KR101006719B1 - 철도노반감시시스템 - Google Patents

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정양구
장성태
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수원대학교산학협력단
(주) 세렉스
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Abstract

본 발명은 철도노반감시시스템에 관한 것으로서, 보호함체와 상기 보호함체에 접촉하도록 설치되는 가동부와 상기 가동부에 설치된 자석과 자성체 재질로 제작되고 상기 보호함체에 설치된 한 쌍의 전기접점을 가지고 상기 가동부가 상기 자석의 자기력에 의해 상기 보호함체에 접촉된 상태에서 상기 한 쌍의 전기접점이 오프되고 상기 가동부가 상기 보호함체로부터 분리될 때 상기 전기접점이 온되도록 작동하는 자석감지기를 각각 가지고, 철도레일의 길이방향을 따라 배치되도록 철도노반영역에 설치되는 복수의 감지부와; 상기 각 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 모두를 병렬로 연결하는 연결도선과 상기 각 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 모두에 대하여 병렬을 이루도록 상기 연결도선에 연결된 전압공급부를 가지고, 상기 각 자석감지기에 속하는 전기접점이 온상태가 될 때 상기 연결도선에 나타나는 전기적 물리량에 기초하여 상기 각 자석감지기의 작동여부를 판단하는 감지기작동판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 원격지에서 철도노반의 변형 여부를 감시할 수 있게 된다.

Description

철도노반감시시스템{Monitoring System for Railway Roadbed}
본 발명은 철도노반감시시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철도노반의 변형(침하, 유실 등)을 감시하는 시스템에 관한 것이다.
철도레일의 양측에는 철도레일의 설치상태를 안정적으로 유지하기 위해 철도노반이 철도레일의 길이방향을 따라 형성되어 있다.
철도노반이 변형되는 경우(침하, 유실 등) 철도레일의 설치상태가 흐트러지고 철도차량의 탈선, 흔들림, 소음 등의 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 철도노반의 변형을 조기에 발견하여 복구작업을 신속하게 진행할 수 있도록 철도노반의 변형을 감시하는 시스템이 안출되어 사용되고 있다. 본 명세서에서 철도노반이라는 용어는 열차가 이동하는 레일 양측에 형성된 노반은 물론이고 지하철, 국철, 전철 등이 이동하는 레일 양측에 형성된 노반을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
도12는 종래 철도노반감시시스템의 설치상태도이다.
종래의 철도노반감시시스템은, 도12에 도시된 바와 같이, 철도레일의 양측 철도노반(201)에 각각 지면 깊숙히 수직으로 설치된 기초말뚝(112)과, 각 기초말뚝(112)의 상단에 설치된 계측관(111)과, 받침목(203)에 지지되도록 설치된 한 쌍의 계측판(121)을 갖고 있다.
각 계측관(111)은 상단에 엔드캡이 부착되어 있고, 중간영역에는 볼트공(111a)이 형성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 계측관(111)은 외표면에 눈금이 표시되어 있고, 볼트공(111a)에 삽입되는 관고정볼트(113)를 통해 기초말뚝(112)에 결합된다. 여기서 계측관(111)의 결합은 철도레일(202)의 상측을 넘어 돌출되도록 이루어진다.
각 계측판(121)은 판고정볼트(122)를 통해 계측판(121)에 표시된 눈금을 가리키도록 설치된다.
이러한 구성을 갖는 종래의 철도노반감시시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.
철도노반(201)이 변형되면 계측관(111)이 하강하게 되고, 이에 따라 계측판(121)이 가리키는 눈금이 달라지게 된다.
그러므로 감시자는 계측판(121)이 가리키는 눈금을 보면 철도노반(201)이 변형되었는 지 여부를 확인할 수 있게 된다.
