KR100651188B1

KR100651188B1 - 도시철도차량 대차프레임 동응력 시험장치 및 방법

Info

Publication number: KR100651188B1
Application number: KR1020040116234A
Authority: KR
Inventors: 정종덕; 김정국; 김원경
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR20060077390A

Abstract

본 발명은 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정시험에 있어서, 도시철도차량 대차프레임에 취부된 스트레인게이지와; 상기 스트레인게이지에서 발생한 신호의 변형율을 증폭시키기 위한 증폭기와; 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 데이터로 변환시키는 데이터로거와; 상기 데이터로거에서 변환된 데이터를 저장하는 테이프레코더와; 상기 테이프레코터에서 저장된 데이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하는 데이터처리부와; 상기 테이터처리부에 의해 산출된 각종 데이터가 출력되는 출력부로 구성된 대차프레임 동응력 측정장치에 관한 것이다.

또한, 상기 측정장치를 이용하여 산출된 데이터를 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 산출하고 피로내구강도를 평가하는 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법에 관한 것이다.

대차프레임, 동응력, 피로내구강도, 피로내구수명

Description

도시철도차량 대차프레임 동응력 시험장치 및 방법 {A test-apparatus of dynamic stress in Bogie Frame for Urban Transit Vehicles and the method therefore}

도 1은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위한 시스템구성도

도 2는 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 대차프레임 상부에 스트레인게이지를 취부한 도면

도 3은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 대차프레임 하부에 스트레인게이지를 취부한 도면

도 4는 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 토크링크에 스트레인게이지를 취부한 도면

도 5는 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 모노링크에 스트레인게이지를 취부한 도면

도 6은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법의 흐름을 도시한 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 스트레인게이지 200 : 증폭기

300 : 데이터로거 400 : 데이터레코더

500: 데이터처리부 600 : 출력부

본 발명은 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 도시철도차량의 주행시 대차프레임에 스트레인게이지를 취하여 상기 대차프레임에 작용하는 수직하중, 비틀림하중, 좌우하중, 전후하중에 의한 동응력을 측정하는 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 도시철도차량이 실제 주행시 상기 측정장치를 이용하여 산출된 데이터를 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 산출하고 피로내구강도를 평가하는 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법도 포함하고 있다.

일반적으로, 대형수송수단으로 이용되고 있는 철도는 점진적으로 이용인원이 증가함에 따라 그 중요성이 확대되고 있으며, 전국적인 연결망을 갖도록 건설 또는 운영되고 있는바, 이와 같은 철도의 양적 팽창에 따라 철도의 이용자는 성능, 안정성, 쾌적성 및 기술력 확보 등 질적 서비스의 향상을 요구하고 있는 실정이다.

특히, 철도차량의 대차는 승객이나 화물을 싣는 차체를 지지하고 레일을 따라 이동하는 차륜이 고정되는 부분으로서, 철도차량용 대차는 차체의 하중을 지지 하고 여객, 열차의 안전, 주행성능 및 승차감에 지대한 영향을 미치는 핵심 구조부품이다. 대차를 이루는 대차프레임은 그 형상이 복잡하고 하중을 직접적으로 지지할 뿐만 아니라 하중조건도 정적하중 및 동적하중이 복합적으로 작용하고 있다.

한편, 종래의 대차프레임에 작용하는 하중을 측정하는 방법은 대차프레임에 작용하는 정하중을 측정하는 방법과 시험용 후레임에서 반복하중을 가하면서 동하중을 측정하는 방법이 있었다.

