크레인 이라는 것은
1 크레인의탄생
단순히 물건을 들고 설치하는 정도가 아닌 현시대에 있어
항만, 교량 , 건축,선박,토목, 등등 다양한 분야에 걸쳐서 없어서는 안될 중요한 기계장치로서
우수한 건설기계입니다.지렛대의 원리를 이용한 아주 단순한 원리인 것 같지만
크레인은 기계장치 중에서도 가장 먼저 고안된 것으로, 약 5,000년 전 고대 이집트에서
피라미드 를 만들 당시에 중량물 운반용으로서 사용되었다. 처음에는 인력 또는 축력(畜力)
이 사용되었으나 나중에는 수력(水力)이 사용되었으며, 19세기 중엽부터는 증기기관 의
발달과 더불어 증기동력(蒸氣動力)이 사용되어 지금현재의
모델인 모빌 크레인(mobile crane)도 나타났다. 19세기 말경부터 전력(電力)이
사용되기 시작하면서 중량물 운반용 크레인이
급속히 발달하여 오늘날과 같은 여러 종류의 근대적인 크레인이 되었다.
우리나라 역시 크레인의 개발 역사는 조선시대로 최초의 크레인이라 할 수 있는
거중기(擧重機)는 1794년 정조 18년에 다산 정약용에 의해 제작된 것으로서 독특한 발상과
형태로 수원성 축성의 가장 상징적인 기구로 평가받고 있다.
단순한 크레인장치는 우물을 팔때에 설치한 도르레와 두레박도 크레인장치이고
우리민족의고유민속놀이인 차전놀이에서도 크레인의 붐에 해당하는 것이 등장
하기도한다.
여하튼 여러분은 건설기계의 가장우수한 장비를 조종하는사람으로서
운전석에 앉은 그자체만으로 대단한 자부심을 가져야 한다.
2. 크레인의 정의
21세기 건설산업을 주도할 첨단개발 장비로서 우선적으로 하나를 꼽는다면 크레인을 들 수 있다. 이는 각종 하물의 운반과 하역을 용이하게 하여 각종 건설현장과 산업현장에서 기대치보다 많은 활약을 나타내 보인 결과라고 할 수 있다. 우리나라 역시 크레인의 개발 역사를 가지고 있는데 최초의 크레인이라 할 수 있는 거중기(擧重機)는 1794년 정조 18년에 다산 정약용에 의해 제작된 것으로서 독특한 발상과 형태로 수원성 축성의 가장 상징적인 기구로 평가받고 있다. 현재 크레인 산업은 건설산업의 전반적인 침체로 인하여 여타 건설기계와 마찬가지로 기술개발에 주춤하고 있지만 앞으로 건설산 업의 시장증대에 따른 인간과 환경 친화적으 로 개발이 추진될 전망이다.
또한, 산업구조 현대화는 크레인 산업의 발전를 꾀하게 되었는데 이를 보면, 1970-80년대는 산업 전반에 있어 작은 톤 수의 크레인 산업의 수요가 증대되었으나 1990년대에 들어서면서 큰 톤수의 수요가 증가되고 있는 실정이다. 그러나 산업용 크레인은 아직도 작은 톤수급의 수요와 생산이 증가되고 있지만, 산업용 크레인에서 선박용과 건설용 크레인은 중·대형급인 50톤급 이상의 수요와 생산이 증가되고 있는 실정이다.
우리나라의 크레인 산업은 선진국에 비해 크레인 설계 및 생산기술의 낙후로 대부분이 수입, 조립·생산하는 실정에서 벗어나지 못하고 있다. 국산 크레인이 최초로 제작된 1976년도부터 최근까지의 연도별 크레인 등록현황을 분석해 보면 우리나라의 크레인 보유 증가추세를 알 수 있다.
1976년도의 크레인 등록현황은 954대에 불과하였다. 주로 크롤러(무한궤도)형이었고 타이어식은 50톤 전후이었다. 20년이 지난 1995년도의 총 등록대수는 6,547대로 약 7배가 증가되었으며, 1999년도말 현재 등록 총대수는 6,953대로서 1995년도 대비 약 8% 증가추세를 나타내고 있다.
1995년에는 주로 독일, 이태리, 미국 등에서 200-300톤급이 수입되었으나 1996년에 와서는 500톤급 대형 크레인의 수입이 증가되는 추세이다. 그러나 크롤러형은 일본에서 100-150톤급도 수입되고 있다.
최근 2-3년도에 크레인 보유증가 추세를 살펴보면 국내 제작보다 수입의존도가 더 높게 나타나고 있는데 이 증가요인이 수요·공급불균형 상태에서 수입이 증가되었는지 생각해 보아야 할 것이다.
이와 같이 수입일변도인 크레인 산업의 현실에서 우리 또한 자체적으로 크레인의 대형화·고속화에 맞추어 구조적측면과 용량측면 그리고 자동화측면으로 작업의 효율화를 통한 원가절감 및 안전차원에서의 장치와 궁극적으로는 무인자동화로 귀결되어지는 기술을 개발할 수 있는 토대를 마련하고자, 최근 몇 년간 관련기술분야의 특허동향을 분석하고 아울러 향후 기술개발 및 특허출원의 전망을 제2장 크레인의 구성과 용어, 제3장 크레인 산업의 현황, 제4장 크레인 산업의 특허출원 분석, 제5장에서의 결어를 통하여 살펴보기로 한다.
