KR101533226B1 - Slab track twist monitoring apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수 개가 설치되어 슬라브 궤도면의 변형률을 각각 측정하는 변형률 센서 및 변형률 센서에서 측정된 변형률 각각을 통해 변형률 센서의 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 각각 구한 후, 각 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 이용하여 슬라브 궤도면의 면틀림을 계산하는 면틀림 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a plurality of strain sensors, each of which measures the strain of the slab raceway surface, and a strain sensor that measures the strain in the vertical direction at each measurement position of the strain sensor, And calculating a misalignment of the slab track surface by using the displacement of the slab in the direction of the slab.
Description
본 발명은 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬라브 궤도면의 면틀림을 계측하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로, 철도설계기준으로 열차의 탈선을 방지하기 위해 열차의 차륜과 레일의 접촉에 대한 안전규정으로서 면틀림이 제시된다. In general, misalignment is presented as a safety guideline for the contact between a rail and a wheel of a train in order to prevent derailment of the train by the railroad design standard.
면틀림은 주로 유지보수 업무의 하나로 검측차량에 의해 별도로 계측되는데, 기존의 면틀림 계측 방법에서는 실제 열차 운행시의 면틀림을 계측하는 것이 아니라 간접적으로 면틀림을 계측함으로써, 열차 운영 당시의 데이터를 정확하게 제공하지 못하는 문제점이 있었다. One of the main tasks of the maintenance is to measure the surface irregularity separately. In the conventional surface irregularity measurement method, the surface irregularity is indirectly measured rather than the actual surface irregularity. There is a problem that it can not be provided accurately.
게다가, 궤도검측차량으로 면틀림을 계측하는 방법은 궤도면의 정적인 상태를 검사할 뿐 실제 운영 열차에 의한 구조물의 응답특성을 정확하게 반영하지 못하는 문제점이 있었다. In addition, the method of measuring the misalignment with the tracked vehicle has a problem that it can not accurately reflect the response characteristic of the structure due to the actual running train, only checking the static condition of the track surface.
최근에는 열차 속도가 고속으로 상향되고 있어 열차 운행 중 궤도면의 거동 파악이 더욱 중요해지고 있는바, 종래의 면틀림 계측 방법을 개선할 필요성이 더욱 높아지고 있는 실정이다. Recently, as the train speed is increased to a high speed, it is becoming more important to grasp the behavior of the track surface during the train operation. Thus, there is a growing need to improve the conventional method of measuring the surface misalignment.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 10-2010-88945호(2010.08.1)의 '철도 지반 침하 및 구조물 변형에 따른 레일 변위량 측정 장치 및 이를 이용한 레일 변위량 자동 계측 시스템과 그 방법'에 개시되어 있다.
The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-88945 (Aug. 1, 2010) entitled " Rail displacement measurement apparatus according to settlement of railroad ground and structural deformation, and automatic rail displacement measurement system and method using the rail displacement measurement apparatus & have.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열차 운행시 슬라브 궤도면의 각 측정 위치간 상대 변위를 계산하여 슬라브 궤도면의 면틀림을 계측하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of measuring a slab track surface error by calculating a relative displacement between measurement positions of a slab track surface during a train operation, And to provide a measuring apparatus.
본 발명의 다른 목적은 열차 운행시 슬라브 궤도면의 미소변형을 계측하여 슬라브 궤도면의 면틀림을 실시간으로 정확하게 계측하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a slab track surface misalignment measuring apparatus for accurately measuring real-time misalignment of a slab raceway surface by measuring minute deformation of the slab raceway surface when a train is operated.
본 발명의 또 다른 목적은 열차 운행시 1개 대차에 존재하는 4개의 차륜이 같은 평면에서 벗어나는지 여부에 대한 안전도를 판단할 수 있도록 하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a slab track surface misalignment measuring apparatus capable of judging the degree of safety of whether four wheels existing on a bogie on a train are deviated from the same plane.
