유도 로프(taglines) 없이 매달린 중량물 제어 기술

유도 로프(taglines) 없이 매달린 중량물 제어 기술

 

  건설기계산업연구원

 원  장  김 인 유 

 

매달린 중량물이 회전하는 것을 제어하기 위해서는 유도 로프(taglines)를 사용한다. 유도로프의 사용은 위험하지만 다른 대안이 없다. 지난 몇 년동안 그 대안을 기다렸지만 별다른 해결책이 없었다. 그러나 호주에서 2개의 방법론이 나왔다.

 

타워크레인이 고층 건물에서 무거운 프리캐스트 패널을 올리는 작업을 조종사는 안전하게 일한다. 크레인의 성능은 감지기에 의해 수집되어 인터넷을 이용한 지구 반대편에 있는 본사에게 전달된다. 그러나 하중 자체는 바람에 흔들려 건물 위의 정확한 위치에 설치하기 위해서는 높은 곳에 사람을 배치하여 신호하고 보조로프를 사용하는 것이다

 

이러한 당신의 숙련된 조종기술은 인정한다. 하지만 비효율적이고 많은 인력이 필요하다. 그리고 더 중요한 것은 위험하다는 것이다. 반쯤 완성된 높은 건물에 사람을 배치하여 신호하고, 유도 로프로 중량물을 제어하고, 정확한 위치에 고정시키기 위해서는 건강과 안전을 위협하는 일이다. 이제는 확실히 사람에 의한 이러한 작업이 대체 되어야 할 때가 왔다.

 

호주에서 중량물이 회전하는 것을 제어하는 기술 두 가지가 나타났다. 그 하나는 로보리거(Roborigger)이고, 다른 하나는 기술 회사인 Verton의 R-시리즈다. 이 두 장치는 풍하중이나 로프 토크와 관계없이 매달린 중량물을 원하는 위치로 회전시킬 수 있다. 이 두 가지 기술은 비슷하지만 동일한 방식은 아니다. 기본적인 아이디어는 정확하게 계산된 방법으로 토크 또는 비틀림 힘을 하중에 가한다는 것이다.

 

 

1. Roborigger

 

이 제품의 개발 동기는 2015년 유럽 에버딘 해상 무역 박람회에서 터빈을 설치하는 업체와 미팅에서 터빈 날 설치 시 12노트의 바람에서 회전하는 것을 고정할 수 있는 장치가 필요하다는 이야기에서부터 시작되었다.

 

우리는 선박 인양 시 안전화 전문가들과 논의를 하였고, 적합한 기술로 플라이 휠과 거기에 붙어 있는 팬 블래이드를 사용하였다.

플라이 휠의 축은 수직으로 되어 있어 크레인의 로프와 일직선이 될 수 있어 훅과 중량물 하중이 플라이 휠 아래에 걸리도록 하였다. 그리고 각 운동량은 반시계방향으로 플라이 휠을 가속시키면 그 밑에 매달린 중량물이 시계방향으로 회전하도록 분류 하였다.

 

이 원리로 작은 로보리거 시제품을 만들어 호주에서 가장 큰 건설회사의 현장에서 컨셉을 보여 줬으며 그 반응을 매우 만족하였으며, 공식적인 개발 파트너가 되었다.

 

건설회사는 크레인 작업 현장에서 지속인 시험을 통하여 피드백을 해 주었으며, 사용자들의 피드백을 바탕으로 12개월간 시험 모드를 진행하였다.

개발 과정에서 정부와 노동 조합에서는 큰 관심을 가졌으며, 우리는 제조에 착수하여 1차적으로 18대를 생산하였으며, 2019년 연말까지는 2차 생산 준비를 할 것이다.

 

  

 

  

플라이 휠과 팬의 힘은 자동차 기술을 활용하여 리듐이온 배터리를 사용하였으며, 드론 기술에서도 비트를 사용하였다. 이러한 부품들은 비교적 기성품으로 저렴한 센서와 진화된 배터리 그리고 아이디어들이었다. 그러나 소프트웨어는 간단하지 않고 복잡하였다.

