KR101180398B1 - 접촉각 부여기를 구비한 철도차량의 휠과 레일 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 철도차량의 휠과 레일을 시험하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접촉각 부여기를 이용한 휠과 레일의 접촉 시험 장치에 관한 것이다.
본 발명은 휠시편의 반경 방향에서 휠시편에 하중부하(radial load)를 부여하는 하중부하기와, 휠축의 일측에 배치되어 상기 휠시편에 측부부하(thrust loade)를 부여하는 측부부하기와, 상기 휠시편과 휠축이 장착되고 상기 휠축을 회전시켜 상기 휠시편을 회전시키는 휠구동부를 구비하여 휠시편에 측부부하와 하중부하를 인가하는 휠시편구동부; 상기 휠축에 평행하게 배치되어 레일시편이 결합되는 레일축과 상기 레일축을 회전시키는 레일구동부를 구비하여 상기 휠시편구동부와 분리배치되는 레일시편구동부; 및 상기 하중부하기와 측부부하기와 휠구동부가 장착되는 휠구동판과, 상기 휠구동판을 상기 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 회전시키는 휠구동판 회동기가 구비된 접촉각 부여부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

접촉각 부여기를 구비한 철도차량의 휠과 레일 시험장치{APPARATUS FOR TESTING WHEEL AND RAIL OF RAIL VHEICLE HAVING CONTACT ANGLE ADJUSTER}

본 발명은 휠시편으로 인가되는 측부부하와 하중부하 및 휠시편 회전력의 변형됨이 없이 접촉각을 부여할 수 있도록 하는 접촉각 부여기를 구비한 휠과 레일의 접촉 시험 장치에 관한 것이다.

철도차량은 레일 상에서 직선, 곡선, 사행 운동 등의 운동을 수행하게 되므로 강재 휠(wheel, 차륜)과 강재 레일(rail) 사이에 큰 하중이 다양한 각도로 작용한다. 따라서 철도차량의 휠과 레일이 철도차량의 주행 운동과 큰 하중으로 인한 마찰력에 의해 마모되는 경우 휠과 레일의 불안정한 접촉을 발생시키게 되며, 이러한 불안정한 접촉은 철도차량의 다양한 주행 운동 시 철도차량을 안정적으로 지지하지 못하게 하거나, 휠 또는 레일의 파손에 의해 철도사고를 유발할 수 있다.

이에 따라 철도차량의 휠(wheel)과 레일(rail)의 피로(fatigue) 또는 마모시험을 통해 휠과 레일의 다양한 접촉에 따라 발생하는 다양한 현상을 확인하여 이를 휠과 레일의 설계에 반영하여야 한다.

이러한 휠과 레일의 주행 중 다양한 접촉 상태에 따른 시험을 수행하기 위한 장치의 예로는 일본 특허공개공보 소63-198848호(JP1998-198848)의 '레일과 휠 피로 시험 장치' 등을 들 수 있다.

상기 종래기술은 유압서보실린더를 구비한 측부부하기구의 측벽에 가이드레일과 블록에 의해 매달리어 회전될 수 있도록 고정되는 시험륜(레일: rail)을 구비한 시험륜장치;와, 시험륜장치와 직교하는 방향에서 시험륜과 반경 방향에서 접촉되는 차륜(wheel), 차륜이 시험륜과 비틀림 접촉되도록 어택각을 부여하는 공격각부여기구와, 공격각부여기구와 연결관을 통해 감속기에 의한 차륜부하를 차륜에 가하는 차륜중부하기구와, 차륜, 공격각부여기, 차륜중부하기구가 장착되어 추지점을 중심으로 회전되는 접촉각부여기를 포함하는 차륜장치부;와, 브레이크장치부;를 포함하여 구성되어, 휠(차륜)과 레일의 측부부하(횡압: thrust load), 접촉각, 하중, 비틀림각(공격각:attack angle)을 조절하여 차륜과 레일의 피로도를 시험할 수 있도록 한다.

그러나 상기 종래기술은 어택각 부여기구와 차륜부하기구가 장착된 접촉각 부여기구가 스크류잭에 의해 추지점(시험륜과 차륜의 접촉점)을 중심으로 회전되어 접촉각(접촉각,contact angle)을 부여하도록 구성되므로 차륜하중이 곡선 축을 따라 전달되게 되어 하중부하 및 측부부하가 휠시편 회전력에 변형되어 휠시편으로 정확히 전달되지 않아 실험 결과의 정확성이 떨어질 수 있는 문제점을 가지게 된다.