1 크레인의 구성과 용어
1. 크레인의 정의
크레인이란 동력을 사용하여 하물을 달아 올리고 상하·전후·좌우로 운반하는 기계 또는 기계장치를 말한다. 운동으로는 하물을 올리고 내리는 권상·권하 운동과 수평으로 이동하기 위한 주행, 횡행, 선회, 인입 등의 운동이 있으며 이러한 운동이 서로 조합되어 3차원 공간 내에서 하물을 취급, 운반하는 것을 목적으로 하는 설비라고 정의하고 있다.
▶건설기계관리법 시행령 (제2조 별표1 건설기계의 범위중 제7호)
무한궤도 또는 타어어 식으로 강재의 지주 및 선회장치를 가진 것. 다만 궤도(레일)식인 것을 제외한다 라고 규정함.
▶산업안전 기준에 관한 규제(제100조)
크레인이라 함은 동력을 사용하여 중량을 매달아 상하 및 좌우(수평 또는 선회를 말한다)로 운반하는 것을 목적으로 하는 기계 또는 기계장치를 말한다 라고 정의함.
▶한국산업규격(KSB 0127)
크레인이란 하물을 동력 또는 인력에 비하여 달아 올리고 상하·전후 및 좌우로 운반하는 기계라고 정의함.
▶일본 안전보건위생법
이동식 크레인이란 동력을 사용해 하물을 달아 올려 이것을 수평으로 운반하는 것을 목적으로 하는 기계장치로 원동기를 내장하여 불특정의 장소에 이동시킬 수 있는 방식의 것을 말한다. 도로상을 자유로이 이동할 수 있는 트럭크레인, 휠크레인, 무한궤도 크레인이 있고 노선상을 이동하는 철도크레인, 수상을 이동하는 플로우팅크레인도 이동식 크레인이라 한다.
2. 크레인의 용어
1) 크래브(Crab) 또는 트롤리(Trolley)
크레인 거더 위에 위치하고 있으며 하물을 들어올리는 권상장치와 이동 할 수 있는 횡행장치 등의 설비를 적절하게 배치한 것을 말한다.
2) 호이스트(Hoist)
원동기 및 달기기구 등을 사용하여 화물을 권상 및 횡행 또는 권상동작만 을 행하는 것. 즉 상하·횡행 또는 권상 동작만을 행하는 것, 즉 상하·횡행 동작만을 하는 양중기를 말하여 정치식 호이스트, 모노레일식 호이 스트와 이중레일식 호이스트로 나뉘어 진다.
3) 지브(Jib), 붐(Boom)
크레인에서 주로 사용되는 용어로써 흔히 혼용하여 사용하고 있다. 지브는 회전식크레인 등에서 짐을 매달기 위해 돌출한 암(arm)을 말하며 붐과 지 브는 같은 개념의 용어이다. 그러나 일반적으로 붐은 하중을 도르래(활차), 로프등을 개입시켜 지지하고 기복, 굽힘에 따라서 작업반경을 바꾸는 기둥 모양의 구조물을 지칭한다. 지브는 붐에 연결하여 후크 최대높이와 작업반 경을 증가시키는 수평 또는 경사 구조물을 칭하는 경향이 있으며 제작사 마다 다소 달리 표현하고 있다
4) 지브의 길이(Length)
지브의 길이는 붐 후트 섹션 지지점인 후트 핀 중심에서 붐 헤드섹션의 포인트 핀 중심까지의 거리를 말한다. 기계식 크레인에서는 일반적으로 기본 지브(하부붐과 상부붐)의 중간에 중간지브(연결지브)를 끼워 길이를 바꾼 다. 이 때 지브의 길이를 가장 짧게 하면 기본 지브의 길이가 되고 중간지 브를 넣어 최대로 길게 하면 최대 지브의 길이가 된다. 유압식 크레인의 신 축 지브에서는 지브 실린더의 힘으로 지브를 신축하여 길이를 변화시킨다. 이 때도 가장 짧게 줄이면 최소지브의 길이라 하고 최대로 뽑았을 때의 길 이를 최대 길이라고 한다. 보조지브를 붙인 경우의 최대 길이는 보조 지 브부착 최대의 길이라고 한다.
5) 지브의 경사각(Angle)
지브 하부의 후트핀의 중심과 상부 포인트 핀 중심을 연결한 선이 수평면 과 이루는 각을 말하여 일반적으로 지브의 경사각은 30 ∼80 에서 사용된다.
6) 작업반경(Working Radious)
크레인의 선회 중심에서 포인트 핀 중심 수직선까지의 수평거리를 말한다. 지브의 길이가 같을 경우, 경사각이 작아질수록 작업반경은 크게 되고 경 사각이 커지면 작업반경은 작아지게 된다. 여기서 주의할 점은 작업반경은 선회중심에서의 거리이지 후트핀에서의 거리가 아니므로 착오하여 계산하 면 안전사고이 위험이 따르게 된다.
