KR100477444B1 - 평 팔레트 구조의 최적화 방법 및 이를 이용한 비대칭형평 팔레트 - Google Patents

평 팔레트 구조의 최적화 방법 및 이를 이용한 비대칭형평 팔레트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제품을 가장 효율적으로 적재할 수 있도록 설계된 평 팔레트의 구조를 최적화하는 방법과 이를 이용하여 설계한 비대칭형 평 팔레트에 관한 것으로, 평 팔레트의 구조를 최적화하는 방법에 있어서, 평 팔레트의 작업 태양과 평 팔레트의 유한요소를 결정하는 단계와, 상기 평 팔레트의 유한요소를 변경하였을 때 상판(1) 및 하판(2)의 응력을 분석하는 단계와, 상기 응력 분석 결과에 따라 평 팔레트의 하판(2)의 개수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평 팔레트 구조의 최적화 방법과 이러한 방법을 이용하여 상판(1)의 개수보다 하판(2)의 개수가 적은 비대칭형 평 팔레트를 특징으로 하여, 팔레트 하판(2)의 개수를 줄임으로써 팔레트의 전체 중량을 감소시켜 팔레트의 소재 절감에 따른 생산 비용의 절감뿐만 아니라 이송시의 중량 감소로 인한 이송비를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

평 팔레트 구조의 최적화 방법 및 이를 이용한 비대칭형 평 팔레트{Structurally optimizing method of light steel pallet and non-symmetric light steel pallet using its method}
본 발명은 평 팔레트 및 캔 평 팔레트 상에 물건을 적재할 때 하중을 가장 효율적으로 분포시킴으로써 팔레트의 구조를 최적화하여 내구성을 유지한 상태에서 경량화를 도모하는 비대칭형 평 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.
상술한 팔레트 중 평 팔레트는 사용 빈도가 가장 높은 철제 팔레트로서, 팔레트의 상, 하부를 구성하는 판의 절곡 형태에 따라 매우 다양한 형상의 팔레트가 존재한다.
최근에는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 구조 해석 기법에 의하여 팔레트 부재에 하중이 분포되는 형태를 파악하여 하중 지지에 기여를 적게 하는 부재를 제거하면서 동시에 발생하는 하중을 계산하여 설계하는 경우, 구조적으로 최적화된 중량 팔레트는 종래의 경험적으로 설계된 팔레트와 동일한 중량을 적재하면서도 팔레트의 중량을 50% 가량 절감할 수 있었다.
종래의 경량 팔레트는 목재 팔레트의 구조를 그대로 답습하고 경험적으로 설계하여 사용하고 있었다.
도 1은 종래의 평 팔레트의 구조도로서, 내화물 벽돌 등은 평 팔레트상에 적재되고, 도 2는 종래의 캔 평 팔레트의 구조도로서, 음료 캔 등을 적재하는 평판이 'Λ'자로 절곡된 평 팔레트이다.