본원 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 휠시편, 하중부하기(radial loader), 측부부하기(thrust loader), 휠시편을 구동시키는 휠구동부를 휠구동판에 장착한 후, 휠구동판을 휠시편 중심을 중심으로 회전시켜 접촉각을 부여하는 것에 의해 하중부하 및 측부부하와 휠시편 회전력이 직선 축을 따라 휠시편에 부여되어 인가하고자 하는 하중부하와 측부부하 및 휠시편 회전력을 휠시편에 정확히 인가함으로써 휠과 레일 시험결과의 정확성을 향상시키는 접촉각 부여기를 구비한 철도차량의 휠과 레일 시험장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

그리고 본원 발명은 접촉각 부여 각도를 측정하고, 디스플레이하여 정확한 휠과 레일 시험을 수행할 수 있도록 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도차량의 휠과 레일 시험장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명은, 휠시편의 반경 방향에서 휠시편에 하중부하(radial load)를 부여하는 하중부하기와, 휠축의 일측에 배치되어 상기 휠시편에 측부부하(thrust loade)를 부여하는 측부부하기와, 상기 휠시편과 휠축이 장착되고 상기 휠축을 회전시켜 상기 휠시편을 회전시키는 휠구동부를 구비하여 휠시편에 측부부하와 하중부하를 인가하는 휠시편구동부; 상기 휠축에 평행하게 배치되어 레일시편이 결합되는 레일축과 상기 레일축을 회전시키는 레일구동부를 구비하여 상기 휠시편구동부와 분리배치되는 레일시편구동부; 및 상기 하중부하기와 측부부하기와 휠구동부가 장착되는 휠구동판과, 상기 휠구동판을 상기 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 회전시키는 휠구동판 회동기가 구비된 접촉각 부여부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 접촉각 부여부는, 상기 휠구동판 회동기로 인해 발생하는 각도를 측정하는 센서; 및 상기 센서를 통해 측정한 각도값을 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 휠구동판은, 베이스 플레이트의 상부에 고정볼트에 의해 회전가능하게 고정될 수 있도록 상기 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 원호형상으로 관통 형성되는 다수의 휠 구동판 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 접촉각 부여부는, 외부로부터 입력받는 접촉각 구동각도 조건에 따라 상기 휠구동판을 우측 수평방향으로 0도 내지 3도로 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 휠구동판 회동기는, 스크류잭 타입 또는 서보 유압 실린더 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 휠구동부는, 휠시편;과, 상기 휠시편에 축결합된 휠축;과, 상기 휠축을 회전 가능하게 지지하는 휠축지지대;와, 상기 휠축에 축 결합되어 상기 휠축을 회전시키는 회전구동력을 제공하는 휠드라이버;를 포함하며, 상기 휠축지지대는, 상기 휠축을 회전 가능하게 지지하는 적어도 하나의 스핀들;과, 상기 스핀들이 탈부착 가능하게 설치되며 상기 하중부하기의 하중로드(rod)가 결합되는 하부지지대;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성의 본원 발명은 휠구동판이 휠시편 중심을 중심으로 회전하여 접촉각을 부여하여 철도차량 주행 시의 실제 환경과 가까운 환경에서 휠과 레일 실험을 수행할 수 있도록 하여 휠과 레일 실험 결과의 정확성을 더욱 향상시키는 효과를 제공한다.

본원발명은 또한 하중부하기와 측부부하기 및 휠시편 구동부가 장착된 휠구동판을 회전시키는 것에 의해 접촉각을 부여함으로써 접촉각 부여시 하중부하, 측부부하 및 휠시편 회전력의 변화가 발생하지 않아 휠과 레일 시험결과의 정확성을 향상시키는 효과가 있다.

