필답 30. 지게차의 전후·좌우 한계 안정도 계산 하역 작업 시 – 전체

설명

정의

지게차의 하역작업 시 한계 안정도란 지게차가 화물을 적재하거나 내리는 정적·동적 작업 상태(최대하중상태 및 기준부하상태)에서 전방(앞), 후방(뒤) 또는 측방(좌우)으로 전도(넘어짐)되지 않고 안전하게 균형을 유지할 수 있는 한계 능력을 말합니다. 이는 경사지에서의 법적 한계 구배(경사율) 기준과, 앞바퀴(전륜)를 회전축으로 하여 화물의 전도 모멘트와 지게차 자체의 전도방지 모멘트가 평형을 이루는 모멘트 균형 조건의 두 가지 측면에서 평가됩니다.

공식

1. 경사로 구배에 의한 안정도 산출 공식:

경사로의 수평거리 $L$과 수직높이 $h$가 주어졌을 때 지게차가 위치한 지면의 경사율(안정도)은 다음과 같이 계산합니다.

1. 하역작업 시 법적 한계 안정도 기준:

지게차는 하역작업을 행하는 최대하중상태에서 아래의 기준 구배(경사율) 이하인 지면에서 전도되지 않는 한계 안정도를 확보해야 합니다.

• 하역작업 시 전후 안정도 (최대하중상태):
• 최대적재하중 $5\text{ t}$ 미만: $4\%$ 이내 (지면의 기울기 $\frac{4}{100}$)
• 최대적재하중 $5\text{ t}$ 이상: $3.5\%$ 이내 (지면의 기울기 $\frac{3.5}{100}$)
• 하역작업 시 좌우 안정도 (최대하중상태):
• 모든 규격 공통: $6\%$ 이내 (지면의 기울기 $\frac{6}{100}$)

1. 모멘트 평형에 의한 전도방지 안정도 공식:

지게차가 전방으로 전도되지 않기 위해서는 전륜(앞바퀴) 중심을 기준으로 지게차 자중의 전도방지 모멘트($M_{\text{resist}}$)가 화물 하중에 의한 전도 모멘트($M_{\text{overturn}}$)보다 커야 합니다.
$M_{\text{overturn}} < M_{\text{resist}}$
$W \times a < G \times b$

여기서 사용되는 각 변수의 정의와 단위는 다음과 같습니다:

• $W$: 화물의 중량 ($\text{kgf}$ 또는 $\text{N}$)
• $a$: 앞바퀴 중심에서 화물의 무게중심까지의 최단 수평거리 ($\text{m}$)
• $G$: 지게차 자체의 자중 ($\text{kgf}$ 또는 $\text{N}$)
• $b$: 앞바퀴 중심에서 지게차 자체의 무게중심까지의 최단 수평거리 ($\text{m}$)

따라서 지게차가 전도되지 않고 안정하기 위한 지게차 무게중심까지의 최소 수평거리 $b$는 다음과 같이 유도됩니다.

적용 조건

1. 최대하중상태 및 기준부하상태: 하역작업 시 안정도를 평가할 때는 지게차의 포크(쇠스랑)에 최대적재하중을 싣고 지면에서 $300\text{ mm}$ 들어 올린 상태(기준부하상태) 또는 쇠스랑을 가장 높이 올린 상태(최대하중상태)를 표준 시험 조건으로 적용합니다.
2. 단위계 일치: 모멘트 계산 시 하중의 단위($\text{kgf}$ 또는 $\text{N}$)와 거리의 단위($\text{m}$ 또는 $\text{cm}$)가 상호 일치하는지 반드시 확인하고 대입합니다.
3. 소수점 처리 및 안전성 판정:

• 최종 계산 결과는 별도의 명시적 조건이 없는 한 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 표기합니다.
• 실제 작업장 지면의 경사율(안정도)이 법적 한계 안정도 기준치(전후 $4\%$ 또는 $3.5\%$, 좌우 $6\%$) 이하여야만 해당 작업 상태가 만족(안전)한 것으로 판정합니다. 기준치를 초과하면 전도 위험이 있으므로 불만족(불안전)으로 판정합니다.

풀이 순서

1단계: 문제에서 요구하는 작업 조건(하역작업인지 주행작업인지, 적재하중이 $5\text{ t}$ 미만인지 이상인지)을 파악하고 이에 대응하는 법적 한계 안정도 기준치($4\%, 3.5\%, 6\%$)를 설정합니다.

2단계: 경사로 높이와 거리가 주어진 경우, 실제 작업면의 경사율

을 산출합니다.

3단계: 모멘트 평형이 요구되는 문제인 경우, 전륜 중심 기준 회전 모멘트 식 $W \times a < G \times b$를 구성하고 주어진 수치들을 대입하여 무게중심까지의 거리 또는 자중을 계산합니다.
4단계: 도출된 실제 안정도를 법적 한계 안정도 기준치와 비교하여 만족/불만족 또는 안전/불안전 여부를 판정하고, 단위를 정확히 기재하여 최종 답안을 완성합니다.

예제 문제

문제 1

최대적재하중이 $3\text{ t}$인 지게차가 화물을 적재한 부하 상태에서 수평거리 $15\text{ m}$, 수직높이 $0.9\text{ m}$인 경사로에서 하역작업을 하려고 한다. 이 지게차의 실제 전후 안정도($\%$)를 계산하고, 하역작업 시 전후 한계 안정도 기준을 충족하여 안전하게 작업을 수행할 수 있는지 여부를 판정하시오.

