KR100997662B1

KR100997662B1 - 궤간 변환 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR100997662B1
Application number: KR1020080085237A
Authority: KR
Inventors: 강동훈; 장승호
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-12-02
Also published as: WO2010024502A1; RU2011107142A; RU2492062C2; KR20100026285A

Abstract

본 발명은 궤간 변환 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 지상변환 설비의 레일을 다수의 센서 라인으로 구분하고, 상기 다수의 센서 라인에 다수의 센서가 부착되는 센서부와, 상기 센서부에서 계측되는 감지신호를 입력받아 디지털 신호를 처리하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 디지털 신호 처리된 감지신호를 근거로 현재 궤간 변환 정보를 확인하여 궤간 가변 장치의 정상 작동 유무, 오류 발생 여부를 감시하는 모니터링부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 철도 차량이 진행할 때 각 레일에 작용하는 응력 상태의 변화를 센서를 통해 계측하여 관리자에게 궤간 변환 과정을 화면 출력함으로써 현재 궤간 변환 과정의 진행 상태를 파악할 수 있고, 궤간 변환 중 발생 가능한 오작동 등에 대한 판별 및 경고가 가능해질 수 있으며, 지상변환 설비를 통과하는 차량의 종류를 자동으로 인식함으로써 자동화된 궤간 변환을 수행할 수 있는 지상변환 설비의 구축이 가능해질 수 있다.

궤간 가변 시스템, 지상 변환 설비, 궤간 가변 열차, 변형률 센서, 변위 센서,

Description

궤간 변환 모니터링 시스템{System for monitoring of Gauge-changeable Wheelset }

본 발명은 궤간 변환 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 궤간 변환을 위한 지상 변환 설비에서 철도 차량의 궤간 변환 상황을 모니터링 할 수 있는 궤간 변환 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도는 자동차, 비행기, 선박 등과 더불어 사람들의 생활을 편리하게 하는 중요한 교통수단의 일분야로서, 이러한 철도는 복잡한 산업사회에 있어 지역과 지역간을 연결하는 대규모 운송수단으로서 매우 유용하게 이용되고 있다.

또한, 철도는 산업사회의 발전과 함께 그 기술력 또한 점진적으로 고속화, 첨단화, 세계화되고 있는 실정인데, 근래에는 한정된 국가(영토) 내에서 지역과 지역을 연결하는 단거리 노선의 범위를 벗어나, 나라와 나라 또는 대륙과 대륙을 횡단 연결하는 국제화된 장거리 철도차량 노선이 구축되고 있는 현실이다.

대륙철도 수송이 활성화될 경우에 물류비와 수송시간이 대폭 절감되기 때문 에 세계 각국은 시장선점을 위해 국가적 차원의 외교적 노력과 기술개발에 박차를 가하고 있다. 특히, 궤간가변 시스템 기술은 이와 관련한 핵심기술 중에 하나이며 해외 각 국가들은 자신들의 목적과 상황에 적합한 기술을 확보하고자 부단히 노력하고 있다.

지금까지는 철도를 운영하고 있는 나라마다 궤간의 차이를 갖고 있는데, 이러한 궤간은 크게 협궤(표준궤보다 폭이 좁은 궤간으로 대표적인 것은 1067mm로서 일본의 재래선 철도에 사용되고 있으며, 1372mm, 1000mm, 891mm, 763mm, 610mm 궤간 등이 있다.)와, 표준궤(1435mm로서 국내철도 및 일본의 신간선에 사용되는 것으로 전세계 철도의 60%가 사용하고 있다.)와, 광궤(표준궤보다 폭이 넓은 궤간으로 시베리아 철도 등에서는 1524mm 사용되고 있으며, 1600mm, 1668mm 궤간 등이 있고, 방글라데시,아르헨티나 등에서 1676mmm 사용되고 있다.)로 나뉘어진다.

상기와 같은 궤간의 차이로 인해 궤간의 변화에 따라 가변되는 궤간가변 열차와 궤간가변을 위한 설비가 개발되어 사용되고 있다.

상기 궤간가변 시스템(Gauge-changeable Wheelset System; Gauge-adjustable Wheelset System)은 국경 통과 시 상이한 궤간의 선로를 대차교환이나 환적 없이 신속하고 안전하게 직결 운행할 수 있는 자동 궤간 변환 장치를 의미한다.

도 1은 종래 기술의 궤간 가변 시스템의 지상 변환 설비의 모습이 도시된 도면이다.

상기 궤간 가변 열차의 궤간변환 과정은 국경역에서 지상에 설치된 지상변환 설비에서 이루어지는데, 상기 지상 변환 설비는 도 1에 도시된 바와 같이 좌측 가 이드레일(1, 3), 좌측 그루브 레일(2), 좌측 릴리스 레일(4), 좌측 플랜지 걸림쇠 해정 레일(5), 우측 플랜지 걸림쇠 해정 레일(6), 우측 릴리스 레일(7), 우측 가이드 레일(8, 10), 우측 그루브 레일(9)로 이루어져 있다.