그리고 본원 발명은 접촉각 부여로 인해 발생하는 각도를 측정하고, 디스플레이하여 접촉각 부여로 인해 휠시편으로 전달되는 과정에서 더욱 정확한 휠과 레일의 피로도 또는 마모도 등의 실험 결과를 얻을 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본원 발명의 실시 예에 따르는 접촉각 부여기를 구비한 휠과 레일 시험장치의 사시도,
도 2는 도 1의 구성 중 휠시편구동부(100)의 사시도,
도 3은 도 1의 구성 중 선형이동가이드(190)의 상세 구성을 나타내기 위한 휠구동부(170)의 부분 사시도,
도 4는 도 1의 구성 중 도 1의 Ⅳ방향에서 바라본 레일시편구동부(300)의 배면도,
도 5는 측부부하스프링(150)의 사시도,
도 6,7은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉각 부여부의 동작을 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본원 발명의 실시예의 설명에서 도 1의 Ⅳ 화살표 방향을 기준으로 Ⅳ 화살표 방향으로 바라본 면이 배면, Ⅳ 화살표 방향의 반대 방향으로 바라본 면이 정면, Ⅳ 화살표 방향의 우측에서 바라본 도면이 우측면, Ⅳ 화살표 방향의 좌측에서 바라본 면을 좌측면이라 한다.

본원 발명의 실시 예의 설명에서 측부부하기 또는 하중부하기의 구성에 따라 구성을 명확히 식별하기 위하여 그 명칭의 앞에 '측부' 또는 '하중'을 기재하여 식별되도록 명칭을 부여하였으나, 이들은 모두 본원 발명의 구성인 탄성부재, 액츄에이터, 마운팅지그, 로드, 부하검출부, 구동판, 스위블조인트 등의 실시 예들이 된다. 본 발명의 실시예의 설명에서 측부로드셀과 하중로드셀은 본원 발명의 부하검출부의 실시예들이다.

도 1은 본원 발명의 실시 예에 따르는 접촉각 부여기를 구비한 휠과 레일 시험장치(1)(이하, '휠과 레일 시험장치(1)'라 함)의 사시도이며, 도 2는 도 1의 구성 중 휠시편구동부(100)의 사시도이고, 도 3은 도 1의 구성 중 선형이동가이드(190)의 상세 구성을 나타내기 위한 휠구동부(170)의 부분 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본원 발명의 실시 예에 따르는 휠과 레일 시험장치(1)는 휠시편(10)이 장착되어 휠시편(10)에 측부부하(thrust load)와 하중부하(radial load)를 인가하도록 구성된 휠시편구동부(100)와, 휠시편구동부(100)의 휠축에 평행하게 고정된 고정지그(310) 상에서 휠시편구동부(170)와 대향하는 수직벽면 상에 설치되는 레일시편구동부(300)와, 유압분배부(H)와, 휠시편구동부(100)와 레일시편구동부(300), 유압분배부(H)를 고정지지하는 베이스플레이트(base plate)(500), 접촉각 부여부(600)를 포함하여 구성된다.

상기 유압분배부(H)는 휠시편구동부(100)의 하중부하기(110)와 측부부하기(140)에 공급되는 유압을 분배하는 기능을 수행하는 것으로서 HSM((Hydraulic service manifold) 등으로 구성될 수 있다.

다음으로 접촉각 부여부(600)는, 하중부하기와 측부부하기와 휠구동부가 장착되는 휠구동판(610)과, 휠구동판을 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 회전시키는 휠구동판 회동기(620)가 구비된다.

이러한 접촉각 부여부는, 상기 휠구동판 회동기로 인해 발생하는 각도를 측정하는 센서(621)와, 상기 센서를 통해 측정한 각도값을 출력하는 디스플레이부(622)를 포함한다.

본 실시예에 따른 휠구동판(610)은, 베이스 플레이트의 상부에 고정볼트(611)에 의해 회전가능하게 고정될 수 있도록 상기 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 원호형상으로 관통 형성되는 다수의 휠구동판 결합홈(612)이 형성된다.

또한 접촉각 부여부(600)는, 외부로부터 입력받는 접촉각 구동각도 조건에 따라 상기 휠구동판(610)을 우측 수평방향으로 0도 내지 3도로 회전할 수 있도록 한다.

그리고 휠구동판 회동기(620)는, 스크류잭 타입 또는 서보 유압 실린더 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

도 2와 같이 상기 휠시편구동부(100)는 하중부하기(110)와 측부부하기(140)와 휠구동부(170)가 휠구동판(610) 상에 일체로 장착 구성된다.