본 발명의 또 다른 목적은 열차의 차륜과 레일의 접촉에 대한 안전을 확보하여 탈선 위험을 최소화하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a slab track surface misalignment measuring apparatus which secures safety against contact between a wheel and a rail of a train to minimize the risk of derailment.
본 발명의 또 다른 목적은 궤도 면틀림에 대한 정량적인 판단기준을 제시할 수 있는 데이터를 지속적으로 확보하여 열차 운행의 안전율과 열차의 승차감을 확보할 수 있도록 하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a slab track surface misalignment measuring device which can secure quantitative judgment criteria for track misalignment and secure data for ensuring safety of train operation and ride comfort of trains .
본 발명의 일 측면에 따른 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치는 복수 개가 설치되어 슬라브 궤도면의 변형률을 각각 측정하는 변형률 센서; 및 상기 변형률 센서에서 측정된 상기 변형률 각각을 통해 상기 변형률 센서의 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 각각 구한 후, 상기 각 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 이용하여 상기 슬라브 궤도면의 면틀림을 계산하는 면틀림 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a device for measuring slab orbital surface defects, comprising: a plurality of strain sensors, each of which is provided with a strain sensor for measuring a strain of a slab track surface; And a strain sensor for measuring a strain in the vertical direction at the measurement position of the strain sensor through each of the strains measured by the strain sensor and then using the displacement in the vertical direction at each measurement position to detect a misalignment of the slab- And a misalignment calculation unit for calculating the misalignment.
본 발명에서, 상기 변형률 센서는 열차 차륜의 배치 위치에 대응되게 직사각형의 꼭지점 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the strain sensors are respectively disposed at vertex positions of a rectangle corresponding to the arrangement positions of the train wheels.
본 발명에서, 상기 변형률 센서는 열차 진행 방향으로 제1설정범위 이내의 거리로 배치되고, 열차 진행 방향과 직각 방향으로 제2설정범위 이내의 거리로 배치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the strain sensors are disposed at distances within a first set range in a train traveling direction and at distances within a second setting range in a direction perpendicular to a train traveling direction.
본 발명에서, 상기 연직방향의 변위는 하기의 수학식 
본 발명에서, 상기 변형률 센서는 브릿지 회로로 구성되어 슬라브 궤도면의 굽힘에 대한 인장방향 스트레인을 보상하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the strain sensor is constituted by a bridge circuit and compensates for tensile strain against bending of the slab raceway surface.
본 발명에서, 상기 변형률 센서는 슬라브 궤도면의 온도에 따른 변동성을 보상하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the strain sensor compensates for variations in temperature of the slab raceway surface.
본 발명은 열차 운행시 슬라브 궤도면의 각 측정 위치간 상대 변위를 계산하여 슬라브 궤도면의 면틀림을 계측한다. In the present invention, the relative displacement between the measurement positions on the slab orbital plane at the time of train operation is calculated to measure the plane defects of the slab orbital plane.
본 발명은 열차 운행시 슬라브 궤도면의 미소변형을 계측하여 면틀림을 실시간으로 정확하게 계측한다. The present invention measures the minute deformation of the slab raceway surface while the train is running, and accurately measures the surface defects in real time.
본 발명은 열차 운행시 1개 대차에 존재하는 4개의 차륜이 같은 평면에서 벗어나는지 여부에 대한 안전도를 판단할 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to judge the safety of whether four wheels existing in a bogie on a train are out of the same plane.
본 발명은 열차의 차륜과 레일의 접촉에 대한 안전을 확보하여 탈선 위험을 최소화하고, 궤도 면틀림에 대한 정량적인 판단기준을 제시할 수 있는 데이터를 지속적으로 확보하여 열차 운행의 안전율과 열차의 승차감을 확보할 수 있도록 한다.
The present invention minimizes the risk of derailment by ensuring the safety of the contact between the wheel and the rail of a train and continuously provides data that can provide a quantitative judgment criterion against the misalignment of the track so that the safety of the train and the ride comfort .