그러나, 상기한 지상 변환 설비는 궤간 변환의 전 과정을 실시간 모니터링 할 수 있는 장치가 구비되지 않고 있어, 지상 변환 설비에서 궤간변환 중 발생 가능한 오작동 등에 대해 판별이 어려운 상황이며, 철도 차량의 안전성을 위협하는 요인이 되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 철도 차량이 진행할 때 각 레일에 작용하는 응력 상태의 변화를 모니터링 함으로써 궤간 변환 과정의 진행 상태를 파악하고, 궤간 변환 중 발생 가능한 오작동 등에 대해 판별할 수 있는 궤간 변환 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템은, 지상변환 설비의 레일을 다수의 센서 라인으로 구분하고, 상기 다수의 센서 라인에 다수의 센서가 부착되는 센서부와, 상기 센서부에서 계측되는 감지신호를 입력받아 디지털 신호 처리하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 디지털 신호 처리된 감지신호를 근거로 하여 현재 궤간 변환 정보를 확인하여 궤간 가변 장치의 정상 작동 유무, 오류 발생 여부를 감시하는 모니터링부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템은 상기 모니터링부에서 전송되는 상기 궤간 변환 정보, 정상 작동 정보, 또는 오류 발생 정보를 디스플레이 하도록 상기 모니터링부와 네트워크를 통해 연결되는 관리자 PC를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서부는 상기 다수의 센서 라인이 연결되어 실시간 감지 신호를 계측하도록 하는 데이터 수집보드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 다수의 센서 라인은 상기 지상변환 설비의 가이드 레일, 그루브 레일, 릴리스 레일, 걸림쇠 해정 레일에 설치되는데, 상기 센서부는 상기 가이드 레일, 그루브 레일, 릴리스 레일에 변형률 센서를 부착하고, 상기 걸림쇠 해정 레일에 변위 센서를 부착하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 변위 센서를 궤간변환 열차의 진행 방향의 전/후에 각각 1개씩 설치되고, 상기 변형률 센서는 일정 간격마다 1개씩 다수 개가 설치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 모니터링부는 상기 센서부의 각 센서 위치별로 초기값을 설정하고, 상기 초기값을 근거로 하여 궤간 변환 과정 중 이상 작동 발생 유무를 확인하여 경고신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모니터링부는 상기 궤간 가변 열차의 공차 및 영차 조건에 대해 정상적인 궤간 변환 상황에서 상기 변형률 센서 및 변위 센서별 변형률 및 변위 범위를 측정하여 정상 작동 범위를 설정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템은, 상기 지상변환 설비를 통과하는 차량별 데이터를 저장하는 데이터베이스와, 상기 지상변환 설비를 진입하는 차량을 자동을 인식하는 차량인식 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 궤간 변환 모니터링 시스템에 따르면, 철도 차량이 진행할 때 각 레일에 작용하는 응력 상태의 변화를 센서를 통해 계측하여 관리자에게 궤간 변환 과정을 화면 출력함으로써 현재 궤간 변환 과정의 진행 상태를 파악할 수 있고, 궤간 변환 중 발생 가능한 오작동 등에 대한 판별 및 경고가 가능해질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 궤간 변환 모니터링 시스템에 따르면, 지상변환 설비를 통과하는 차량의 종류를 자동으로 인식함으로써 자동화된 궤간 변환을 수행할 수 있는 지상변환 설비의 구축이 가능해질 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발 명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템의 전체 구성이 도시된 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템의 구성이 도시된 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템은, 지상변환 설비(20)의 레일을 다수의 센서 라인(S1~S5)으로 구분하고, 상기 다수의 센서 라인(S1~S5)에 다수의 센서가 부착되는 센서부(30)와, 상기 센서부(30)에서 계측되는 감지신호를 입력받아 디지털 신호 처리하는 신호처리부(50)와, 상기 신호처리부(50)에서 디지털 신호 처리된 감지신호를 근거로 하여 현재 궤간 변환 정보를 확인하여 궤간 가변 장치의 정상 작동 유무, 오류 발생 여부를 감시하는 모니터링부(60)로 이루어진다.

한편, 상기 궤간 변환 모니터링 시스템은 상기 모니터링부(60)에서 전송되는 상기 궤간 변환 정보, 정상 작동 정보, 또는 오류 발생 정보를 원격의 관리자에게 디스플레이 할 수 있도록 상기 모니터링부(60)와 네트워크를 통해 연결되는 1대 이상의 관리자 PC(도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다.

