KR100523567B1 - Horizontal Load Tester for Air Spring - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량용 공기스프링(Air Spring)의 강성 및 내구성 시험을 위한 시험장치에 관한 것이다.The present invention relates to a test apparatus for testing the rigidity and durability of the air spring (Air Spring) for railway vehicles.
본발명은 공기스프링 장착베드(40)상부에 장착된 공기탱크(11)와; 상기 공기탱크(11)의 상부에 결합되어 상기 공기탱크(11)로부터 압축공기가 유입되어 일정압력이 충전되는 공기스프링(10)과; 상기 공기스프링(10)상에 수평방향으로 이동되는 구동롤러(22)를 구비하는 왕복운동장치(21)와; 상기 왕복운동장치(21)의 구동롤러(22)에 의해 지지되어 상기 공기스프링(10)에 소정의 수직하중이 작용하는 곡선레일(27)과; 기저면을 구성하는 공기스프링 장착베드(40) 측면에 연장되어 고정 장착된 지지베드(41)와; 상기 지지베드(41)상에 장착된 실린더 지지장치(42)에 의해 고정된 지지힌지(33)와 함께 고정되고, 상기 왕복운동장치와 연결된 하중입력로드(31)을 구비하는 유압실린더(30)와; 하중압에 의해 상기 공기스프링(10)의 공기압 변화에 따라 상기 왕복운동장치(21)와 상기 유압실린더(30)를 수평 조정하기 위한 높이조정장치(35)로 구성되는 것이 특징이다. The present invention is an air tank 11 mounted on the air spring mounting bed 40; An air spring (10) coupled to an upper portion of the air tank (11) to which compressed air flows from the air tank (11) to fill a predetermined pressure; A reciprocating device (21) having a driving roller (22) moved horizontally on the air spring (10); A curved rail 27 supported by the driving roller 22 of the reciprocating device 21 and having a predetermined vertical load applied to the air spring 10; A support bed 41 extended and fixed to the side surface of the air spring mounting bed 40 constituting the base surface; A hydraulic cylinder 30 fixed with a support hinge 33 fixed by a cylinder support device 42 mounted on the support bed 41 and having a load input rod 31 connected to the reciprocating device. Wow; It is characterized by consisting of a height adjusting device 35 for horizontally adjusting the reciprocating device 21 and the hydraulic cylinder 30 in accordance with the change in the air pressure of the air spring 10 by the load pressure.
Description
본 발명은 철도차량용 공기스프링(Air Spring)의 강성 및 내구성 시험을 위한 시험장치에 관한 것이다.The present invention relates to a test apparatus for testing the rigidity and durability of the air spring (Air Spring) for railway vehicles.
일반적으로, 시편 및 부품의 기계적 물성시험 및 내구성시험은 수직하중이 작용하는 유압식 범용시험기가 흔히 사용된다. 이러한 유압식 시험기들은 10㎏이하의 작은 용량부터 10톤 이상의 큰 용량까지 여러 종류가 있으며, 구조물용으로 만들어진 20톤 이상의 시험기는 큰 문제없이 공기 스프링의 수직방향 시험을 수행할 수 있다.In general, the mechanical property test and the durability test of specimens and components are commonly used hydraulic general purpose tester with vertical load. These hydraulic testers come in many varieties, ranging from small capacities of less than 10 kg to large capacities of more than 10 tonnes, and more than 20 tonnes of testers made for structures can perform vertical testing of air springs without major problems.
공기스프링은 큰 댐핑 특성 때문에 철도 차량의 현가장치로 널리 활용되고 있으며, 앞으로도 많은 적용이 예상되는 중요 현가 장치 부품이다. 철도차량의 공기스프링은 차체와 대차 프레임 사이에 장착되어 차량 운행중에 외부로부터 전달되는 진동 및 소음을 감쇄시켜 승차감을 향상시켜 주는 역할을 수행하는 부품이다. Air spring is widely used as a suspension device for railway vehicles because of its large damping characteristics, and it is an important suspension component that is expected to be applied in the future. An air spring of a railroad car is a part that is mounted between the body and the bogie frame to improve the riding comfort by attenuating vibration and noise transmitted from the outside while the vehicle is running.