상기 하중부하기(110)는 하중부하를 인가하는 축 방향으로 순차적으로 결합되는 하중마운팅지그(111)와 하중스위블조인트(113)와 하중액츄에이터(115)와 하중로드셀(radial load cell)(116)과 하중부하스프링(120)과 하중로드(rod)(117)를 포함하여 휠구동판(610) 상에 고정 구성된다.

상기 하중마운팅지그(111)는 상기 휠시편(10)의 반경 방향에서 휠구동판(610)에 고정된다.

상기 하중스위블조인트(113)는 하중마운팅지그(111)의 휠시편(10)의 중심에 대향하는 면에 회전 자유롭게 고정된다.

상기 하중액츄에이터(115)는 유압서보액츄에이터로 구성되어 휠시편에 인가하고자 하는 하중에 해당하는 하중부하를 발생시키도록 구성된다.

상기 하중로드셀(116)은 하중액츄에이터(115)와 하중부하스프링(120) 사이에 결합되어 하중액츄에이터(115)에서 하중로드(rod)(117)로 인가되는 하중부하 값을 검출하여 출력하도록 구성된다.

상기 하중부하스프링(120)은 하중액츄에이터(115)에서 인가되는 하중부하에 대한 댐핑(damping) 기능을 수행하는 것에 의해 힘의 노이즈(noise) 성분인 고주파성분을 제거한다. 또한 상기 하중부하스프링(120)은 고주파성분 제거를 용이하게 할 수 있도록 탄성계수(강성)을 용이하게 조절할 수 있도록 구성된다.

상기 하중로드(rod)(117)는 일단은 단일축 형상이고, 타단은 'ㄷ'자 형상으로 분기된 가지를 가지도록 구성된다. 상기 구성의 하중로드(rod)(117)는 단일축 형상의 단부는 하중로드셀(116)에 결합되고, 가지 형상의 단부는 하기에서 설명될 휠축지지대(177)의 하부지지대(177b)에 결합되어 하중액츄에이터(115)에서 발생한 하중 부하를 휠시편(10)으로 전달한다.

상기 측부부하기(140)는 휠시편(10)의 축방향으로 측부부하를 가하기 위하여 축방향을 따라 순차적으로 결합되는 측부마운팅지그(141)와 측부스위블조인트(143)와 측부액츄에이터(145)와 측부로드셀(thrust load cell)(146)과 측부부하스프링(150)과 측부로드(rod)(148)를 포함하여 휠구동판(610) 상에 고정 구성된다.

상기 측부마운팅지그(141)는 상기 휠시편(10)의 휠축(173) 방향에서 휠구동판(610)에 고정된다.

상기 측부스위블조인트(143)는 일 측 단부는 측부마운팅지그(141)의 휠시편(10)의 중심과 대향하는 면에 회전 자유롭게 고정되고 타측 단부는 측부액츄에이터(145)에 결합된다.

상기 측부액츄에이터(145)는 유압서보액츄에이터로 구성되어 휠축(173)의 축방향을 따라 인가되는 측부부하를 발생시켜 휠시편(10)의 측면에 측부부하를 인가하도록 구성된다.

상기 측부로드셀(146)은 측부액츄에이터(145)와 측부부하스프링(150)의 사이에 결합되어 측부액츄에이터(145)에서 휠시편(10)에 인가되는 측부부하 값을 검출하여 출력하도록 구성된다.

상기 측부부하스프링(150)은 일 단이 상기 측부로드셀(146)에 결합되고 타 단은 상기 측부로드(rod)(148)에 결합되도록 구성된다. 상기 측부부하스프링(150)은 다수의 판스프링(152, 도 5 참조)를 구비하여 구성된다. 이에 의해 상기 측부부하스프링(150)은 판스프링(152, 도 5 참조)의 개수를 조절하여 탄성계수 또는 강성을 조절하는 것에 의해 힘의 고주파 성분 제거 효율을 향상시킬 수 있음은 물론, 결합 길이를 감소시켜 측부부하기(140)의 전체 길이를 감소시키는 부가적인 효과를 가진다. 상기 측부부하스프링(150)의 상세 구조는 도 5를 참조하여 하기에서 더욱 상세히 설명한다.

상기 측부로드(rod)(148)는 일단은 측부부하스프링(150)에 결합되고 타단은 하기에 설명된 선형이동가이드(190)의 측부구동판(192)의 측면에 결합된다.

