안전기준에 의해 승강행정이 40m이하의 경우 주로 사용한다. 승강행정이 큰 건물에는 클립의 파지력(주3)이 강해 건축물의 침하나 콘크리트의 수축에 의해서 발생하는 수직력(파지력)에 의해 레일의 휨(좌굴, buckling)에 영향을 준다.		주2 참조
Sliding clip 슬라이딩형	철판을 구부려 만든 형상으로 파지력이 작다. 주로 고층건물의 설치되는 레일을 붙잡는데 사용된다. 건축물의 침하나 콘크리트의 수축에 의해서 발생하는 수직력(파지력)에 의해 레일의 휨에 큰 영향을 주지 않는다.
Combined clip 결합형	특별한 설계에 의해 축방향의 회전이 없도록 되어 있다. 더불어 고정형과 슬라이딩형의 장점을 결합시킨 구조이다. 층고에 상관없이 적용이 가능하다. 비교적 고가이다.		그림은 Savera의 제공품임.

주1) 사진 출처(일부): Savera Clips 카탈로그

주2) 국내외에서 과거에는 단조품(forged)을 주로 사용하였으나 언제부터인가 주조품(cast)을 사용하면서 깨지는등의 품질문제가 대두되었다. 현재는 그런 사례는 많지 않지만 제조과정에서 품질관리가 소홀할 경우 언제든 발생할 수 있는 문제이다. 또한 레일 클립 볼트도 품질관리가 되지 않은 저급의 볼트가 수입되면서 볼트 머리부분이 파단되는등의 품질문제가 있었다.

구분	탄소함유량	특징	비고
주철 (Cast iron)	1.7%이상 (보통 2.06~6.7%, 흔히 사용되는 것은 3~4%)	- 제조 비용이 저렴 - 기계적 충격에 강하지 않아 파손이 쉽게 발생 (취성 높음)	KS B 6924에서는 구상흑연주철을 사용하도록 되어 있다.
주강 (Cast steel)	0.1~0.5%	- 제조 비용이 비쌈 - 강도가 높음 - 연성이 높아 잘 파손되지 않음.

 

주3) 파지력(Fr): 레일 클립이 레일을 물고 있는 힘(Fa)에 의해서 발생하는 수직력(Friction Force, 그림에서 Fr)를 말한다.

 

3. 레일 클립의 파지력(수직력)

 

모든 레일에는 1개 또는 2개이상의 레일브라켓이 연결되어 있고 건축물의 침하나 콘크리트의 수축이 있는 경우 이 하중이 레일브라켓을 통해 레일클립을 통해 레일에 전달된다. 레일은 레일에 영구히 매달려 있는 하중과 추락방지안전장치가 작동했을때 발생하는 하중 그리고 레일 자중등의 하중의 크기의 합에 의해서 레일의 크기 선정 계산이 달라진다.

 

종전에는 레일클립의 파지력을 레일 계산시 좌굴응력 계산에 포함시키지 않았는데 EN81-20으로 개정되면서 Fp로 레일클립에서 전달되는 수직력을 레일 계산에 반영하도록 하였다.  안전기준상에서는 "Fp (한개의 주행안내 레일에 가해지는 모든 브래킷의 힘(N, 건축물의 정상적인 침하 또는 콘크리트의 수축으로 인한)을 고려하여야 한다. 승강행정이 40m 이하의 경우, 힘 Fp는 공식에서 무시될 수 있다. Fp는 주행안내 레일의 지지방법, 고정장치 및 브래킷의 수, 클립 설계에 따라 달라진다. 짧은 구간을 운행하는 경우 건축물의 침하효과(나무로 만든 경우 제외)는 미미하여, 브래킷의 탄성에 흡수될 수 있다. "로 되어 있다. 

여기에서, Fp의 계산시 nb의 값을 1)한쪽레일에 가해지는 모든 브라켓의 수량으로 하는게 맞는지? 2)한 개의 레일(예를들면 5m짜리)에 부착되어 있는 브라켓의 수량으로 하는게 맞는지?하는 논란이 있다. 즉, 한줄의 레일에 설치되어 있는 모든 레일 브라켓의 레일클립에서 가해지는 수직력을 Fp로 하여 레일계산을 해야하는지의 여부이다. 이론상으로는 모든 레일클립에서 발생하는 수직력을 Fp로 하는 것이 맞다. 엘리베이터 - 주행안내 레일 계산 (tistory.com)

사실 이렇게 해석하게 되면 국내에서 사용하는 Fixed clip이나 Sliding clip이라해도 상당한 파지력이 작용하고 있기 때문에 실제 계산과 현장 적용간에는 갭이 있다. 