공기스프링에 전달되는 외부하중은 수직과 수평방향 하중에 있으며, 수직방향 하중은 주로 궤도면의 상하방향 요철과 상하방향 진동에 의해 발생되며, 수평방향 하중은 곡선로 주행 및 가감속 시에 발생된다.The external load transmitted to the air spring is in the vertical and horizontal loads, and the vertical load is mainly generated by the up and down unevenness of the track surface and the up and down vibration, and the horizontal load is generated when driving and accelerating with a curve. .
공기스프링은 수직과 수평방향으로 적절한 강성을 지녀야만 제기능을 수행할 수 있으며, 각 방향 하중에 대한 내구성 평가를 통하여 제품의 신뢰성을 확보하게 된다.Air springs can only perform proper functions when they have proper rigidity in the vertical and horizontal directions, and the reliability of the product is secured through the durability evaluation of the load in each direction.
공기스프링의 수직방향 강성시험 및 내구성 시험은 유압식 범용시험기로서 가능하지만 공기 스프링의 수평방향의 하중을 시험하기 위해서는 별도의 장치가 더 요구된다. 즉, 큰 변위로 가진하며, 곡선로 주행을 재현하여야 하는 수평방향시험은 일반적인 범용시험기로 시험이 불가능하여 이러한 환경에 맞는 전용 시험장치가 필요하게 된다.Vertical stiffness and durability tests of air springs are possible with hydraulic general purpose testers, but additional equipment is required to test the horizontal load of the air springs. That is, the horizontal direction test, which has a large displacement and must reproduce the driving in a curved line, cannot be tested by a general general purpose tester, and thus a dedicated test apparatus for such an environment is required.
수평방향 시험은 수직방향 하중이 가해진 상태에서 수평방향으로 왕복운동을 수행하여야 하므로 고정부위와 공기스프링 사이에 상대운동이 가능한 장치가 필요하며, 통상 구동롤러와 측면지지베어링이 사용된다. 시험 중에 구동롤러는 곡선로 주행에 따라 접촉부위에서 국부적으로 미끄럼 현상으로 인한 접촉피로 및 마모 현상을 피할 수 없으며, 또한 국부적인 미끄럼 운동으로 인해 마찰력 증가로 수평방향 하중 측정값에도 큰 오차가 생기는 문제점이 있어 신뢰성이 떨어진다.The horizontal test requires a device capable of relative movement between the fixed part and the air spring because the reciprocating motion is to be carried out in the horizontal direction under a vertical load, and drive rollers and side bearings are usually used. During the test, the driving roller cannot avoid contact fatigue and abrasion due to local sliding at the contact area as the curved road runs, and also a large error occurs in the horizontal load measurement due to increased frictional force due to local sliding movement. There is less reliability.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 곡선레일의 곡률을 고려한 경사진 구동롤러를 사용하여 공기스프링의 상대운동에 따른 마찰력을 최소화하고 로드셀로 측정되는 하중값의 신뢰성을 꾀하고, 곡선레일과 측면지지베어링을 사용하여 곡선로 가진이 가능하도록 하며, 시험장치의 피로파손을 방지한 공기스프링의 수평방향 시험장치를 제공하는데 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to minimize the frictional force caused by the relative movement of the air spring by using the inclined drive roller considering the curvature of the curved rail, and the load measured by the load cell. It aims to provide the reliability of the value, to enable the excitation of the curve by using the curved rail and the side support bearing, and to provide a horizontal test apparatus for the air spring which prevents fatigue damage of the test apparatus.
