크레인의 안전장치 (feat. 구조와 종류)

이번 포스팅에서는 크레인의 구조와 종류, 안전장치에 대해 알아보도록 하겠다.

 

크레인은 모든 산업현장에서 흔하게 사용된다. 그만큼 다양한 형태로 존재하며 취급할 수 있는 무게 또한 다양하다. 따라서 크레인을 안전관리하기 위해서는 매우 일반적인 크레인 지식이 필요하다. 그 이유는 어차피 크레인은 무거운 물체를 들기 위한 구조이므로 형태만 다를 뿐 기능은 대동소이하기 때문이다. 그러므로 크레인에 부착된 안전장치의 원리와 기능, 안전관리사항에 대해서 안다면 대부분의 사업장에서 동일하게 적용할 수 있을 것이다.

 

1. 크레인의 구조

크레인은 산업안전보건법 시행령 제74조에 따라 안전인증대상 기계에 해당한다.

정격하중 0.5톤 이상의 크레인을 설치, 이전하거나 주요구조부분을 변경하게 되면 안전인증을 받아야 한다. 호이스트와 차량탑재용 이동식 크레인도 포함되므로 잘 알아두도록 하자.

또한 정격하중 2톤 이상의 크레인은 사업장 설치 후 3년 이내에 최초 안전검사를 받아야 하고 그후 매2년마다 안전검사를 받고 필증을 받아야 한다. (건설현장 설치의 경우 매 6개월마다)

아래 그림은 타워크레인의 일반적인 구조와 주요명칭이다. 타워크레인의 경우 일반적인 크레인과는 다르게 건설현장 등에 설치했다가 공사가 끝나면 철거되고 다시 새로운 현장에 설치되는 렌탈로 사용된다. 따라서 타워크레인만 별개로 적용되는 규정, 이를테면 타워크레인 설치∙조립∙해체에 필요한 특별교육이나 건설기계관리법, 유해∙위험작업의 취업제한에 관한 규칙 등이 있으니 별도로 알아두도록 하자.

일반적인 크레인과 타워크레인의 구조가 대동소이하므로 아래 그림은 참고로 보면 되겠다. 타워크레인에만 있는 독특한 부분을 포함해서 몇 가지만 알아보도록 하자.

 

< 타워크레인의 주요 구조명 >

 

1) 기초앵커 : 타워크레인의 하단부 고정부위를 말하는데, 콘크리트로 견고하게 만들어야 전도되지 않고 견딜 수 있다.

< 타워크레인의 기초앵커 >

 

2) 텔레스코픽 케이지 : 건설현장에 있는 높은 타워크레인을 어떻게 설치했는지 궁금한 적이 있는가? 텔레스코픽 케이지 덕분이다. 이 장치는 기초 마스트위에 설치해서 타워크레인을 높게 조립할 수 있는 유압장치인데 건축물의 높이에 맞춰 필요한만큼 상승 또는 하강을 할 수 있는 장치로 보면 된다. 통상 타워크레인 설치 조립 해체 시 사고가 많이 나는데 이 텔레스코픽 케이지를 이용한 상승 또는 하강 작업 시 마스트가 제대로 체결되지 않거나 작업순서를 준수하지 못해서 발생한다. (반드시 타워크레인 제조사가 정한 기준과 작업순서를 준수해야 한다.)

< 타워크레인의 텔레스코픽 케이지 >

 

3) 운전실 : 운전실은 유인 타워크레인에만 적용한다. 근래에는 무인 타워크레인도 많이 사용하는 추세이다. 운전실 내부에는 컨트롤러와 각종 디스플레이, 알람 등의 안전장치가 적용된다.

< 타워크레인의 운전실 >

 

 4) 카운터웨이트 : 균형추 역할을 한다. 타워크레인이 무거운 물체를 들어올리기 위해서는 반대편에 이 무게를 보상해주는 장치가 필요하다. 승강기나 지게차에도 카운터웨이트가 적용되는데 타워크레인에는 콘크리트 방식이 주로 적용된다.

< 타워크레인의 카운터웨이트 >

 

 5) 캣헤드 : 카운터웨이트가 있는 카운터지브와 물체를 권상하는 쪽에 있는 메인지브를 연결해서 지지해주는 역할을 하는 것이 캣헤드이다. 캣헤드를 통해서 권상용 와이어로프가 연결된다.