7) 최대정격 총하중(권상하중: Hoistng lode)
이동식 크레인의 구조 및 재료에 대해 견딜 수 있는 최대의 하중(荷重)으 로 지브의 길이를 짧게 하고 경사각을 최대로 한 때(최소작업반경 때)에 걸 리는 하중에 견딜 수 있는 최대의 하중이다. 이 하중에는 후크, 후크블록, 그래브 버킷등의 총 중량이 포함되어있다. 권상하중이 30톤 트럭크레인이 란 아우트리거(크레인의 측면 전도를 방지하기 위해 설치한 다리)로 지지 하고 지브를 최단길이, 경사각을 최대로 하여 달아올림 기구(후크등)를 포 함한 30톤의 하중을 걸어 올릴 수 있는 트럭크레인이라는 것이다.
8) 정격하중(Safe working load)
이동식 크레인의 구조 및 재료에 대해 경사각 및 지브의 길이에 응하여 견딜 수 있는 최대의 하중(정격 총하중)으로부터 후크, 그래브버킷 등의 달아 올림기구의 중량에 상당하는 하중을 제외한 하중을 말한다. 그런데 각 경 사각 및 각 지브의 길이에 따라 그때 그때의 정격하중이 정해진다. 카다로 그에 표시되어 있는 '성능표' '성능곡선'의 하중수치는 정격하중으로 표시하 지 않고 '정격 총하중'으로 표시된 것도 있다. 이런 경우는 각각의 하중 수 치로부터 달기 기구의 중량을 뺀 것이 정격하중이 된다. 지브를 갖지 않은 크레인은 매달기 중량에서 후크 등 달기기구의 중량을 뺀 하중, 즉 실제로 후크에 걸수 있는 하물의 최대 하중을 말한다.
9) 정격속도(定格速度)
이동식 크레인에 정격하중을 걸고 들어올려 선회등의 작동을 하는 경우 각각의 최고속도를 말한다.
10) 안정도(安定度)
▶전방안정도(Forward Stability)
이동식 크레인의 전방 안정도는 일반적으로 안정 모멘트를 분자로 하고 전도 모멘트를 분모로 표시한다. 전도모멘트는 하중과 지브의 중량에 관계되며 전방 안정도의 값은 클수록 안정하다. 크레인의 종류에 따라 정격하중의 1.15-1.25.배에 상당하는 하중을 걸어서 안전시험에 합격하도록 되어 있다. 전방안정도를 산출하는 식은 아래와 같다.
WB : 크레인 자체 중량
L : 전도 지점부터 중심까지의 길이
W1 : 크레인 전부장치(지브 및 부속품)
L1 : 전도지점부터 크레인 전부장치 중심까지의 거리
W+w = 하중(W)와 달기기구(w)의 합 안정모우먼트(-) = WB ×L
L2 : 전도지점부터 하중까지의 거리 전도모우먼트(+) = W1×l1+(W+W)+L2
전도상태 :
WB ×L = W1×L1+(W+w)+L2
▶후방 안정도(Backward Stability)
권상용 와이어 로프가 절단되었을 때와 같이 하중이 걸리는 방향과 반대방향으로 힘이 작용할 때의 안정성을 표시하는 것으로 이동식 크레인에서는 아우트리거가 장착된 경우 아우트리거를 제거하고 후크 블록 등 달기기구를 장착하지 않고 최속 작업반경(지브 최단길이, 최대경사각)의 상태에서 크레인 중량의 15%이상이 지브축의 전도지점(전도할 때 지면에 접해 있는 점)에 남아 있도록 정해져 있다. 그런데 규정이상의 평형 추(counter weight)를 취부하면 무부하시의 후방 안정성을 나쁘게 하고 권상용 와이어 로프가 끊어지거나 비상시 로프를 떼어낼 때 상당히 위험하게 된다.
11) 스팬(Span)
주행하는 크레인의 레일 중심각의 수평거리를 말한다. 다만 주행레일이 한쪽에 두 줄이 있는 경우 그 두 줄의 중심을 취하고 이동식 케이블크레인의 경우에는 수직하중을 받는 바깥쪽 레일 중심각의 수평거리를 말한다.
12) 양정(Lift)
각 경사각, 각 지브길이에서 후크, 그래브, 버킷 등의 달기기구를 유효하게 올리고 내리는 것이 가능한 상한과 하한과의 수직거리를 말한다.
13) 주권,보권(主卷, 補卷)
크레인은 보통 한 개의 달기기구를 부착하고 있지만 여러 개의 달기기구를 갖는 크레인도 많이 있다. 이 경우 일반적으로 최대 정격하중울 매달기 위한 달기기구의 권상장치를 주권이라 하고, 다른 정격하중을 매달기 위한 것을 보권이라한다.
3. 크레인의 운동
가. 권상(권하)
권상이란 화물을 달아올리는 것을 말하고 권하란 하물을 내리는 것을 말한다. 권상된 화물은 당연히 권하하게 되므로 이들의 운동을 단지 권상만으로 표현하는 경우가 있다.
나. 주행
주행이란 크레인 또는 이동식 크레인의 기계 전체가 이동하는 것을 말한다. 천장크레인이나 교형크레인은 2본의 레일상에 설치되어 있으므로 이 레일상을 이동하는 것, 이동식 크레인에서는 지상, 작업대위 또는 수상을 이동하는 것을 주행이라 한다.