그런데 종래의 철도노반감시시스템에 따르면, 감시자가 계측판(121)이 가리키는 눈금을 보고 철도노반(201)이 변형되었는 지 여부를 판단하여야 하기 때문에 원격지에서 철도노반(201)의 변형 여부를 감시할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은, 원격지에서 철도노반의 변형 여부를 감시할 수 있도록 한 철도노반감시시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 보호함체와 상기 보호함체에 접촉하도록 설치되는 가동부와 상기 가동부에 설치된 자석과 자성체 재질로 제작되고 상기 보호함체에 설치된 한 쌍의 전기접점을 가지고 상기 가동부가 상기 자석의 자기력에 의해 상기 보호함체에 접촉된 상태에서 상기 한 쌍의 전기접점이 오프되고 상기 가동부가 상기 보호함체로부터 분리될 때 상기 전기접점이 온되도록 작동하는 자석감지기를 각각 가지고, 철도레일의 길이방향을 따라 배치되도록 철도노반영역에 설치되는 복수의 감지부와; 상기 각 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 모두를 병렬로 연결하는 연결도선과 상기 각 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 모두에 대하여 병렬을 이루도록 상기 연결도선에 연결된 전압공급부를 가지고, 상기 각 자석감지기에 속하는 전기접점이 온상태가 될 때 상기 연결도선에 나타나는 전기적 물리량에 기초하여 상기 각 자석감지기의 작동여부를 판단하는 감지기작동판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도노반감시시스템에 의해 달성된다.
여기서 연결도선의 단선여부를 감지할 수 있도록, 상기 감지기작동판단부는 상기 자석감지기 중 상기 전압공급부로부터 가장 멀리 떨어져 있는 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점에 연결되도록 상기 연결도선에 연결된 종단저항을 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 가동부가 보호함체로부터 안정적으로 분리될 수 있도록, 상기 감지부는 일단은 상기 보호함체에 결합되고 타단은 상기 보호함체보다 깊은 땅속깊이에 도달하도록 설치되는 지지봉을 더 포함하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따르면, 철도기반이 변형될 때 상호 분리되는 보호함체 및 가동부와 가동부가 보호함체로부터 분리될 때 온상태로 작동하는 자석감지기를 갖는 복수의 감지부를 철도레일의 길이방향을 따라 배치하고, 각 자석감지기에 속하는 전기접점이 온상태가 될 때 연결도선에 나타나는 전기적 물리량에 기초하여 각 자석감지기의 작동여부를 판단함으로써, 원격지에서 철도노반의 변형 여부를 감시할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 설치상태도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부, 연결도선 및 배관의 결합사시도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부, 연결도선 및 배관의 분해사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부의 단면도.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 등가회로도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동부가 보호함체로부터 분리되는 상황을 도시한 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동부가 보호함체로부터 분리될 때의 등가회로도,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지부, 연결도선 및 배관의 분해사시도,
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지부의 단면도,
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지부의 단면도,
도11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동부가 보호함체로부터 분리되는 상황을 도시한 도면,
도12는 종래 철도노반감시시스템의 설치상태도이다.
이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 설치상태도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부, 연결도선 및 배관의 결합사시도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부, 연결도선 및 배관의 분해사시도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템은, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 자석감지기(11)를 각각 가지고 철도레일(202)의 길이방향을 따라 배치되도록 철도노반(201)에 설치되는 복수의 감지부(10)와, 가장 외측에 위치하는 감지부(10)중 하나로부터 이격되도록 설치된 보조장치함(21)과, 각 자석감지기(11)의 작동여부를 판단하는 감지기작동판단부(30)를 갖고 있다.
각 감지부(10)는 자석감지기(11)에 더하여 보호함체(12)와, 보호함체(12)의 내부에 설치된 피시비(13) 및 단자함(14)과, 보호함체(12)에 접촉하도록 설치되는 가동부(15)를 갖고 있다.
보호함체(12)는 내부공간을 밀폐하는 함체덮개(12a)를 갖고 있다.