< 타워크레인의 캣헤드 >

 

2. 크레인의 종류         

 

 1) 오버헤드 크레인 (Overhead Crane)

가장 흔하게 볼 수 있는 크레인 형태로 주로 실내에 설치된다. 크레인의 기둥을 건물 기둥과 같이 사용하는 특징이 있다. 주행차륜과 횡행차륜이 있어 전후 좌우로 움직일 수 있다.

따라서, 직육면체의 공간에서 자유롭게 화물을 이동시킬 수 있다.

< 오버헤드크레인 >

 

 2) 지브크레인 (Jib Crane)

외팔보의 형태로 크레인의 한쪽을 기둥이나 땅에 고정한 후 회전장치를 이용하여 360도까지 작업반경을 활용할 수 있다. 건설현장에서 주로 사용하는 타워크레인도 지브 크레인의 한 종류로 볼 수 있다.

< 지브크레인 >

 

 3) 갠트리 크레인 (Gantry Crane)

작업면적과 형태는 오버헤드 크레인과 동일하나 차이점은 주로 실외에 설치된다는 것이며 공장의 기둥을 함께 사용하는 오버헤드 크레인과는 다르게 다리가 있고 이 다리에 차륜이 있어 레일 위로 이동한다.

(조선소에서 골리앗 크레인이라 불리는 것도 형태는 갠트리 크레인이다.)

 

< 갠트리 크레인 >

 

 4) 마그네틱 크레인 (Magnetic Crane)

화물을 훅에 직접 거는 방식이 아니라 전자석을 활용하여 철판이나 페라이트 구조의 자성체를 이동하는 방식의 크레인이다. 이론상 모든 형태의 크레인에 적용이 가능하나 조선소에서는 오버헤드크레인 형태로 철판 이송용으로 주로 사용되고, 고철을 취급하는 사업장에서는 지브크레인과 이동식 크레인 형태가 주로 사용된다.

< 마그네틱 크레인 >

 

 5) 이동식 크레인 (Mobile Crane)

크레인의 작동형태는 지브크레인과 유사하다. 원동기를 내장하고 있는 것으로서 불특정 장소에 스스로 이동이 가능한 크레인으로 동력을 사용하여 중량물을 매달아 상하 및 좌우로 운반할 수 있는 크레인이다.

(해상크레인도 넓게는 이동식 크레인으로 볼 수 있다. 다만, 선박으로 취급하기 때문에 안전인증 대상은 아니다.)

< 이동식 크레인 >

 

이 밖에도 매우 많은 형태의 크레인이 존재하고 다양한 목적과 형태에 따라 불리고 있다. 중요한 것은 어떤 종류의 크레인을 사용하느냐보다도 일반적인 크레인과 어떤 점이 다른지 파악하여 안전관리에 어떻게 적용할지 결정하는 것이다.

크레인은 리프트, 곤돌라와 함께 주요 구조부의 변경 시에도 안전인증을 받아야 하는 기계이다. 따라서 [위험기계기구 안전인증 고시]에 명기되어 있는 주요 구조부분이 어디에 해당하는지 알아두도록 하자.

구분	주요 구조부분
천장주행 및 갠트리 크레인	1) 크레인 거더, 교각 또는 새들 등의 구조부분 　 2) 원동기 　 3) 브레이크 　 4) 와이어로프 또는 달기체인 　 5) 주요 방호장치 　 6) 훅 등의 달기 기구 　 7) 제어반
호이스트	1) 본체 등의 구조부분 　 2) 원동기 　 3) 브레이크 　 4) 와이어로프 또는 달기체인 　 5) 주요 방호장치 　 6) 훅 등의 달기기구 　 7) 제어반
타워크레인	1) 지브 및 타워 등의 구조부분 　 2) 원동기 　 3) 브레이크 　 4) 와이어로프 　 5) 주요 방호장치 　 6) 훅 등의 달기기구 　 7) 윈치, 균형추 　 8) 설치기초 등 　 9) 제어반
지브크레인	1) 지브 및 교각 등의 구조부분 　 2) 원동기 　 3) 브레이크 　 4) 와이어로프 또는 달기체인 　 5) 주요 방호장치 　 6) 훅 등의 달기기구 　 7) 설치기초 등 　 8) 제어반
이동식 크레인	1) 연장구조물 등의 구조부분 　 2) 구동장치 및 유ㆍ공압계통 　 3) 브레이크 　 4) 와이어로프 또는 체인 　 5) 주요 방호장치 　 6) 훅 등의 달기기구 　 7) 제어반