본 발명의 다른 목적은 곡선로 주행을 정확히 하고 하중 및 변위 측정값의 신뢰성을 꾀하기 위하여 유압실린더의 양단에 실린더 지지힌지를 설치한 공기스프링의 수평방향 시험장치를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a horizontal test apparatus for an air spring provided with cylinder support hinges at both ends of a hydraulic cylinder in order to accurately travel in a curve and to achieve reliability of load and displacement measurements.
본 발명에 따른 공기스프링의 수평방향 시험장치는 곡선운동을 구현하는 장치는 크게 하중을 지지하는 구동롤러와 일정한 곡선내에서 운동을 유도하는 측면 지지베어링 그리고 곡선방향을 유도하도록 하중을 전달하는 면을 갖는 곡선레일로 구성하되, 상기 곡선레일의 면으로 구동롤러와 접촉되는 면과 일정한 곡선을 유도하도록 구성하고, 구동롤러는 원할한 곡선운동이 가능하도록 테이퍼 형상으로 구성함으로서 달성되어질 수 있다.In the horizontal direction test apparatus of the air spring according to the present invention, a device for implementing a curved motion includes a driving roller for largely supporting a load, a side support bearing for inducing a motion within a constant curve, and a surface for transmitting a load to induce a curved direction. Consists of a curved rail having, the surface is in contact with the drive roller to the surface of the curved rail is configured to induce a constant curve, the drive roller can be achieved by configuring in a tapered shape to enable a smooth curve movement.
구동롤러는 직접적인 하중이 작용하므로 15톤의 하중을 지지할 수 있는 설계되는 것이 바람직하며, 회전곡률의 크기(반경)에 따라 구동롤러의 구배각도(taper angle)가 결정된다. Since the driving roller acts as a direct load, it is preferable that the driving roller is designed to support a load of 15 tons, and the taper angle of the driving roller is determined according to the size (radius) of the rotational curvature.
본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 따른 공기스프링에 수평방향의 가진을 시험하기 위한 유압실린더의 시험장치를 보여주는 일측단면도가 예시되어 있으며, 도 2는 본 발명에 따른 공기스프링의 수평방향 가진 시험장치의 종단면도를 나타낸다. 도 3에는 도 2에 도시된 유압실린더 작동장치의 작동상태를 단면도로 예시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 곡선레일 및 구동롤러의 작동상태를 보여주는 단면도이다.1 is a sectional side view showing a test apparatus of a hydraulic cylinder for testing a horizontal excitation in the air spring according to the present invention, Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of a horizontal excitation test apparatus of the air spring according to the present invention Indicates. 3 is a cross-sectional view illustrating an operating state of the hydraulic cylinder operating device shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing an operating state of the curved rail and the driving roller according to the present invention.
도면에서 알 수 있는 바와 같이 시험기의 공기스프링 장착베드(40)상단에 공기탱크(11)가 장착된다. 공기탱크(11)에서 압축공기가 공기 스프링(10)으로 유입되어 일정압력이 공기스프링(10)내에 충전되며, 충전된 공기스프링(10)에는 곡선레일(27)과 구동롤러(22)를 통해 일정한 하중이 수직방향으로 작용한다.As can be seen in the figure, the air tank 11 is mounted on the top of the air spring mounting bed 40 of the tester. Compressed air from the air tank (11) flows into the air spring (10) and a predetermined pressure is filled in the air spring (10), the filled air spring (10) through the curved rail 27 and the driving roller (22) Constant load acts in the vertical direction.
시험기의 공기스프링 장착베드(40) 측면에 측면 실린더 지지용 지지베드(41)가 설치되며, 측면 실린더 지지베드(41) 상단에 장착되는 실린더 지지장치(42)에 의해 실린더 지지힌지(33)가 고정된다. 실린더 지지힌지(33)는 유압실린더(30)와 함께 장착되어 있다.The side cylinder support support bed 41 is installed on the side of the air spring mounting bed 40 of the tester, and the cylinder support hinge 33 is provided by the cylinder support device 42 mounted on the upper side of the side cylinder support bed 41. It is fixed. The cylinder support hinge 33 is mounted together with the hydraulic cylinder 30.
