KR101172746B1 - 롤러코스터 휠 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤러코스터 휠 시험장치에 관한 것으로서, 롤러코스터 차량의 휠이 레일을 따라 실제 주행할 때와 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 휠에 가해지는 현상을 그대로 모사하는 동시에 시험 동안 휠에서 나타나는 변화를 관찰할 수 있도록 한 롤러코스터 휠 시험장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치는 롤러코스터 차량의 휠이 레일을 따라 주행하는 조건을 실제와 흡사하게 모사하기 위하여 시험 대상 휠을 전동모터에 의해 정해진 회전속도로 회전하는 구동휠에 압착시켜 다양한 주행 조건을 인가하도록 구성되는 것에 주된 특징이 있다. 특히, 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치에서는 실제의 레일에 해당하는 구동휠에 의해서 시험 대상 휠을 정해진 회전속도로 회전시키는 동시에 상기 구동휠에 압착되는 하중 및 압력을 변화시키면서 실제 주행 조건과 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 다양한 조건을 부여할 수 있도록 구성된다. 결국, 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치는 현장 주행 시험 없이 하중 및 회전속도, 슬립, 시간, 시험횟수 등에 따른 관찰 결과를 토대로 하여 롤러코스터 차량의 휠을 설계하고 개발하는데 유용하게 활용될 수 있고, 운행간격에 대한 시험과 각 케이스에 대한 시뮬레이션을 통해 복합재료의 분리현상, 우레탄 재질의 크랙 발생 등을 방지하기 위한 방법을 개발하는데 적극 활용될 수 있다. 또한 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치를 이용하는 경우 실제 현장에서의 반복적인 시험 없이도 차량의 휴식시간 안전치 기준 등 롤러코스터의 안전운행을 위한 여러 기준치를 산정하는데 유용하게 활용될 수 있다.

Description

롤러코스터 휠 시험장치{Apparatus for testing wheel of roller coaster}

본 발명은 롤러코스터 휠 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 롤러코스터 차량의 휠이 레일을 따라 실제 주행할 때와 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 휠에 가해지는 현상을 그대로 모사하여 휠에서 나타나는 변화를 관찰할 수 있도록 한 롤러코스터 휠 시험장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 롤러코스터는 차량을 모터에 의해 지상으로부터 일정한 높이까지 끌어올린 뒤 위치에너지를 중력에 의한 운동에너지로 전환시키는 방법으로 주행시키는 놀이기구로서, 1885년에 처음 고안되었다.

롤러코스터는 통상 여러 대의 차량을 연결한 열차가 지상보다 높은 곳의 정해진 궤도를 따라 설치된 레일 위를 달리도록 구성되며, 궤도열차라고도 한다.

롤러코스터에서 차량은 나선형으로 돌거나 거꾸로 몇 바퀴씩 돌기도 하는데, 사람이 거꾸로 있으면서도 아래로 떨어지거나 밖으로 튀어나가지 않는 것은 구심력과 원심력이 작용하기 때문이다.

현재 국내 롤러코스터 차량의 대부분은 도 1의 (a) ~ (c)에 나타낸 바와 같이 2 ~ 3축 지지 방식의 바퀴 타입을 가지고 있으며, 레일은 원형 파이프 타입으로 설치되고 있다.

도 2는 일반적인 롤러코스터 차량의 바퀴, 즉 휠의 구성을 도시한 도면으로, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 레일(또는 트랙)을 따라 이동하는 로드 휠(load wheel), 가이드 휠(guide wheel), 업스톱 휠(upstop wheel) 등으로 구성되며, 로드 휠은 차량의 하중을 지지하고, 가이드 휠은 측부 회전시 이탈을 방지하며, 업스톱 휠은 상하 회전시 이탈을 방지하는 역할을 한다.

또한 각 휠은 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 스틸 재질의 휠 본체에 레일과의 접촉면을 따라 폴리우레탄을 코팅한 구조를 가진다.

상기한 휠의 종류 중 열화가 많이 발생하는 휠은 주 하중을 직접적으로 가장 많이 받으면서 운동량이 가장 큰 로드 휠이며, 실제 현장에서도 이 로드 휠에서 많은 결함이 발생하게 된다.

한편, 롤러코스터 차량은 휠을 통해 높은 곳의 레일 위를 따라 고속으로 주행하기 때문에 안전성 확보가 무엇보다 중요하며, 사고가 발생할 경우 탑승자가 사망하는 심각한 사고로 이어질 수 있다.

롤러코스터의 안전사고는 해마다 여러 건씩 일어나고 있으며, 1980년부터 현재까지 100건이 넘는 사고가 집계되었다.

대표적인 사례로 캐나다에서 롤러코스터의 마지막 차량이 바퀴(휠)가 완전히 빠져버리면서 3명의 사망자가 발생하였고, 일본에서는 2007년 롤러코스터 열차의 2번째 차량의 차축이 빠지면서 1명이 사망하고 21명이 부상하는 사고가 발생하였다.

과거의 사고 사례를 보면 롤러코스터에서 바퀴와 각 차량을 연결해주는 차축의 사고가 상당수 발생함을 알 수 있고, 이에 바퀴나 차축 부분이 전체 구조에서 가장 중요한 요소임을 알 수 있다.

롤러코스터의 운행사항과 안전점검 및 진단에 대한 사항을 확인해보면 롤러코스터에서 빈번하게 일어나는 문제는 바퀴의 우레탄 부분의 분리와 각 볼트 체결부의 풀림임을 알 수 있고, 점검방법으로는 도 3의 좌측 도면에 나타낸 바와 같이 바퀴의 스틸 부위와 우레탄 부위에 표기를 한 뒤 수시로 확인하거나, 도 3의 우측 도면에 나타낸 바와 같이 우레탄 부위의 크랙 발생 등을 육안으로 확인하는 방법이 이용되고 있다.

또한 통상 연 1회에 걸쳐 안전진단을 실시하며, 비파괴 검사와 더불어 바퀴의 우레탄을 필요한 경우 또는 주기적으로 교체하는 작업을 시행하고 있다.

롤러코스터의 안전점검 주요 대상은 열차의 차량 연결부 샤프트 안전성 점검, 바퀴 차축 고정을 위한 우레탄 압착부 간극 점검, 그리고 롤러코스터 바퀴의 우레탄층 박리 현상 및 차량의 안전 바(bar) 고정을 위한 유압 피스톤의 파괴 현상, 체인 연결핀의 파손에 의한 체인 붕괴 현상 등의 점검이다.

이 중에서 롤러코스터의 차량에서 결함 발생이 가장 빈번하게 일어나고 있는 부분이면서 안전상 중요하다 할 수 있는 구조체는 차량의 바퀴, 즉 휠이며, 볼트 체결부의 풀림 진단 등 정적인 부분을 검사하는 것과 달리 휠의 동적 문제를 진단하는 것은 상대적으로 어렵고 복잡하다.

특히, 여러 장소에 설치된 각 롤러코스터마다 차량이 레일을 돌면서 휠에 가해지는 하중이나 회전속도, 슬립 등 조건이 모두 상이하므로, 적용된 차량의 휠에 대한 적용성 평가 시험이 현장에서 실제 운행 중 이루어져야 하나, 문제는 실제 롤러코스터의 차량을 반복 주행시키면서 휠에 대한 피로시험 등의 적용성 평가 시험을 수행하는 것은 경제적으로도 불리할 뿐만 아니라 매우 위험하다.