 

 

기본적으로 모터 등의 원동기와 힘을 내는 구동장치, 브레이크, 와이어로프나 달기체인과 같은 하중이 걸리는 부분, 방호장치와 훅, 제어반은 주요 구조부분에 해당하므로 혹시 이 부분을 교체하게 될 경우 안전검사가 아닌 안전인증을 다시 받아야 하므로 잘 기억해두도록 하자.

 

3. 크레인의 안전장치(방호장치)

크레인을 역사적으로 돌아보면 고대 그리스 로마시대로 거슬러 올라갈 수 있다. 그만큼 무거운 물체를 손쉽게 이동시키기 위한 인간의 욕구는 오래 되었다. 크레인의 역사가 길다보니 안전장치도 그에 따라 발전하게 되었는데, 현재까지 일반적으로 적용되고 있는 안전장치는 다음과 같다.

(크레인은 양중기의 한 종류이므로 양중기의 방호장치와도 결을 함께 한다는 것을 알아두자.)

 

 1) 과부하방지장치 (Overload Limiter)

과부하방지장치는 안전인증 대상이므로 과부하방지장치를 사용할 때는 안전인증 제품을 사용해야 한다. 이름에서 알 수 있듯이 과부하 Overload를 막는 장치로서 정해진 하중 이상을 감지하게 될 경우 경보를 울리고 작동이 멈추도록 되어 있다.

법적으로 정격하중의 110%를 초과할 경우 경보장치를 작동하여 크레인의 권상과 횡행을 중단시켜야 한다. (타워크레인의 경우 풍하중 등 기상의 영향도 작용하므로 105%로 제한됨)

* 정격하중 : 크레인의 권상 하중에서 달기기구의 중량에 상당하는 하중을 뺀 하중이다. 따라서 정격하중에는 훅, 와이어로프와 같은 달기기구의 중량은 빠져있으므로 와이어로프나 훅을 교체할 경우 정격하중도 변경이 되어야 해서 안전인증을 새로 받아야 하는 것으로 이해하면 된다.

과부하방지장치는 작동방식에 따라 3가지로 분류할 수 있다.

구분	기계식 (J-3)	전기식 (J-2)	전자식 (J-1)
방법	전기전자방식이 아닌 기계, 긱학적인 방법으로 스프링의 정격탄성력 초과 시 과부하로 판단하여 마이크로스위치가 동작하도록 구성	권상모터의 부하변동에 따른 전류변화를 감지하여 과부하 감지	Straingauge가 달려있는 로드셀을 이용하여 전자감응방식으로 과부하를 감지
적용	크레인, 리프트, 곤돌라, 승강기	크레인	크레인, 리프트, 곤돌라, 승강기
특징	l  반영구적이며 구조가 간단 l  외함은 고무 등으로 밀폐가 되어야 함. (부식이 될 경우 탄성력 변화로 부정확해짐) l  폭발 환경에서도 사용 가능 (기계적 방식이라 스파크없음) l  조절나사를 통해 부하값을 변경할 수 있음	l  권과방지장치와 간섭이 없도록 설치해야 함 l  권상모터가 동작할 때 전류변화를 감지해야 하므로 리프트, 곤돌라, 승강기와 같이 실시간으로 감지해야 하는 경우에는 적용 불가 l  과부하방지장치가 없는 크레인에 장착할 때 용이함	l  매우 정교하면서 정확하게 작동 l  따라서 타워크레인이나 골리앗 크레인처럼 대형크레인에 적용 l  고소작업대에도 전자식 과부하방지장치가 적용됨

(암기가 필요한 경우 ‘계.기.자’로 외우자)

과부하방지장치의 기능이 안전상 매우 중요하지만 작업할 때는 불편하므로 기능을 꺼놓는 경우가 많으므로 과부하방지장치의 기능을 임시로 꺼놓거나 정지할 경우 크레인 자체가 작동되지 않도록 인터록을 구성하는 것이 중요하다. 이런 기능이 없다면 안전관리자로서 과부하방지장치를 꺼놓았는지 수시로 확인하고 그런 행위를 하지 않도록 관리감독자 대상 교육을 강화하는 것도 좋을 것이다.