그러나, 대차프레임에 작용하는 정하중을 측정하는 방법은 실제 주행시 차량의 운용상태, 주행하는 선로조건, 차량에 적재된 하중조건에 따라 다양하게 변화되는 동적 특성을 반영하지는 못하였고, 시험용 후레임에서 반복하중을 가하면서 동하중을 측정하는 방법은 동하중에 관련된 시험규격이 없거나 시험하중조건의 연계성을 확보할 수 없는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 철도차량의 실제 주행시, 차량의 주행상황, 선로조건, 하중조건에 따라 다양하게 변하는동응력과 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적 등을 산출함으로써 피로내구강도를 평가하고, 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 계산할 수 있는 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 하고 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정장치는 도시철도차량 대차프레임에 취부된 스트레인게이지와; 상기 스트레인게이지에서 발생한 신호의 변형율을 증폭시키기 위한 증폭기와; 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 데이터로 변환시키는 데이터로거와; 상기 데이터로거에서 변환된 데이터를 저장하는 테이프레코더와; 상기 테이프레코터에서 저장된 데이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하는 데이터처리부와; 상기 테이터처리부에 의해 산출된 각종 데이터가 출력되는 출력부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스트레인게이지는 사이드프레임, 기어행거브라켓, TM브라켓, 트랜섬파이프, 트랜섬써포트, 모노링크브라켓, 제동브라켓, 모노링크, 토크링크에 취부되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 출력부는 오실로스코프(Oscilloscope)인 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명은 도시철도차량 대차 동응력 측정시험에 있어서, 주행시험전 도시철도차량 대차에 스트레인게이지를 취부하는 게이지부착단계와; 상기 스트레인게이지의 하중교정단계와; 상기 스트레인게이지로부터 발생한 데이터를 측정하는 데이터측정단계와; 상기 데이터측정단계에서 측정된 데이터를 데이터레코드에 저장하는 데이터저장단계와; 상기 데이터저장단계에서 저장된 테이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman 선도 등을 산출하는 데이터처리단계와; 상기 데이터처리단계에서 처리된 데이터를 출력하는 데이터출력단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법도 포함한다.

본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법은 상기 데이터처리단계에서 산출된 데이터를 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 산출하고 피로내구강도를 평가하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 동응력 측정시험방법은 공차상태로 시험하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 동응력 측정시험방법은 만차상태로 시험하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위한 시스템구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 대차프레임 상부에 스트레인게이지를 취부한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 대차프레임 하부에 스트레인게이지를 취부한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 토크링크에 스트레인게이지를 취부한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정을 위해 모노링크에 스트레인게이지를 취부한 도 면이고, 도 6은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법의 흐름을 도시한 도면이다.

우선, 상기 대차프레임에 스트레인게이지(100)를 취부하는데, 상기 스트레인게이지(100)는 구조해석 및 정하중 시험시 취부된 위치를 기준으로 하여 고응력의 작용이 예상되는 부위에 설치하는 것이 바람직한데, 대차프레임의 동응력을 측정하는 본 발명의 목적에 부합하는 한 스트레인게이지(100)의 부착위치와 부착갯수는 상황에 따라 변동될 수 있음은 물론이다.

이에 따라, 본 발명의 스트레인게이지(100)를 부착하는 위치는 도 2에 도시된 바와 같이, 대차프레임의 상부에는 기어행거브라켓 상단(7), TM브라켓 상단(2, 5, 6), 트랜섬서포트 상단(3,4) 에어스프링 시트 옆의 사이드프레임(1)에 취부되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 대차프레임의 하부에는 트랜섬서포트 하단(11, 17), 모노링크브라켓 끝단(12), 모노링크브라켓 안쪽면(13), 모노링크브라켓 패드 끝단(14), TM브라켓 하단 중앙부(15), TM브라켓 하단 (16), 기어행거브라켓 하단(10), 제동브라켓 중앙 하단(8), 제동브라켓 끝 하단(9), 제동브라켓 볼트부(18)에 취부하며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 토크링크(20, 21)와 모노링크(19)에도 취부한다.

한편, 에어스프링 시트 옆의 사이드프레임(1)에 취부된 스트레인게이지(100)는 수직하중, 전후하중, 좌우하중을 측정하고, 모노링크브라켓(12, 13, 14)에 취부 된 스트레인게이지(100)는 전후하중을 측정하며, 트랜섬서포트(3, 4, 11, 17)에 취부된 스트레인게이지(100)는 좌우하중을 측정한다.