또한 해당 롤러코스터에서 사용할 수 있는 더욱 안전한 휠을 설계하고 개발하기 위한 여러 기초 데이터를 획득함에 있어서 실제 주행을 반복하여 측정하는 것은 비용은 물론 안전성 측면에서 매우 불리하다.

더욱이 롤러코스터 휠에 대한 복합재료의 분리현상, 우레탄 재질의 크랙 발생 등을 방지하기 위한 방법, 우레탄층의 박리가 발생할 수 있는 조건이나 안전기준치, 안전운행조건 등을 모두 실제 현장에서 반복적인 시험을 통해 터득하고 획득하기는 사실상 거의 불가능하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 롤러코스터 차량의 휠이 레일을 따라 실제 주행할 때와 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 휠에 가해지는 현상을 그대로 모사하는 동시에 시험 동안 휠에서 나타나는 변화를 관찰할 수 있도록 한 롤러코스터 휠 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 시험 대상 휠이 회전 가능하게 장착되는 휠장착대와; 하부받침대 상에 고정 설치되고 상기 휠장착대가 이동 가능하도록 조립되는 지지대와; 상기 휠장착대에 연결되어 휠장착대를 통해 상기 시험 대상 휠을 하기 구동휠로 이동시켜 시험 대상 휠과 구동휠의 원주면 간 압착이 이루어지도록 하는 이동기구와; 축지지대에 회전 가능하게 장착되는 회전축과; 상기 회전축에 일체로 회전되도록 장착되는 구동휠과; 상기 구동휠에 압착된 상태의 시험 대상 휠에 가해지는 하중을 검출하기 위한 하중계와; 상기 회전축을 회전 구동시켜 상기 구동휠을 정해진 회전속도로 회전시키기 위한 구동장치부와; 상기 이동기구와 구동장치부의 구동을 제어하여 시험 대상 휠에 가해지는 하중과 시험 대상 휠의 회전속도를 제어하는 제어장치부;를 포함하는 롤러코스터 휠 시험장치를 제공한다.

여기서, 상기 지지대는, 상기 하부받침대에 수직 설치되고 상기 휠장착대가 상하로 안내되도록 결합되는 안내로드와; 상기 안내로드의 상단에 설치되는 상부지지대;를 포함하고, 상기 이동기구는 상기 상부지지대에 고정 설치되어 휠장착대를 상기 안내로드를 따라 상하 이동시키는 승강기구인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 승강기구는 상하로 전후진하는 피스톤 로드를 가지면서 상기 피스톤 로드의 전후진 동작이 제어장치부에 의해 제어되고 상기 피스톤 로드의 선단부가 상기 휠장착대에 결합된 공압 또는 유압 실린더인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 구동휠에 압착된 상태의 시험 대상 휠에 가해지는 하중이 검출될 수 있도록, 상기 피스톤 로드에는 시험 대상 휠이 구동휠에 압착되면서 받게 되는 하중을 검출하여 상기 제어장치부에 입력하는 하중계가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어장치부는 상기 하중계에 의해 검출되는 현재의 검출값과 상기 구동휠에 의해 회전되면서 제어되는 시험 대상 휠의 현재 회전속도값을 디스플레이부를 통해 표시하면서 상기 검출값 및 회전속도값을 시간에 따른 값으로 데이터저장부에 저장하거나 외부로 출력하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어장치부는 상기 구동휠에 압착된 상태로 제어되는 시험 대상 휠의 현재 하중값과 상기 구동휠에 의해 회전되면서 제어되는 시험 대상 휠의 현재 회전속도값을 디스플레이부를 통해 표시하면서 상기 하중값 및 회전속도값을 시간에 따른 값으로 데이터저장부에 저장하거나 외부로 출력하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어장치부는 시험 대상 휠에 가해지는 하중과 시험 대상 휠의 회전속도를 제어하기 위한 제어 데이터를 입력하고 상기 데이터저장부에 저장된 데이터를 외부로 출력하기 위한 USB 포트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 데이터는 시간에 따라 상기 하중과 상기 회전속도의 설정값이 규정된 데이터인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 이동기구는 시험 대상 휠을 구동휠의 반경방향으로 이동시켜 시험 대상 휠과 구동휠의 압착이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어장치부의 구동 제어하에 상기 축지지대, 회전축, 구동휠, 및 구동장치부를 상기 회전축의 축방향으로 전후 이동시키기 위한 축방향이동기구와; 상기 하부받침대에 가이드수단을 매개로 결합되어 상기 축방향이동기구에 의해 상기 회전축의 축방향으로 전후 이동 가능하게 설치되고 상측으로 상기 축지지대 및 구동장치부가 설치되어 축지지대와 회전축, 구동휠, 및 구동장치부와 일체로 전후 이동되는 하부지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 축방향이동기구는 상기 하부받침대에 고정 설치되고 상기 회전축의 축방향으로 전후진하는 피스톤 로드를 가지면서 상기 피스톤 로드의 선단부가 상기 축지지대 또는 하부지지대에 결합된 공압 또는 유압 실린더인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 구동장치부는, 상기 제어장치부에 의해 구동 및 회전속도가 제어되는 전동모터와; 상기 전동모터의 회전력을 상기 회전축에 전달하기 위한 동력전달수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 동력전달수단은, 상기 전동모터의 구동축에 일체로 장착된 구동풀리와; 상기 회전축에 일체로 장착된 피동풀리와; 상기 구동풀리와 피동풀리 사이에 연결되는 동력전달벨트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하부받침대 상측으로 상기 각 구성부를 둘러싸도록 설치되는 외부 케이스를 더 포함하고, 상기 외부 케이스의 전면에는 상기 시험 대상 휠과 구동휠의 압착상태를 외부에서 관찰할 수 있도록 개구부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 외부 케이스는 하부받침대 상측에 설치되는 프레임과, 상기 프레임에 조립 및 설치되어 전면에 상기 개구부가 형성되고 상기 휠장착대와 이동기구, 회전축, 구동휠, 구동장치부의 작동상태가 관찰될 수 있도록 이들을 둘러싸는 투명 재질로 된 패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치는, 실제의 레일에 해당하는 구동휠에 의해서 시험 대상 휠을 정해진 회전속도로 회전시키는 동시에 상기 구동휠에 압착되는 하중 및 압력을 변화시키면서 실제 주행 조건과 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 다양한 조건을 부여할 수 있도록 구성됨으로써, 현장 주행 시험 없이 하중 및 회전속도, 슬립, 시간, 시험횟수 등에 따른 관찰 결과를 토대로 하여 롤러코스터 차량의 휠을 설계하고 개발하는데 유용하게 활용될 수 있고, 운행간격에 대한 시험과 각 케이스에 대한 시뮬레이션을 통해 복합재료의 분리현상, 우레탄 재질의 크랙 발생 등을 방지하기 위한 방법을 개발하는데 적극 활용될 수 있다.

또한 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치를 이용하는 경우 실제 현장에서의 반복적인 시험 없이도 차량의 휴식시간 안전치 기준 등 롤러코스터의 안전운행을 위한 여러 기준치를 산정하는데 유용하게 활용될 수 있다.

