KR100212214B1

KR100212214B1 - 철도차량에 있어서 공압을 이용한 하중시험시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100212214B1
Application number: KR1019960076857A
Authority: KR
Inventors: 홍정표
Original assignee: 추호석; 대우중공업주식회사
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR19980057562A

Abstract

본 발명은 철도차량에서 차체에 대한 하중시험시스템 및 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 철도차량의 차체에 공압에 의해 하중을 인가하기 위한 에어백(22-1,22-2,22-3,22-4); 제어신호에 따라 상기 에어 백에 공기를 주입하기 위한 공압인가수단; 상기 에어 백의 팽창에 대한 반력을 제공하여 상기 에어 백의 팽창에 의한 압력이 차체측으로 인가되게 하는 반력지그(20); 상기 철도차량의 차체에 부착되어 차체에 인가되는 응력을 감지하기 위한 응력 감지수단; 상기 차체의 에어 백 하단에 설치되어 상기 공압에 의한 하중을 감지하기 위한 하중감지수단; 측정지령에 따라 상기 응력감지수단으로부터 감지된 응력을 측정하여, 그 결과를 데이터로 저장하는 응력측정장치(50); 지령된 하중이 차체에 인가되도록 상기 하중감지수단으로부터 감지된 현재의 하중의 정도를 검출한 후 상기 공압인가수단을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 하중제어장치(30); 및 상기 하중제어장치에 하중을 지령하고, 상기 응력측정장치에 측정을 지령하여 하중시험 전체의 과정을 순차적으로 제어하는 컴퓨터(40)로 구성되어 용이하게 철도차량의 하중시험을 수행할 수 있다.

Description

철도차량에 있어서 공압을 이용한 하중시험시스템 및 방법

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 철도차량의 차체시험에 있어서 공압을 이용한 하중시험시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 철도차량의 차체에 하중을 인가한 후 차체의 응력을 측정하도록 된 철도차량의 시험시스템에 있어서, 철도차량의 차체에 공압에 의해 하중을 인가하기 위한 에어백; 제어신호에 따라 상기 에어 백에 공기를 주입하기 위한 공압인가수단; 상기 에어 백의 팽창에 대한 반력을 제공하여 상기 에어 백의 팽창에 의한 압력이 차체측으로 인가되게 하는 반력지그; 상기 철도차량의 차체에 부착되어 차체에 인가되는 응력을 감지하기 위한 응력 감지수단; 상기 차체의 에어 백 하단에 설치되어 상기 공압에 의한 하중을 감지하기 위한 하중감지수단; 측정지령에 따라 상기 응력감지수단으로부터 감지된 응력을 측정하여, 그 결과를 데이터로 저장하는 응력측정장치; 지령된 하중이 차체에 인가되도록 상기 하중감지수단으로부터 감지된 현재의 하중의 정도를 검출한 후 상기 공압인가수단을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 하중제어장치; 및 상기 하중제어장치에 하중을 지령하고, 상기 응력측정장치에 측정을 지령하여 하중시험 전체의 과정을 순차적으로 제어하는 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 철도차량의 차체 바닥에 에어 백을 설치하고, 이 에어 백이 팽창하는 것을 억제하기 위한 반력지그를 상기 에어 백의 상단에 설치하며, 상기 에어 백에 공압을 인가하기 위한 공압인가 수단이 구비된 철도차량의 하중시험시스템에 있어서, 상기 에어 백에 공기를 주입하여 공압에 의한 하중을 차체에 인가하는 가하단계; 상기 가하단계에서 인가된 하중이 지령된 하중치가 되도록 상기 공압인가수단을 제어하는 하중제어단계; 및 상기 공압에 의해 인가된 하중이 지령된 하중치가 되면, 차체에 설치된 응력감지센서를 이용하여 응력을 측정하는 응력측정단계를, 상기 차체에 인가되는 하중치를 증가시키면서 순차적으로 반복 수행하여 인가된 하중에 대응하는 응력측정 결과를 데이터로 구하는 것을 특징으로 한다.

제1도은 본 발명에 따른 철도차량 하중시험시스템의 구성을 도시한 개략도.

제2도는 제1도에 도시된 하중제어시스템의 세부 구성도.