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 도 1 의 변형률 센서의 배치 위치를 나타낸 사시도이다.
도 3 은 도 1 의 변형률 센서의 배치 위치를 나타낸 측단면도이다.
도 4 는 철도설계기준에서 명시하는 면틀림에 대한 정의를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 5 는 재료의 탄성 변형시 미소변형량, 곡률, 곡률반경 및 변형각의 기하학적 관계를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring slab track surface misalignment according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing an arrangement position of the strain sensor of FIG.
3 is a side cross-sectional view showing an arrangement position of the strain sensor of FIG.
Fig. 4 is a conceptual view showing definition of plane misalignment specified in the railway design standard.
Fig. 5 is a diagram showing the geometric relationship of the amount of micro strain, the curvature, the radius of curvature, and the deformation angle when the material is elastically deformed.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a slab track surface misalignment measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 도 1 의 변형률 센서의 배치 위치를 나타낸 사시도이며, 도 3 은 도 1 의 변형률 센서의 배치 위치를 나타낸 측단면도이며, 도 4 는 철도설계기준에서 명시하는 면틀림에 대한 정의를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 5 는 재료의 탄성 변형시 미소변형량, 곡률, 곡률반경 및 변형각의 기하학적 관계를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a block diagram of a slab track surface misalignment measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a placement position of the strain sensor of FIG. 1, Fig. 4 is a conceptual view of definition of plane misalignment specified in the railway design standard, and Fig. 5 is a graph showing the geometric relationship of the amount of micro strain, curvature, radius of curvature, Fig.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치는 변형률 센서(10), 수집부(20) 및 면틀림 계산부(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an apparatus for measuring slab track surface defects according to an embodiment of the present invention includes a
변형률 센서(10)는 복수 개가 설치되며, 각 변형률 센서(10)는 열차 운행시 x축과 y축으로 변형되는 슬라브 궤도면(43)의 변형률을 측정한다. A plurality of
이러한 변형률 센서(10)는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 4개가 설치되며 각각은 슬라브 궤도면(43)에 부착된다. 참고로 도면부호(42)는 침목이다. As shown in Figs. 2 and 3, four
각 변형률 센서(10)는 슬라브 궤도면(43)에 고정된 레일(41)의 아래에 설치되며, 1개 대차의 각 차륜간 거리에 대응되게 직사각형의 꼭지점 위치에 각각 배치된다. Each
이 경우, 변형률 센서(10)는 열차 진행 방향으로 제1설정범위 이내의 거리로 배치되며, 열차 진행 방향과 직각 방향으로는 제2설정범위 이내의 거리로 배치된다. 이와 같은 변형률 센서(10) 간의 거리는 열차 차륜의 중심 간 거리에 따라 다양하게 결정될 수 있다. In this case, the
또한, 변형률 센서(10)는 브릿지 회로로 구성되어 굽힘에 대한 인장방향 스트레인을 보상하고 슬라브 궤도면(43)의 온도에 따른 변동성을 보상함으로써, 측정된 변형률의 정확도를 향상시키고, 변형률을 통해 계산되어지는 면틀림에 대한 신뢰도를 높인다. Further, the
수집부(20)는 각 변형률 센서(10)에 의해 측정된 변형률을 수집하여 면틀림 계산부(30)에 입력한다. The
면틀림 계산부(30)는 변형률 센서(10) 각각으로부터 입력받은 측정 위치에서의 변형률을 이용하여 각 측정위치에서의 연직방향의 변위를 계산하고, 계산된 각 측정위치에서의 연직방향의 변위를 이용하여 슬라브 궤도면(43)의 상대 변위 즉, 면틀림을 계산한다.The surface
도 4 를 참조하면, 면틀림은 차륜과 레일(41)의 접촉에 대한 안전을 확보하여 탈선 위험을 최소화하기 위한 것으로 교량의 교축직각방향 회전에 의한 캔트 변화(비틀림 각변화) 제한규정이다.Referring to FIG. 4, the plane misalignment is a restriction of cant change (twist angle change) due to rotation of the bridge in the direction perpendicular to the throttle in order to secure the safety of contact between the wheel and the
면틀림에 대한 규정은 1개 대차에 존재하는 4개 차륜이 같은 평면에서 벗어나지 않도록 제한하기 위한 것이다. The rule for plane misalignment is to limit the four wheels present in a bogie to not deviate from the same plane.
