KR101574325B1 - 장력측정장치 및 방법 - Google Patents

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KR101574325B1
KR101574325B1 KR1020140138642A KR20140138642A KR101574325B1 KR 101574325 B1 KR101574325 B1 KR 101574325B1 KR 1020140138642 A KR1020140138642 A KR 1020140138642A KR 20140138642 A KR20140138642 A KR 20140138642A KR 101574325 B1 KR101574325 B1 KR 101574325B1
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조용현
박영
이기원
권삼영
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한국철도기술연구원
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Abstract

장력측정장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 장력측정장치는, 프레임부재와, 전차선 또는 조가선에 연결되어 전차선 또는 조가선에 장력을 부여하는 장력부재와, 장력부재를 프레임부재에 결합하는 고정부재와, 고정부재와 프레임부재 사이에 개재되어, 전차선 또는 조가선에 작용하는 장력을 측정하는 장력측정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

장력측정장치 및 방법{TENSION MEASUREMENT DEVICE AND METHOD}
본 발명은 장력측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전차선 또는 조가선의 장력을 측정하는 장력측정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 조가선에 의하여 지지되는 전차선은 전동차의 집전장치가 접하는 장치에 해당하며, 고속으로 이동하는 집전장치와의 접촉이 유지된 상태에서 집전장치로 전력을 인가한다.
이러한 전차선과 조가선은 외부 환경에 노출된 상태에서 장시간 사용되므로 온도 변화, 자중 등에 의하여 길이가 신축된다. 특히 전차선 또는 조가선이 하측으로 처지는 경우에는 집전장치와의 마찰력을 일정하게 유지할 수 없고, 공급되는 전력이 불균일해지는 등의 문제점이 발생된다.
본 발명의 배경 기술은, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0106973호(2006.10.13 공개, 발명의 명칭: 자동장력조정장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 전차선 또는 조가선에 작용하는 장력을 측정하여 전차선 또는 조가선의 상태를 확인할 수 있고, 측정한 장력값이 유효한 값인지 여부를 판단할 수 있는 장력측정장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장력측정장치는: 프레임부재; 전차선 또는 조가선에 연결되어 상기 전차선 또는 상기 조가선에 장력을 부여하는 장력부재; 상기 장력부재를 상기 프레임부재에 결합하는 고정부재; 및 상기 고정부재와 상기 프레임부재 사이에 개재되어, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 작용하는 장력을 측정하는 장력측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 장력부재는, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 결합되는 제1장력프레임부; 상기 고정부재에 결합되는 제2장력프레임부; 일단부가 상기 제1장력프레임부에 고정되며, 상기 제2장력프레임부에 이동 가능하게 결합되는 장력선부; 및 상기 장력선부의 타단부에 고정되며, 자중에 의하여 상기 장력선부에 장력을 부여하는 무게부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 장력부재는, 상기 제1장력프레임부 또는 상기 제2장력프레임부에 회전 가능하게 결합되고, 상기 장력선부에 접하여, 상기 장력선부의 이동에 따라 회전되는 장력롤러부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고정부재는, 양단부가 각각 상기 프레임부재와 상기 장력부재에 결합되는 고정연결부; 및 상기 고정연결부를 상기 프레임부재에 고정하며, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 작용하는 장력을 상기 장력측정부재에 전달하는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고정부는, 상기 프레임부재의 일측에 위치하고, 상기 고정연결부에 결합되는 고정프레임; 상기 고정프레임과 상기 프레임부재 및 상기 장력측정부재를 관통하여 결합되는 고정볼트; 및 상기 프레임부재의 타측에 위치하고, 상기 고정볼트와 결합되어, 상기 장력측정부재를 상기 프레임부재 측으로 가압 고정하는 고정너트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 장력측정부재는, 상기 고정부를 둘러싸도록 형성되는 장력측정하우징; 및 상기 장력측정하우징과 상기 고정부 사이에 개재되며, 상기 고정부재에 의하여 상기 프레임부재 측으로 가압되는 정도인 장력측정값을 측정하는 장력측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 장력측정장치는, 상기 장력측정부재에서 전달받은 장력측정값에 기초하여 상기 전차선 또는 상기 조가선에 작용하는 수평하중값을 계산하는 제어부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 장력측정장치는, 상기 제1장력프레임부와 상기 제2장력프레임부 