KR100446681B1 - 중량 코일 적재용 후프형 팔레트 구조의 최적화 방법 및이를 이용한 후프형 팔레트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량의 강판 코일을 가장 효율적으로 적재할 수 있도록 설계된 후프형 팔레트의 구조를 최적화하는 방법에 관한 것으로, 중량 코일(1)을 적재하는 후프형 팔레트(2)의 구조를 최적화하는 방법에 있어서, 후프형 팔레트(2)의 작업 태양과 후프형 팔레트(2)의 유한요소를 결정하는 단계와, 상기 후프형 팔레트(2)의 유한요소를 변경하였을 때 수학식에 β= Δσ/ Δm(여기서 β는 민감도, Δσ는 응력 변동량, Δm은 두께/길이 변화에 따른 질량 변동량이다.)에 의하여 후프형 팔레트(2) 각 부분의 민감도를 분석하는 단계와, 상기 민감도의 결과에 따라 후프형 팔레트(2)의 설계를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후프형 팔레트(2)의 구조를 최적화하는 방법과, 이러한 방법에 이용하여 후프형 팔레트(2) 상부 측단 부재(3)의 폭은 상부 중간 부재(4)의 폭의 25%로 하고, 상기 상부 측단 부재(3) 및 상부 중간 부재(4)와 수직하게 설치되는 하부 지지 부재(5)의 접지부 길이는 100mm로 하는 것을 특징으로 하여, 중량 코일의 하중을 효율적으로 지지함으로써 동일 중량의 코일을 이송하면서도 후프형 팔레트 자체의 중량을 최소화하고, 후프형 팔레트의 소재를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

중량 코일 적재용 후프형 팔레트 구조의 최적화 방법 및 이를 이용한 후프형 팔레트{Structually optimizing method of hoop-type steel pallet for carrying plate coil and hoop-type steel pallet using its method}

본 발명에서는 후프형 팔레트상에 중량 코일을 적재할 때 하중을 가장 효율적으로 분포시켜 구조적으로 최적화되어 후프형 팔레트의 내구성을 유지하면서 경량화를 도모하는 중량 코일 적재용 후프형 팔레트 구조의 최적화 방법 및 이를 이용한 후프형 팔레트에 관한 것이다.

일반적으로 팔레트(Pallet)는 제품을 적재하여 편리하게 운송하기 위하여 사용되는 것으로, 팔레트의 종류는 강판 코일을 적재하는 철재 팔레트 외에도 내화물과 곡물 등을 적재하는 평 팔레트, 그리고 평판을 적재하는 중량 팔레트 등 매우 다양한 용도와 형상의 팔레트가 존재한다.

최근에 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 구조 해석 기법에 의해 최적화된 팔레트에 대한 기술은 칼라 강판을 적재하는 중량 팔레트에만 적용되고 있으며, 구조적으로 최적화된 중량 팔레트는 종래의 경험적으로 설계된 팔레트와 동일한 중량을 적재하면서도 팔레트의 중량이 50% 가량 절감된다.

종래에 중량 코일 적재에 사용되는 철재 후프형 팔레트는 목재 후프형 팔레트의 구조를 그대로 답습하고 경험적으로 설계하여 사용하고 있었다.

그러나 이러한 종래의 철재 후프형 팔레트는 강판 코일을 적재하는데 필요한 내구성에 비하여 필요 이상의 철재가 비효율적으로 사용되어 후프형 팔레트의 중량이 증가하고, 그에 따른 제작 비용의 증가와 작업 효율의 저하라는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 강판 코일을 적재하는 후프형 팔레트의 유한요소를 결정하고, 후프형 팔레트 각 부분에 대한 응력분포에 따른 민감도를 조사하여 후프형 팔레트 구조를 최적화시킴으로써 강판 코일을 가장 효율적으로 적재하는 최적화된 후프형 팔레트를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 후프형 팔레트에 강판 코일이 적재된 상태도.

도 2는의 후프형 팔레트가 받는 하중 위치를 나타내는 개략도.

도 3은 후프형 팔레트의 설계 변경을 위한 유한요소를 나타내는 개략도.

도 4는 종래의 후프형 팔레트의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도.

도 5는 종래의 후프형 팔레트의 단순 적치시 최대 응력 부분을 나타내는 상태도.

도 6은 종래의 후프형 팔레트의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.

도 7은 종래의 후프형 팔레트의 지게차 작업시 최대 응력 부분을 나타내는 상태도.

도 8은 본 발명에 의한 후프형 팔레트의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도.

도 9는 본 발명에 의한 후프형 팔레트의 단순 적치시 변위를 나타내는 상태도.