통상, 슬라브 궤도면(43)의 휨은 탄성범위 내에 있고, 측정 위치는 같은 곡률반경을 갖는다. 레일(41)을 고정하고 있는 슬라브는 2방향 보로 거동하며, 슬라브의 연직방향 거동과 레일(41)의 연직방향 거동은 동일하다. 각 변형률 센서(10)로부터 해당 측정점의 미소변형량을 얻을 수 있으며, 이로부터 곡률을 계산할 수 있고, 각 측정점의 곡률의 차이로부터 각 측정점의 연직방향으로의 상대 변위를 구할 수 있다. Usually, the warpage of the
이러한 특성에 기반하여 면틀림 계산부는 다음과 같이 각 측정지점에서의 연직방향의 변위를 계산한다. Based on this characteristic, the misalignment calculation unit calculates the displacement in the vertical direction at each measurement point as follows.
도 5 를 참조하면, 면틀림은 미소변형에 대한 곡률(ρ), 곡률반경(k) 및 변형량(dθ)에 대한 기하학적 관계식을 통해 계산되어지는데, 곡률(ρ), 곡률반경(k) 및 변형량(dθ)의 기하학적 관계식은 하기의 수학식1과 다음과 같다. 참고로, 도 5 의 O는 곡률의 원점이다. 5, plane misalignment is calculated through a geometric relationship with respect to a curvature p, a radius of curvature k, and a deformation amount d &thetas; with respect to a micro strain. The curvature p, the curvature radius k, (d &thetas;) is expressed by Equation (1) below. For reference, O in Fig. 5 is the origin of the curvature.
여기서, ds는 호의 길이이다. 그리고, dx는 ds를 직선으로 근사화한 값인데, 이는 슬라브 궤도면(43)의 변형이 미소 변형되기 때문에 ds를 직선으로 가정할 수 있다. Where ds is the length of the arc. Here, dx is a value obtained by approximating ds to a straight line. This is because the deformation of the
도 5 의 e점과 f점 사이의 길이를 L1이라 하고, 중립축(s)로부터 떨어진 길이를 y로 하여 정리하면, 하기의 수학식2가 된다.When the length between point e and point f in FIG. 5 is L 1 and the distance from the neutral axis (s) is y, the following equation (2) is obtained.
이며, 여기서 
한편, dx의 길이 변화량 L1-dx는 하기의 수학식 3과 같이 정리된다.On the other hand, the length variation L 1 -dx of dx is summarized as the following equation (3).
여기서, εx는 dx의 길이 변화량 L1-dx로써, 변형률 센서(10)에서 측정된 변형률을 기초로 y에 의해 보정된 값이다. Here, epsilon x is a length change amount L 1 -dx of dx, which is a value corrected by y based on the strain measured by the
이러한 수학식1,2,3과 같은 기하학적 관계식을 바탕으로, 각 측정위치에서의 연직방향의 변위는 하기의 수학식 4를 통해 계산된다. Based on the geometric relations such as Equations (1), (2) and (3), the displacement in the vertical direction at each measurement position is calculated by the following Equation (4).
여기서, δ는 연직방향의 변위이고, θ는 변형량으로써 θ는 슬라브 궤도가 미소변형되므로, dθ와 근사화된다. Here,? Is the displacement in the vertical direction,? Is the amount of deformation, and? Is approximated to d? Since the slab orbit is slightly deformed.