그러나 이러한 종래의 경량 평 팔레트 및 캔 평 팔레트는 물건을 적재하는데 필요한 내구성에 비하여 필요 이상의 철재가 비효율적으로 사용되어 팔레트의 중량이 증가하고, 그에 따른 제작 비용의 증가와 작업 효율의 저하라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 제품을 적재하는 평 팔레트의 유한요소를 결정하고 평 팔레트의 상판 및 하판의 응력 분포를 조사하여 평 팔레트의 하판의 개수를 변경하는 평 팔레트의 최적화 방법 및 이를 이용하여 상판과 하판의 개수를 다르게 한 비대칭형 평 팔레트를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 평 팔레트 구조의 최적화 방법은, 평 팔레트의 구조를 최적화하는 방법에 있어서, 평 팔레트의 작업 태양과 평 팔레트의 유한요소를 결정하는 단계와, 상기 평 팔레트의 유한요소를 변경하였을 때 상판(1) 및 하판(2)의 응력을 분석하는 단계와, 상기 응력 분석 결과에 따라 평 팔레트의 하판(2)의 개수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 이용하여 평판이 'ㄷ'자로 절곡된 5개의 상판(1) 하부에 평행하게 설치된 다수개의 하판(2)이 설치되고, 상판(1) 및 하판(2)에 직교하는 3개의 사각 파이프에 의하여 상하로 연결되어 제품을 상판(1)상에 적재하는 평 팔레트에 있어서, 상기 각각의 상판(1) 사이의 하부에 위치하도록 3개의 하판(2)을 설치하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 평 팔레트이다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 이용하여 평판이 'Λ'자로 절곡된 4개의 상판(1) 하부에 평행하게 설치된 다수개의 하판(2)이 설치되고, 상판(1) 및 하판(2) 사이에 직교하는 중앙부 사각 파이프(3)와 2개의 측부 사각 파이프(4)에 의하여 상판(1)과 하판(2)이 연결되어 제품을 상판(1)상에 적재하는 캔 평 팔레트에 있어서, 상기 상판(1) 중 측부의 2개의 상판(1) 하부에 각각 위치하도록 2개의 하판(2)을 설치하거나 부가적으로 상기 상판(1) 중 중앙부의 2개의 상판(1) 사이의 하부에 위치하도록 1개의 하판(2)을 더 설치하고, 상기 측부 사각 파이프(4)의 폭은 중앙부 사각 파이프(3)의 20%가 되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 캔 평 팔레트이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 평 팔레트의 최적화 방법은 먼저, 'ㄷ'자로 절곡된 형태의 평 팔레트와 'Λ'자로 절곡된 가장 일반적인 2가지 평 팔레트에 대하여, 먼저 단순 적치, 지게차 이송작업 및 크레인 이송작업의 세가지 작업에 대한 작업 분석 단계와, 종래의 팔레트의 작업에 따른 유한요소의 해석 결과와 유한요소가 되는 팔레트상의 각 위치에서의 크기 및 두께를 변경하였을 때 발생하는 응력을 분석하는 단계와, 마지막으로 응력 분석결과 도출된 모델의 유한요소의 해석으로 이루어진다.
철재 팔레트는 처짐이 과다하거나 팔레트의 일부가 변형되지 않도록 설계하기 위하여는 최대 응력이 항복응력 내에 있도록 팔레트의 형태를 조정하여야 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래의 평 팔레트 및 캔 평 팔레트는 먼저 창고 등에 단순 적치되어 있다가 지게차 혹은 크레인에 의해 운송 차량 등에 실리게 된다.
이 세가지 작업 각각은 하부에서 물건의 하중을 지지하는 위치가 다르기 때문에 팔레트에 걸리는 하중 상태가 각각 다르게 된다.
도 3은 평 팔레트가 받는 하중 위치를 나타내는 개략도로서, 물건이 적재된 평 팔레트는 3가지 작업에 의해 이송 및 적치되므로, 각각의 작업에 대한 최대 하중과 발생응력에 대한 구조 해석이 필요하다. 도면 중 5은 크레인 또는 지게차의 지지 위치를 나타낸다.
먼저, 도 4는 종래의 평 팔레트(모델 5-5)의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도로서, 'ㄷ'자로 절곡되어 있으며 상판(1) 및 하판(2)의 개수가 각각 5개인 평 팔레트가 단순 적치되어 있을 경우의 응력 상태에 대한 유한 요소의 해석 결과를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 평 팔레트의 상판(1)이 대부분의 하중을 지지하므로, 이러한 해석 결과를 토대로 하부에 있는 판을 제거할 수 있게 된다.
도 5는 종래의 평 팔레트(모델 5-5)의 크레인 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도로서, 평 팔레트의 상판(1) 및 하판(2)이 각각 5개인 모델에 대한 크레인 작업에 대한 해석 결과를 나타낸다.
상기에서 크레인은 4 톤 정도까지의 물건을 적재할 수 있으며, 지게차는 2 톤을 적재할 수 있는데, 각각의 지지 위치는 약간만 다를 뿐이다.
하기의 표 1은 평 팔레트의 구조 해석 결과를 나타내는 표로서, 각각의 작업 태양에 대한 해석 결과를 나타낸다.