 

로보리거의 사용은 리모콘으로 조정된다. 항상 두명이 배치되는데 하나는 건물 꼭데기에 그리고 하나는 바닥에 배치된다. 안드로이드 태블릿으로 로보리거의 카메라에서 스트리밍 영상을 볼 수 있고, 그 데이터도 일반 PC에서 볼 수 있다.

 

로보리거의 초기 사용은 퍼스에 건설되고 있는 유명한 프로젝트인 웨스턴 오스트레일리아 박물관의 새 건물이었다.

 

건설업체들은 당초 보호벽 판넬(cladding panels)을 들어올리는 데만 사용하려 했으나 목재 한 묶음처럼 작은 짐에도 좋다는 것을 깨달았고, 그래서 로보리거가 크레인에 영구히 붙어 있는 채로 남겨두고 모든 일에 쓰이게 되었다.

 

타워크레인의 경우 로보리거를 사용하면 어려운 지역 또는 바람이 불 때 보호벽 판넬를 내릴 때 아주 쉽게 작업을 할 수 있다. 또한, 좁은 공간에 긴 중량물을 내릴 때도 쉽게 작업을 할 수 있으며, 이러한 시장은 거대하다.

 

로보리거의 사용은 시간과 비용을 절감할 수 있으며 안전을 향상시킬 수 있다는 것이다. 즉 중량물을 훅에 거는데 10초면 되고, 제거하는데도 10초면 된다는 것이다. 그리고 중량물을 방향 잡는데 시간이 더 걸린다.

한편 줄걸이 작업을 하여 올리고, 방향 잡고, 내리고 하는데 시간이 5분 걸린다면 로보리거를 사용하면 약 8%에서 10%의 시간을 절약할 수 있다.

 

크레인 중량물 작업 시 서로 부딪치지 않거나 건물과 부딪치지 않는 것은 사고조사가 줄어든다는 것을 의미한다. 사고조사는 최소한 반나절 동안 계속될 것이며, 그 기간 크레인을 사용할 수 없을 것이다.

 

건설현장에서 하루 비용은 수천 달러가 되기 때문에 크레인을 사용할 수 없다면 지연되는 만큼 비용이 들어가는 것이다. 따라서 단 한 건의 사고만 줄인다면 1년 동안 로보리거를 사용하는 비용을 충당할 수 있다는 것이다. 그리고 현장의 사고는 그 건설사의 평판이 훼손될 수 있다.

  

 

 로보리거의 사업은 판매보다는 임대사업을 할 것이며, 지속적인 고객의 피드백을 통하여 효율성과 제품의 성능을 향상하고 새로운 모델을 개발할 것이다.

 

안전과 관련하여 중량물 작업 범위 안에 사람들이 없다면 사고 날 위험도 적다. 그러나 지난 백 년 간 중량물을 운반하기 위해서 보조 로프(taglines)를 사용하였으며, 그러기 위해서는 중량물 근처에서 작업할 수밖에 없었다.

 

호주에서는 연간 6명의 사망자와 부상자가 발생하는 데 이는 중량물 작업 시 ‘Dogman’이 가까지 있지 않았다면 일어나지 않았을 것이다. ‘Dogman’은 호주에서 줄걸이 작업자(rigger)를 일컫는 말로 미국과 영국인들도 ‘Dogman’이라고 부르고 있다.

 

해상작업자들은 이미 알고 있는 내용이며 육지 작업자들의 사용은 큰 변화라는 것이다. 이는 문화의 변화인 것이다. 해상작업자들은 육지 작업자들보다 훨씬 안전에 많은 신경을 쓰는 경향이 있다.