또한, 미소변형에 대해 θ를 구하기 위해 근사적으로 크기가 같은 sinθ를 하기의 수학식 2로 구할 수 있으며, 이를 cos값으로 산정할 수 있다. 이는 하기의 수학식5와 같다.Further, in order to obtain? With respect to the microscopic distortion, sin? Having an approximate magnitude can be obtained by the following equation (2), and it can be estimated as a cos value. This is expressed by the following equation (5).
여기서, L은 보의 길이다. Where L is the length of the beam.
또한, 곡률(ρ)은 하기의 수학식 6을 통해 계산될 수 있다.Further, the curvature? Can be calculated through the following equation (6).
면틀림 계산부(30)는 상기한 바와 같이, 각 변형률 센서(10)로부터 수집된 변형율을 이용하여 각 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 구하고, 이러한 각 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 통해 슬라브 궤도면(43)의 면틀림을 구한다. As described above, the
이와 같이, 본 발명은 열차 운행시 슬라브 궤도면(43)의 각 측정 위치간 상대 변위를 계산하여 슬라브 궤도면(43)의 면틀림을 계측한다. As described above, the present invention calculates the relative displacement between the respective measurement positions of the
본 발명은 열차 운행시 슬라브 궤도면(43)의 미소변형을 계측하여 면틀림을 실시간으로 계산한다. In the present invention, micro-deformation of the slab raceway surface (43) is measured at the time of train operation to calculate surface defects in real time.
본 발명은 열차 운행시 1개 대차에 존재하는 4개의 차륜이 같은 평면에서 벗어나는지 여부에 대한 안전도를 판단할 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to judge the safety of whether four wheels existing in a bogie on a train are out of the same plane.
본 발명은 열차의 차륜과 레일(41)의 접촉에 대한 안전을 확보하여 탈선 위험을 최소화하고, 궤도 면틀림에 대한 정량적인 판단기준을 제시할 수 있는 데이터를 지속적으로 확보하여 열차 운행의 안전율과 열차의 승차감을 확보할 수 있도록 한다. The present invention minimizes the risk of derailment by ensuring the safety of the contact between the wheels of the train and the rail (41), and continuously secures the data that can provide quantitative criteria for the faulty track, Thereby ensuring the ride comfort of the train.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10: 변형률 센서 20: 수집부
30: 면틀림 계산부 41: 레일
42: 침목 43: 슬라브 궤도면 10: strain sensor 20:
30: face misalignment calculation unit 41: rail
42: sleeper 43: slab raceway face
Claims (6)
상기 변형률 센서에서 측정된 상기 변형률 각각을 통해 상기 변형률 센서의 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 각각 구한 후, 상기 각 측정 위치에서의 연직방향의 변위를 이용하여 상기 슬라브 궤도면의 면틀림을 계산하는 면틀림 계산부를 포함하되,
상기 변형률 센서는 열차 차륜의 배치 위치에 대응되게 직사각형의 꼭지점 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치.
A strain sensor provided with a plurality of strain gauges each for measuring a strain rate of the slab raceway surface;
Calculating a displacement in the vertical direction at the measurement position of the strain sensor through each of the strains measured by the strain sensor, and calculating a misalignment of the slab raceway surface using the displacement in the vertical direction at each measurement position And a surface misalignment calculation unit,
Wherein the strain sensors are disposed at vertex positions of a rectangular shape corresponding to positions of the train wheels.
2. The slab rail according to claim 1, wherein the strain sensors are disposed at distances within a first setting range in a train traveling direction and at distances within a second setting range in a direction perpendicular to the traveling direction of a train, Incorrect measuring device.
로 계산되어지고, 상기 δ는 연직방향의 변위이며, 상기 θ는 상기 슬라브 궤도면의 변형량인 것을 특징으로 하는 슬라브 궤도면 면틀림 계측 장치.
2. The method according to claim 1, wherein the displacement in the vertical direction is expressed by the following equation
, The delta is a displacement in a vertical direction, and theta is a deformation amount of the slab raceway surface.
The apparatus of claim 1, wherein the strain sensor comprises a bridge circuit to compensate strain in the tensile direction with respect to bending of the slab raceway surface.
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