 

 2) 권과방지장치 (Overwinding Protection Device)

권과라는 것은 과하게 감겼다라는 뜻이다. 크레인은 와이어로프나 달기체인을 감거나 풀어서 중량물을 취급하기 때문에 과하게 감길 경우에는 크레인 훅이 크레인 본체에 충격을 가하게 되고 그 충격으로 중량물이 최고높이에서 낙하하게 될 수 있다. 이러한 사고를 막기 위해 권과방지장치라는 안전장치가 있는 것이다.

따라서 권과방지장치는 크레인의 달기기구가 본체에 닿기 전에 감지를 해야 하며 감지할 경우 크레인이 더 이상 작동하지 않도록 동작이 정지되어야 한다.

권과방지장치의 종류는 상당히 많은데 크게 5가지가 있다.

 

종류	방식	사진
직동식	직접 작동식으로 레버를 건드려 스위치가 작동하는 방식 산업안전보건기준에 관한 규칙에 따라 최소 필요간격은 5cm이다.
중추식	무거운 추를 크레인 훅이 들어올리게 되면 추의 무게가 제거되면서 스위치가 작동하는 방식 주로 타워크레인 등 대형 크레인에 사용됨 산업안전보건기준에 관한 규칙에 따라 최소 필요간격은 25cm이다.
캠식	체인블럭이 체인가이드 하부에 닿으면 캠이 리미트스위치를 작동시켜 동작전원을 차단 (5톤 미만의 체인호이스트에 주로 사용됨)
나사식	와이어로프 드럼과 연동된 나사봉이 회전하며 좌우로 움직이는 Actuator(액추에이터)가 일정위치에 도달하면 동작전원을 차단 (액추에이터가 권상시 우측 권하시 좌측으로 이동하며 작동용 레버를 누르게 됨)
슬립클러치식	통상 소형 체인호이스트에 사용되며 권상용 체인이 감길 때 일정 수준 이상 감기게 되면 슬립(미끄러짐)이 발생하게 되어 리미트스위치가 작동

 

 3) 비상정지장치

< 비상정지장치 (스위치) >

 

크레인 사용 중 위험한 상황이 발생한 경우 비상정지버튼을 눌러 모든 전원을 차단시키는 장치이다. 탑승용 크레인의 경우 운전실에 부착되어 있어 운전자가 조작할 수 있고, 일반적인 크레인의 경우 리모컨에 부착되어 있다.

비상정지장치는 황색바탕에 원형의 적색 돌출형이어야 하며 수동복귀 타입이어야 한다. 수동복귀 타입은 비상정지버튼을 원위치 시킨다고 해서 크레인이 자동으로 작동되어서는 안된다는 뜻이다. 크레인사고가 발생해서 비상정지버튼을 눌렀다면 수동으로 회로를 복귀시킬 때까지 작동이 정지되어야만 2차 사고를 막을 수 있기 때문이다.

 

 4) 훅 해지장치

산업안전보건기준에 관한 규칙 제137조에 따라서 훅 해지장치가 있는 크레인을 사용해야 한다. 훅 해지장치는 와이어로프나 벨트슬링과 같은 줄걸이 도구가 이탈하지 않도록 막아주는 장치이다.

해지장치는 작동방식에 따라 크게 2가지로 분류할 수 있다.

구분	스프링식	자중식
사진
설명	스프링 탄성력을 이용해 훅을 잠구는 방식으로 잠겨있는 상태가 기본상태라서 벨트슬링을 훅에 걸 때 손가락이 걸리는 단점이 있으나 고장상태를 바로 알 수 있음	외부 손잡이를 들어올리면 해지되고 외력제거시 편심자중에 의해 자동복귀될 수 있는 구조

 

훅 해지장치는 자동으로 훅의 열린 부분을 막아주는 방식이어야 하며 훅이 벌어져 해지장치가 걸리지 않을 경우에는 훅을 교체해야 한다. 따라서 안전관리자는 훅 해지장치의 상태를 수시로 점검하고 뿐만 아니라 훅의 벌어짐 상태도 점검해야 한다.