도 1은 롤러코스터 차량의 일반적인 바퀴(휠) 타입을 나타내는 도면이다.
도 2는 롤러코스터 차량의 일반적인 바퀴 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 롤러코스터 차량의 바퀴에 대한 점검방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 배면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 좌측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 우측면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치에서 주요 구동부의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 작동상태도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시험장치에서 디스플레이부와 조작부, USB 포트를 구비한 제어장치부의 일례를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치에서 사용되는 제어 데이터(시뮬레이션 데이터)를 예시한 도면이다.
도 12는 본 발명에서 휠의 시뮬레이션을 수행하는 동안 측정되는 하중계의 검출값과 시험 대상 휠의 회전속도를 시간에 따라 데이터화하여 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 롤러코스터 휠 시험장치에 관한 것으로서, 롤러코스터 차량의 휠이 레일을 따라 실제 주행할 때와 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 휠에 가해지는 현상을 그대로 모사하는 동시에 시험 동안 휠에서 나타나는 변화를 관찰할 수 있도록 한 롤러코스터 휠 시험장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치는 롤러코스터 차량의 휠이 레일을 따라 주행하는 조건을 실제와 흡사하게 모사하기 위하여 시험 대상 휠을 전동모터에 의해 정해진 회전속도로 회전하는 구동휠에 압착시켜 다양한 주행 조건을 인가하도록 구성되는 것에 주된 특징이 있다.

특히, 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치에서는 실제의 레일에 해당하는 구동휠에 의해서 시험 대상 휠을 정해진 회전속도로 회전시키는 동시에 상기 구동휠에 압착되는 하중 및 압력을 변화시키면서 실제 주행 조건과 흡사한 하중, 회전속도, 슬립 등 다양한 조건을 부여할 수 있도록 구성된다.

결국, 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치는 하중 및 회전속도, 시간, 시험횟수 등에 따른 관찰 결과를 토대로 하여 롤러코스터 차량의 휠을 설계하고 개발하는데 유용하게 활용될 수 있고, 운행간격에 대한 시험과 각 케이스에 대한 시뮬레이션을 통해 복합재료의 분리현상, 우레탄 재질의 크랙 발생 등을 방지하기 위한 방법을 개발하는데 적극 활용될 수 있다.

또한 본 발명의 롤러코스터 휠 시험장치를 이용하는 경우 실제 현장에서의 반복적인 시험 없이도 차량의 휴식시간 안전치 기준 등 롤러코스터의 안전운행을 위한 여러 기준치를 산정하는데 유용하게 활용될 수 있다.

우선, 도 4 ~ 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 구성에 대해 상술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 배면도이다.

또한 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 좌측면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 우측면도이다.

또한 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치에서 주요 구동부의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치의 작동상태도이다. 도 8에서 외부 케이스와 제어장치부는 도시를 생략하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)는, 시험 대상 휠(1)이 회전 가능하게 장착되는 휠장착대(110)와; 하부받침대(101) 상에 고정 설치되고 상기 휠장착대(110)가 이동 가능하도록 조립되는 지지대(120)와; 상기 휠장착대(110)에 연결되어 휠장착대를 통해 상기 시험 대상 휠(1)을 하기 구동휠(140)로 이동시켜 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 원주면 간 압착이 이루어지도록 하는 이동기구(130)와; 축지지대(142)에 회전 가능하게 장착되는 회전축(141)과; 상기 회전축(141)에 일체로 회전되도록 장착되는 구동휠(140)과; 상기 회전축(141)을 회전 구동시켜 상기 구동휠(140)을 정해진 회전속도로 회전시키기 위한 구동장치부(160)와; 상기 이동기구(130)와 구동장치부(160)의 구동을 제어하여 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중과 시험 대상 휠(1)의 회전속도를 제어하는 제어장치부(170);를 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)는 상기 구동휠(140)에 압착된 상태의 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중을 검출하기 위한 하중계(150)를 더 포함할 수 있으며, 이 하중계(150)는 후술하는 바와 같이 이동기구(130)인 공압 또는 유압 실린더의 피스톤 로드(132)에 설치될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)는 상기 하부받침대(101)의 상측으로 설치되는 외부 케이스(102)를 더 포함하며, 상기 외부 케이스(102)는 실험에 있어서 안전을 위하여 설치되는 것으로, 상기 각 구성부를 포함하여 후술하는 축방향이동기구(180) 및 하부지지대(190) 등 장치(100)의 구성부들을 둘러싸도록 설치된다.

상기 하부받침대(101)와 그 상측의 외부 케이스(102)는 전체적으로 소정 용적의 내부공간을 가지면서 장치(100)의 외곽을 이루는 일체의 직육면체형 케이스를 형성하게 되며, 상기 내부공간에 장치(100)의 각 구성부가 넣어져 장착되게 된다.

상기 하부받침대(101)는 지면 상에서 상기 각 구성부들의 중량을 지지하도록 최하단에 설치되는 일종의 프레임이며, 하부받침대(101)의 하부면으로는 이 하부받침대(101) 및 외부 케이스(102)를 포함하여 장치(100) 전체를 용이하게 이동시킬 수 있도록 이동바퀴(105)가 장착될 수 있다.

또한 지면 상의 이동된 위치에서 장치(100) 전체가 안정적으로 고정될 수 있도록, 상기 이동바퀴(105)와 더불어, 상기 하부받침대(101)의 하부면에는 이 하부받침대(101)를 포함한 장치(100) 전체를 지면 상에 고정하기 위한 별도의 고정기구(106)가 설치될 수 있다.

도면상에 나타내지는 않았으나, 상기 이동바퀴(105)와 고정기구(106), 예컨대 이들의 지지축 내지 하부받침대(101)를 지지하는 부분에는 충격흡수를 위한 충격흡수기구나 충격흡수부재가 상기 하부받침대(101)와의 사이에 개재되도록 설치될 수 있으며, 이들을 지지하는 지면 상에 별도의 충격흡수부재가 설치될 수도 있다.

아울러, 바람직한 실시예에서, 상기 외부 케이스(102)의 전면에는 개구부(104a)가 형성될 수 있는데, 이는 외부 케이스(102)의 전면에 형성되어 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 압착상태를 외부에서 관찰할 수 있도록 구비되는 일종의 내부 관찰용 창이다.

도면상으로 나타내지는 않았으나, 상기 개구부(104a)에는 열고 닫을 수 있는 도어가 설치될 수도 있다.

또한 바람직하게는, 상기 외부 케이스(102)는 하부받침대(101)의 상측에 수직으로 고정 설치되는 프레임(103)과, 상기 프레임(103)에 구성부들을 둘러싸도록 조립 및 설치되고 전면에는 상기 개구부(104a)가 형성되는 패널(104)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 패널(104)은, 휠장착대(110)와 이동기구(130), 회전축(141), 구동휠(140), 구동장치부(160)를 포함하여 후술하는 축방향이동기구(180) 및 하부지지대(190) 등의 작동상태가 관찰될 수 있도록, 이들 구동부를 둘러싸는 투명 재질로 된 소정 두께의 패널을 포함하며, 예컨대 투명 재질의 패널로는 30mm의 두께로 제작된 아크릴 패널이 사용될 수 있다.