자석감지기(11)는 보호함체(12)의 내부공간에 설치된 한 쌍의 전기접점(11a)과, 가동부(15)에 설치된 자석(11b)을 갖고 있다. 그리고 자석감지기(11)는 종래 알려진 바와 같이 자석(11b)의 자기력과 상호 작용하여 가동부(15)가 보호함체(12)에 접촉된 상태에서 한 쌍의 전기접점(11a)이 오프되고 가동부(15)가 보호함체(12)로부터 분리될 때 전기접점(11a)이 온되도록 작동할 수 있도록 전기접점(11a) 인접영역에 설치된 보조자석을 갖고 있다.
전기접점(11a)은 자성체 재질로 제작된다.
이러한 구성을 갖는 자석감지기(11)는 가동부(15)가 자석(11b)의 자기력에 의해 보호함체(12)에 접촉된 상태에서 한 쌍의 전기접점(11a)이 오프되고, 가동부(15)가 보호함체(12)로부터 분리될 때 전기접점(11a)이 온된다.
단자함(14)은 피시비(13)에 부착되어 있고, 내부에는 전기접점(11a)과 연결도선(32)을 전기적으로 연결하는 단자가 마련되어 있다.
가동부(15)는 봉형태로 형성되어 있고, 보호함체(12)의 상면에 기립상태로 설치된다. 가동부(15)는 자석(11b)의 자기력에 의해 초기 설치상태를 유지한다.
감지기작동판단부(30)는 각 자석감지기(11)에 속하는 한 쌍의 전기접점(11a) 모두를 병렬로 연결하는 연결도선(32)과, 연결도선(32)에 연결된 전압공급부(31), 검출저항(R1) 및 종단저항(R2)과, 검출저항(R1)의 양단에 연결된 전압검출부(34)와, 검출저항(R1)에 걸리는 전압과 관련된 판단기준테이블이 저장되어 있는 메모리(도시되지 않음)를 갖고 있다.
연결도선(32)은 배관(33)을 사용하여 지하에 포설되어 있다.
전압공급부(31)는 각 자석감지기(11)에 속하는 한 쌍의 전기접점(11a) 모두에 대하여 병렬을 이루도록 연결도선(32)에 연결된다.
이러한 구성을 갖는 전압공급부(31)는 배터리를 사용하거나 상용전원에 연결된 교류직류변환회로를 사용하여 구현할 수 있다.
검출저항(R1)은 자석감지기(11)중 전압공급부(31)에 가장 가까운 위치에 배치된 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 및 전압공급부(31)와 협조하여 파이(∏)형태를 이루도록 연결도선(32)에 연결되어 있다.
종단저항(R2)은 자석감지기(11) 중 전압공급부(31)로부터 가장 멀리 떨어져 있는 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점에 연결되어 있다.
연결도선(32) 에 흐르는 전류의 크기를 검출함으로써(종단저항에 의해 연결도선이 폐루프를 이룸), 연결도선(32)의 단선여부(초기설치시 작업미숙으로 인한 단선 포함)를 감지할 수 있게 된다.
이러한 구성을 갖는 종단저항(R2)은 종단저항(R2)과 비슷한 저항값을 갖는 것이 바람직하다(전기접점 모두 오프상태를 유지할 때 연결도선에 흐르는 전류의 크기를 제한할 수 있음).
전압검출부(34)는 종래 널리 알려진 바와 같이 검출저항(R1)에 걸리는 전압을 측정하여 디지털값으로 출력하도록 구현할 수 있다.
메모리(도시되지 않음)에 저장된 판단기준테이블은 각 자석감지기(11)에 속하는 한 쌍의 전기접점 단독으로 온상태가 될 때 검출저항(R1)에 걸리는 전압범위와 대응하는 자석감지기식별정보를 제공한다.
이러한 구성을 갖는 감지기작동판단부(30)의 동작을 도5, 도6 및 도7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 등가회로도이고, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동부가 보호함체로부터 분리되는 상황을 도시한 도면이며, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동부가 보호함체로부터 분리될 때의 등가회로도이다.