제3도는 제1도에 도시된 응력측정시스템의 세부 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 철도차량 차체 12-1,12-2,12-3 : 스트레인 게이지

20 : 반력지그 22-1,22-2,22-3,22-4 : 에어 백

23-1,23-2 : 로드셀 24-1,24-2 : 비례변

25 : 공기탱크 26 : 공기압축기

30 : 하중시스템 32 : 입출력 유니트

34 : 계산유니트 36 : 디스플레이유니트

38 : 압축기제어유니트 40 : 컴퓨터

50 : 응력측정시스템 52 : 스트레인 스캐너

54 : 데이터 로거

본 발명은 철도차량에서 차체에 대한 하중시험시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 철도차량의 차체만을 제작한 상태에서 부착되는 부품 또는 기기, 및 탑승할 승객의 무게에 따라 차체에 가해지는 응력(stress)을 측정하여 차체 설계에 필요한 역학자료를 산출할 수 있도록 된 하중시험시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량의 차체를 설계 및 제작함에 있어서 차체에 부착될 기기 및 승객의 최대 하중으로부터 어느 정도의 스트레스를 차체가 받는지를 측정한 후 이 측정된 데이터를 기초로 적합한 구조 설계가 가능하게 된다.

그런데 이와 같이 철도차량의 차체에 대한 종래의 하중시험은 수작업 혹은 유압을 이용한 하중시험시스템에 의해 이루어졌다.

즉, 수작업에 의한 하중시험을 할 경우에 시험자가 10 내지 20kg의 웨이트블록(weight block)을 직접 차량에 적재하여 하중을 인가(이를 가하라 함)하였기 때문에 인력과 시간이 많이 소용되는 문제점이 있었고, 유압을 이용한 하중 가하장치에서는 하중 가하면적이 협소하여 등분포 하중을 가하기 어려웠고, 따라서 지그설치 및 정확한 수직 하중 가하가 힘든 문제점이 있었다. 특히, 정확한 수직하중을 가하지 못한 경우에 지그가 불안정하게 되는 문제점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따라 철도차량의 차체에 하중을 인가한 후 응력을 측정하기 위한 하중시험시스템는 제1도에 도시된 바와 같이, 차체(10)의 바닥에 공압을 인가하기 위한 복수개의 에어백(22-1,22-2,22-3,22-4)이 설치되고, 이 에어 백들이 팽창되는 것을 억제하여 공압이 차체의 바닥방향으로 인가되게 하는 반력지그(20)가 에어 백의 상단에 설치된다. 또한, 상기 에어 백에는 공기를 주입하기 위한 파이프가 비례변(24-1,24-2)과 연결되며, 이 비례변은 제어신호레 따라 공기탱크(25)로부터 인입되는 압축공기를 에어 백에 전달하고, 에어 백의 하단에는 차체에 인가되는 하중을 감지하기 위한 로드 셀(23-1,23-2)이 부착되고, 차체(10)의 여러 곳에 인가된 하중에 의한 응력을 감지하는 스트레인 게이지(12-1,12-2,12-3)가 설치된다. 이때 공기탱크(25)의 공기는 공기 압축기(26)에 의해 압축된 공기로서 비례변(24-1,24-2)을 통해 에어 백에 주입되어 차체에 공압을 인가하게 된다. 상기 스트레인 게이지(12-1,12-2,12-3)는 응력 측정시스템(50)에 연결되고, 로드 셀(23-1,23-2)은 하중제어시스템(30)에 연결되며, 컴퓨터(40)가 상기 응력 측정시스템(50)과 하중제어시스템(30)을 제어하여 전체 시험과정을 제어하도록 되어 있다.

제1도을 참조하면, 하중을 낮은 값부터 높은 값으로 단계적으로 증가시켜 가면서 각 단계별 하중값에 따른 응력을 측정하기 위하여 컴퓨터(40)는, 하중제어 시스템(30)에 설정될 하중치를 지령하고, 차체에 인가된 하중치가 지령치가 되면 응력측정시스템(50)에 응력측정을 지령한다. 이와 같이 각 하중치에 따라 측정된 응력값은 컴퓨터에 저장된다.

하중제어 시스템(30)은 제2도에 도시된 바와 같이, 입출력 유니트(32), 계산유니트(34), 디스플레이 유니트(36), 압축기 제어유니트(38)로 구성되어 컴퓨터(40)가 설정할 하중값을 지령하면 이를 입력받아 비례변(24)을 제어하여 차체에 하중을 인가하게 하고, 로드 셀(23)에 의해 인가되는 현재의 하중을 입력받으며 인가된 현재의 하중과 지령된 하중을 비교하여 인가된 현재의 하중이 지령된 하중이 되도록 비례변(24)을 피드백 제어한다.