사이의 변위값을 측정하여 상기 제어부재에 전달하는 변위측정부재; 및 상기 프레임부재의 일측에 위치하여 상기 장력부재 또는 대기의 온도값을 측정하여 상기 제어부재에 전달하는 온도측정부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부재는, 상기 온도값에 따른 상기 변위값이 저장된 장력범위에 상기 수평하중값이 해당하는지 여부를 판단하고, 판단결과 해당하지 않는 경우 경고를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 장력측정장치는, 상기 제어부재에서 계산한 상기 수평하중값 또는 경고를 출력부재에 전송하는 송수신부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 송수신부재는, 무선으로 상기 출력부재에 상기 수평하중값 또는 상기 경고를 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 장력측정장치는, 상기 프레임부재에 장착되고, 태양광을 이용하여 전력을 발생시켜, 상기 장력측정부재, 상기 제어부재, 상기 변위측정부재, 상기 온도측정부재 또는 상기 송수신부재 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급하는 전력공급부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 장력측정방법은, 프레임부재와, 전차선 또는 조가선에 장력을 부여하는 장력부재와, 상기 장력부재를 상기 프레임부재에 결합하는 고정부재 사이에 개재되어, 상기 고정부재에 의하여 상기 프레임부재에 가압되는 정도인 장력측정값을 측정하는 장력측정단계; 및 상기 장력측정값과, 상기 장력부재의 수직하중에 의하여 상기 장력측정부재에 작용하는 수직하중값에 기초하여 수평하중값을 계산하는 수평하중계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 장력부재는, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 결합되는 제1장력프레임부와, 상기 고정부재에 결합되며 상기 제1장력프레임부와 상기 제2장력프레임부를 이동 가능하게 연결하는 장력선부를 포함하고, 상기 제1장력프레임부와 상기 제2장력프레임부의 변위값을 측정하는 변위측정단계; 및 제어부재가 상기 변위값에 해당하는 상기 전차선 또는 상기 조가선의 장력범위에 기초하여 상기 수평하중값이 상기 장력범위에 해당하는지 판단하는 측정값검토단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 장력측정방법은, 상기 측정값검토단계에서의 판단결과 상기 수평하중값이 상기 장력범위에 해당하지 않는 경우 출력부재에 경고를 출력하는 경고출력단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장력측정장치는, 장력측정부재가 프레임부재와 고정부재 사이에 개재되어 전차선 또는 조가선에 작용하는 장력을 측정하므로, 장력측정부재의 장착 및 관리가 용이하다.
또한, 본 발명은 이동 가능하게 구비되는 장력선부에 무게부재가 결합되므로, 전차선 또는 조가선에 작용하는 장력을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 장력롤러부를 이용하여 장력선부를 이동 가능하게 지지하므로, 장력선부의 파손 및 소음의 발생을 방지하며, 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 고정볼트 및 고정너트를 이용하여 고정프레임 및 장력측정부재를 프레임부재에 결합하므로, 전차선 또는 조가선 등의 장치의 결합을 유지한 상태에서 간단한 조작을 통하여 장력측정센서를 장착할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 장력측정부재가 고정볼트를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 고정너트에 의하여 프레임부재에 결합되므로, 장력측정부재를 장착하기 위한 방식이 간단하고, 관리 및 교체가 용이하다.
또한, 본 발명은 변위측정부재 및 온도측정부재를 이용하여 장력값의 범위인 장력범위를 추정하고, 이를 수평하중값과 비교함으로써, 제어부재에서 계산한 수평하중값의 유효성 여부를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명은 제어부재에서 계산한 수평하중값 등을 송수신부재를 통하여 무선으로 출력부재에 전송함으로써, 원격으로 수평하중값을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 태양광을 이용하여 전력을 발생시키는 전력공급부재를 통하여 전력이 공급되므로, 별도의 전력 공급 없이 작동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제1배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제2배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제3배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제4배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치에 작용하는 힘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치에 작용하는 수평하중에 의한 힘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치에 작용하는 수직하중에 의한 힘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 장력측정장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치(1)는 프레임부재(100), 장력부재(200), 고정부재(300) 및 장력측정부재(400)를 포함한다.