감지부(10)가 설치된 영역이 유실되지 않은 상태에서 각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점은 모두 오프상태를 유지한다.
각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점 모두가 오프상태를 유지하는 경우 검출저항(R1), 등가도선저항(r) 전부, 종단저항(R2) 및 전압공급부(31)를 연결하는 폐루프가 형성되고, 대략 전압공급부(31)의 검출전압을 검출저항(R1), 등가도선저항(r) 및 종단저항(R2)의 합으로 나눈 값의 전류가 흐르게 된다(도5 참조).
한편 감지부(10)가 설치된 영역이 유실되면 각 자석감지기(11)에 속하는 한 쌍의 전기접점은 온상태가 된다(도6 및 도7 참조).
각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점중 어느 하나가 온상태가 되면 검출저항(R1), 등가도선저항(r) 일부(온상태가 된 전기접점이 속하는 감지부까지의 등가도선저항), 온상태가 된 전기접점 및 전압공급부(31)를 연결하는 폐루프가 형성되고, 대략 전압공급부(31)의 검출전압을 검출저항(R1)과 등가도선저항(r)의 일부의 합으로 나눈 값의 전류가 흐르게 된다(도7 참조). 여기서 각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점 중 어느 하나가 온상태가 될 때 흐르는 전류는 각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점 모두가 오프상태인 경우보다 증가하게 되고 이에 따라 검출저항(R1)에 걸리는 전압도 증가하게 된다. 그리고 전기접점이 온상태가 된 감지부가 전압공급부(31)에 가까울수록 자석감지기(11)에 속하는 전기접점 모두가 오프상태인 경우보다 전류 증가율이 커지게 된다(온상태가 된 전기접점이 속하는 감지부까지의 등가도선저항이 작아짐).
이와 같이 각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점의 온상태에 따라 달라지는 검출저항(R1)에 걸리는 전압을 검출하고 이를 메모리(도시되지 않음)에 저장된 판단기준테이블과 비교하면 어느 자석감지기(11)가 작동하는 지를 판단할 수 있게 된다.
그리고 미리 감지부(10)의 설치위치에 대한 정보를 마련해두면 전기접점이 온상태가 자석감지기의 위치 즉, 철도노반(201)이 유실된 위치를 알 수 있다.
감지기작동판단부(30)에서 얻은 각 자석감지기(11)의 작동여부 판단결과는 통신장치를 통해 중앙감시장치로 전송하여 경보자료로 활용하거나 복구작업자료로 활용할 수 있다.
한편 전술한 실시예에서는 가동부(15)를 봉형태로 형성하고 보호함체(12)의 상면에 접촉시키고 있으나, 도8에 도시된 바와 같이 가동부를 판형태 등 다른 형태로 형성하여 본 발명을 실시할 수 있다.
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지부, 연결도선 및 배관의 분해사시도이고, 도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지부의 단면도이고, 도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지부의 단면도이다.
도8, 도9 및 도10에 도시된 감지부를 제외한 다른 구성요소는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템과 동일한 번호를 사용하여 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 감지부(10')는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 자석감지기(11')에 더하여 보호함체(12')와, 보호함체(12')의 내부에 설치된 피시비(13') 및 단자함(14')과, 보호함체(12')에 접촉하도록 설치되는 가동부(15'), 보호함체(12')에 결합된 지지봉(35')을 갖고 있다.
보호함체(12')에는 자석안내홈(12'b)이 형성되어 있고, 내부공간을 밀폐하는 함체덮개(12'a)를 갖고 있다.
자석감지기(11')는 일 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 경우와 동일한 구조와 기능을 갖는 자석(11'b), 전기접점(11'a) 및 보조자석을 갖고 있다.
지지봉(35')은 상단이 보호함체(12')에 결합되고, 하단이 보호함체(12')보다 깊은 땅속깊이에 도달하도록 설치된다.