종래의 평 팔레트와 본 발명에 의한 평 팔레트의 구조 해석 결과(응력[Mpa])
모델 단순적치(4톤)상판/하판 지게차(2톤)상판/하판 크레인(4톤)상판/하판 두께[mm]
5-5(종래) 294/0 239/125 404/232 0.6
197/0 193/93 278/174 0.8
151/0 121/74 212/139 1.0
5-3(본 발명) 293/0 244/105 396/186 0.6
199/0 164/80 272/141 0.8
151/0 121/65 206/114 1.0
상기의 표 1에서 종래의 평 팔레트의 두께는 0.8mm이나, 그 두께를 1mm와, 0.6mm인 경우에 대한 발생 응력을 표시하였으며, 상판(1) 및 하판(2)의 재질은 냉연도금 강판으로서 그 항복응력은 약 500N/m2이다.
그리고 상판(1) 및 하판(2) 모두 5개의 요소를 이용하며, 해석 결과를 살펴보면 단순 적치시에는 상판(1)이 거의 모든 하중을 견디며, 지게차 작업시나 크레인 작업시에는 하판(2)에 작용하는 응력은 작게 발생한다.
본 발명은 이에 근거로 하여 하판(2)의 갯수를 줄임으로써 종래의 평 팔레트의 구조를 변경할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 평 팔레트(모델 5-3)의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도이고, 도 7은 본 발명에 의한 평 팔레트(모델 5-3)의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도이다.
다음으로 'Λ'자로 절곡된 캔 박스를 적치하는 평 팔레트에 대한 해석은 아래와 같다.
캔 평 팔레트도 경량 스키드와 유사하게 절곡된 평판을 이용하므로, 유한요소 모델로 구조 해석을 수행하여 팔레트의 구조를 변경할 수 있다.
도 8 및 도 9는 종래의 캔 평 팔레트(모델 4-4)의 단순 적치시 및 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도로서, 상판(1)과 하판(2)의 갯수가 각각 4개인 모델 4-4에 대한 해석 결과를 나타낸다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 캔 평 팔레트 역시 평 팔레트와 동일하게 하판(2)에 작용하는 응력이 상판(1)에 작용하는 응력에 비하여 매우 작음을 알 수 있으며, 하판(2)이 불필요하게 많이 쓰인 것을 알 수 있다.
하기의 표 2는 종래의 캔 평 팔레트와 본 발명에 의한 캔 평 팔레트의 구조 해석 결과 비교를 나타내는 표이고, 도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 캔 평 팔레트(모델 4-3 및 모델 4-2)의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도이다.
종래의 캔 평 팔레트와 본 발명에 의한 캔 평 팔레트의 구조 해석 결과(응력[Mpa]) 비교
모델SPHCσr=500 지게차(4톤) 단순 적치(10톤) 중간대SS400, σr=650 전체 중량(t=1.6[mm])52.4Kg
부위 두께[mm](t=1.6) 두께[mm](t=1.2) 변경전 변경후
4-4(종래) 상부 325 433 650 안4.8Kg응력 26550*100*1.9 안4.5Kg응력 66040*100*1.9 49.5
하부 310 413 0
4-3(본 발명) 상부 356 474 650 44.75
하부 352 469 0 바깥 4.8Kg응력 173가로*세로*두께50*100*1.9 바깥 3.5Kg응력 343가로*세로*두께10*100*1.9
4-2(본 발명) 상부 396 527 650 40
하부 407 543 0
상기 표 2에 표시된 바와 같이, 캔 평 팔레트의 상판(1) 및 하판(2)의 두께를 줄이면 정해진 조건 내에서 중량을 줄일 수 있지만, 국부 변형에 취약해지므로 상판(1) 및 하판(2)의 두께는 그대로 두고 하판(2)의 개수를 감소하는 것이 바람직하다.
한편, 팔레트의 상판(1)과 하판(2) 사이에 사각형 블록이 사용되는 경량 평 팔레트는 전후좌우의 4 방향에서 지게차 등이 차입되지만, 캔 평 팔레트는 전후의 2 방향에서 차입되므로 중간에 사각 파이프를 이용한다.