상기 센서부(30)는 각각의 센서 라인(S1~S5)이 연결되는 데이터 수집보드(40)를 통해 실시간으로 각 센서의 신호를 계측한다.

이때, 상기 센서 라인(S1~S5)은 상기 지상 변환 설비(20)를 가이드 레일(1, 3), 그루브 레일(2), 릴리스 레일(4), 걸림쇠 해정 레일(5)의 5개 부분으로 구분하여 각 부분에 S1~S5의 센서 라인을 부착한다.

각 센서 라인(S1~S5)에는 지상 변환 설비(20)의 크기에 따라 적당한 수의 센서를 구성하는데, 1m당 1개의 센서가 부착되고, 상기 센서는 전차선이 가설된 선로 에서 전자기파의 영향이 없는 광섬유 센서를 기반으로 하는 것이 바람직하다.

한편, S1~S4의 센서 라인에는 변형률 센서(31)가 설치되고, S5의 센서라인에는 변위 센서(32, 32a)를 설치한다.

이때, 상기 변위 센서(32, 32a)는 철도 차량의 진행 방향의 전/후에 위치한 S5-1과 S5-2의 센서 라인에 각각 1개씩 설치된다.

상기 모니터링부(60)에는 모니터링 프로그램이 메모리(도시되지 않음)에 저장되어 실행되는데, 상기 모니터링 프로그램은 교정(calibration) 과정을 통해 각 센서(31, 32, 32a)의 위치별로 초기값을 설정한다.

또한, 상기 모니터링 프로그램은 교정 과정에서 궤간 가변 열차의 공차 및 영차 조건에 대해 정상적인 궤간 변환 상황에서의 각 센서별 변형률 및 변위 범위를 측정하여 정상 작동 범위를 설정한다.

따라서, 상기 모니터링부(60)는 상기 설정된 초기값과 정상 작동 범위를 통해 궤간 변환 과정 중 상기 센서부(30)에서 계측된 감지신호와 비교하여 궤간 가변 장치의 이상 작동 발생시 관리자에게 경고 신호를 발생하도록 한다.

상기 경고 신호는 스피커를 통해 경고음을 출력할 수 있고, 관리자 PC에 특정한 메시지나 경고문구를 출력할 수도 있으며, 네트워크가 연결된 경우에 문자메시지나 긴급통화 연결을 통해 경고 상황을 보고할 수도 있다.

이때, 상기 모니터링부(60)는 사용자 편의성을 고려하여 GUI(Graphic User Interface) 방식으로 실현되도록 한다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 궤간 변환 모 니터링 시스템은, 상기 센서부(30), 신호처리부(50), 모니터링부(60) 이외에도 상기 지상변환 설비(20)를 통과하는 철도 차량별 종류와 고유번호(또는 ID) 등에 관한 데이터를 저장하는 데이터베이스(70)와, 상기 지상변환 설비(20)를 진입하는 차량의 고유 번호를 자동을 인식하는 차량인식 센서(80)를 더 구비한다.

따라서, 상기 지상변환 설비(20)에 소정의 철도 차량이 통과하게 되면, 상기 데이터베이스(70) 및 차량인식 센서(80)를 통해 차량의 고유 번호와 종류를 자동으로 인식할 수 있고, 상기 지상변환 설비(20)는 해당 차량에 적합하게 궤간 변환을 수행할 수 있어 자동화된 지상변환 설비의 구축이 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템의 동작에 대해 도면 및 표를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템은 광궤에서 표준궤로 궤간이 변환되는 상황을 기준으로 하여 궤간 변환 진행 상황에 따른 각 레일의 특성이 변화하는 구간을 각 레일에 작용하는 응력 상태 변화에 기초하여 표 1과 같이 5단계로 구분한다. 이때, 각 단계별 적용되는 센서의 개수는 지상변환 설비의 길이를 고려하여 유동적으로 조절하도록 한다.

이하, 각 단계별로 지상변환 설비(20)의 각각의 레일이 갖는 특징은 좌측 및 우측의 레일이 대칭이므로 좌측의 지상변환 설비(20)의 1~S를 기준으로 설명하지만, 우측의 지상변환 설비의 6~10도 동일하게 적용됨은 당연하다.(도 1 참조)

상기 표 1에서 '구간-위치'의 표현 방법을 사용하는데, 일례로 1-1은 구간 1에서 1번 위치로서 좌측 가이드 레일(1)을 의미한다.

궤간 변환 과정이 정상적으로 진행되는 경우에, 전 과정 동안 2번 위치(좌.그루브 레일)에서는 항상 변형률 센서(31)의 감지 신호가 계측되어야 하며, 상기 센서의 감지 신호가 계측되지 않는 경우에는 탈선이 의심된다.