상기 휠구동부(170)는 휠드라이버(171)와 휠축지지대(177)와 휠축(173)과 휠시편(10)과 휠축지지대(177)가 전후 좌우 선형 이동 가능하게 장착되는 선형이동가이드(190)가 휠구동판(610) 상에 고정 구성된다.

상기 휠드라이버(171)는 회전 속도를 제어할 수 있는 서보모터로 구성되어 상기 휠시편(10)의 휠축(173) 방향에서 측부부하기(140)와 반대의 위치의 휠구동판(610)에 고정 설치된다. 상기 휠드라이버(171)의 회전축은 CV 조인트(Constant Velocity joint)와 같은 커플러(C)에 의해 휠축지지대(177)에 회전 가능하게 지지되는 휠축(173)에 축결합되어 휠축(173)을 원하는 속도로 회전시킨다.

상기 휠축지지대(177)는 휠축(173)의 양단부 각각에 구성된다. 각각의 휠축지지대(177)는 휠축(173)의 양단이 각각 회전 가능하게 지지되는 하중스핀들(spindle)(177a)과, 하중스핀들(177a)이 탈장착이 가능하도록 하중스핀들(177a)의 저면에 상부면이 결합되고 저면은 하기에 설명될 선형이동가이드(190)의 측부구동판(192)의 상부에 고정장착되는 하부지지대(177b)를 포함하여 구성된다.

상기 휠시편(10)은 철도 차량의 바퀴가 된다.

도 3과 같이 상기 선형이동가이드(190)는 상부에서 하부로 측부구동판(192)과 다수의 측부가이드레일(194)과 하중구동판(196)과 다수의 하중가이드레일(198)을 포함하여 하중가이드레일(198)들이 휠구동판(610)에 고정설치된다.

상기 측부구동판(192)의 상부에는 휠축지지대(177)들의 하부지지대(177b)들이 고정설치되고, 측부부하기(140)와 대향하는 측면에는 측부로드(rod)(148)가 결합구성된다.

상기 측부가이드레일(194)들은 가이드블록(191)을 매개로 하여 측부구동판(192)이 좌우 이동될 수 있도록 측부구동판(192)의 저면에 부착되고, 저면은 하중구동판(196)의 상부에 고정된다.

상기 하중구동판(196)은 저면에 가이드블록(191)을 매개로 하여 다수의 하중가이드레일(198)들 상에 전후 방향 이동 가능하게 결합된다.

상기 하중가이드레일(198)들은 저면이 휠구동판(610)에 고정결합된다.

상기 구성을 가지는 상기 선형이동가이드(190)는 측부부하의 인가시 측부구동판(192)의 측부가이드레일(194) 상에서 이동되나, 하중구동판(196)은 하중가이드레일(198) 상에서는 이동되지 않게 된다. 또한 하중부하의 인가시에는 하중구동판(196)이 하중가이드레일(198) 상에서 이동되나 측부가이드레일(194) 상에서는 이동되지 않게 된다. 즉, 상기 선형이동가이드는 힘의 인가 방향으로만 이동되는 것에 의해 힘의 인가시 원하지 않는 방향으로 이동하는 여유자유도의 발생을 방지한다.

도 4는 도 1의 구성 중 도 1의 Ⅳ방향에서 바라본 레일시편구동부(300)의 배면도이다.

도 1 및 도 4와 같이, 상기 레일시편구동부(300)는 휠시편구동부(100)의 휠축(173)에 평행하게 대향하는 수직벽면(310a)을 형성하도록 베이스플레이트(500) 상에 고정되는 고정지그(310)와, 수직벽면(310a)에 설치된 레일구동판(410)과 레일구동판(410)의 배면에 매달리도록 장착되는 레일구동부(370)를 포함하여 구성된다.

상기 레일구동부(370)는 레일시편(20)과 레일시편(20)이 축결합되는 레일축(373)과, 레일축(373)의 양단부가 회전 가능하게 지지되는 두 개의 레일축지지대(377)와, 레일축지지대(377)에 의해 지지되는 레일축(373)과, 레일축(373)과 축결합되는 레일드라이버(rail driver)와, 레일드라이버(371)의 레일축(373)과 결합된 타단부의 축에 결합된 제동부(B)를 포함하여 구성된다.