공기스프링(10)의 공기압 변화에 따른 높이 변화를 보정하기 위해 유압실린더 높이조정장치(35)의 핸들을 조정하여 높이를 변화시킬 수 있도록 하였다.In order to correct the height change according to the air pressure change of the air spring 10, the height of the hydraulic cylinder height adjusting device 35 is adjusted by adjusting the handle.
유압실린더(30)에서 설정된 주기로 반복하중을 부여한다. 반복하중은 하중입력로드(31)를 통해 왕복운동장치(21)에 반복하중을 전달한다. 왕복운동장치(21)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 하단에 공기스프링(10)이 장착되었으며 상단에 두 개의 구동롤러(22)와 여섯 개의 측면지지베어링(26)이 장착되어 있다.The repetitive load is given at a cycle set in the hydraulic cylinder 30. The repeated load transfers the repeated load to the reciprocating device 21 through the load input rod 31. 2 and 4, the reciprocating device 21 is equipped with an air spring 10 at the bottom and two driving rollers 22 and six side support bearings 26 at the top.
왕복운동장치(21)의 운동은 `ㄷ`자형의 곡선레일(27)내에서 작동되며, 슬롯을 따라 왕복운동하도록 되었으며, 두 개의 구동롤러(22)에 의해 수직하중을 전달하도록 되어 있다. 이 때 구동롤러(22)의 하부에는 지지하기 위한 구동롤러 지지구(24)가 구동롤러(2)를 지지하여 구동롤러(22)가 하부로 밀리지 않고 유압실린더(30)의 직선운동을 구동롤러(22)의 곡선운동으로 변환하도록 하며, 또한, 구동롤러(22)는 두 개의 힌지(구동힌지(32), 지지힌지(33))에 의해 원활한 운동이 가능하게 된다. 여기서, 유압실린더(30)의 직선운동을 구동롤러(22)의 곡선운동으로 변환하는 과정은 먼저, 유압실린더(30)가 직선으로 왕복운동을 한다. 이 때 지지힌지(33)는 실린더 지지장치(42)에 장착되고 일측은 유압실린더(30)에 장착되어 좌우로 흔들리지 않게 고정된다. 이 때, 유압실린더(30)의 일측은 구동힌지(32)가 연결되어 동일선상에서 움직이게 되고, 실린더(30)에서 연장되어 같이 왕복운동하는 왕복운동장치(21)가 왕복운동을 하게 되며, 왕복운동장치(21)의 상부에 위치하여 왕복운동장치(21)와 연동하여 회전운동하는 원판형의 여섯 개의 측면 지지구(25)가 연동하여 회전운동하며, 곡선형태로 구성된 구동롤러(22)가 측면 지지구(25)의 회전에 따라 곡선면을 이동하면서, 곡선운동으로 변환되어 동작하게 된다. The movement of the reciprocating device 21 is operated in the curved rail 27 of the 'c' shape, is to reciprocate along the slot, it is to transmit the vertical load by the two drive rollers (22). At this time, a driving roller supporter 24 for supporting the driving roller 22 supports the driving roller 2 at the lower portion of the driving roller 22 so that the driving roller 22 is not pushed downward and the linear movement of the hydraulic cylinder 30 is driven. In addition, the driving roller 22 can be smoothly moved by two hinges (the driving hinge 32 and the supporting hinge 33). Here, in the process of converting the linear motion of the hydraulic cylinder 30 to the curved motion of the driving roller 22, the hydraulic cylinder 30 reciprocates in a straight line. At this time, the support hinge 33 is mounted to the cylinder support device 42 and one side is mounted to the hydraulic cylinder 30 is fixed so as not to shake left and right. At this time, one side of the hydraulic cylinder 30 is connected to the drive hinge 32 is moved on the same line, the reciprocating device 21 is extended from the cylinder 30 to reciprocate together to reciprocate, reciprocating The six side supporters 25 of a disc shape, which are located on the upper part of the device 21 and rotate in conjunction with the reciprocating device 21, interlock and rotate, and the driving roller 22 formed in a curved shape has a side surface. While moving the curved surface in accordance with the rotation of the support 25, it is converted into a curved motion to operate.