예시한 실시예에서는 전체 패널(104)에서 개구부(104a)가 형성된 전면, 그리고 양 측면, 배면의 경우 투명 재질의 패널로 이루어져 있으며, 상부면과 전면의 일부(도 4에서 도면부호 170으로 나타낸 제어장치부의 전방을 둘러싸고 있는 우측 부분)는 금속재의 패널(104)로 이루어지고 있다.

결국, 상기와 같이 구성되는 하부받침대(101)와 외부 케이스(102)는 고속으로 회전하고 고압으로 상호 압착되는 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140), 그리고 이들을 회전 및 이동시켜 롤러코스터에서의 실제 주행 조건과 흡사한 하중 및 속도, 슬립 조건을 시험 대상 휠(1)에 인가하기 위한 각 구동부의 주변을 둘러싸면서 방음과 방진 기능을 제공하게 된다.

그리고, 본 발명에서 상기 지지대(120)는 상기 하부받침대(101)에 수직 설치되고 상기 휠장착대(110)가 상하로 안내되도록 결합되는 안내로드(121)와, 상기 안내로드(121)의 상단에 설치되는 상부지지대(122)를 포함하여 구성된다.

여기서, 안내로드(121)는 하부받침대(101) 위에 기둥 형태로 수직 설치되는 부재로서, 휠장착대(110)가 관통 조립되는 적어도 2개 이상의 안내로드(121)가 설치될 수 있으며, 바람직하게는 예시된 바와 같이 상부지지대(122)를 포함하여 이에 설치되는 이동기구(130)(하기 공압 또는 유압 실린더)의 안정적인 지지를 위하여 4개의 안내로드(121)가 하부받침대(101) 위에 기둥 형태로 수직 설치될 수 있다.

이때, 상부지지대(122)는 안내로드(121)의 상단에 횡 설치되는 플레이트 구조물이 될 수 있고, 또한 상기 이동기구(130)가 상부지지대(122)에 고정 설치되어 지지되면서 휠장착대(110)를 안내로드(121)를 따라 상하로 이동시키는 승강기구가 될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 승강기구로는 상하로 전후진하는 피스톤 로드(132)를 가지면서 상기 피스톤 로드(132)의 선단부가 상기 휠장착대(110)에 결합되는 공압 또는 유압 실린더가 될 수 있으며, 이 중에서 제어 입력에 대한 반응속도(제어 입력에 대한 피스톤 로드의 동작속도)가 상대적으로 빠른 공압 실린더의 사용이 더욱 바람직하다.

상기 공압 또는 유압 실린더는 실린더 본체와 피스톤 로드, 그리고 실린더 본체에 제어된 작동유체(공기 또는 오일)를 공급하여 피스톤 로드의 동작 및 작동 하중이 제어되도록 하는 부속 부품을 포함하여 구성되며, 상기 부속 부품으로는 통상의 구성과 마찬가지로 피스톤 로드의 동작 및 작동 하중이 제어될 수 있도록 유체공급수단으로부터 공급되는 작동유체의 양 또는 압력을 조절하는 레귤레이터, 상기 레귤레이터에 의해 조절된 작동유체를 실린더 본체에 제공하는 솔레노이드 밸브, 작동유체라인 등을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 이동기구인 공압 또는 유압 실린더(130)의 실린더 본체(131)는 상부지지대(122) 위에 고정 설치되고, 상하로 전후진 동작하게 되는 피스톤 로드(132)는 상부지지대(122)의 하측으로 관통 조립되어 휠장착대(110)와 일체로 결합된다.

결국, 피스톤 로드(132)의 전후진 동작에 의해 휠장착대(110)와 이에 장착된 시험 대상 휠(1)의 상하 이동이 이루어지며, 피스톤 로드(132)가 전진하여 휠장착대(110)와 시험 대상 휠(1)이 하강하면, 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 원주면 간에 압착이 이루어지고, 이때 피스톤 로드(132)에 의해 가해지는 하중에 따라서 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 압착 하중이 결정되게 된다.

즉, 피스톤 로드(132)가 전진시에 가하는 하중(피스톤 로드의 작동 하중)에 따라 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 원주면 간 압착 하중이 결정되고, 이 압착 하중에 따라 시험 대상 휠(1)이 구동휠(140)에 압착되면서 받게 되는 하중이 결정되게 된다.

상기 공압 또는 유압 실린더(130)는 제어장치부(170)의 제어신호에 따라 구동이 제어되는데, 특히 제어장치부(170)의 제어신호에 따라 피스톤 로드(132)의 전후진 동작 및 전진시 피스톤 로드(132)가 가하는 하중이 제어되게 된다.

즉, 공압 실린더의 예를 들면, 상기 제어장치부(170)의 제어신호에 따라 레귤레이터(미도시됨)가 제어되면서 외부의 공기공급수단(미도시됨)으로부터 공급되는 공기의 양 또는 압력이 제어되고, 이에 솔레노이드 밸브를 경유하여 실린더 본체(131)로 공급되는 공기의 양 또는 압력이 제어되면서 피스톤 로드(132)의 작동 하중이 제어되는 것이다.

결국, 제어장치부(170)는 이동기구의 구동, 예컨대 공압 또는 유압 실린더(130)의 구동, 특히 이의 피스톤 로드(132)의 동작을 제어하여 시험 대상 휠(1)이 구동휠(140)에 압착되면서 받게 되는 하중을 제어하게 된다.

그리고, 도시된 실시예와 같이 상기 이동기구(승강기구), 즉 공압 또는 유압 실린더(130)는, 피스톤 로드(132)를 전후진 동작시켜 휠장착대(110) 및 이에 장착된 시험 대상 휠(1)을 상승 또는 하강시킴에 있어서, 휠장착대(110)와 시험 대상 휠(1)을 수직 설치된 안내로드(121)의 길이방향을 따라 구동휠(140)의 반경방향으로 이동시키도록 구비되며, 이에 시험 대상 휠(1)을 구동휠(140)의 반경방향으로 이동시켜, 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 원주면 간 압착이 이루어지도록 한다.

그리고, 상기 피스톤 로드(132)에는 시험 대상 휠(1)이 구동휠(140)에 압착되면서 받게 되는 하중을 검출하기 위한 상기의 하중계(150)가 설치될 수 있다.

상기 하중계(150)는 피스톤 로드(132)를 통해 가해지는 하중을 검출하기 위한 것으로, 통상의 만능시험기나 인장압축시험기에 설치되는 것과 같은 로드셀(load cell)로 구현될 수 있다.

상기 하중계(150)는 피스톤 로드(132)를 통해 가해지는 하중, 즉 시험 대상 휠(1)이 구동휠(140)에 압착되면서 받게 되는 하중을 검출하여 그 검출값에 따른 전기적인 신호를 출력하게 되는데, 이 전기적인 신호, 즉 검출값의 입력이 가능하도록 미도시된 신호입력라인을 통해 상기 제어장치부(170)에 연결된다.

상기 제어장치부(170)는 시험 대상 휠(1)이 받게 되는 하중을 원하는 하중 조건, 즉 미리 설정된 하중으로 제어하기 위하여 하중계(150)의 검출값을 입력받아 이를 피드백 신호로 사용하게 되는 바, 시험 대상 휠(1)의 현재 하중 조건, 즉 구동휠(140)과의 압착으로 시험 대상 휠(1)이 받게 되는 하중값을 상기 하중계(150)로부터 입력받게 되고, 또한 입력된 하중값을 정확한 하중이 시험 대상 휠(1)에 인가되도록 이동기구인 공압 또는 유압 실린더(130)의 구동(피스톤 로드의 전후진 구동)을 제어하는데 사용하게 된다.