또한, TM브라켓(2, 5, 6, 15, 16)에 취부된 스트레인게이지(100)는 모터의 동하중을 측정하고, 기어행거브라켓(7, 10)에 취부된 스트레인게이지(100)는 구동기어 반력하중을 측정하며, 제동브라켓(8, 9, 18)에 취부된 스트레인게이지(100)는 제동하중을 측정하게 된다.

상술한 바와 같이 상기 스트레인게이지(100)의 취부위치, 취부갯수 및 측정하고자 하는 하중의 종류는 시험목적에 적합하게 조절할 수 있음은 물론이다.

한편, 도시철도차량이 실제로 선로상을 주행할 때 상기와 같이 대차프레임에 상부 및 하부에 취부된 스트레인게이지(100)로부터 감지된 미세한 파형의 변형율을 증폭하기 위하여 차량 내부 등에 증폭기(200)가 설치된다.

상기 데이터로거(300)는 상기 증폭기(200)에 증폭된 변형율 등을 데이터로 변환하고, 변환된 데이터를 저장하기 위하여 테이프레코더(400)를 사용한다.

또한, 본 발명은, 상기 테이프레코더(400)에 저장된 데이터와 대차프레임의 소재 물성치를 기초로 응용프로그램 또는 분석프램그램을 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하는 데이터처리부(500)를 구비하고, 상기 데이터처리부(500)에서 산출된 데이터를 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 산출하고 피로내구강도를 평가하게 된다.

한편, 상기 테이터처리부(500)에 의해 산출된 각종 데이터가 출력되는 출력 부(600)가 필요한데, 상기 출력부(600)는 응력진폭비교, 변동응력 파형측정, 응력파형 카운팅 등을 시각적으로 비교분석할 수 있도록 오실로스코프(Oscilloscope)로 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 6에 따르면, 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법은, 주행시험전 도시철도차량 대차에 스트레인게이지를 취부하는 게이지부착단계(S100)와; 상기 스트레인게이지의 하중교정단계(S200)와; 상기 스트레인게이지로부터 발생한 데이터를 측정하는 데이터측정단계(S300)와; 상기 데이터측정단계에서 측정된 데이터를 데이터레코드에 저장하는 데이터저장단계(S400)와; 상기 데이터저장단계에서 저장된 테이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하는 데이터처리단계(S500)와; 상기 데이터처리단계에서 처리된 데이터를 출력하는 데이터출력단계(S600)와; 본 발명에 따른 도시철도차량 대차 동응력 측정방법은 상기 데이터처리단계에서 산출된 데이터를 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 산출하고 피로내구강도를 평가하는 단계(S700)로 이루어진다.

게이지부착단계(S100)는 주행 중 대차프레임에 가해지는 수직하중, 전후하중, 좌우하중 등을 측정하기 위한 예비단계인데, 상술한 바와 같이, 상기 스트레인 게이지(100)는 구조해석 및 정하중 시험시 취부된 위치를 기준으로 하여 고응력의 작용이 예상되는 부위에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 게이지부착단계(S100)를 통해 스트레인게이지(100)를 대차프레임의 상부 및 하부에 부착한 후에는 스트레인게이지(100)가 실제 동응력 측정시험 중 정확한 데이터를 측정할 수 있도록 피로내구강도 및 피로내구수명을 정확하게 평가하기 위하여 하중교정단계(S200)를 거칠 필요가 있는데, 상기 하중교정단계(S200)는 일정한 수직하중, 좌우하중, 전후하중 등 측정하고자 하는 동응력에 상당하는 하중을 순차적으로 가하면서 해당 스트레인게이지(100)가 선형적인 출력값을 나타내는 것을 확인하는 것으로 족하다.

상술한 게이지부착단계(S100)와 하중교정단계(S200)를 거친 후에는 비로서 실제 주행 중 상기 스트레인게이지로부터 발생한 데이터를 측정하는 단계(S300)를 거치고, 상기 데이터측정단계(S300)에서 상기 스트레인게이지(100)로부터 발생한 데이터를 테이프레코더(400)에 저장하는 데이터저장단계(S400)를 거친다.