종래의 캔 평 팔레트에 사용되는 사각 파이프는 모두 동일한 부재가 사용되고 있으나, 모서리부에 비하여 중앙부에는 약 3배의 많은 반력(가장자리에 비해 약 3배)이 발생하게 되므로 팔레트 중앙부의 함몰에 의한 파손 등의 문제가 있었다.
따라서, 빔 형태의 해석을 수행하여 최적의 부재를 결정하였으며, 상기 표 2에서 종래의 중간대에 발생하는 응력과 본 발명에 의한 경우의 응력 및 중량 감소율을 표시하였다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 비 대칭형 평 팔레트를 사용하면, 팔레트의 작업 태양에 따라 평 팔레트가 받게 되는 응력 분포를 조사하고 그에 따라 평 팔레트의 설계를 변경하여 동일 중량의 물건을 이송하면서도 평 팔레트의 경우는 5Kg, 캔 평 팔레트의 경우는 약 10Kg의 중량을 감소시킴으로써 팔레트의 소재 절감에 따른 생산 비용의 절감뿐만 아니라 이송시의 중량 감소로 인한 이송비를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 평 팔레트의 구조도.
도 2는 종래의 캔 평 팔레트의 구조도.
도 3은 평 팔레트가 받는 하중 위치를 나타내는 개략도.
도 4는 종래의 평 팔레트(모델 5-5)의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 5는 종래의 평 팔레트(모델 5-5)의 크레인 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 6은 본 발명에 의한 평 팔레트(모델 5-3)의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 7은 본 발명에 의한 평 팔레트(모델 5-3)의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 8은 종래의 캔 평 팔레트(모델 4-4)의 단순 적치시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 9는 종래의 캔 평 팔레트(모델 4-4)의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 10은 본 발명에 의한 캔 평 팔레트(모델 4-3)의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.
도 11은 본 발명에 의한 캔 평 팔레트(모델 4-2)의 지게차 작업시 응력 분포를 나타내는 상태도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1 : 상판 2 : 하판
3 : 중앙부 사각 파이프 4 : 측부 사각 파이프
5 : 크레인/지게차 지지 위치

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 평판이 'ㄷ'자로 절곡된 5개의 상판(1) 하부에 평행하게 설치된 다수개의 하판(2)이 설치되고, 상판(1) 및 하판(2)에 직교하는 3개의 사각 파이프에 의하여 상하로 연결되어 제품을 상판(1)상에 적재하는 평 팔레트에 있어서, 상기 각각의 상판(1) 사이의 하부에 위치하도록 3개의 하판(2)을 설치하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 평 팔레트.
  3. 평판이 'Λ'자로 절곡된 4개의 상판(1) 하부에 평행하게 설치된 다수개의 하판(2)이 설치되고, 상판(1) 및 하판(2) 사이에 직교하는 중앙부 사각 파이프(3)와 2개의 측부 사각 파이프(4)에 의하여 상판(1)과 하판(2)이 연결되어 제품을 상판(1)상에 적재하는 캔 평 팔레트에 있어서, 상기 상판(1) 중 측부의 2개의 상판(1) 하부에 각각 위치하도록 2개의 하판(2)을 설치하고, 상기 측부 사각 파이프(4)의 폭은 중앙부 사각 파이프(3)의 20%가 되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 캔 평 팔레트.
  4. 평판이 'Λ'자로 절곡된 4개의 상판(1) 하부에 평행하게 설치된 다수개의 하판(2)이 설치되고, 상판(1) 및 하판(2) 사이에 직교하는 중앙부 사각 파이프(3)와 2개의 측부 사각 파이프(4)에 의하여 상판(1)과 하판(2)이 연결되어 제품을 상판(1)상에 적재하는 캔 평 팔레트에 있어서,
    상기 상판(1) 중 측부의 2개의 상판(1) 하부에 각각 위치하도록 2개의 하판(2)을 설치하고, 상기 상판(1) 중 중앙부의 2개의 상판(1) 사이의 하부에 위치하도록 1개의 하판(2)을 설치하고, 상기 측부 사각 파이프(4)의 폭은 중앙부 사각 파이프(3)의 20%가 되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 비대칭형 캔 평 팔레트.
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