상기 레일드라이버(rail driver)는 회전속도 제어가 가능한 서보모터로 구성된다.

상기 레일축지지대(377)는 레일축(373)의 양단부를 회전가능하게 지지하는 두 개의 레일스핀들(377a)과, 레일스핀들(377a)을 탈장착 가능하게 고정지그(310)의 배면 수직벽면(310a)에 고정시키는 수직지지대(377b)를 포함하여 구성된다. 상기 구성에 의해 레일스핀들(377a)을 수직지지대(377b)로부터 분리시킬 수 있어 레일스핀들(377a), 레일축(373), 레일시편(20)의 교체, 수리 등을 용이하게 한다.

상기 레일시편(20)은 철도의 레일을 원반의 외주연에 원형으로 형성한 것이다.

도 5는 측부부하스프링(150)의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 측부부하스프링(150)은 측부로드셀(152)과 결합되는 판스프링(152)과, 판스프링(152)의 측부로드셀(152)과 결합된 반대면에 결합 고정되는 판스프링고정지그(151)와, 판스프링고정지그(151)를 측부로드(rod)(148)에 연결하는 스위블조인트(149)를 포함하여 구성된다.

상기 판스프링고정지그(151)는 ']' 형상으로 좌측에 상하로 분리되어 돌출된 돌출부(151a)가 판스프링(152)의 상하 양측에 결합되고, 우측 면은 스위블조인트(149)와 결합된다. 이에 의해 좌측의 돌출부(152a)의 사이 영역에 일정 여유공간이 형성되어 판스프링(152)이 인가되는 부하에 대향하는 힘을 받으며 진동하는 것에 의해 측부부하에 의해 발생하는 고주파성분을 필터링한다. 상기 측부부하스프링(150)은 판스프링(152)의 개수를 조절하는 것에 의해 탄성계수 또는 강성을 조절할 수 있다.

상기 하중부하스프링(120)은 상기 측부부하스프링(150)과 동일한 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 상기 하중부하스프링(120)과 측부부하스프링(150)은 본원 발명의 탄성부재의 실시예들이다.

상기 구성의 측부부하스프링(150)은 하중부하기(110)와 측부부하기(140)에 선택적으로 적용될 수 있다. 즉, 하중부하기(110)와 측부부하기(140) 모두에 측부부하스프링(150)이 적용되거나 필요에 따라 어느 하나에만 적용될 수도 있다.

상기 구성을 가지는 하중부하스프링(120)과 측부부하스프링(150)은 하중로드셀(116)과 하중로드(rod)(117)의 사이 또는 측부로드셀(146)과 측부로드(148) 사이등의 하중부하가 전달되는 축상에 위치되어 댐핑(damping) 작용을 수행하는 것에 의해 하중액츄에이터(115)에서 인가되는 하중부하 또는 측부액츄에이터(145)에서 인가되는 측부부하의 고주파성분을 제거한다.

이 경우 하중부하 또는 측부부하의 고주파성분 제거의 효율 향상을 위해 탄성계수 또는 강성의 조절이 필요한 경우 상기 판스링(152)의 개수를 조절하여 측부부하스프링(150)의 탄성계수 또는 강성을 용이하게 조절할 수 있게 된다.

이에 따라 하중부하 또는 측부부하의 부여시 실험에 불필요하게 발생하는 힘의 고주파 성분이 효과적으로 제거됨으로써 원하는 힘(부하)을 휠시편(10)에 인가하여 정확한 휠과 레일의 피로도 또는 마모도 등의 실험을 수행할 수 있도록 하고, 실험 결과 또한 실제의 휠과 레일의 피로도 및 마모도에 더욱 근접하게 된다.

상기 하중부하스프링(120) 및 측부부하스프링(150)은 본 발명의 탄성부재의 실시예들이다. 본원 발명의 실시예의 설명에서 상기 하중부하스프링(120) 또한 상기 측부부하스프링(150)과 동일한 구성을 가지도록 구성될 수 있다. 따라서 상기 하중부하스프링(120)이 상기 측부부하스프링(150)과 동일한 구조를 가지는 경우에도 강성 또는 탄성계수는 판스프링(152)의 개수를 조절하는 것에 의해 조절된다.