 

해상작업자들은 줄걸이 작업자(rigger)가 중량물 밑에 서 있는 것을 허락하지 않고 있다. 또한, 중량물을 손으로 잡는 것조차도 허락하지 않고 있다. 그들은 중량물을 긴 막대기로 사용하여 조정하며, 1.5미터 막대기보다 더 가까이 가지 않는다. 해상작업자들은 도움을 줄 수 있는 기술로 보고 수용하려는 경향이 있다.

육지 작업에서는 정말로 무엇이 더 낫다는 것을 보여 줄 수 있을 때까지 평상시와 다름없이 일할 것이라는 태도를 보이는 경향을 보여주고 있다. 이러한 투쟁은 육지사용자들도 똑같이 하게 될 것이다.   

 

석유 및 가스 회사인 우드사이드 기업에 20톤급 유닛이 공급되었으며 그들은 육지의 LNG지원 부지에 운반하기 위해 로보리거를 사용하게 될 것이다. 마크휄은 하청업체들도 이 제품을 사용하기를 간절히 바라고 있다고 말하였다.

 

Multiplex 사는 지금 잠시 Sydney, Melbourne, 그리고 Perth에서 일하고 있으며, Brisbane에서 웹 사이트를 통하여 작업하는 것을 보고 있다. 우리는 독일 Liebherr사와 확대 시연하고 있으며, Liebherr사에서 시연을 마칠 때 그것을 원하는 건설회사 있다고 하였다.  

 

 

우리는 세계시장을 바라보고 있다. 유럽의 경우는 설계, 규정과 규칙이 달라서 설계상에서 약간의 변경이 필요하다. 우리는 2020년 1/4분기에 유럽에서 설명회를 가질 것이다. 그리고 인도네시아 파이프라인회사에도 시범단이 갔으며, 일본에서는 한 주요 계약자가 원하고 있으며, 호주를 방문하여 운영 중인 것을 보고 세부사항을 논의하기를 희망하고 있다.

 

2. Verton

 

기술회사인 호주에 주소를 둔 Verton사가 제작한 R-시리즈 리프팅 바도 같은 문제를 해결할 수 있다. 크레인에 매달린 하중에 관한 기술 적용에 있어 전례가 없는 발전이며, 크레인이 발명된 이후 가장 큰 생산성을 향상시켰다.

 

우리의 이 기술은 기본적으로 매달린 하중으로부터 보조로프(taglines) 제거하는 것이며, 보조로프(taglines)의 사용은 위험하고 비효율적이라는 것이다. 또한 보조로프(taglines) 운영자들이 심각하고 치명적인 직장사고에 어떻게 관계되었는지를 보았다. 그리고 어떻게 하면 위험을 줄일 수 있을까?라고 물었다.

 

    그들의 대답은 전과 같이 중량물로부터 멀리 떨어지도록 하는 것이다. 그리고 기계가 회전하도록 내버려 두라는 것이다. Verton사는 이 제품을 R-시리즈라고 부르며, "그것은 35년 동안 사업을 해 온 우리의 창업자이자 최고기술책임자인 Stan Thomson에 의해 발명되었다"고 Bourne은 말한다. "그는 이렇게 하려면 더 좋은 방법이 있어야 한다고 생각했다. 우리는 2015년에는 컨셉트를 만들기 위해 회사를 차렸고 그 이후로 작년 중반까지 생산에 들어갔을 때까지 연구개발을 해왔고, 개발은 여전히 계속되고 있다.

 

우리는 5t 용량의 R5.1 리프팅빔과 20t 용량의 R20.1 리프팅빔 두 가지 제품을 보유하고 있다. 그들의 장치는 크레인 훅에서 두 개의 로프로 수평으로 매달린 긴 것이 경쟁자의 것과 다르게 보인다. 그것은 좀 더 스프레더 바처럼 보이고, 실제로 정확히 그것과 같은 기능을 한다. 그러나 일반 스프레더 바와는 달리 부하를 원하는 방향으로 회전시킨다.

