Introduction

적절한 캡슐 형상에 대한 설계자료를 얻기 위해 캡슐의 운송 능력에 큰 영향을 미치는 고무 날개 깃의 존재 유무에 따른 성능실험을 수행하였다. 물류이송장치 모델에서 캡슐의 고무 날개 깃을 Fig. 8과 같이 4 가지로 구분하였다. 정상 깃(Case A), 뒤쪽만 깃이 있는 경우(Case B), 앞쪽만 깃이 있는 경우(Case C), 깃이 없는 경우(Case D)로 제작하여 운송 능력을 실험하였다. 캡슐 내부에 1.5 kg 무게의 짐을 탑재하고 배관망을 한 바퀴 이동하는데 걸리는 시간과 동력 소모량, 송풍기의 가동 주파수를 측정하였다. 캡슐 내부의 공간

Fig. 8 
Photos of the different shaped capsule models

이용을 위해 적재하중이 1.5 kg보다 작은 경우도 실험을 수행해 보았지만 모델 사이의 큰 차이점이 보이지 않았다. Table 2는 고무 날개 깃의 위치에 따른 운송능력을 나타낸 표이다. Table 2에서 무게는 탑재한 화물의 무게를 나타내고, 주파수는 캡슐이 곡관과 상․하강 배관을 한 바퀴 회전 할 수 있었던 값을 나타낸다. 좀 더 상세히 설명하면 Case A는 주파수가 40일 경우에는 배관망의 상승관으로 올라오지 못하고, 주파수를 41로 증가시켰을 경우에는 아무 문제없이 캡슐의 상향 이동이 가능하였다. 고무 날개 깃이 앞뒤로 있는Case A의 경우 캡슐이 배관망을 한 바퀴 이동하는데 약 9.17초정도 걸렸고, 동력은 0.58∼0.97 kW 정도 소모하였다. Case B는 고무 날개 깃이 뒤쪽에 있는 경우로 가장 빠르게 배관망을 이동하였다. 하지만 소요 동력은 Case A보다 더 많았다. Case C는 고무 날개 깃이 앞쪽에 있는 경우로 이동시간은 Case A보다 짧았고, Case B보다는 길었다. 하지만 소요 동력은 가장 많았다. Case D의 경우 고무 날개 깃이 앞뒤로 모두 없는 경우인데, 이 경우에는 캡슐의 이동이 불가능하였다.운전시간과 소요 동력을 종합적으로 평가하였을 때 가장 적합한 캡슐 형상은 날개 깃을 앞뒤 모두 설치하는 것임을 알 수 있었다. 이번 실험을 통해 날개 깃이 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 실험과정 중에 캡슐이 배관을 이동하면서 고무로 만들어진 날개 깃이 캡슐 내부의 화물 무게 때문에Fig. 9와 같이 눌림 현상이 발생함을 알 수 있었다. 이렇게 날개 깃이 눌려져 캡슐의 아래 부분은 배관망과의 마찰이 발생하고, 캡슐의 윗부분에는 캡슐이 배관에 닿지 않아 바퀴가 제 역할을 하지 못하는 결과를 초래하였다. 이로 인해 운송 시간이나 소요 동력을 더 요구하게 만드는 것을 확인하였다.