다. 횡행
크레인 거더의 레일을 따라 트롤리가 이동하는 것을 횡행이라고 하며, 보통 횡행운동 방향은 주행방향에 직각이다. 지브크레인이 수평지브를 따라 트롤리가 이동하는것도 횡행이라 한다.
라. 선회
수직축을 중심으로 하여 지브 등이 회전하는 운동을 말한다. 선회하는 고정식 지브크레인 등에 주행을 하게 하든가 또는 횡행을 하게 하면 하물을 이동시킬 수 있는 범위는 확대된다.
마. 기복
크레인의 지브가 그 지브를 중심으로 하여 상하로 운동하는 것을 말한다. 지브크레인의 예를 들면 지브경사각이 크게 되도록 운동하는 경우는 지브가 올라가고 그 반대의 경우는 지브가 내려간다.
바. 인입
달아올린 하물을 그 높이를 바꾸지 않고서 지브의 기둥쪽으로 끌어당기거나 밀어내는 운동을 말한다. 달아올린 하물을 상하운동시키는 경우에는 인입이 아니라 지브의 기복운동으로 한다.
4. 크레인의 분류 및 종류
가. 크레인의 분류
크레인은 구조, 달기기구 운동형태, 구동방식, 선회능력, 설치방식 등에 따라 분류할 수 있으며 KSB0127에는 무려58종으로 분류하고 있지만 일반적으로 그 사용목적과 용도에 따라 제작되며 일반적으로 다음과 같이 분류된다.
1) 구조에 의한 분류
천장크레인, 케이블크레인, 지브크레인(타워크레인), 갠트리크레인
2) 달기기구에 의한 분류
혹크크레인, 크래브 버킷(crab bucket)크레인, 마그넷트크레인, 장입크레인, 전극취급용크레인, 레이들크레인, 천장형스태커크레인, 단조형크레인
3) 운동형태에 의한 분류
기초 고정크레인, 클라이밍크레인, 기초 이동식크레인, 반경형크레인
4) 구동방식에 의한 분류
수동(인력)식 크레인, 전동식크레인, 유압식크레인
5) 선회방식에 의한 분류
선회크레인, 제한 선회크레인, 풀 서클(full circle)선회 크레인, 비선회크레인
6) 윈치방식에 의한 분류
지지식크레인, 현수식크레인
나. 크레인의 종류
크레인은 사용 목적에 적합하도록 제작되어 있고 그 용도에 따라 여러 가지 구조나 형식의 것이 있으며 다양한 일을 한다. 이들 크레인을 형식이나 용도에 따라 명확히 분류한다는 것은 어려운 일이나 일반적으로 구조나 형식에 의해 분류하고 있다 . 따라서 여기서는 각 분류에 따른 개별크레인의 용도를 열거하기 보다는 사업장에서 사용빈도가 높은 크레인들에 대해서 KS분류에 따라 구분하기로 한다
1) 천정크레인
-크래브식 천장크레인
통상적으로 사용되는 천장크레인은 2개의 크레인 거더위에 크래브가 위치해 있으며 권상, 권하, 횡행, 주행운동을 한다. 일반적으로 달기기구는 혹크이며 보권을 갖고 있는 것도 있다. 용도는 기계공장 등에서 기계조립이나 부품운반, 차고에서는 물품의 정리, 반입, 반출등 사용범위는 매우 넓다. 또한 주거더의 구조는 트러스 거더, 플레이트 거더, 박스 거더등으로 구분된다.
-호이스트식 천장크레인
크래브식 천장크레인의 크래브 대신에 전동 호이스트(더블레일형)등을 올려 놓은 형식과 모노거더 아래에 호이스트를 매단 형식(모노레일형)이 호이스트식 크레인의 주를 이루고 있다. 간결하고 경제적이므로 고속성이나 조작성을 중요시 하지 않는 용도에 매우 많이 쓰이고 있다.
호이스트식 천장크레인의 조작은 거의 지상에서 조작하는 팬던트 형식의 누름버튼 스위치를 쓰고 있다.
2) 특수 천장크레인
-원료크레인
제철소에서 주로 사용되며 철부스러기를 원료 하치장에서 장입크레인에 넘기는 곳으로 운반하는 크레인으로 사용빈도가 많기 때문에 동하중 계수를 1.4-1.9로 한다.
-장입크레인
원료 상자에 넣은 철부스러기를 평로에 넣어서 원료 상자를 회전시켜 로(爐)속에 떨어뜨리는 구조이다. 운반은 권상, 횡행, 주행, 램의 상하운동, 회전, 선회로한다.
-레이들크레인
평로나 전기로에서 용강을 레이들에 넣고 운반하여 강괴를 만들거나 전로(轉爐)에 넣는 크레인이며 고열작업용이다. 작업요령은 주권으로 레이들을 매달고 보권으로 레이들의 밑을 들어서 용강을 붓는다.
-강괴크레인
주행에서 빼낸 강괴를 운반하여 작열로에 넣고 또 작열로에서 빼내서 압연기로 운반하는 크레인이며 용기 개폐장치와 가이드 프레임을 가진다. 운동은 권상, 선회, 횡행, 주행을 하며 사용빈도는 비교적 많다.