상술한 구성을 가지는 본원 발명의 휠과 레일 시험장치(1)는 휠시편(10)과 레일시편(20)을 접촉시킨 후 휠드라이버(171)를 이용하여 휠시편(10)을 회전시키고, 레일드라이버(171)을 이용하여 레일시편(20)을 회전시키면서 휠과 레일 실험을 수행할 수 있도록 한다.

즉, 휠과 레일 사이의 하중부하(radial load)에 의한 마모를 실험하고자 하는 경우에는 하중액츄에이터(145)와 하중로드셀(116)을 이용하여 실험하고자하는 하중을 휠시편(10)에 부여한다. 또한, 측부부하(thrust load)를 부여하고자 하는 경우에는 측부부하기(140)의 측부액츄에이터(145)와 측부로드셀(146)을 이용하여 휠시편(10)으로 측부부하를 인가하여 휠과 레일의 피로 또는 마모 실험을 수행할 수 있도록 한다. 이러한 실험(시험) 과정에서 상기 하중부하와 측부부하는 동시에 휠시편에 인가될 수도 있다.

즉, 본원발명은 하중부하기(110)와 측부부하기(140)와 휠구동부(170)가 휠구동판(610) 상에 모두 고정설치되어 측부부하(thrust load)와 하중부하(radial load)를 휠시편(10)에 인가하도록 구성되므로, 측부부하(thrust load)와 하중부하(radial)의 인가시 인가되는 부하에 의해 발생하는 여유자유도의 발생이 감소되어 인가하고자 하는 부하가 손실 없이 휠시편(10)으로 인가되므로 휠시편(10)의 부하인가 응답 특성이 향상되어 부하인가를 용이하게 하고 실험 결과의 정확성 또한 향상된다.

또한, 본원 발명은 하중부하기(110)와 측부부하기(140)에 구비된 탄성부재로서의 하중부하스프링(120) 또는 측부부하스프링(150)이 휠시편(10)으로 인가되는 부하의 고주파 성분을 제거하는 것에 의해 휠시편(10)에서의 부하 응답 특성이 개선된다. 즉, 가하고자 하는 하중부하 또는 측부부하가 휠시편으로 전달되는 과정에서 변화되는 폭이 적어지게 되므로 더욱 정확한 휠과 레일의 피로도, 마모도 등의 실험 결과를 얻을 수 있도록 한다.

또한, 본원 발명은 휠시편(10)에 하중부하와 측부부하를 인가하므로 실제의 철도차량의 주행상태에서 휠에 의해 레일에 하중부하와 측부부하가 인가되는 것과 동일한 환경을 재현할 수 있다. 이에 따라 철도차량 주행 시의 실제 환경과 가까운 환경에서 휠과 레일 실험을 수행할 수 있도록 하여 휠과 레일 실험 결과의 정확성을 더욱 향상시킨다.

또한, 본원 발명은 선형이동가이드(190)가 일방향 이동시 다른 방향 이동이 고정되도록 구성되는 것에 의해 측부부하 또는 하중부하의 인가시 여유자유도가 발생하지 않게 됨으로써 휠과 레일의 피로도, 마모도 등의 실험의 정확성을 더욱 향상시킨다.

본 발명에서 휠시편(10)과 레일시편(20) 사이의 접촉각(contact angle)은 휠구동판(610)을 회전시키는 것에 의해 부여된다. 그리고 휠시편(10)과 레일시편(20)의 비틀림 접촉을 유발시키는 어택각(attack angle)은 레일구동판(410)을 레일시편(20)의 중심을 중심으로 상하 회동시키는 것에 의해 부여된다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 접촉각 부여기를 구비한 철도차량의 휠과 레일 시험장치는, 외부로부터 입력받는 접촉각 구동각도 조건에 따라 상기 휠구동판을 우측 수평방향으로 0도 내지 3도로 회전할 수 있도록 하여 접촉각 부여 시, 휠과 레일의 피로도, 마모도 등의 실험의 정확성을 더욱 향상시킨다.