Fig. 9 
Dragging the by rubber guide ring of the capsule

위의 실험에서 찾아낸 문제점인 날개 깃의 눌림 현상을 최소화 하기 위해 날개 깃에 4 개의 틈새를 Fig. 10과 같이 만들어 운전능력을 시험하였다. 틈새를 만들면 적재물의 무게에 의해 날개 깃의 눌림 영역이 1/4 정도로 최소화된다. 틈새를 90° 간격으로 4개 만들어 걸린 시간은 실험한 결과는 Table 3에 나타나 있다. 이 실험에서는 보다 정확한 결과를 얻기 위해 한 바퀴가 아닌 5바퀴를 운송하는데 소요되는 시간을 측정하였다. 날개 깃에 틈새를 내지 않은 경우는 이전의 실험결과와 유사하게 5바퀴 이동 시 약 46.1초 정도 소요되었다. 날개 깃에 틈새가 있는 경우도 운송시간이 45.2초로 차이가 나지 않았다. 따라서 날개 깃의 틈새 효과가 거의 없는 것으로 확인되었다. 그 이유는 캡슐이 배관망을 이동하면서 곡선 구간에서 회전하면서 하단 부분 전체가 눌리는 현상이 발생하였기 때문이다. 캡슐의 운송능력을 향상시키기 위한 다른 요인을 고려해 보았을 때 적재 하중에 의해 캡슐이 눌려지면 캡슐의 위쪽 2개의 바퀴가 배관 바닥에 닿지 않으므로 제 역할을 못하는 것을 찾아내었다. 이 점을 확인하고자 바퀴의 유무를 두고 실험을 추가적으로 진행하였다.

Fig. 10 
Gaps in the capsule rubber wing

이번 실험은 캡슐의 앞쪽이나 뒤쪽에서 총 4개의 바퀴 중 바퀴의 역할을 제대로 하지 못하는 부분을 제거하고 남은 2개의 바퀴의 강성을 강화하기 위해 스프링을 하나씩 추가하였다. Fig. 11과 같이 앞쪽 바퀴 2개만 설치된 캡슐에 4개의 틈새를 만들었을 경우와 뒤쪽 바퀴 2개만 설치하고 4개의 틈새를 만들었을 경우 그리고 앞뒤 바퀴에 2개만 설치하고 틈새가 없는 경우로 나누어 4가지 실험을 진행하였다. 틈새가 있고 앞쪽 바퀴만 있을 경우 송풍기의 주파수가 40 Hz로 지금까지 실험결과 중 가장 소요 동력이 작았고, 운행시간도 가장 작았다. 뒤쪽 바퀴만 설치하고 틈새가 있는 경우도 송풍기 주파수는 40 Hz로 소요 동력이 작았으나 운전시간이 조금 더 소요되었다. 반면에 틈새가 없는 경우는 앞쪽 바퀴만 설치되었건 뒤쪽 바퀴만 설치되었건 둘 다 배관망 내의 상승구간을 이동하지 못했다. 만약 송풍기의 주파수를 46 Hz으로 올리면 운송이 가능하지만 배관망 내의 캡슐의 속도가 너무 빨라 제어가 힘들고 밸브에 캡슐이 부딪히는 현상이 발생하여 캡슐의 안정성 때문에 추가 실험은 진행하지 못하였다. 이 실험을 통해 바퀴 또한 캡슐에서 상당히 중요한 역할을 하는것을 알 수 있었고, 바퀴가 한쪽만 있을 경우는 날개 깃의 틈새가 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다. 바퀴의 내구성을 강화하기 위해서는 스프링의 강성이 강한 것을 사용하는 것이 좋다.

Fig. 11 
Reinforced front wheels with attached springs

바퀴가 한쪽만 있는 경우 날개 깃의 틈새가 중요한 역할을 한다는 점에 착안하여 날개 깃의 틈새가 3개로 줄어들면 어떤 영향을 미칠지 추가 실험을 진행하였다. 그 결과는 Table 5와 같다. 틈새가 4개 있는 경우와는 달리 틈새가 3개인 경우가 바퀴가 앞쪽에 달려있건 뒤쪽에 달려있건 더 소요시간이 길게 나왔으며, 소요 동력은 똑같이 나왔다. 따라서 바퀴가 앞쪽이나 뒤쪽에 달려있는 경우 틈새의 개수보다는 틈새의 유무가 더 중요한 변수임을 알았고 3개보단 4개의 틈새가 더 효율적이다. 이러한 이유는 캡슐이 화물을 적재하고 이동할 때 곡관 부분에서 회전이 발생하여 Fig. 12와 같이 캡슐이 뒤집히며 날개 깃의 하단 부분에 전체적으로 눌림이 발생하였기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 적재 하중을 늘려 캡슐의 회전이 발생하지 않도록 하는 방법도 있다.

Fig. 12 
Rotation of the capsule during the movement in the test facility