상기의 설명에서 시험 대상 휠(1)이 받게 되는 하중을 검출하기 위한 별도의 하중계(150)를 설치하고 이의 검출값을 피드백 신호로 사용하여 시험 대상 휠에 정확한 하중값이 인가되도록 피스톤 로드(132)의 작동 하중(시험 대상 휠에 인가되는 하중)을 피드백 제어함을 설명하였으나, 제어장치부(170)가 하중값에 맞추어 캘리브레이션(calibration)된 제어값으로 레귤레이터를 제어하여 실린더 본체(131)에 공급되는 작동유체(공기 또는 오일)의 양 또는 압력을 제어함으로써 피스톤 로드의 작동 하중을 제어할 수 있므로, 별도의 하중계 설치 없이 제어 데이터에 설정된 하중값에 따라 레귤레이터를 제어하여 피스톤 로드의 작동 하중을 제어하도록 하는 것도 가능하다.

그리고, 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)는 축방향이동기구(180)와 하부지지대(190)를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 먼저 상기 축방향이동기구(180)는 제어장치부(170)의 구동 제어하에 축지지대(142), 회전축(141), 구동휠(140), 및 구동장치부(160)를 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동시키기 위한 구동부이다.

또한 상기 하부지지대(190)는 하부받침대(101)에 가이드수단(191)을 매개로 결합되어 상기 축방향이동기구(180)에 의해 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동 가능하게 설치되는 것으로, 상측으로 상기 축지지대(142) 및 구동장치부(160)가 설치되어 축지지대(142)와 더불어 이에 장착된 회전축(141), 상기 회전축에 장착된 구동휠(140), 및 상기 구동장치부(160)와 일체로 전후 이동되는 구성부이다.

본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)에서, 상기 구동휠(140)은 축지지대(142)에 회전 가능하게 지지된 회전축(141)에 장착되어, 상기 구동휠(140)과 회전축(141)이 일체로 회전 구동되도록 되어 있다.

이때, 상기 축방향이동기구(180)는, 시험 대상 휠(1)이 이동기구(130)에 의해 하강하여 구동휠(140)과 압착된 상태에서, 상기 구동휠(140)을 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동시켜, 구동휠(140)과 이에 압착된 시험 대상 휠(1) 간에 축방향으로의 슬립을 발생시키게 된다.

이에 본 발명의 시험장치(100)에서는, 제어장치부(170)에 의해, 이동기구인 실린더(130)의 피스톤 로드(132)를 통한 시험 대상 휠(1)의 하중 제어와 더불어, 구동휠(140)을 통한 시험 대상 휠(1)의 회전속도 제어, 축방향이동기구(180)를 통한 시험 대상 휠(1)의 슬립 제어가 모두 가능하도록 되어 있다.

상기 구동휠(140)과 시험 대상 휠(1) 간의 슬립은 이들 두 휠(1,140)의 압착 및 회전 동안 주기적으로 또는 소정 시점에서 이루어지도록 하는 바, 이는 제어장치부(170)가, 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 회전 및 두 휠(1,140) 간의 압착이 이루어진 상태에서, 축방향이동기구(180)의 구동을 제어하여, 주기적으로 또는 소정 시점에서 구동휠(140)을 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동시킴으로써 이루어지게 된다.

바람직한 실시예에서, 상기 구동휠(140)의 축방향 전후 이동이 가능하도록 하기 위하여, 상기 구동휠(140)이 장착된 회전축(141), 상기 회전축(141)이 장착된 축지지대(142), 상기 회전축(141)의 회전 구동을 위한 구동장치부(160) 전체가 일체로 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동되도록 제어된다.

이때, 슬립을 위해 전후로 이동되는 구성부인 구동휠(140), 회전축(141), 축지지대(142), 구동장치부(160)는, 상기 휠장착대(110) 및 시험 대상 휠(1), 이동기구(130)(공압 또는 실린더)를 지지하는 상기 지지대(120)와는 독립되게 별도 구비된 하부지지대(190) 위에 설치되고, 상기 하부지지대(190)는 하부받침대(101) 위에서 회전축(141)의 축방향을 따라 전후로 이동 가능하게 설치된다.

이에 축방향이동기구(180)는 하부지지대(190)를 전후로 이동시킴으로써 하부지지대(190) 위에 지지되는 구동휠(140), 회전축(141), 축지지대(142), 및 구동장치부(160)를 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동시키게 되는데, 바람직하게는 하부지지대를 전후로 이동시키는 공압 또는 유압 실린더가 될 수 있으며, 이 중에서 제어 입력에 대한 반응속도(제어 입력에 대한 피스톤 로드의 동작속도)가 상대적으로 빠른 공압 실린더의 사용이 더욱 바람직하다.

상기 공압 또는 유압 실린더는 실린더 본체와 피스톤 로드, 그리고 실린더 본체에 제어된 작동유체(공기 또는 오일)를 공급하여 피스톤 로드의 동작 및 작동 하중이 제어되도록 하는 부속 부품을 포함하여 구성되며, 상기 부속 부품으로는 통상의 구성과 마찬가지로 피스톤 로드의 동작 및 작동 하중이 제어될 수 있도록 유체공급수단으로부터 공급되는 작동유체의 양 또는 압력을 조절하는 레귤레이터, 상기 레귤레이터에 의해 조절된 작동유체를 실린더 본체에 제공하는 솔레노이드 밸브, 작동유체라인 등을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 축방향이동기구인 공압 또는 유압 실린더(180)는 하부받침대(101) 위에 고정 설치되고, 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후진하는 피스톤 로드(182)를 가지는데, 상기 피스톤 로드(182)의 선단부는 상기 축지지대(142) 또는 하부지지대(190)에 결합되며, 또한 상기 피스톤 로드(182)의 전후진 동작은 상기 제어장치부(170)에 의해 제어되도록 되어 있다.

즉, 제어장치부(170)에 의해 공압 또는 유압 실린더(180)의 피스톤 로드(182)의 전후진 동작이 제어됨으로써 하부지지대(190)가 전후로 이동되고, 이에 구동휠(140), 회전축(141), 축지지대(142), 및 구동장치부(160) 전체가 전후로 이동되면서 구동휠(140)과 압착된 상태의 시험 대상 휠(1)에 슬립 조건을 인가하게 되는 것이다.

상기 하부지지대(190)는 하부받침대(101)와의 사이에 개재되는 가이드수단(191)에 의해 전후 이동이 가능하도록 되어 있는데, 상기 가이드수단(191)은 전후로 설치되는 LM 가이드가 될 수 있다.

이때, LM 가이드(191)는 하부받침대(101)의 상면에 전후로 길게 형성된 가이드 레일(192)과, 상기 하부지지대(190)의 하면에 설치되어 상기 가이드 레일(192)에 결합된 상태로 안내되는 레일결합부(193)로 구성된다.