-담금질크레인
재료를 금질하는데 사용하는 크레인으로 냉각수 유조내에 재료를 단시간내에 넣기 위해 내려가는 속도가 빠를수록 좋다. 풀어내리는 기구는 전기식과 유압식이 있다.
-단조크레인
단조할 재료를 잡고 뒤집을 장치가 설비된 특수 천장크레인이다.
-스테커식 천장크레인
운전대가 권상용 와이어로프등에 의해 당겨져 가이드 프레임을 따라 운전대와 함께 하물이 상하로 상승 하강하는 크레인으로 자동창고 등의 선반에 부품 등을 쌓는 용도로 사용된다.
3) 지브크레인
지지점에서 경사 또는 수평으로 나온 붐, 즉 지브를 갖는 크레인으르 지브크레인이라 하며 천장크레인 다음으로 많이 사용되고 그 종류도 매우 다양하다. 지브크레인에는 낮은 지브크레인, 탑모양 지브크레인, 문모양지브크레인, 반문모양, 지브크레인 포스트모양 지브크레인, 해머헤드크레인, 클라이밍크레인, 플로팅크레인, 끌어당김 크레인, 벽크레인, 지주크레인, 트럭크레인, 휠크레인, 데릭등이 포함된다.
-낮은 지브크레인
다리가 없는 지브크레인으로서 고정형과 주행형이 있으며, 고정형은 기초위에 설치된 롤러패스(원형레일)위에 권상장치, 기복장치, 밸러스웨이트, 운전실등을 올려 놓은 것이다. 주행형은 롤러패스가 주행하는 대차위에 설치되어 있다. 용도로서는 주로 부두, 안벽 등에 설치되어 하역용으로 사용된다.
-문모양 지브크레인
롤러패스를 구조물위에 설치한 것으로, 구조물 사이로 화차를 끌어 일반적으로 주행하는 형식의 것이 많다. 구조상 한쪽다리용 레일을 창고나 건물벽 등에 설치한 것은 반문모양 지브크레인이라 부른다. 용도는 크레인의 점유 면적이 적으므로 부두, 안벽등에 설치되어 하역용으로 사용된다. 높은 탑형태의 구조물 윗부분에 기복하는 지브가 설치된 형식이다. 운동으로는 권상, 주향, 선회, 기복운동을 할수 있으며 조선소에서 많이 사용된다.
-해머헤드크레인
탑형의 구조물위에 수평지브를 올려 놓은 형상을 한 것으로 탑으로부터 돌출한 수평지브 위를 트롤리가 횡행하고 수평지브는 선회운동을 한다. 일반적으로 주행하는 것이 많으나 고정형인 것도 있다. 탑형 지브크레인과 마찬가지로 조선소와 건설현장에서 많이 사용된다.
-타워크레인
초고층용 양중건설기계로써 최첨단 기능을 갖추고 안전작업의 편리성을 인정 받고 있다. 기종에 따라 도심지의 협소한 공간작업 및 적층공법에 사용이 용이하여 지상권 침해로 인한 민원발생의 해소가 가능한 장비로써 최근 고층건축공사, PC제작공장, 조선업 및 플랜트 공사 등에 많이 사용되고 있다.
① T형 타워크레인
타워크레인의 주종을 이루는 형식으로 가장 많이 사용되고 있으며 주로 작업반경내에 장애물이 없을 때 사용한다.
② 러핑지브형 타원크레인
T형 타워크레인은 지브가 고정되어 있는데 비해 러핑지브형은 고공권 침해 또는 타건물에 간섭이 있을 경우 선택되는 장비로 지브를 상하로 움직여 작업물을 인양할 수 있는 형식이다. 대형장비는 국내 생산품이 없고 주로 수입품에 의존하고 있다.
-클라이밍(climbing)크레인
클라이밍 장치를 갖춘 지브크레인으로 고층빌딩이나 대형 구조물의 건설, 댐건설의 콘크리트 타설용에서 사용되며 1개의 공사가 완료되면 다른 공사 현장으로 이동설치하여 재사용할수 있다.
-인입크레인(luffing crane)
보통 지브크레인은 지브를 기복하면 하물도 동시에 상하로 이동한다. 그래서 지브의 기복에는 큰 동력을 필요로 하며 경쾌한 운전을 기대할 수 가 없다. 이와 같은 결점을 없애고 하물을 지브의 기둥쪽으로 당길 때 거의 일정한 높이를 유지하고 수평으로 이동하도록 개발된 것이 인입크레인이다.
여기에는 더블링크식, 스윙레버식, 로프밸런스식, 텐션로프식 등이 있다. 링크식 인입크레인은 인입할 때 지브선단의 지브가 하물과 함께 수평이동하는 것으로 사용하기가 매우 쉬우며 요동이 적고 중량물의 하역이나 사용빈도가 많은 석탄, 광석류 등의 운반에 적합하다. 스윙레버식 인입크레인은 인입할 때 지브의 선단이 원호를 그리는 것과 같이 높게 되며, 훅크와 지브선단의 시브사이의 와이어로프를 조정하여 하물을 수평이동하는 구조로 되어있다. 로프밸런스식 인입크레인은 지브의 기복과 함께 하물이 수평이동하며, 부두, 안벽 등에 설치되어 잡하물의 하역에 이용된다.