정상적으로 궤간변환이 이루어지는 상황이라고 가정할 때, 구간 1은 정상 광궤 레일 상태에서 걸림쇠 해정 레일(5(=6))이 작동하는 상황으로 1-5의 변위 센서(30a)에서는 감지 신호가 측정되고, 나머지 센서 라인의 1-1, 1-3, 1-4 위치에서는 신호가 없는 상태이다. 구간 2는 걸림쇠가 해정된 후 릴리스 레일(4(=7))에 의해 플랜지가 밀리면서 잠금이 해정되는 상황으로, 2-4 위치에서만 센서의 감지신호가 관찰된다.

구간 3은 잠금이 해제된 차륜이 광궤에서 표준궤도로 변환되는 상황으로, 좌측 가이드 레일의 바깥 부분에 응력이 발생하므로 3-1 위치에서만 센서의 감지신호가 관찰된다. 만약, 표준궤에서 광궤로의 변환 과정이라면 가이드 레일의 안쪽 부분인 3-3 위치에 하중이 발생할 것이다.

구간 4는 플랜지가 원래 위치로 돌아오고 궤간 잠금이 이루어지는 상황으로 4-4 위치에서만 센서의 감지신호가 관찰된다. 마지막으로 구간 5에서는 궤간 변환이 완료되어 걸림쇠가 잠기는 구간으로 5-5 위치에서만 센서의 감지신호가 관찰된다.

따라서, 모니터링부(60)는 센서부(30)의 감지신호가 신호처리부(50)를 통해 디지털 변환되어 전달되면, 각 센서 위치별 감지 신호를 근거로 하여 변형률 및 변위 정보를 통해 궤간 변환 과정 중의 정상 작동과 오류 상황, 오류의 종류를 모니터링 할 수 있다.

또한 상기 모니터링부(60)는 하기한 표 2에 나타나 있듯이 응력 작용 여부를 통해 발생 가능한 오류 상황을 판단할 수 있으며, 실시간 관리자에게 GUI 기반의 정상 작동 정보 또는 오류 정보를 제공하고, 이상 작동 발생시 관리자에게 경고 신호를 전송할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템의 전체 구성이 도시된 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 궤간 변환 모니터링 시스템의 구성이 도시된 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

20 : 지상변환 설비 30 : 센서부

31 : 변형률 센서 32, 32a : 변위 센서

40 : 데이터 수집 보드 50 : 신호처리부

60 : 모니터링부 70 : 데이터베이스

80 : 차량인식 센서

Claims

지상변환 설비의 각 레일을 다수의 센서 라인으로 구분하고, 상기 다수의 센서 라인에 다수의 센서가 부착되는 센서부와,

상기 센서부에서 계측되는 감지신호를 입력받아 디지털 신호 처리하는 신호처리부와,

상기 신호처리부에서 디지털 신호 처리된 감지신호를 화면 출력함으로써 현재 궤간 변환 정보를 확인하여 궤간 가변 장치의 정상 작동 유무, 오류 발생 여부를 감시하는 모니터링부로 이루어지되,

상기 다수의 센서 라인은 상기 지상변환 설비의 가이드 레일, 그루브 레일, 릴리스 레일, 걸림쇠 해정 레일에 설치되고,

상기 센서부는 상기 가이드 레일, 그루브 레일, 릴리스 레일에 변형률 센서를 부착하고, 상기 걸림쇠 해정 레일에 변위 센서를 부착하는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,

상기 모니터링부에서 전송되는 상기 궤간 변환 정보, 정상 작동 정보, 또는 오류 발생 정보를 원격의 관리자에게 디스플레이 하도록 상기 모니터링부와 네트워크를 통해 연결되는 관리자 PC를 포함하는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,

상기 센서부는 상기 다수의 센서 라인이 연결되어 실시간 감지 신호를 계측하도록 하는 데이터 수집보드를 구비하는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 변위 센서를 궤간변환 열차의 진행 방향의 전/후에 각각 1개씩 설치되고, 상기 변형률 센서는 일정 간격마다 1개씩 다수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,

상기 모니터링부는 상기 센서부의 각 센서 위치별로 초기값을 설정하고, 상기 초기값을 근거로 하여 궤간 변환 과정 중 이상 작동 발생 유무를 확인하여 경고신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,

상기 모니터링부는 상기 궤간 가변 열차의 공차 및 영차 조건에 대해 정상적인 궤간 변환 상황에서 상기 변형률 센서 및 변위 센서별 변형률 및 변위 범위를 측정하여 정상 작동 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,

상기 지상변환 설비를 통과하는 차량별 데이터를 저장하는 데이터베이스와, 상기 지상변환 설비를 진입하는 차량을 자동을 인식하는 차량인식 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 궤간 변환 모니터링 시스템.