엘리베이터 카-로프 연성계를 고려한 MR댐퍼 기반 종진동 저감장치의 수치해석적 연구

초록

본 연구는 고속 엘리베이터의 수직 종진동 저감을 목적으로 MR 댐퍼를 적용한 반능동 현수 장치의 성능을 수치 해석적으로 검증하였다. 이를 위해 로프 길이 변화에 따른 시간 가변 동특성을 모사하는 다자유도 집중 질량 모델을 구축하였다. 이 모델은 실제 운행 조건과 유사한 S-커브 프로파일의 관성력(Jerk 효과)과 모터 토크 리플을 가진원으로 포함한다. MR 댐퍼는 실험 데이터 기반의 Bingham 모델로, Skyhook 제어 알고리즘을 적용하여 제어하였다. 시간 영역 과도응답 해석, 주파수 응답 함수(FRF) 분석, 그리고 주요 설계 변수에 대한 민감도 분석을 수행하여 댐퍼의 성능을 종합적으로 평가하였다. 해석 결과, 제안된 MR 댐퍼 시스템은 수동 댐퍼에 비해 모든 운행 조건에서 공진을 효과적으로 억제하였다. 특히, Jerk 효과로 인해 운행 종반부에서 관성력에 의한 진동과 정적 편이가 비대칭적으로 나타나는 현상을 규명하였다. 또한, 로프 길이가 길어짐에 따라 1차 공진 주파수가 약 2.8Hz에서 1.5Hz로 낮아지는 시간 가변성을 확인하였다. 본 연구는 엘리베이터의 운행 전반을 고려한 반능동 제어 시스템의 적용 가능성을 제시하며 향후 최적 설계의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

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