상기한 유압실린더(30)를 소정의 압력으로 수평방향에서 전진 혹은 후진시킴으로써, 왕복운동장치(21)가 상부에서 하중이 가해진 상태에서 수평방향으로 이동하게 된다.By advancing or retracting the hydraulic cylinder 30 in the horizontal direction at a predetermined pressure, the reciprocating device 21 is moved in the horizontal direction in the state where a load is applied from the top.
상기한 바와 같은 본 발명의 시험장치를 통해 수평하중에 대하여 실험을 위한 준비과정으로, 시험기의 공기스프링 장착베드(40)상단에 장착된 공기스프링(10)에 일정한 압력을 주입한다. 공기스프링(10)에 압력이 충전되면, 공기스프링(10)의 내압에 의해 팽창되며, 공기스프링(10)의 높이가 변화된다.In the preparation process for the experiment with respect to the horizontal load through the test apparatus of the present invention as described above, a constant pressure is injected into the air spring 10 mounted on the top of the air spring mounting bed 40 of the tester. When the pressure is filled in the air spring 10, it is expanded by the internal pressure of the air spring 10, the height of the air spring 10 is changed.
공기스프링(10)의 내압으로 높이가 변화되며, 왕복운동장치(21) 및 곡선레일(27)이 동시에 상승하게 된다. 왕복운동장치(21)와 유압실린더(30)를 수평으로 조정하기 위해 유압실린더 높이조정장치(35)를 회전시켜 수평이 되도록 조정해 준다.The height is changed by the internal pressure of the air spring 10, the reciprocating device 21 and the curved rail 27 is raised at the same time. In order to horizontally adjust the reciprocating device 21 and the hydraulic cylinder 30, the hydraulic cylinder height adjusting device 35 is rotated and adjusted to be horizontal.
실린더의 작동을 반복적으로 3∼4회 부여한 후, 구동롤러 베어링(23)과 측면지지 베어링(26)이 곡선레일(27)과 접촉이 원활히 이루어 졌는가를 확인한다. 또한 실린더 작동에 따른 공기스프링(10)의 내압 변동사항 및 로드셀(34)의 하중신호를 확인하여 정상적인 작동유무를 확인한다.After repeating the operation of the cylinder three to four times, it is checked whether the driving roller bearing 23 and the side support bearing 26 are in contact with the curved rail 27 smoothly. In addition, by checking the change in the internal pressure of the air spring 10 and the load signal of the load cell 34 according to the operation of the cylinder to confirm the normal operation.
[시험][exam]
상기 내용의 확인사항에 문제가 없으면, 컴퓨터에 의해 유압실린더(30)를 작동시킨다. 유압실린더(30)는 실험목적에 설정된 속도 및 변위로 일정한 회수만큼 반복적으로 작동되고, 이때 컴퓨터의 계측장비를 통해 로드셀(34)에 감지된 유압실린더의 압력변화 및 실린더의 하중변화를 측정한다.If there is no problem with the above check, the hydraulic cylinder 30 is operated by a computer. The hydraulic cylinder 30 is repeatedly operated by a predetermined number of times at a speed and displacement set for the purpose of the experiment, and at this time, the pressure change of the hydraulic cylinder and the load change of the cylinder sensed by the load cell 34 through the measurement equipment of the computer.
[시험 후 평가][Evaluation after test]
장시간 반복적인 피로사이클이 공기스프링(10)에 작용하면, 공기스프링(10)의 내압이 감압된다. 실험을 통해서 반복하중의 사이클 수와 변위에 따른 감압량을 평가할 수 있으며, 이는 실제로 적용되는 실차의 에어스프링 압력충전 시간을 계산할 수 있다.When a long repeated fatigue cycle acts on the air spring 10, the internal pressure of the air spring 10 is reduced. Through experiments, it is possible to evaluate the decompression amount according to the number of cycles and displacement of the cyclic load, which can calculate the air spring pressure charge time of the actual vehicle.