도 10은 본 발명에 의한 후프형 팔레트의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 후프형 팔레트 2 : 강판 코일

3 : 상부 측면 부재 4 : 상부 중간 부재

5 : 하부 지지대

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중량 코일 적재용 후프형 팔레트 구조의 최적화 방법은, 중량 코일(1)을 적재하는 후프형 팔레트(2)의 구조를 최적화하는 방법에 있어서, 후프형 팔레트(2)의 작업 태양과 후프형 팔레트(2)의 유한요소를 결정하는 단계와, 상기 후프형 팔레트(2)의 유한요소를 변경하였을 때 수학식 β= Δσ/ Δm(여기서 β는 민감도, Δσ는 응력 변동량, Δm은 두께/길이 변화에 따른 질량 변동량이다.)에 의하여 후프형 팔레트(2) 각 부분의 민감도를 분석하는단계와, 상기 민감도의 결과에 따라 후프형 팔레트(2)의 설계를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 중량 코일 적재용 후프형 팔레트는 상기의 방법을 이용하여, 후프형 팔레트 상부 측단 부재(3)의 폭은 상부 중간 부재(4)의 폭의 25%로 하고, 상기 상부 측단 부재(3) 및 상부 중간 부재(4)와 수직하게 설치되는 하부 지지 부재(5)의 접지부 길이는 100mm로 하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 먼저 단순 적치, 지게차 이송작업 및 크레인 이송작업의 세가지 작업에 대한 작업 분석에 대한 단계와, 기존의 후프형 팔레트의 작업에 따른 유한요소 해석 결과와 유한요소가 되는 각 부분의 크기 및 두께를 변경하였을 때 응력에 대한 민감도 분석(Sensitivity analysis)하는 단계와, 민감도 분석 결과에 따라 최적화된 후프형 팔레트를 도출하는 단계와 및 도출된 모델의 유한요소 해석결과로 이루어진다.

철재 후프형 팔레트는 처짐이 과다하거나 후프형 팔레트의 일부가 변형되지 않도록 설계하기 위해서는 항복응력 내에서 발생 응력을 조정하면 된다.

도 1의 후프형 팔레트에 강판 코일이 적재된 상태도에 도시된 바와 같이, 강판 코일(1)은 후프형 팔레트(2)에 고정되어 적재된는데, 일반적으로 창고 등에 단순 적치되어 있다가 지게차 혹은 크레인에 의해 운송 차량 등에 실리게 된다.

그리고, 도 2의 후프형 팔레트가 받는 하중 위치를 나타내는 개략도에 도시된 바와 같이, 단순 적치, 지게차 작업시 및 크레인 작업시의 세가지 작업 태양에따라 후프형 팔레트(2)의 하부에서 지지하는 위치가 다르기 때문에 후프형 팔레트(2)에 걸리는 하중 상태가 다르다.

이하에서는 후프형 팔레트(2)의 구조상 지게차 작업과 크레인 작업에 대한 지지 위치가 유사하므로 단순 적치와 지게차 작업으로 2분하여 해석을 수행하였다.

도 4부터 도 7은 후프형 팔레트(2)에 코일이 적재되었을 경우의 변위에 대한 유한요소 해석 결과이다.

도 4는 종래의 후프형 팔레트의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도이고, 도 5는 종래의 후프형 팔레트의 단순 적치시 최대 응력 부분을 나타내는 상태도이고, 도 6은 종래의 후프형 팔레트의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도이고, 도 7은 종래의 후프형 팔레트의 지게차 작업시 최대 응력 부분을 나타내는 상태도이다.

종래의 후프형 팔레트(2) 상에 강판 코일(1)을 단순 적치하거나, 적치된 상태에서 지게차 작업시, 후프형 팔레트(2)의 재질이 SS400이고 항복응력이 약 700MN/m²임을 고려하면 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 후프형 팔레트(2)는 과잉 설계되어 있음을 알 수 있다.

또한 도 5, 7에 도시된 바와 같이, 최대응력이 발생한 위치는 후프형 팔레트(2)의 극히 일부분에 한정되고 있음을 알 수 있다.

하기의 표 1은 후프형 팔레트의 민감도를 해석한 결과를 나타내는 표로서, 도 3의 후프형 팔레트의 설계 변경을 위한 유한요소를 나타내는 개략도에 도시된 바와 같이, 후프형 팔레트(2)에서 변경할 수 있는 유한요소를 설정하여 각 부분을변경시켰을 경우 발생하는 응력을 구하였다.