 

 

 

경쟁자와 마찬가지로, 그것은 각 운동력과 물리학의 기본 법칙을 사용하지만, 다른 방식으로 사용한다. 이 모멘텀은 그 안에서 빠르게 회전하는 자이로스코프에 저장된다. 각 유닛에는 여러 개의 자이로 모듈이 내장되어 있는데, 자이로 모듈은 조작자가 손으로 원격조종 장치로 제어한다.

 

Bourne은 "중량물의 방향을 정하는 명령이 전송되면 센서와 원격측정기가 실시간 중량물 움직임을 해석하고 소프트웨어가 나머지를 처리한다"고 말한다."자이로스코프 모듈을 크게 증가시킬 수 있다. R-시리즈를 어떤 크기의 매달린 하중으로도 확장할 수 있도록 더 추가할 수 있다는 것이다."

 

R-시리즈는 또한 전기자동차를 위해 개발된 기술을 사용한다. Bourne은 "지난 몇 년 동안 배터리와 제어 시스템이 개선되어 훨씬 더 많은 전력이 공급되었다"고 말했다. 20t 모델의 배터리는 8시간에서 12시간의 작동 시간을 제공한다.

 

회전자(Rotors)는 용량에 따라 사용 가능한 속도에 도달하는 데 2분에서 5분이 걸린다. "스마트 센서와 카메라는 여러분의 부하를 기록하고 인터넷에 연결하여 뉴질랜드에서 엘리베이터를 타고, 시드니나 런던이나 다른 곳에서, 여러분의 사무실에 앉아 리프팅 작업을 실시간으로 볼 수 있다. 중량물 작업, 건설 프로젝트 등이 소프트웨어에 전체 통합되어 GPS 좌표로 전송할 수도 있다.

 

뉴질랜드 크라이스트처치(Christchurch)에는 하루 16개의 콘크리트 패널을 설치하고 있었다. 그들은 R20.1을 사용하여 하루에 26개의 패널을 설치하였다. 그것은 7명의 근로자를 사용하지 않은 것이 되었으며, 그들은 예정보다 공정이 3주 앞서 있다. 그리고 그것은 단지 하나의 공정에서 이미 그것의 비용을 지불한 것이다.

 

2019년 2월부터 시판되고 있으며 호주, 유럽, 미국에 판매되어 우리는 현재 전 세계에 있다"고 말할 수 있다. 그것은 아주 잘 되어가고 있다. 2019년 초에 우리는 로테르담 항에 이 기술을 제시할 수 있었고 덴마크 풍력 터빈 공급업체인 베스타스와 협력하고 있다.

 

2019년 6월 글로벌 해양 도급업체 반오드(van Oord), 맘모에(Mammoet)와 손잡고 컨셉트를 개발했다. 우리는 지금 로테르담과 영국에 사무실을 가지고 있다. 토목기사인 로버트 맥알파인 경에게 이 시스템을 시연하고 런던 와핑Wapping의 Thames Tideway Tunnel project에서 또 한 번 시범을 보였다."

 

항구에 설치하는 것에 관해서는 관심 영역 중 하나이다. Stanley Thomson과 함께 Verton 그룹을 설립하여 이 장치를 만든 Andrew Miller 박사는 다음과 같이 말한다. "단순한 사례 연구에서 훅 시간을 50% 절약하는 것은 선박이 항구에서 하역하는 데 소요되는 시간의 약 20%를 절약하는 것이다.

 

Bourne은 "5t와 20t 모델뿐만 아니라 30t, 60t 및 120t 용량도 개발하고 있다"고 밝혔다. "이 시스템은 모듈식이기 때문에 대형 교량 빔, 40피트 컨테이너 등을 다룰 수 있다."

 

R-시리즈가 중량물을 이동하는 데 필요한 시간을 최대 25% 단축하고 12개월 이내에 투자 금액을 회수한다는 것도 이점이 있다. "R 시리즈는 전 세계적으로 중량물 관리 시스템의 기준이 될 것입니다,"라고 회사는 말한다.