이후, 데이터처리단계(S500)에서는 상기 데이터저장단계(S400)에서 저장된 테이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하고, 이러한 산출값을 출력하는 데이터출력단계(S600)로 이어진다.

마지막으로, 상기 데이터출력단계(S600)에서 출력된 각각의 동응력과 대차프레임의 소재 물성치 등을 종합적으로 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구 수명을 산출하고 피로내구강도를 평가(S700)함으로써, 본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정단계를 종료하게 된다.

본 발명에 따른 도시철도차량 대차프레임 동응력 측정방법은 공차상태 및 만차상태로 각각 수행함으로써 차량에 적재된 하중조건에 따른 측정값의 변화를 예측, 확인하는 것이 바람직하다.

상기 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 철도차량 주행시 휠과 레일간의 상호작용 및 차체에 의하여 반복적으로 발생되는 동응력을 실제 주행상태에서 측정하여 측정된 데이터의 분석을 통하여 대차의 피로내구강도 및 피로내구수명을 예측할 수 있다.

아울러 이러한 정밀한 측정장치 및 방법을 통하여 철도차량 제작자에게는 보다 양질의 철도차량을 생산하게 할 수 있고 철도의 이용자에게는 안정성과 신뢰성을 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

도시철도차량 대차 동응력 측정시험에 있어서,

도시철도차량 대차프레임에 취부된 스트레인게이지(100)와;

상기 스트레인게이지(100)에서 발생한 신호의 변형율을 증폭시키기 위한 증폭기(200)와;

상기 증폭기(200)에서 증폭된 신호를 데이터로 변환시키는 데이터로거(300)와;

상기 데이터로거(300)에서 변환된 데이터를 저장하는 테이프레코더(400)와;

상기 테이프레코터(400)에서 저장된 데이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하는 데이터처리부(500)와;

상기 테이터처리부(500)에 의해 산출된 각종 데이터가 출력되는 출력부(600)로 구성되되,

상기 스트레인게이지(100)는 사이드프레임, 기어행거브라켓, TM브라켓, 트랜섬파이프, 트랜섬써포트, 모노링크브라켓, 제동브라켓, 모노링크, 토크링크에 취부되는 것을 특징으로 한 도시철도차량 대차프레임 동응력 시험장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 출력부(600)는 오실로스코프(Oscilloscope)인 것을 특징으로 하는 도시철도차량 대차프레임 동응력 시험장치.
도시철도차량 대차 동응력 측정시험에 있어서,

주행시험전 도시철도차량 대차에 스트레인게이지(100)를 취부하는 게이지부착단계와(S100);

상기 스트레인게이지(100)의 하중교정단계(S200)와;

상기 스트레인게이지(100)로부터 발생한 데이터를 측정하는 데이터측정단계(S300)와;

상기 데이터측정단계(S300)에서 측정된 데이터를 데이터레코더(400)에 저장하는 데이터저장단계(S400)와;

상기 데이터저장단계(S400)에서 저장된 테이터와 소재 물성치를 이용하여 응력진폭과 평균응력, 피로손상누적, 하중파형 사이클계산, Goodman선도 등을 산출하는 데이터처리단계(S500)와;

상기 데이터처리단계(S500)에서 처리된 데이터를 출력하는 데이터출력단계(S600)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도시철도차량 대차프레임 동응력 시험방 법.
제 4 항에 있어서,

상기 데이터처리단계(S500)에서 산출된 데이터를 분석하여 연평균 주행거리를 감안한 피로내구수명을 산출하고 피로내구강도를 평가하는 단계(S700)를 더 포함하는 것은 특징으로 하는 도시철도차량 대차프레임 동응력 시험방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 동응력 측정시험방법은 공차상태로 시험하는 것을 특징으로 하는 도시철도 대차프레임 동응력 시험방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 동응력 측정시험방법은 만차상태로 시험하는 것을 특징으로 하는 도시철도 대차프레임 동응력 시험방법.