프레임부재(100)는 장력부재(200), 고정부재(300) 및 장력측정부재(400)를 지지한다. 본 실시예에서 프레임부재(100)는 수직프레임부(110)와 수평프레임부(130)를 포함한다.
수직프레임부(110)는 하단부가 지면(10)에 고정되고, 지면(10)에 대하여 대략 수직한 방향으로 길게 형성되며, 고정부재(300), 장력측정부재(400) 등이 결합, 지지된다.
수평프레임부(130)는 일단부(도 1 기준 좌측단부)가 수직프레임부(110)의 상단부에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합되고, 타단부(도 1 기준 우측단부)가 또 다른 수직프레임부(110) 또는 고정물(미도시)에 결합되어, 수직프레임부(110)의 유동을 방지한다.
장력부재(200)는 전차선(20) 또는 조가선(30)에 연결되어, 전차선(20) 또는 조가선(30)을 일정한 하중으로 당김으로써, 전차선(20) 또는 조가선(30)에 장력(T)을 부여한다. 본 실시예에서 장력부재(200)는 제1장력프레임부(210), 제2장력프레임부(230), 장력선부(250) 및 무게부재(290)를 포함한다.
제1장력프레임부(210)는 전차선(20) 또는 조가선(30)에 결합되어, 전차선(20) 또는 조가선(30)과 함께 이동한다. 제2장력프레임부(230)는 고정부재(300)에 회전 가능하게 힌지 결합된다.
장력선부(250)는 일단부가 제1장력프레임부(210)에 고정되며, 후술할 장력롤러부(270)에 감기는 방식으로 제2장력프레임부(230)에 이동 가능하게 결합된다.
본 실시예에서 장력부재(200)는 장력롤러부(270)를 더 포함한다. 장력롤러부(270)는 제1장력프레임부(210) 또는 제2장력프레임부(230)에 회전 가능하게 결합되고, 장력선부(250)에 접하여, 장력선부(250)의 이동에 따라 회전된다.
무게부재(290)는 장력선부(250)의 타단부에 고정되며, 자중에 의하여 장력선부(250)를 하측 방향으로 당기는 방식으로 장력선부(250)에 장력(T)을 부여한다. 본 실시예에서 무게부재(290)는 복수 개의 무게추를 포함하며, 무게추의 개수 또는 무게추 각각의 질량을 변경함으로써 무게부재(290)의 질량을 조절할 수 있다.
본 실시예에서 무게부재(290)는 무게부가이드(291) 및 가이드연결부(293)를 포함한다. 무게부가이드(291)는 무게부재(290)의 이동방향(도 1 기준 상하방향)과 평행하게 형성되며, 무게부재(290)와 가이드연결부(293)를 통하여 연결된다.
무게부가이드(291) 및 가이드연결부(293)는 무게부재(290)가 상하 방향으로 이동할 때 무게부재(290)의 이동 방향을 안내함과 동시에 무게부재(290)의 진동 폭 등을 제한하여 무게부재(290) 및 프레임부재(100) 등의 파손을 방지한다.
고정부재(300)는 장력부재(200)를 프레임부재(100)에 결합한다. 본 실시예에서 고정부재(300)는 고정연결부(310) 및 고정부(330)를 포함한다.
고정연결부(310)는 양단부가 각각 프레임부재(100)와 장력부재(200)에 결합된다. 본 실시예에서 고정연결부(310)는 장력부재(200)를 수평방향(도 1 기준 Y축을 회전축으로 하는 회전방향)으로 회전 가능하게 지지하여, 전차선(20) 또는 조가선(30) 등의 유동이 발생되는 경우 고정연결부(310) 또는 장력부재(200)가 파손되는 것을 방지한다.
고정부(330)는 고정연결부(310)를 프레임부재(100)에 고정하며, 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)을 장력측정부재(400)에 전달한다. 본 실시예에서 고정부(330)는 고정프레임(331), 고정볼트(333) 및 고정너트(335)를 포함한다.
고정프레임(331)은 프레임부재(100)의 일측(도 1 기준 좌측)에 위치하고, 고정연결부(310)가 회전 가능하게 결합된다.
고정볼트(333)는 일단부가 고정프레임(331), 프레임부재(100) 및 압력측정부재() 순으로 관통하며, 고정너트(335)가 탈착 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 고정볼트(333)는 복수 개 위치하며, 각각의 고정볼트(333)에 장력측정부재(400)가 결합된다.