후프형 팔레트의 민감도를 해석한 결과

	최대 발생 응력	후프형 팔레트중량	응력 민감도
모델(매개변수)	단순 적치(10톤)	크레인(10톤)	지게차(5톤)	Kg	단순 적치
원모델(wo=100, ll=325, wh=75, hh=45)	458	350	175	47
wo(100->50)	567			42	21.8
wo(100->25)	658			39	25
ll(325->100)	458	383	192	42	0
wh(75->30)	967	750	375	42	101
hh(45->30)	508	46	192	46	50
모델#1(wo=25, ll=100, hh=30, wh=75)	667	383	267	32	14중량을 줄여도 응력 증가가 적음
모델#2(wo=25, ll=100, hh=25, wh=25)	1583최대적치 하중->4톤	1216이송하중->2톤	608	27	56응력 증가가 크지만 제한조건에서 중량이 가장 적음

상기의 표 1에서 응력에 대한 민감도 β는 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.

β= Δσ/ Δm

(여기서 β는 민감도, Δσ는 응력 변동량, Δm은 두께/길이 변화에 따른 질량 변동량이다.)

상기 표 1에 표시된 바와 같이, 가장 민감도가 높은 부분을 보강하면 가장 효과적으로 발생 응력을 낮출 수 있으며, 가장 민감도가 낮은 부분은 부재량을 줄여도 발생 응력에는 큰 영향이 없다는 의미이므로 가장 많이 부재를 줄일 수 있는 부분이다.

본 발명에 의한 후프형 팔레트(2)는 종래의 후프형 팔레트(2)의 단순 적치시 및 지게차 작업시의 응력 분포 및 최대 응력 부분을 참조로 하여 설계 변경하였으며, 도 8은 본 발명에 의한 후프형 팔레트의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도이고, 도 9는 본 발명에 의한 후프형 팔레트의 단순 적치시 변위를 나타내는 상태도이고, 도 10은 본 발명에 의한 후프형 팔레트의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 하중을 집중적으로 받는 부재는 그대로 유지하였으며, 하중을 별로 받지 않는 부재는 집중적으로 감소시킴으로써 상당히 경량화된 구조의 후프형 팔레트(2)로 구성된다.

본 발명의 실시예에 의하면 코일 강판을 효율적으로 적재하도록 상기에서 설명한 후프용 팔레트 구조의 최적화 방법을 이용하여, 후프형 팔레트(2) 상부 측단 부재(3)의 폭은 상부 중간 부재(4)의 폭의 25%로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 상부 측단 부재(3) 및 상부 중간 부재(4)와 수직하게 설치되는 하부 지지 부재(5)의 접지부 길이는 100mm로 하여 종래의 후프형 팔레트의 저면 길이보다 축소하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 후프형 팔레트(2)는 기존의 47Kg에 이르던 후프형 팔레트(2)의 중량을 27Kg으로 줄이고도 항복응력 내에서 코일을 안전하게 적재할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 중량 코일을 적재하는 후프형 팔레트를 사용하면, 단순 적치시 및 지게차 등의 작업시 후프형 팔레트가 받게 되는 응력 분포를 조사하고 그에 따라 후프형 팔레트의 설계를 변경함으로써 동일 중량의 코일을 이송하면서도 팔레트 자체의 무게를 절반으로 줄일 수 있고, 후프형 팔레트의 소재 절감에 따른 생산 비용의 절감뿐만 아니라 이송시의 중량 감소로 인한 이송비를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (2)

1. 중량 코일(1)을 적재하는 후프형 팔레트(2)의 구조를 최적화하는 방법에 있어서, 후프형 팔레트(2)의 작업 태양과 후프형 팔레트(2)의 유한요소를 결정하는 단계와, 상기 후프형 팔레트(2)의 유한요소를 변경하였을 때 하기의 수학식에 의하여 후프형 팔레트(2) 각 부분의 민감도를 분석하는 단계와, 상기 민감도의 결과에 따라 후프형 팔레트(2)의 설계를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중량 코일 적재용 후프형 팔레트 구조의 최적화 방법.

   β= Δσ/ Δm

   (여기서 β는 민감도, Δσ는 응력 변동량, Δm은 두께/길이 변화에 따른 질량 변동량이다.)
2. 제 1 항의 중량 코일 적재용 후프용 팔레트 구조의 최적화 방법을 이용하여, 후프형 팔레트(2) 상부 측단 부재(3)의 폭은 상부 중간 부재(4)의 폭의 25%로 하고, 상기 상부 측단 부재(3) 및 상부 중간 부재(4)와 수직하게 설치되는 하부 지지 부재(5)의 접지부 길이는 100mm로 하는 것을 특징으로 하는 중량 코일 적재용 후프형 팔레트.