수평방향의 하중을 받는 공기스프링(10)은 반복적인 하중에 의해 공기스프링(10)과 금속의 접합부분에서 마찰이 발생되며, 반복적인 마찰하중에 의해 공기스프링(10) 표면에서 마모가 발생된다.The air spring 10, which is loaded in the horizontal direction, generates friction at the joint between the air spring 10 and the metal by repeated loads, and wear occurs on the surface of the air spring 10 by repeated frictional loads. .
즉, 반복적인 피로시험에 의한 공기스프링(10)의 마모면과 마모량을 관찰할 수 있으며, 공기스프링(10)의 설계변경 및 설치위치등을 가장 바람직하게 조정할 수 있게 됨으로 철도차량과 같이 고중량에 설치되는 공기스프링(10)의 내구성 및 성능을 조건을 충족시킬 수 있게 되는 것이다.That is, the wear surface and the wear amount of the air spring 10 can be observed by repeated fatigue test, and the design change and the installation position of the air spring 10 can be adjusted most preferably, so that the heavy weight of the air spring 10 can be adjusted. Durability and performance of the installed air spring 10 will be able to meet the conditions.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 공기스프링의 수평하중시험을 위한 장치를 개발한 것이다.As described above, the present invention is to develop a device for the horizontal load test of the air spring.
큰 하중의 수직하중을 지지하며, 원할한 수평곡선운동이 가능하도록 구성하였다. 본 발명으로 인해 철도차량의 현가장치로 장착되는 공기스프링의 수명 및 성능평가시험을 수행할 수 있으며. 특히 곡선운동을 고려한 시험이 가능하다. 기존의 범용시험기를 변형한 것에 비해 효과적이다. 또한 곡선레일과 구동레일과 구동롤러베어링의 형상을 변형하면 다양한 곡선조건에서 실험이 가능하다.It is designed to support the vertical load of large loads and to enable smooth horizontal curve movement. Due to the present invention it is possible to perform the life and performance evaluation test of the air spring mounted with the suspension of the railway vehicle. In particular, the test considering the curved motion is possible. It is more effective than the modification of the existing general purpose tester. In addition, if the shape of curved rail, driving rail and driving roller bearing is deformed, it is possible to experiment under various curve conditions.
도 1은 본 발명에 따른 공기스프링에 수평방향의 가진을 시험하기 위한 유압실린더의 시험장치를 보여주는 일측단면도,1 is a cross-sectional side view showing a test apparatus of a hydraulic cylinder for testing a horizontal excitation in the air spring according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 공기스프링의 수평방향 가진 시험장치의 종단면도,Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of the test device having a horizontal direction of the air spring according to the present invention,
도 3은 도 2의 유압실린더 작동장치를 보여주는 작동상태의 단면도,3 is a cross-sectional view of the operating state showing the hydraulic cylinder operating device of FIG.
도 4는 본 발명에 따라 곡선레일 및 구동롤러의 작동상태를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing an operating state of the curved rail and the driving roller according to the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10: 공기스프링 11:공기탱크10: air spring 11: air tank
21:왕복운동장치 22:구동롤러21: reciprocating exercise device 22: drive roller
23:구동 롤러 베어링 24:구동 롤러 지지구23: drive roller bearing 24: drive roller support
25:측면 지지구 26:측면지지 베어링25: side support 26: side support bearing
30:유압실린더 31:하중입력로드30: Hydraulic cylinder 31: Load input rod
32:구동힌지 33:실린더 지지힌지32: Drive hinge 33: Cylinder support hinge
35:유압실린더 높이조정장치 40:공기스프링 장착베드35: hydraulic cylinder height adjusting device 40: air spring mounting bed
41:지지베드 42:실린더 지지장치41: support bed 42: cylinder support device
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