-벽크레인
공장건물,창고의 기둥 또는 벽측으로부터 돌출된 수평지브상에 트롤리가 횡행하는 형식의 크레인으로 트롤리가 없어 지브선단에서 직접 하물을 매다는 간단한 지브크레인도 있으며 수평지브가 선회하는 것, 전체가 주행하는 것 등이 있다. 용도는 크래브식 천장크레인과 거의 같으나 보조작업용으로 사용하는 경우가 많다.
-포스트형 지브크레인
포스트의 주변에 선회하는 지브를 가진 크레인으로 역구내 등의 하역에 사용된다.
4) 갠트리크레인
천장크레인 거더의 양 끝에 다리를 설치하고 지상 또는 건물 바닥에 설치한 레일위를 주행하도록 한 것이다. 옥외에 설치된 것이 거의 대부분이며 캔틸레버를 붙여서 주행레일의 바깥쪽으로도 작업범위를 확대할 수 있다.
갠트리크레인은 트롤리 구조에 의해 호이스트식, 크래브식, 로프트롤리식, 맨트롤리식, 선회맨트롤리식 등이 있다. 이 외에 트롤리 대신에 인입크레인이나 바닥 지브크레인을 설치한 인입크레인 또는 지브크레인식의 갠트리크레인도 있다. 갠트리크레인은 일반공장, 부두 등에서 하역용으로 사용되는 것외에 조선소의 선체조립에도 이용되고 제철소의 각종 원재료의 취급 등 매우 광범위하게 사용되고 있다.
5) 케이블크레인
공중에 당겨놓은 메인 로프상을 트롤리가 횡행하는 형식의 크레인으로 스팬이 긴 것이 많다. 또한 메인 로프의 양 끝에 고조의 높이 차가 있는 것도 있으며 운전은 권상, 횡행외에 주행운동을 하는 것도 있다. 케이블크레인에는 양 탑을 고정한 고정케이블크레인, 한쪽만 주행하는 한쪽 주행케이블크레인, 양 탑이 주행하는 양측주행 케이블크레인 등이 있다. 또한 특수한 구조를 가진 것으로서는 한쪽 탑이 요동하는 형식의 것도 있다. 한쪽 주행케이블크레인은 한 쪽을 고정하고 다른 쪽은 원호모양의 레일을 주행하는 형식의 것으로 유효작업 범위는 고정끈을 중심으로 한 부채형의 면적이 된다. 용도로써는 댐의 콘크리트 타설, 교량건설 등에 사용된다.
6) 언로우더
배에서 작은 입자로 된 하물을 양육(養育)하는 크레인으로서는 대부분 크레인의 내부에 컨베이어가 설치되어 있으며 갠트리크레인식과 인입크레인식으로 크게 구분된다.
갠트리크레인 언로우더는 갠트리크레인과 마찬가지로 크래브식, 로프트롤리식, 맨트롤리식, 선회맨트롤리식등의 종류가 있으며 인입크레인식 언로우더는 더블링크식이 있다. 인입크레인식 언로우더는 안벽에 직각인 인입운동뿐만 아니라 선회운동을 하면서 작 업을 할 수도 있으며 또한 버킷과 훅크의 교 체도 비교적 쉬워서 기동성이 있는 언로우더 라고 할수 있다.
7) 컨테이너크레인
부두에서 컨테이너의 선적 또는 하역을 위해 컨테이너 전용 달기기구를 설치한 크레인 을 컨테이너크레인이라고 부른다. 또한 양육된 컨테이너 운반에는 보통 갠트리크레인이 많이 사용된다.
1. 국내 크레인 보유현황
국내 크레인산업의 보유현황은 정확히 파악하기가 어렵다. 현재 크레인 보유현황이 정확히 파악할 수 있는 것은 등록제도가 되어 있는 건설용 이동식크레인 밖에 없는 실정이다. 타워크레인, 고정식천장주행크레인, 문형, 정치형지브크레인 등은 등록제도가 없어 우리나라에 얼마나 분포되어 있는 지 파악하기가 어려운 실정이다. 단지 이들 기종에 대해서는 한국산업안전공단에서 안전을 위한 검사 신청을 중심으로 파악할 수 있을 뿐이다. 이 또한 정확한 통계라 할 수 없다. 그러나 대략적으로 파악할수 있는 유일한 통계는 한국산업안전공단에서 실시하는 검사신청 대수이기 때문에 이를 중심으로 우리 나라의 크레인산업의 보유실태를 분석하고자 한다. 우리 나라의 크레인 보유실태를 보면 <표 4>와 같이 나타나고 있는데, 산업안전보건 법에 의한 2년에 1번 검사를 받는 크레인 (이하 산업용 크레인이라 함, 그리고 3톤이상의 크레인임)의 경우는 1993년에 12,801대의 검사실적을 보이더니 점증적으로 증가하여 1999년에는 22,061대로 증가하였다. 따라서 이를 2년간의 검사실적대수를 합산하면 우리 나라에서 산업안전보건법에 의한 검사대상대수가 계산되어지며, 이것이 우리 나라의 3톤이상 산업용크레인의 보유대수로 추정할 수 있을 것이다. 즉 1999년도를 중심으로 보면 우리 나라의 산업용크레인의 경우 3톤이상의 것이 약 4만4천대가량(1998년도와 1999년도를 합산)이 보유된 것으로 볼 수 있다. 이동식크레인(8)(이하 건설용 크레인이라 함)은 1995년에 5,278대에서 지속적인 증가세를 보여 1999년에는 6,953대가 등록된 것으로 나타나고 있다.