한편, 상기 구동장치부(160)는 제어장치부(170)에 의해 구동 및 회전속도가 제어되는 전동모터(161)와, 상기 전동모터(161)의 회전력을 상기 회전축(141)에 전달하기 위한 동력전달수단을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 동력전달수단은 상기 전동모터(161)의 구동축에 일체로 장착된 구동풀리(162)와, 상기 회전축(141)에 일체로 장착된 피동풀리(164)와, 상기 구동풀리(162)와 피동풀리(164) 사이에 연결되는 동력전달벨트(163)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전동모터(161)는 하부지지대(190)의 상측으로 고정 설치되며, 전동모터(161)가 제어장치부(170)의 제어하에 정해진 속도로 회전되면, 구동축의 구동풀리(162)가 회전되면서 동력전달벨트(163)가 구동축 및 구동풀리(162)의 회전력을 피동풀리(164)에 전달하게 되고, 이에 피동풀리(164)와 더불어 이에 일체로 장착된 회전축(141)이 회전되면서, 상기 회전축(141)에 장착된 구동휠(140)과 이에 압착된 상태의 시험 대상 휠(1)이 상기 제어장치부(170)가 제어하는 속도로 회전될 수 있게 된다.

한편, 상기 제어장치부(170)는 전술한 바와 같이 이동기구인 공압 또는 유압 실린더(130)의 구동, 축방향이동기구인 공압 또는 유압 실린더(180)의 구동, 구동장치부(160)를 구성하는 전동모터(161)의 구동을 제어하게 되며, 또한 상기 하중계(150)의 검출값을 입력받도록 구비된다.

또한 상기 제어장치부(170)는 내장된 마이콤(CPU)과 전면에 설치된 디스플레이부(172)를 가지며, 하중계(150)에 의해 검출되는 현재의 하중값(구동휠에 압착된 상태로 시험 대상 휠이 받게 되는 하중값임)과, 상기 구동휠(140)에 의해 회전되면서 제어되는 시험 대상 휠(1)의 현재의 회전속도값을 상기 디스플레이부(172)를 통해 디스플레이하면서, 상기 하중값과 회전속도값을 시간에 따른 값으로 데이터화하여 내장된 데이터저장부에 저장하도록 구비된다.

여기서, 시험 대상 휠(1)의 회전속도값은 제어되는 구동휠(140)의 회전속도값에 따라 결정되므로, 별도의 센서 없이 시험 대상 휠(1)의 현재 회전속도값이 제어되는 구동휠(140)의 현재 회전속도값으로부터 환산되어 디스플레이되고 저장된다.

또한 상기 제어장치부(170)는 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중과 시험 대상 휠(1)의 회전속도를 제어하기 위한 제어 데이터를 입력하고 상기 데이터저장부에 저장된 데이터를 외부로 출력하기 위한 입출력부를 구비하는데, 이때 입출력부로는 외부 기기와 연결이 가능하도록 하기 위한 USB 포트(173)가 될 수 있다.

상기 데이터저장부는 마이콤과 연결된 메모리로 구현될 수 있으며, USB 포트(173) 등 상기 입출력부를 통해 입력되는 제어 데이터를 저장하고, 또한 상기 제어 데이터에 따라 이동기구인 실린더(130)의 구동, 축방향이동기구인 실린더(180)의 구동, 구동장치부(160)를 구성하는 전동모터(161)의 구동을 제어하도록 실행되는 구동프로그램이 저장된다.

또한 상기 제어장치부(170)는 디스플레이부(172)와 더불어 마이콤에 연결된 조작부(171)를 구비하는데, 이때 조작부(171)는 조작을 위해 사용되는 다수개의 입력버튼으로 구현될 수 있으며, 디스플레이부(172)와 입력버튼이 일체의 구성으로 된 터치스크린의 설치도 가능하다.

상기 구동프로그램은, USB 포트(173)를 통해 제어 데이터가 데이터저장부에 입력되고 난 뒤 조작부(171)를 통해 장치의 구동이 개시되고 나면, 제어 데이터의 설정값, 즉 하중값과 속도값에 따라 이동기구(130)인 실린더를 제어하여, 구동휠(140)에 압착된 시험 대상 휠(1)이 받게 되는 하중을 설정된 하중값이 되도록 제어하고, 또한 전동모터(161)의 회전속도를 제어하여 구동휠(140) 및 시험 대상 휠(1)의 회전속도를 제어하며, 설정된 주기 또는 시점에서 축방향이동기구(180)의 실린더를 제어하여 정해진 시간 또는 주기마다 구동휠(140)과 시험 대상 휠(1) 간의 슬립을 발생시키게 된다.

또한 상기 구동프로그램은 시험 동안 하중계(150)에 의해 검출되는 하중값과, 구동휠(140)에 의해 회전되는 시험 대상 휠(1)의 회전속도값을 시간에 따라 데이터저장부인 메모리에 저장하며, 동시에 디스플레이부(172)를 통해 현재의 하중값과 회전속도값을 표시하게 된다.

상기와 같이 데이터저장부인 메모리에 새로이 저장되는 측정 데이터는 미리 설정된 파일 형태로 저장된 뒤 USB 포트(173) 등의 입출력부를 통해 외부 기기로 이동될 수 있도록 되어 있다.

물론, 상기와 같은 제어 과정에서 마이콤은 구동프로그램에 의해 제어 데이터의 설정값에 따라 장치의 각 구동부를 제어하기 위한 제어신호를 출력하게 되고, 상기 디스플레이부(172)는 조작부(171)를 통해 조작되는 조작상태와 장치의 전반적인 작동상태, 그리고 상기 하중값과 회전속도값을 표시하여 사용자에게 알려주게 된다.

즉, 마이콤은 구동프로그램에 의해 데이터저장부인 메모리에 저장되는 제어 데이터를 읽어들인 뒤 제어 데이터의 설정값에 따라 제어신호를 출력하여 각 구동부의 구동을 제어하게 되고, 이에 시험 대상 휠에 설정된 하중, 속도, 슬립 조건이 인가되도록 한다.

상기 제어장치부(170)의 디스플레이부(172)에 표시되는 하중값은 시험 대상 휠(1)이 받게 되는 하중값으로서, 하중계(150)가 설치된 경우라면 하중계(150)의 검출값이 된다.

다만, 별도의 하중계가 설치되지 않은 경우라면, 시험 시간 동안 이동기구인 실린더(130)의 레귤레이터의 제어를 통하여 제어 데이터의 시간에 따른 설정값으로 피스톤 로드(132)의 작동 하중 및 시험 대상 휠(1)의 하중이 실시간 제어될 수 있으므로, 시험 대상 휠(1)이 받게 되는 하중으로서 하중계에 의한 실측값이 아닌 제어 데이터의 설정값, 즉 구동휠(140)에 압착된 상태로 제어되는 시험 대상 휠(1)의 현재 하중값이 그대로 디스플레이부(172)에 표시되도록 한다.