문제 2

어느 가공 공장 작업장에서 지게차를 이용하여 하역작업을 실시하고 있다. 하역작업 구역의 지면이 수평거리 $10\text{ m}$당 수직높이 $0.5\text{ m}$의 측방 경사를 가지고 있을 때, 이 지게차의 실제 좌우 안정도($\%$)를 구하고 하역작업 시 좌우 한계 안정도 기준을 만족하는지 여부를 판정하시오.

문제 3

화물의 중량이 $300\text{ kgf}$이고 앞바퀴에서 화물의 무게중심까지의 최단 수평거리가 $1.2\text{ m}$인 지게차가 있다. 지게차 자체의 자중이 $500\text{ kgf}$일 때, 하역작업 중 지게차가 전방으로 전도되지 않고 안전하게 균형을 유지하기 위한 앞바퀴에서 지게차 무게중심까지의 최단 수평거리($\text{m}$)는 최소 몇 $\text{m}$를 초과해야 하는지 계산하시오. (단, 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 나타내시오.)

문제 4

최대적재하중이 $7\text{ t}$인 대형 지게차가 화물을 만재한 최대하중상태에서 하역작업을 수행하고 있다. 작업 구역 경사지의 수평거리가 $20\text{ m}$일 때, 지게차가 전후 안정도 기준을 안전하게 만족하며 하역작업을 할 수 있는 경사지의 최대 수직높이($\text{m}$)를 구하시오. (단, 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 나타내시오.)

문제 5

산업안전보건법령상 지게차의 안정도 기준과 관련하여 다음 빈칸 ㉠, ㉡, ㉢에 들어갈 알맞은 숫자를 적으시오.

1. 지게차의 최대하중상태에서 하역작업 시의 전후 안정도는 ( ㉠ ) $\%$ 이내이어야 한다. (단, 지게차의 최대적재하중이 $5\text{ t}$ 이상인 경우에는 ( ㉡ ) $\%$ 이내)
2. 지게차의 최대하중상태에서 하역작업 시의 좌우 안정도는 ( ㉢ ) $\%$ 이내이어야 한다.

해설

해설 1

1. 지게차의 실제 전후 안정도 계산:

수평거리 $L = 15\text{ m}$, 수직높이 $h = 0.9\text{ m}$이므로 경사율 공식을 적용합니다.

1. 한계 안정도 기준 비교 및 판정:

• 최대적재하중이 $3\text{ t}$($5\text{ t}$ 미만)인 지게차의 하역작업 시 전후 한계 안정도 기준치는 $4\%$ 이내입니다.
• 계산된 실제 안정도는 $6.00\%$로 법적 기준치인 $4\%$를 초과합니다 ($6.00\% > 4\%$).
• 따라서 한계 안정도 기준을 충족하지 못하므로, 해당 경사로에서의 하역작업은 전도 위험이 높은 불안전(불만족) 상태입니다.

정답: 실제 안정도: 6.00%, 판정: 불만족(불안전)

해설 2

1. 지게차의 실제 좌우 안정도 계산:

수평거리 $L = 10\text{ m}$, 수직높이 $h = 0.5\text{ m}$이므로 경사율 공식을 적용합니다.

1. 한계 안정도 기준 비교 및 판정:

• 지게차의 규격에 관계없이 하역작업 시 좌우 한계 안정도 기준치는 $6\%$ 이내입니다.
• 계산된 실제 안정도는 $5.00\%$로 법적 한계 안정도 기준치인 $6\%$ 이하를 만족합니다 ($5.00\% \le 6\%$).
• 따라서 안정도 기준에 부합하므로 안전하게 작업을 수행할 수 있는 만족(안전) 상태입니다.

정답: 실제 안정도: 5.00%, 판정: 만족(안전)

해설 3

1. 모멘트 평형 조건식 수립:

전방 전도(앞으로 꼬꾸라짐)를 방지하기 위해 앞바퀴 중심을 기준으로 모멘트 평형 식을 구성합니다.
$W \times a < G \times b$

1. 수치 대입 및 수평거리($b$) 계산:

$W = 300\text{ kgf}$, $a = 1.2\text{ m}$, $G = 500\text{ kgf}$이므로,

$360 < 500 \times b$

1. 결론 도출:

지게차가 하역 중 전도되지 않고 평형을 이루기 위한 최소 수평거리는 $0.72\text{ m}$를 초과해야 합니다.

정답: 0.72 m

해설 4

1. 법적 한계 안정도 기준치 설정:

최대적재하중이 $7\text{ t}$($5\text{ t}$ 이상)인 지게차의 하역작업 시 전후 한계 안정도 기준치는 $3.5\%$ 이내입니다.

1. 수직높이($h$) 상한 계산:

경사로 수평거리가 $L = 20\text{ m}$일 때, 안정도가 $3.5\%$ 이하가 되도록 하는 한계 높이 공식을 작성합니다.

$5 \times h \le 3.5$

1. 결과 정제:

안정도 기준치 이하를 만족하는 최대 수직높이는 $0.70\text{ m}$입니다.

정답: 0.70 m

해설 5

1. 법령상의 세부 수치 매칭:

• 하역작업 시 전후 안정도: 최대적재하중 $5\text{ t}$ 미만은 $4\%$ 이내, $5\text{ t}$ 이상은 $3.5\%$ 이내입니다.
• 하역작업 시 좌우 안정도: 모든 지게차 공통 $6\%$ 이내입니다.

정답: ㉠: 4, ㉡: 3.5, ㉢: 6

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