고정너트(335)는 복수 개의 고정볼트(333)의 각각의 일단부에 탈착 가능하게 결합되며, 압력측정부재()를 프레임부재(100) 측으로 가압한다. 즉, 고정볼트(333) 및 고정너트(335)에 의하여 고정프레임(331) 및 장력측정부재(400)가 프레임부재(100)에 결합된다.
본 실시예에서 고정볼트(333)가 프레임부재(100)의 우측에서 좌측방향으로 진입하고, 고정너트(335)가 프레임부재(100)의 좌측에 위치하는 것을 예로 들어 설명하지만, 고정볼트(333) 및 고정너트(335)의 위치가 바뀌는 경우에도 적용 가능함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제1배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 장력측정부재(400)는 프레임부재(100)와 고정부재(300) 사이에 개재되어, 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력측정값(X = X1+X2)을 측정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제2배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제3배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정부재가 제4배열로 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에서 장력측정부재(400)는 상측장력측정부(410)와, 하측장력측정부(430)를 포함한다. 상측장력측정부(410)와 하측장력측정부(430)는 소정 거리(ℓ)만큼 상하 방향으로 이격되어 위치한다. 상측장력측정부(410)와 하측장력측정부(430)는 각각 장력측정하우징(411), 장력측정부(413), 고정볼트삽입홀부(414) 및 장력측정전송부(415)를 포함한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 장력측정하우징(411)은 고정볼트(333)를 둘러싸는 형상으로 형성되며, 내측에 장력측정부(413)가 구비된다. 본 실시예에서 장력측정하우징(411)은 단일의 고정볼트(333) 뿐만 아니라 복수 개의 고정볼트(333)를 둘러싸는 형상으로 구비될 수 있다(도 5 내지 도 7 참조).
장력측정부(413)는 장력측정하우징(411)의 내측에 결합되고, 프레임부재(100)와 고정너트(335) 사이에 개재되어, 고정너트(335)에 의하여 프레임부재(100) 측으로 가압되는 정도인 장력측정값(X = X1+X2)을 측정한다.
장력측정부(413)는 장력측정하우징(411)의 내측에 구비되며, 장력부재(200), 고정연결부(310) 및 고정프레임(331)에 의하여 프레임부재(100) 측으로 가압되는 고정너트(335)에 의해 가압되는 힘인 장력측정값(X = X1+X2)을 측정한다.
즉, 장력측정부(413)는 고정너트(335)와 프레임부재(100) 사이에 개재되며, 고정너트(335)가 장력부재(200) 등에 의하여 프레임부재(100) 측으로 가압되는 장력측정값(X = X1+X2)을 측정하는 구성에 해당한다. 고정볼트삽입홀부(414)는 장력측정부(413)를 관통하는 형상으로 형성되며, 고정볼트(333)가 삽입된다.
장력측정전송부(415)는 정보를 송신하는 케이블로 예시되며, 양단부가 각각 장력측정부(413) 및 제어부재(500)에 결합되어, 장력측정부(413)에서 측정한 장력측정값(X = X1+X2)을 제어부재(500)에 전달한다.
상측장력측정부(410) 및 하측장력측정부(430)에서 측정한 하중값을 각각 상측장력측정값(X1) 및 하측장력측정값(X2)라고 하면, 상측장력측정값(X1) 및 하측장력측정값(X2)에는 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)에 대한 반력인 상측수평하중값(R1) 및 하측수평하중값(R2) 뿐만 아니라, 장력부재(200) 특히, 무게부재(290)에 작용하는 수직항력(S)에 의하여 상측장력측정부(410) 및 하측장력측정부(430)에 작용하는 상측수직하중값(R3) 및 하측수직하중값(R4)이 작용한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치에 작용하는 힘을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치에 작용하는 수평하중에 의한 힘을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정장치에 작용하는 수직하중에 의한 힘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에서 장력측정장치(1)를 이용하여 측정하고자 하는 장력(T)은 결국 상측수평하중값(R1)과 하측수평하중값(R2)의 합인 수평하중값(R1+R2)에 해당하므로 상측수직하중값(R3)과 하측수직하중값(R4)을 상측장력측정값(X1) 및 하측장력측정값(X2)에서 차감해야 한다.