상기 데이터저장부인 메모리는 장치의 전반적인 동작을 제어하기 위한 구동프로그램, 장치 및 구동프로그램의 동작 중에 발생하는 일시적인 데이터, 시스템 파라미터 및 제어 데이터, 측정 데이터(하중계의 검출값)를 저장하며, 이를 위해 프로그램 메모리와 데이터 메모리로 구성될 수 있고, 여기서 프로그램 메모리에 장치의 동작을 제어하는 상기의 구동프로그램이 저장된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시험장치에서 디스플레이부와 조작부, USB 포트를 구비한 제어장치부의 일례를 나타낸 것이다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)의 구성에 대해 상술하였으며, 이를 이용한 시험 과정 및 시험장치(100)의 작동상태에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 따른 롤러코스터 휠 시험장치(100)는 실제 롤러코스터가 레일을 따라 움직일 때 휠이 받는 하중과 휠의 회전속도, 슬립 조건을 휠장착대(110)에 장착된 시험 대상 휠(1)에 그대로 인가하도록 구비되는 시뮬레이션 장치로서, 시험자가 시험 대상 휠(1)을 휠장착대(110)에 장착한 뒤 USB 포트(173) 등의 입출력부를 통해 제어 데이터를 입력하고 조작부(171)를 조작하여 장치의 구동을 개시하게 되면, 제어장치부(170)가 입력 및 저장된 제어 데이터의 각 설정된 값으로 이동기구(130) 및 구동장치부(160), 축방향이동기구(180)의 구동을 제어하여 시험 대상 휠(1)에 하중, 속도, 슬립을 인가하게 된다.

이때, 시험자는 제어 데이터의 입력을 통해 하중, 회전속도의 설정값과 더불어 연속 반복시험 횟수, 시험시간 등을 입력하게 되고, 이에 제어장치부(170)가 규정된 설정값 및 연속 반복시험 횟수, 시험시간으로 장치의 각 구동부를 제어하여 시뮬레이션이 이루어지게 된다.

즉, 구동장치부(160)의 전동모터(161)를 구동하여 구동휠(140) 및 시험 대상 휠(1)을 제어 데이터에 설정된 회전속도로 회전시키고, 이동기구의 실린더(130)를 동작시켜 시험 대상 휠(1)을 구동휠(140)에 압착되도록 하강시킨 뒤 이동기구의 실린더(130)를 통해 인가되는 하중을 제어하여, 시험 대상 휠(1)에 설정값의 하중과 회전속도를 인가하고, 이와 더불어 축방향이동기구(180)를 정해진 주기 또는 시점에서 동작시켜 구동휠(140)을 전후로 이동시킴으로써 슬립을 인가하게 된다.

한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 롤러코스터 휠 시험장치에서 사용되는 제어 데이터(시뮬레이션 데이터)를 예시한 도면으로, 외부의 PC(미도시)에서 좌측의 (a)에 나타낸 바와 같이 마이크로소프트 엑셀의 미리 만들어진 양식에 맞춰서 데이터 값, 즉 시간에 따라 하중과 회전속도를 설정한 설정값을 입력하여 제어 데이터를 만들게 된다.

이렇게 제작된 제어 데이터를 USB 포트(173)를 통해 외부의 PC로부터 제어장치부(170)의 데이터저장부로 이동시켜 저장한 뒤, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이 구동프로그램을 실행시켜 제어 데이터의 설정값을 읽어들이는 방식으로 구동프로그램에 입력하거나, 구동프로그램에서 USB 포트(173)에 연결된 외부 PC의 제어 데이터를 직접 읽어 들이는 방식으로 설정값을 구동프로그램에 입력한다.

이와 같이 본 발명의 시험장치에서는 제어 데이터의 설정값을 구동프로그램에 입력하기 위하여 USB 포트가 사용될 수 있다.

아울러, 도 12는 휠의 시뮬레이션을 수행하는 동안 측정되는 하중계(150)의 검출값과 시험 대상 휠(1)의 회전속도를 시간에 따라 데이터화하여 나타낸 그래프로서, 시험 동안 얻어지는 하중값과 회전속도값이 시간에 따른 값으로 데이터화가 되고 나면, 이 데이터는 USB 포트(173)를 통해 다시 외부의 PC로 이동시킬 수 있게 된다.

또한 시뮬레이션 시험시 하중값과 회전속도값을 얻으면서 우레탄 코팅층의 파괴가 예상되는 극한 단계까지 파괴 실험을 수행하여 시험 대상 휠(1)에서 우레탄 코팅층의 파괴가 실제 일어나는 하중값과 회전속도값을 확인하게 된다.

즉, 시험자가 디스플레이부(172)에 나타나는 하중값과 회전속도값을 관찰하는 동시에 시험 대상 휠(1)에서 우레탄 코팅층의 파괴가 일어나는 것을 관찰하여, 우레탄 코팅층의 파괴가 일어나는 하중값과 회전속도값을 확인하게 되는 것이다.

물론, 시험 동안의 하중값과 회전속도값이 도 12에 나타내는 그래프 형태로 데이터화되어 데이터저장부에 저장되며, 이때 저장된 데이터를 USB 포트(173)를 통해 외부의 PC로 이동시킬 수 있다.

그리고, 롤러코스터의 휠에서 실제 열화가 많이 발생하는 휠은 주 하중을 직접적으로 가장 많이 받고 운동량이 가장 큰 로드 휠이며, 실제 현장에서도 이 휠에서 많은 결함이 발생하게 되는 바, 로드 휠에 대해 포커스를 맞추어 시뮬레이션이 수행될 수 있다.

로드 휠의 시뮬레이션을 위한 제어 데이터를 작성하기 위해서는, 실제 시뮬레이션 대상이 되는 롤러코스터가 레일을 돌면서 주행할 때 로드 휠에 가해지는 하중을 알아야 하므로, 실제 롤러코스터에서 가속도를 측정해야 한다.

롤러코스터 열차의 하중은 차종에 따라서 상이하지만, 본 발명자에 의해 조사된 바에 의하면, 1량에 대략 300kg ~ 997kg 정도이며, 가속도 측정 결과 차량 운전시 최대 하중 구간에서 2g ~ 4g까지 측정되었다.

따라서, 차량의 하중에 중력가속도의 배율을 적용하면 다음과 같이 구할 수 있다.

(수학식 1)

1개의 로드 휠에 작용하는 하중 = [{최소 차량 하중(kg) + {몸무게(kg) ×4(인)}} ×4(g)]/4

여기서, 최소 차량 하중 300kg과 성인 몸무게 70kg으로 가정하면, 1개 로드 휠에 작용하는 최소 하중값은 580kg이 되며, 이 값을 시험장치(100)의 설계와 더불어 로드 휠 시뮬레이션에 반영한다.

결국, 본 발명에 따른 시험장치(100)에서는 실제 롤러코스터에서 휠에 가해지는 현상을 최대한 흡사하게 모사하기 위하여 전술한 바와 같이 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중, 시험 대상 휠(1)의 회전속도, 시험 대상 휠(1)과 레일에 해당하는 구동휠(140) 간의 슬립 현상을 모두 구현하되, 이때 실제 롤러코스터에서 3축 가속도값을 측정하여 이를 반영하면 실제와 흡사한 현상을 그대로 구현할 수 있다.

또한 다양한 종류의 시험 대상 휠(1)을 휠장착대(110)에 장착할 수 있고, 이동기구인 실린더(130), 보다 바람직하게는 공압 실린더를 이용하여 공기압으로 100kg ~ 1000kg까지 다양하게 하중을 인가하도록 구성될 수 있다.

또한 시간에 따라 제어되는 하중과 회전속도를 설정한 제어 데이터를 사용하여 전체 시험 시간 동안 실제 롤러코스터의 정해진 코스 주행시에 인가되는 하중과 회전속도를 시뮬레이션할 수 있는 바, 이러한 시뮬레이션 코스 기능에 의해 실제 롤러코스터 괘도 지점의 하중과 회전속도를 시간대별로 설정할 수 있어서 전체 코스에 대한 시뮬레이션을 보다 실제 상황과 흡사하게 수행할 수 있다.