가동부(15')는 판형태로 형성되어 있고, 자석(11'b)이 자석안내홈(12'b)에 진입하도록 설치된다. 가동부(15')는 자석(11'b)의 자기력에 의해 초기 설치상태를 유지한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도노반감시시스템의 경우 철도노반(201)이 변형될 때 보호함체(12')는 지지봉(35')에 의해 초기설치위치를 유지하기 때문에 가동부(15')가 보호함체(12')로부터 분리될 수 있다(도10 참조).
한편 전술한 실시예에서는 검출저항(R1)에 걸리는 전압에 기초하여 각 자석감지기(11)의 작동여부를 판단하도록 구성하고 있으나, 각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점의 온상태에 따라 달라지는 저항 또는 전류에 기초하여 각 자석감지기(11)의 작동여부를 판단하도록 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 철도노반(201)이 변형될 때 상호 분리되는 보호함체(12) 및 가동부(15)와 가동부(15)가 보호함체(12)로부터 분리될 때 온상태로 작동하는 자석감지기(11)를 갖는 복수의 감지부(10)를 철도레일의 길이방향을 따라 배치하고, 각 자석감지기(11)에 속하는 전기접점이 온상태가 될 때 연결도선(32)에 나타나는 전기적 물리량에 기초하여 각 자석감지기(11)의 작동여부를 판단함으로써, 원격지에서 철도노반(201)의 변형 여부를 감시할 수 있게 된다. 나아가 변형위치와 변형길이구간에 대한 대략적인 정보를 획득할 수 있게 된다.
그리고 종단저항(R2)을 추가함으로써, 연결도선(32)의 단선여부를 알 수 있게 된다.
또한 지지봉(35')을 추가함으로써, 가동부(15)가 보호함체(12)로부터 안정적으로 분리될 수 있게 된다.
10 : 감지부 11, 11' : 자석감지기
12, 12' : 보호함체 13, 13' : 피시비
14, 14' : 단자함 15, 15' : 가동부
21 : 보조장치함 30 : 감지기작동판단부
31 : 전압공급부 32 : 연결도선
33 : 배관 34 : 전압검출부
35' : 지지봉 R1 : 검출저항
R2 : 종단저항 r : 도선저항
111 : 계측관 112 : 기초말뚝
121 : 계측판

Claims (3)

  1. 보호함체와 상기 보호함체에 접촉하도록 설치되는 가동부와 상기 가동부에 설치된 자석과 자성체 재질로 제작되고 상기 보호함체에 설치된 한 쌍의 전기접점을 가지고 상기 가동부가 상기 자석의 자기력에 의해 상기 보호함체에 접촉된 상태에서 상기 한 쌍의 전기접점이 오프되고 상기 가동부가 상기 보호함체로부터 분리될 때 상기 전기접점이 온되도록 작동하는 자석감지기를 각각 가지고, 철도레일의 길이방향을 따라 배치되도록 철도노반영역에 설치되는 복수의 감지부와;
    상기 각 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 모두를 병렬로 연결하는 연결도선과 상기 각 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점 모두에 대하여 병렬을 이루도록 상기 연결도선에 연결된 전압공급부를 가지고, 상기 각 자석감지기에 속하는 전기접점이 온상태가 될 때 상기 연결도선에 나타나는 전기적 물리량에 기초하여 상기 각 자석감지기의 작동여부를 판단하는 감지기작동판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도노반감시시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지기작동판단부는 상기 자석감지기 중 상기 전압공급부로부터 가장 멀리 떨어져 있는 자석감지기에 속하는 한 쌍의 전기접점에 연결되도록 상기 연결도선에 연결된 종단저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도노반감시시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감지부는 일단은 상기 보호함체에 결합되고 타단은 상기 보호함체보다 깊은 땅속깊이에 도달하도록 설치되는 지지봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도노반감시시스템.




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