2. 크레인 분야의 기술개발 전망
크레인이란 「동력을 사용하여 일정 중량의 하물을 인력절감 목적으로 주로 3차원의 공간을 이동하는 기계」로써 얼마 전까지는 크레인 1대당 1명 이상의 운전원이 소요되어 왔으나, 사업구조의 변화, 인력조달의 어려움, 인건비 상승으로 인한 원가 보전, 1인 다기능화 등으로 보다 안전하고 효율적인 크레인 운용에 많은 관심을 가지게 되었으며 이에 부응하기 위하여 각종 기술개발 및 첨단기술의 응용등이 도입되어 큰 진전을 보이고 있다.
크레인의 기술변화 추세를 크게 분류하면
-철구조물 제관제작업등의 공법 변경에 따른 BLOCK의 대형화로 인한 용 량증가
-크레인 단위시간당 처리물량 증대를 위한 각종장치의 운전속도 증가
-인력 운용 효율화 및 다기능작업을 위한 무인화 추진으로 이 모두가 작업의 효율화를 통한 원가절감 및 안전차원에ㅓ서 이루어지고 있는 것으로 궁극적으로 가능한 전 장치의 무인자동화로 귀결될 것으로 예측된다.
가. 구조적 측면
각종 시설들이 대형화 추세에 따라 크레인도 대형화 되어가고 있다. 항만 하역 크레인의 경우 선박의 대형화 추세에 따라 컨테이너 크레인도 대형화 되어가고 있다. 컨테이너 선박의 대형화는 1970년대 이래 꾸준히 이루어져 왔으며 현재는 6000TEU(Twenty Feet Equivalent Unit)급의 선박이 건조되어 운항중이며 이에 맞추어 컨테이너 크레인도 Outreach가 53미터로 기존의 컨테이너 크레인보다 10미터 이상 길어짐은 물론 크레인 높이도 또한 높아 졌으며 어느정도 크기까지 대형화가 될지는 예측하기 어려우나, 선박전문가에 의하면 컨테이너 선박의 최대 용량은 기술상 7000TEU정도까지 대형화 될 것으로 예측하고 있다.
나. 용량측면
대형화된 컨테이너 선박에 맞추어 크레인 구조는 커졌으나 각종 속도의 변경이 없다면 작업효율 및 작업량이 떨어지는 바, 이를 보완하기 위해 각종 속도를 가속도의 한계치까지 끌어 올려 현재는 권상 150M/Min, 횡행 250M/Min의 초고속 운전으로 변경추세이며 권상용량도 기존의 30톤(일부 50톤도 있음)에서 50톤으로 대형화 되어지고 있으며 컨테이너 2개를 한번에 취급할 수 있는 스프레다도 개발되어 이미 사용중에 있다. 본 용량을 컨테이너 취급량으로 표시하면 기존 크레인의 경우 시간당 25개를 하역하던 것을 지금은 크레인이 대형화 되었음에도 불구하고 컨테이너를 시간당 30~35개 선전 또한 하역이 가능하며 여기에는 이를 뒷받침 해준 PLC를 동반한 각종 속도 제어시스템이 계속적으로 개발되고 있는 추세이다.
다. 자동화 측면
크레인의 대형화 및 고속화는 인간의 운전한계 및 효율측면에서 필연적으로 자동화를 초래하게 되었으며 현재까지의 중요한 자동화 현황을 열거해 보면
1) 무인원격 자동운전(Unmanned Wireless Auto Operation System)
크레인 운전 발전의 궁극적 목표로써 현재는 달성되지는 않았으나 각 Emgineering회사가 집중 연구하는 과제로써 멀지 않은 장래에 이루어질 것으로 예상된다. 본 시스템은 제목 그대로 운전자가 종합 제어운전실에 위치하여 운전에 필요한 각종 DATA를 입력하면 각종 크레인 및 관련 장비들이 운전자 없이 자동으로 모든 작업을 수행하는 시스템으로 대형로보트 크레인으로 생각하면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
2) 자동주행 시스템(Auto Gantry Steering System)
이미 개발 완료되어 트랜스테이너(Rubber Tired Transtainer)에 적용되어 국내 현장에 이미 사용되어지고 있으며 주행시 오차(이론적으로 요구되는 주행선 기준)가 50㎜로써 단독주행에는 전혀 문제가 안되나, 크레인 전체의 자동운전 실현을 대비하여 좀 더 적은 오차 범위내에서 주행이 가능하게 될 수 있는 방향으로 개발시켜야 한다.