상술한 최적의 설계조건을 최대한 실제 제작에 반영하여 시험장치(100)를 설계하고 완성할 수 있는 바, 본 발명에 따른 시험장치의 세부 사양 및 기능의 일례는 다음과 같다.

- 최대 하중 : 1000kg

- 최대 속도 : 100km/h

- 최대 반복시험 횟수 : 999회

- 제어 데이터 지원 형식 : Microsoft Excel

- 제어 데이터 전송 형식 : USB 2.0

- 시험 가능 휠 : 모든 로드 휠, 가이드 휠 지원 가능

- 특징 : 실제 롤러코스터 차량이 주행할 때와 흡사한 시뮬레이션 가능

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 시험 대상 휠 100 : 시험장치
101 : 하부받침대 102 : 외부 케이스
103 : 프레임 104 : 패널
104a : 개구부 105 : 이동바퀴
106 : 고정기구 110 : 휠장착대
120 : 지지대 121 : 안내로드
122 : 상부지지대
130 : 이동기구(공압 또는 유압 실린더)
131 : 실린더 본체 132 : 피스톤 로드
140 : 구동휠 141 : 회전축
142 : 축지지대 150 : 하중계
160 : 구동장치부 161 : 전동모터
162 : 구동풀리 163 : 동력전달벨트
164 : 피동풀리 170 : 제어장치부
171 : 조작부 172 : 디스플레이부
173 : USB 포트
180 : 축방향이동기구(공압 또는 유압 실린더)
182 : 피스톤 로드 190 : 하부지지대
191 : LM 가이드 192 : 가이드 레일
193 : 레일결합부

Claims (15)

1. 삭제
2. 시험 대상 휠(1)이 회전 가능하게 장착되는 휠장착대(110)와;
   하부받침대(101) 상에 고정 설치되고 상기 휠장착대(110)가 이동 가능하도록 조립되는 지지대(120)와;
   상기 휠장착대(110)에 연결되어 휠장착대를 통해 상기 시험 대상 휠(1)을 하기 구동휠(140)로 이동시켜 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 원주면 간 압착이 이루어지도록 하는 이동기구(130)와;
   축지지대(142)에 회전 가능하게 장착되는 회전축(141)과;
   상기 회전축(141)에 일체로 회전되도록 장착되는 구동휠(140)과;
   상기 회전축(141)을 회전 구동시켜 상기 구동휠(140)을 정해진 회전속도로 회전시키기 위한 구동장치부(160)와;
   상기 이동기구(130)와 구동장치부(160)의 구동을 제어하여 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중과 시험 대상 휠(1)의 회전속도를 제어하는 제어장치부(170);
   를 포함하고,
   상기 지지대(120)는,
   상기 하부받침대(101)에 수직 설치되고 상기 휠장착대(110)가 상하로 안내되도록 결합되는 안내로드(121)와;
   상기 안내로드(121)의 상단에 설치되는 상부지지대(122);
   를 포함하고, 상기 이동기구(130)는 상기 상부지지대(122)에 고정 설치되어 휠장착대(110)를 상기 안내로드(121)를 따라 상하 이동시키는 승강기구인 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 승강기구는 상하로 전후진하는 피스톤 로드(132)를 가지면서 상기 피스톤 로드(132)의 전후진 동작이 제어장치부(170)에 의해 제어되고 상기 피스톤 로드(132)의 선단부가 상기 휠장착대(110)에 결합된 공압 또는 유압 실린더인 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
4. 청구항 3에 있어서
   상기 구동휠(140)에 압착된 상태의 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중이 검출될 수 있도록, 상기 피스톤 로드(132)에는 시험 대상 휠(1)이 구동휠(140)에 압착되면서 받게 되는 하중을 검출하여 상기 제어장치부(170)에 입력하는 하중계(150)가 설치되는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어장치부(170)는 상기 하중계(150)에 의해 검출되는 현재의 검출값과 상기 구동휠(140)에 의해 회전되면서 제어되는 시험 대상 휠(1)의 현재 회전속도값을 디스플레이부(172)를 통해 표시하면서 상기 검출값 및 회전속도값을 시간에 따른 값으로 데이터저장부에 저장하거나 외부로 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험 장치.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어장치부(170)는 상기 구동휠(140)에 압착된 상태로 제어되는 시험 대상 휠(1)의 현재 하중값과 상기 구동휠(140)에 의해 회전되면서 제어되는 시험 대상 휠(1)의 현재 회전속도값을 디스플레이부(172)를 통해 표시하면서 상기 하중값 및 회전속도값을 시간에 따른 값으로 데이터저장부에 저장하거나 외부로 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 제어장치부(170)는 시험 대상 휠(1)에 가해지는 하중과 시험 대상 휠(1)의 회전속도를 제어하기 위한 제어 데이터를 입력하고 상기 데이터저장부에 저장된 데이터를 외부로 출력하기 위한 USB 포트(173)를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제어 데이터는 시간에 따라 상기 하중과 상기 회전속도의 설정값이 규정된 데이터인 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 이동기구(130)는 시험 대상 휠(1)을 구동휠(140)의 반경방향으로 이동시켜 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 압착이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
   
10. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어장치부(170)의 구동 제어하에 상기 축지지대(142), 회전축(141), 구동휠(140), 및 구동장치부(160)를 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동시키기 위한 축방향이동기구(180)와;
    상기 하부받침대(101)에 가이드수단(191)을 매개로 결합되어 상기 축방향이동기구(180)에 의해 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후 이동 가능하게 설치되고 상측으로 상기 축지지대(142) 및 구동장치부(160)가 설치되어 축지지대(142)와 회전축(141), 구동휠(140), 및 구동장치부(160)와 일체로 전후 이동되는 하부지지대(190);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 축방향이동기구(180)는 상기 하부받침대(101)에 고정 설치되고 상기 회전축(141)의 축방향으로 전후진하는 피스톤 로드(182)를 가지면서 상기 피스톤 로드(182)의 선단부가 상기 축지지대(142) 또는 하부지지대(190)에 결합된 공압 또는 유압 실린더인 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동장치부(160)는,
    상기 제어장치부(170)에 의해 구동 및 회전속도가 제어되는 전동모터(161)와;
    상기 전동모터(161)의 회전력을 상기 회전축(141)에 전달하기 위한 동력전달수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 동력전달수단은,
    상기 전동모터(161)의 구동축에 일체로 장착된 구동풀리(162)와;
    상기 회전축(141)에 일체로 장착된 피동풀리(164)와;
    상기 구동풀리(162)와 피동풀리(164) 사이에 연결되는 동력전달벨트(163);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
    
14. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부받침대(101) 상측으로 상기 각 구성부를 둘러싸도록 설치되는 외부 케이스(102)를 더 포함하고, 상기 외부 케이스(102)의 전면에는 상기 시험 대상 휠(1)과 구동휠(140)의 압착상태를 외부에서 관찰할 수 있도록 개구부(104a)가 형성된 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 외부 케이스(102)는 하부받침대(101) 상측에 설치되는 프레임(103)과, 전면에 개구부(104a)가 형성되어 있고 프레임(103)에 조립 및 설치되는 투명 재질로 된 패널(104)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 롤러코스터 휠 시험장치.
    

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