응력측정시스템(50)은 제3도에 도시된 바와 같이, 스트레인 스캐너(52)와 데이터 로거(54)로 구성되어 컴퓨터(40)의 측정 지령에 따라 스트레인 게이지(12-1,12-2,12-3)에 의해 감지된 압력에 따른 저항변화를 스트레인 스캐너(52)가 읽어 응력값으로 산출하고, 이 산출된 응력값을 데이터 로거(54)가 데이터로 변환하여 자체에 저장하거나 컴퓨터(40)에 전달한다.

여기서 스트레인 스캐너(52)로는 Sanei 7901이 사용될 수 있고, 데이터 로거(54)로는 Sanei 7V08이 사용될 수 있다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 하중시험시스템의 시험과정을 자세히 설명하면 다음과 같다.

철도차량의 차체(10)에 대한 하중시험은 에어백(22-1,22-2,22-3,22-4)에 공기를 주입하여 공압에 의한 하중을 차체에 인가하는 가하단계와, 상기 가하단계에서 인가된 하중이 지령된 하중치가 되도록 공압인가수단을 제어하는 하중제어단계, 및 상기 공압에 의해 인가된 하중이 지령된 하중치가 되면, 차체에 설치된 응력감지센서를 이용하여 응력을 측정하는 응력측정단계로 이루어지고, 이러한 각 단계들을 하중치를 증가시키면서 순차적으로 반복하여 수행한다.

하중시험을 시작하기에 앞서 시험대상이 되는 철도차량의 차체(10)를 시험위치로 이동한 후 반력지그(20)를 설치한다. 이때 반력지그(20)의 하단에 에어백(22-1,22-2,22-3,22-4)이 부착되어 있고, 이 에어 백이 차체의 바닥을 누르도록 설치한다.

그리고 에어 백에 공기를 주입하기 위한 공압인가수단으로 공기압축기(26), 공기탱크(25), 비례변(24-1,24-2)이 설치되고, 이들은 파이프로 연결되어 공기가 압축된 공기가 전달될 수 있으며, 에어 백의 하단에 로드 셀(23-1,23-2)을 설치하고, 차체(10)에 응력을 감지하기 위한 스트레인 게이지(12-1,12-2,12-3)를 설치한다.

이와 같이 시험을 위한 구성이 이루어지면, 시험자의 조작에 의해 컴퓨터(40)가 하중제어시스템(30)에 설정될 하중치를 지령한다.

하중제어시스템(30)은 입출력 유니트(32)를 통해 지령 하중치를 입력받고, 계산 유니트(34)에서 현재의 하중치와 지령 하중치를 비교한 후 비례변(24-1,24-2)을 제어하기 위한 제어신호를 발생한다. 이때 압축기 제어유니트(38)가 공기압축기(26)를 온/오프하기 위한 신호를 공기압축기(26)로 출력하여 공기탱크(25)에 압축된 공기가 저장되게 하고, 계산 유니트(34)의 제어신호에 따라 비례변(24-1,24-2)이 공기 통로를 개폐하여 에어 백에 공기를 주입시킨다.

에어백(22-1,22-2,22-3,22-4)은 공기가 주입되면 팽창하게 되는데, 이때 반력지그(20)에 의해 상측으로의 팽창이 억제되므로 차체 바닥면으로 압력을 가하게 된다.

로드 셀(23-1,23-2)은 에어 백에 의해 차체에 인가되는 하중을 감지하게 되고, 이 하중 감지신호가 계산유니트(34)로 입력되어 현재의 하중을 측정하게 된다.

계산유니트(34)는 현재의 하중치와 지령된 하중치를 비교하여 현재의 하중치가 지령된 하중치가 되도록 비례변(24-1,24-2)에 보상치를 피드백하고, 그 보상치 및 현재의 하중치를 디스플레이 유니트(36)에서 직접 디스플레이하게 함과 아울러 입출력유니트(32)를 통해 컴퓨터(40)에 전달하게 한다.