1: 휠과 레일 시험장치, 10: 휠시편, 20: 레일시편, 100: 휠시편구동부
110: 하중부하기, 113; 하중마운팅지그, 113: 하중스위블조인트, 115: 하중액츄에이터, 116: 하중로드셀, 117: 하중로드(rod)
120: 하중부하스프링
140: 측부부하기, 141; 측부마운팅지그, 143: 측부스위블조인트, 146: 측부로드셀, 148: 측부로드(rod)
150: 측부부하스프링, 151: 판스프링고정지그, 151a: 돌출부, 152: 판스프링
170: 휠구동부, 171: 휠드라이버, 173: 휠축, 177: 휠축지지대, 177a: 하중스핀들, 177b: 하부지지대
190: 선형이동가이드, 191: 가이드블록, 192: 측부구동판, 194: 측부가이드레일, 196; 하중구동판, 198: 하중가이드레일
410: 레일구동판, 500: 베이스플레이트
600: 접촉각 부여부, 610: 휠구동판, 611: 고정볼트, 612: 휠구동판 결합홈
620: 휠구동판 회동기, 621: 센서, 622: 디스플레이부

Claims (6)

1. 휠시편의 반경 방향에서 휠시편에 하중부하(radial load)를 부여하는 하중부하기와, 휠축의 일측에 배치되어 상기 휠시편에 측부부하(thrust load)를 부여하는 측부부하기와, 상기 휠시편과 휠축이 장착되고 상기 휠축을 회전시켜 상기 휠시편을 회전시키는 휠구동부를 구비하여 휠시편에 측부부하와 하중부하를 인가하는 휠시편구동부;
   상기 휠축에 평행하게 배치되어 레일시편이 결합되는 레일축과 상기 레일축을 회전시키는 레일구동부를 구비하여 상기 휠시편구동부와 분리배치되는 레일시편구동부; 및
   상기 하중부하기와 측부부하기와 휠구동부가 장착되는 휠구동판과, 상기 휠구동판을 상기 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 회전시키는 휠구동판 회동기가 구비된 접촉각 부여부;를 포함하며,
   상기 휠구동판에 고정결합되는 하중가이드레일;
   제1 가이드블록을 매개로 하여 하중부하기로 인해 상기 하중가이드레일 상에 이동가능하게 결합되는 하중구동판;
   상기 하중구동판 상부에 고정되는 측부가이드레일; 및
   제2 가이드블록을 매개로 하여 측부부하기로 인해 상기 측부가이드레일 상에 이동가능하게 결합되는 측부구동판;을 포함하는 선형이동가이드;를 더 포함하며,
   상기 하중부하 또는 측부부하를 인가하는 축방향을 따라 마운팅지그, 스위블조인트, 액츄에이터, 로드셀, 부하스프링, 로드(rod)를 포함하여 상기 휠구동판 상에 고정되며, 상기 부하스프링은 탄성부재의 개수를 조절하여 탄성계수 또는 강성을 조절하는 것을 특징으로 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도 차량의 휠과 레일 시험장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 접촉각 부여부는,
   상기 휠구동판 회동기로 인해 발생하는 각도를 측정하는 센서; 및
   상기 센서를 통해 측정한 각도값을 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도 차량의 휠과 레일 시험장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠구동판은,
   베이스 플레이트의 상부에 고정볼트에 의해 회전가능하게 고정될 수 있도록 상기 휠시편의 휠축과 결합된 중심을 중심으로 원호형상으로 관통 형성되는 다수의 휠 구동판 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도 차량의 휠과 레일 시험장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 접촉각 부여부는,
   외부로부터 입력받는 접촉각 구동각도 조건에 따라 상기 휠구동판을 우측 수평방향으로 0도 내지 3도로 회전할 수 있도록 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도 차량의 휠과 레일 시험장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠구동판 회동기는,
   스크류잭 타입 또는 서보 유압 실린더 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도 차량의 휠과 레일 시험장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠구동부는,
   휠시편;과,
   상기 휠시편에 축결합된 휠축;과,
   상기 휠축을 회전 가능하게 지지하는 휠축지지대;와,
   상기 휠축에 축 결합되어 상기 휠축을 회전시키는 회전구동력을 제공하는 휠드라이버;를 포함하며,
   상기 휠축지지대는,
   상기 휠축을 회전 가능하게 지지하는 적어도 하나의 스핀들;과,
   상기 스핀들이 탈부착 가능하게 설치되며 상기 하중부하기의 하중로드(rod)가 결합되는 하부지지대;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 접촉각 부여기를 구비한 철도 차량의 휠과 레일 시험장치.

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