 

그렇다면, 파지력의 내용에 대해서 좀 더 살펴보고 검토해본다.

구분	Savera				국내				비고
	모델	적용레일 (주1)	무는힘 (Fa) kg	파지력 (Fr, 수직력) kg	모델	적용레일	무는힘 (Fa) kg	파지력 (Fr,수직력) kg (주2)
Fixed clip Forged clip 고정형	M1	T45/A T50/A T65/A	1900	380	-	-	-	-
	M2	T70-1/A T70-2/A T75-3/A,B T78/B T82/A,B T125-L1/A	2700	540	F-8K	8K (T78/B)	-	609
	M3	T70-70-9/A T80-80-9/A T89/A,B T90/A,B	3680	736	F-13K	13K (T89/B)	-	1187
	M4	T114/B T125/B T127-1/B	5100	1020	F-18K	18K (T114/B)	-	1650
	M5	T127-2/B T140-1/B T140-2/B	6150	1230	F-24K	24K (T127/B)	-	1592	30K=T140/B (주3)
Sliding clip 슬라이딩형	-	-	-	-	S-5K	5K	-	262	Forming RaIl
	-	-	-	-	S-7K	7K	-	367
	SL1	T45/A T50/A T65/A	125	38	-	-	-	-
	SL2	T70-1/A T78/B T82/A,B T125-L1/A	297	89	S-8K	8K (T78/B)		60
	SL3	T70-2/A T70-70-9/A T75-3/A,B	349	105	S-13K	13K (T89/B)		131
	SL4	T80-80-9/A T89/A,B T90/A,B T114/B T125/B T127-1/B	288	87	S-18K	18K (T114/B)		379
	SL5	T127-2/B T140-1/B T140-2/B	402	121	S-24K	24K (T127/B)		230
	SL6	T140-3/B	640	192	-	-	-	-
Combined clip 결합형	SH1	T75-3/A,B T89/A,B T90/A,B T114/A,B	2850	30	-	-	-	-
	SH2	T125/B T127-1/B T127-2/B T140-1/B T140-2/B	5120	30	-	-	-	-

주1) 냉간압연품: A, 기계가공품:B, 고품질등급:E

주2) 국내 제품은 만능시험기(UTM)로 국내제품을 직접시험한 값이다. (샘플링)

주3) 24K와 30K의 레일클립은 공용임.

 

4. KS 표준 소개 (클립 & 레일)

레일 클립과 주행안내 레일은 아래표와 같이 국내 KS 표준이 제정되어 있다.

구분	표준번호	표준명	표준	비고
레일 클립	KS B 6924	엘리베이터용 클램프식 레일 클립	StreamDocs - KSB6924_20191204.doc (e-ks.kr)
주행안내 레일	KS B ISO 7465	승객용 엘리베이터 및 덤웨이터 - 카 및 균형추 가이드 레일 - T형	StreamDocs - KSBISO7465_20220914.doc (e-ks.kr)

 

 

5. 검토

 

과거에는 속도에 따라 Fixed clip(중저속)과 Sliding clip(고속,초고속)을 구분하여 적용하였다. 하지만 엘리베이터 안전기준이 EN81-20을 따르면서 승강행정에 따라 40m이상의 경우 모두 Sliding clip을 쓰고 40m미만은 Fixed clip을 적용하는 것이 일반화 되었다. 하지만 Sliding clip을 쓴다고 해도 파지력이 몇십kg단위가 아니기 때문에 13K의 경우 한단의 레일브라켓에서 131kg의 힘(실험값)이 발생되기 때문에  40m는 8단의 레일이 적용 x 한단에 레일브라켓 2개 x 131kg = 2,096kg으로 무시할 수 없는 하중이 작용한다. 40m미만 즉 39m의 경우 Fixed clip을 적용할 수 있는데 이럴경우 sliding clip에 비해 거의 10배의 하중이 더 걸리게 된다. 40m를 기준점으로 하는 것도 문제이며 이러한 것이 안전기준의 기준사항이다 보니 헛점이 존재한다고 할 수 있다. 사실 이렇게 되면 파지력도 레일 클립 설계의 주요 인자가 될 필요가 있으며 KS표준에서도 이러한 부분을 반영하여야 한다. 

 

슬리이딩 클립의 경우 일반기계구조용 탄소강을 사용할 경우 시간이 경과함에 따라 파지력이 변할 가능성이 많으나 이에 대한 기준이나 실험이 진행되지 않은 것으로 알고 있다.

 

 

2024.1.11.

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