이어서 현재의 하중치가 지령된 하중치에 도달하면, 컴퓨터(40)가 응력측정시스템(50)의 데이터 로거(54)를 통해 측정을 지령하고, 이에 따라 스트레인 스캐너(52)가 스트레인 게이지(12-1,12-2,12-3)를 통해 감지된 응력을 측정하고, 데이터 로거(54)가 이를 디지털 데이터로 변환한 후 컴퓨터(40)로 전달함과 아울러 그래프등으로 직접 출력한다.

이어서 컴퓨터가 새로운 하중치를 지령하게 되면, 이 새로운 하중치에 대한 상기 과정을 반복하여 새로운 하중치에 대한 응력을 측정하게 되고, 이 측정된 결과를 컴퓨터가 데이타로서 관리 및 통계처리한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량의 하중시험은 하중 가하면적을 에어 백의 크기만큼 넓힐 수 있고, 바닥면의 굴곡에 관계없이 수직/균일한 하중을 가할 수 있다.

더욱이 공압을 이용하므로 종래의 유압시스템에 비해 가볍고 기름의 누수 등이 없으므로 설치 및 유지보수가 용이하며, 컴퓨터에 의해 측정을 자동화할 수 있다.

Claims

철도차량의 차체에 하중을 인가한 후 차체의 응력을 측정하도록 된 철도차량의 시험시스템에 있어서, 상기 철도차량의 차체에 공압에 의해 하중을 인가하기 위한 에어백(22-1,22-2,22-3,22-4); 제어신호에 따라 상기 에어 백에 공기를 주입하기 위한 공압인가수단; 상기 에어 백의 팽창에 대한 반력을 제공하여 상기 에어 백의 팽창에 의한 압력이 차체측으로 인가되게 하는 반력지그(20); 상기 철도차량의 차체에 부착되어 차체에 인가되는 응력을 감지하기 위한 응력 감지수단; 상기 차체의 에어 백 하단에 설치되어 상기 공압에 의한 하중을 감지하기 위한 하중감지수단; 측정지령에 따라 상기 응력감지수단으로부터 감지된 응력을 측정하여, 그 결과를 데이터로 저장하는 응력측정장치(50); 지령된 하중이 차체에 인가되도록 상기 하중감지수단으로부터 감지된 현재의 하중의 정도를 검출한 후 상기 공압인가수단을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 하중제어장치(30); 및 상기 하중제어장치에 하중을 지령하고, 상기 응력측정장치에 측정을 지령하여 하중시험 전체의 과정을 순차적으로 제어하는 컴퓨터(40)로 구성되는 철도차량에 있어서 공압을 이용한 하중시험시스템.
제1항에 있어서, 상기 공압인가수단이 공기압축기(26)와, 상기 공기압축기에 의해 압축된 공기를 저장하기 위항 공기탱크(26), 제어신호에 따라 상기 공기탱크의 공기가 상기 에어 백에 주입되는 량을 제어하는 비례변(24-1,24-2)으로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량에 있어서 공압을 이용한 하중시험시스템.
제1항에 있어서, 상기 하중제어장치는 컴퓨터와 인터페이스를 위한 입출력유니트(32)와, 상기 입출력유니트를 통해 입력된 지령치와 상기 하중감지수단을 통해 감지된 하중치를 비교하여 보상치를 산출하는 계산유니트(34)와, 공기압축기를 제어하기 위한 압축기제어 유니트(38)로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량에 있어서 공압을 이용한 하중시험시스템.
철도차량의 차체 바닥에 에어 백을 설치하고, 이 에어 백이 팽창하는 것을 억제하기 위한 반력지그를 상기 에어 백의 상단에 설치하며, 상기 에어 백에 공압을 인가하기 위한 공압인가 수단이 구비된 철도차량의 하중시험시스템에 있어서, 상기 에어 백에 공기를 주입하여 공압에 의한 하중을 차체에 인가하는 가하단계; 상기 가하단계에서 인가된 하중이 지령된 하중치가 되도록 상기 공압인가수단을 제어하는 하중제어단계; 및 상기 공압에 의해 인가된 하중이 지령된 하중치가 되면, 차체에 설치된 응력감지센서를 이용하여 응력을 측정하는 응력측정단계를, 상기 차체에 인가되는 하중치를 증가시키면서 순차적으로 반복 수행하여 인가된 하중에 대응하는 응력측정 결과를 데이터로 구하는 철도차량에 있어서 공압을 이용한 하중시험시험방법.