참고로, 훅과 해지장치를 보호하기 위해서는 줄걸이 각도를 60도 이내로 제한해야 한다. 만일 60도를 초과하여 줄걸이를 하게 될 경우에는 훅에 직접 걸지 말고 샤클을 걸어 사용해야 안전하다. (또한, 아래 그림처럼 로프에 걸리는 하중이 줄걸이 각도가 늘어날수록 커지므로 안전율을 함께 고려해야 한다.)

 

< 줄걸이 각도별 하중 (60도 이내만 훅에 직접 걸기) >

 

 

 5) 충돌방지장치

동일한 주행로에 2대 이상의 크레인이 병렬로 설치될 경우 필요한 안전장치이다.

초음파 센서, 광전자식, 레이더 등 비접촉식과 레버형과 같은 접촉식이 있다.

최근에는 병렬로 설치된 경우 외에도 작업구역이 중첩되는 타워크레인에도 설치하여 충돌을 미리 예측하고 크레인의 작동을 멈추게 하는 용도로 사용하고 있다.

 

< 충돌방지장치 (광전자식) >

 

 6) 레일 정지기구

주행 또는 횡행 레일로부터 이탈을 막아주는 방호장치이다.

1차 (전기식) : 리미트스위치가 기계식 스토퍼에 충돌하기 전에 작동하여 전원을 차단하는 기능

2차 (기계식) : 리미트스위치가 작동하지 않을 경우 최후에 물리적으로 정지시킴 (완충재)

설치 위치는 안전검사 고시에 나와있으며 기준은 다음과 같다.

 (1) 주행 : 차륜 직경의 1/2 이상의 높이

 (2) 횡행 : 차륜 직경의 1/4 이상의 높이

< 레일정지기구 (리미트스위치) >

< 레일정지기구 (기계식 스토퍼) >

 

 7) 선회제한 스위치

< 선회제한 스위치 >

 

타워크레인이나 지브크레인처럼 회전을 하며 선회동작을 하는 크레인은 인접 구조물과의 충돌이나 전기배선 보호 등을 위해 일정 각도 이내로만 선회하도록 제한이 필요한데 이때 사용되는 것이 선회제한 스위치이다.

 

 9) 경사각 지시장치

지브크레인과 같이 상하로 경사각을 조절할 수 있는 크레인은 경사각과 트롤리의 거리에 따라서 정격하중이 달라진다. 정격하중은 지게차와 마찬가지로 전도모멘트와 안정모멘트에 영향을 주기 때문에 해당 경사각에서 안정모멘트를 유지하기 위해 정격하중과 연동되어야 한다. 최근에 생산되는 지브크레인 대부분은 전자식으로 경사각을 감지하고 화면에 표시되며 해당 경사각에 적합한 정격하중으로 세팅이 되어 과부하방지장치가 작동되게끔 운전된다.

< 크레인의 경사각 지시장치 >

< 모멘트 인디케이터 >

 

 10) 정전 보상장치

마그네틱 크레인에 한해 적용되는 안전장치로 갑작스런 정전에 의해 하물이 낙하되는 것을 방지 하기 위한 일종의 EPS(Emergency Power System)이다. 최소 10분간은 흡착력을 유지할 수 있어야 하고, 비상배터리에서 전원이 공급될 경우 경우 알리기 위한 경보가 울려야 한다.

이 장치는 정전 시 현재 하고 있는 작업을 안전하게 중단하기 위한 것이므로 10분 간 작동된다 하더라도 즉시 하물을 안전하게 바닥에 내려야 한다.

 

 

여기까지 크레인의 구조와 방호장치에 대해 알아보았다. 크레인과 방호장치에 대한 세부사항은 [안전인증 고시]와 [안전검사 고시]를 살펴보면 된다. 여기에는 크레인이 필수적으로 갖춰야 할 안전기능에 대해 나와있는 것이고 실제 안전장치의 종류와 기능은 훨씬 많다.