3) 자동 위치제어 시스템(Auto Position Indicating System)
본 시스템도 이미 개발되어 트랜스테이너에 적용되어 국내 현장에 사용되어지고 있으며 주데어 운전실에서 부여된 임의의 위치를 크레인이 자동으로 찾아가서 이동할 콘테이너의 상부 일부높이에 정지한 후 운전자에 의해 컨테이너를 적치 또는 들어올려 Yard Trailer에 싣고 지정된 장소로 이동시킬 수 있도록 하는 시스템이다.
4) 흔들림 방지 시스켐(Anti Sway System)
본 시스템은 기계식과 전기식이 있으며 공히 기 개발되어 크레인에 적용되고 있으며, 크레인이 주행 또는 횡행(하물이 매달려 잇거나 매달려 있지 않거나 관계없음)의 시작, 도중, 및 특히 정지시 Hook 및 하물의 흔들림을 최소화시켜서 정해진 위치에 정확하게 안착시킬 수 있게 하는 시스템으로써 상기의 AGSS 및APIS를 실현하는데 꼭 필요한 시스템이다.
5) 쾌적 추적장치
본 장치는 크레인의 주행, 횡행, 권상장치에 부착되어 Pulse를 발생시켜서 누적된 신호를 이용하여 각 위치를 기억할 수 있는 것으로 APIS에 없어서는 안될 장치이며 각종 한계거리 제한장치(Limit Switch)로도 사용되어지고 있다.
6) 자동급유 시스템(Auto Lubrication System)
본 시스템은 윤활유가 필요한 회전 부위에 자동으로 적절한 양의 윤활유가 주입이 되도록 하는 시스템으로 기계특성에 따라서 주기적으로 주입이 가능토록 할 수도 있다. 본래 본 급유 시스템은 사람 접근이 어려운 장소나 위험한 장소(열, 습기 등으로 인한 )에 적용키 위해 개발된 시스템이며, 무인자동화가 이루어지면서 자동화 크레인에 필수적인 시스템이 되었으며 현재는 널리 사용되어지고 있다.
7) 크레인 정비 관리 시스템(Crane Management Monitoring System)
본 시스템은 크레인의 효율적인 정비를 위한 장비 지침서의 기능과 운전중인 크레인의 성능확인을 위한 Monitoring기능 및 크레인 운전중 고장 발생시 발생 부위를 경보음과 같이 표시하도록 하여 신속한 복구작업을 도모하도록 하는 장치이다. 아울러 상기 기술한 AGSS, APIS, Anti Sway 및 Auto Lubrication System등의 운전상황도 Monitor할 수 있다.
ⅴ. 결어
우리 나라는 모든 산업에 있어서 기술개발에 의한 특허출원의 필요성을 인정하면서도 큰 관심의 대상은 아니었다. 그나마 발명에 관심이 있는 사람 또는 산업에서는 자본력이 미약하여 비록 발명에 의한 특허를 출원하였다 하여도 상품화하는데 있어서는 어려움을 겪고 있는 실정이다. 그러다 보니 자본력이 있는 사람 또는 경쟁산업에 그 특허를 도용 당하는 일이 대부분이었다.
이러한 현상은 크레인 산업에 있어서도 마찬가지로 나타났었다. 우리 나라는 크레인 산업에 있어서 그 동안 기술개발보다는 외국 선진국의 기술을 도입하여 생산·조립하는 형태로 발전하여 왔다. 그러나 1990년대 이후부터는 특허에 대한 관심이 고조되었고, 중반부터는 산업현장에서의 안전에 대한 문제가 대두대면서 이들 부문에 대한 연구개발이 활발히 이루어져 이들 부문에 대한 특허가 증가하여 오고 있는 실정이다.
그러나 현재 우리 나라의 기술수준과 경제상황으로 볼 때 자체기술에 의한 주요 기술의 수요를 충족시키기는 어려운 입장에 있으므로 당분간은 필요한 주요기술을 선진국으로부터 도입하여 공급이 이루어져야 할 것이다
하지만 앞으로 우리 나라에서도 크레인 산업에서 부가가치적인 안전장치나 자동제어 시스템의 기술개발에 이제부터라도 눈을 돌려야 할 때가 오지 않았나 하는 생각을 한다. 왜냐하면 크레인 산업은 물품을 운반·하역시 물품의 보호와 안전이 우선시 되는 매우 주요한 기계장비이다. 따라서 크레인 산업에서 기술력은 곧 경쟁력이며, 이러한 기술이 보호되어지고 연구개발이 됨으로서 시장경쟁에서 우위를 확보할 수 있을 것이다.
종국적으론 21세기에서 대두되고 있는 인간과 환경 친화적인 기술개발을 통하여 국내에서의 침체적 산업구조를 벗어나 대외적으로도 기술선진국의 면모를 보여주었으면 하는 바램이다.
<참고 문헌 및 자료>
- S&T 건설기계컨설팅그룹, 「월간 크레인」, 각년월호
- 통계청, 「산업생산연보」, 각년판
- 관세청, 「무역통계연보」, 각년판
- 한국산업안전공단, 「안전검인증센터자료」, 1999
- 건설교통부, 「건설기자재과자료」1999
- 특허청, 「지식지원정보당당관실자료」1999
'