즉, 도 8 및 도 9를 참조하면, 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)은 다음의 수학식 1 및 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112014097926024-pat00001
여기서 T는 전차선 또는 조가선에 작용하는 장력(T)에 해당하며, R1, R2는 각각 상측수평하중값(R1) 및 하측수평하중값(R2)에 해당하며, 상측수평하중값(R1) 및 하측수평하중값(R2)을 합한 값인 수평하중값(R1+R2)은 전차선(20) 및 조가선(30)에 작용하는 장력(T)에 해당한다.
Figure 112014097926024-pat00002
여기서 ℓ은 상측장력측정부(410)와 하측장력측정부(430) 사이의 거리를 의미하며, a는 고정프레임(331)의 중심의 높이와 전차선(20) 또는 조가선(30)이 장력부재(200)에 결합된 높이의 차이에 해당한다.
도 10을 참조하면, 무게부재(290)의 하중 등에 의해 상측장력측정부(410)와 하측장력측정부(430)에서 측정되는 상측수직하중값(R3) 및 하측수직하중값(R4)은 상측수평하중값(R1) 및 하측수평하중값(R2)과 함께 상측장력측정부(410) 및 하측장력측정부(430)에 의하여 측정되며 다음의 수학식 3, 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112014097926024-pat00003
여기서 R3는 상측수직하중값(R3)에 해당하며, X1은 상측장력측정부(410)에서 측정된 상측장력측정값(X1)에 해당한다.
Figure 112014097926024-pat00004
여기서 R4는 하측수직하중값(R4)에 해당하며, X2는 하측장력측정부(430)에서 측정된 하측장력측정값(X2)에 해당한다.
수학식 3과 수학식 4의 양변을 각각 더한 식 및 뺀 식은 아래의 수학식 5 및 수학식 6에 해당한다.
Figure 112014097926024-pat00005
Figure 112014097926024-pat00006
수학식 5 와 수학식 6을 각각 R3 및 R4에 관하여 정리하면, 다음의 수학식 7 및 수학식 8로 나타낼 수 있다.
Figure 112014097926024-pat00007
Figure 112014097926024-pat00008
에 해당한다.
본 실시예에서 상측수직하중값(R3) 및 하측수직하중값(R4)은 실험값에 의하여 측정된다. 즉, 무게부재(290)의 하중이 일정한 경우에도 온도의 변화 등에 의하여 전차선(20) 또는 조가선(30)의 길이가 가변되는데, 무게부재(290)의 높이에 따른 상측장력측정값(X1), 하측장력측정값(X2), 장력(T)을 미리 실험을 통하여 측정한 값을 수학식 7 및 수학식 8에 대입하여 상측수직하중값(R3) 및 하측수직하중값(R4)을 구하고, 높이 별로 구산 상측수직하중값(R3) 및 하측수직하중값(R4)의 평균인
Figure 112014097926024-pat00009
및
Figure 112014097926024-pat00010
를 각각 상측장력측정값(X1) 및 하측장력측정값(X2)에서 차감하여 상측수평하중값(R1)과 하측수평하중값(R2)을 구한다.
이로써, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 초기에 실험을 토대로 측정, 계산한 상측수직하중값(R3)의 평균값
Figure 112014097926024-pat00011
과, 하측수직하중값(R4)의 평균값
Figure 112014097926024-pat00012
을 구한 후, 제어부재(500)에 입력하면, 이 후 장력측정부재(400)에서 측정한 상측장력측정값(X1) 및 하측장력측정값(X2)의 합에서 해당 평균값을 차감함으로써 간단하게 수평하중값(R1+R2)을 계산할 수 있게 된다.
본 실시예에서 장력측정장치(1)는 제어부재(500), 변위측정부재(600), 온도측정부재(700) 및 송수신부재(800)를 더 포함한다.
제어부재(500)는 장력측정부재(400)에서 전달받은 장력측정값(X=X1+X2)에 기초하여 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 수평하중값(R1+R2)을 계산한다. 장력측정부재(400)에 작용하는 장력측정값(X=X1+X2)은 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)에 대한 반력인 수평하중값(R1+R2)과, 장력부재(200) 특히 무게부재(290)의 수직하중(S)에 의하여 장력측정부재(400)에 작용하는 수직하중값(R3+R4)의 합에 해당한다.
따라서 전차선 또는 조가선(30)에 작용하는 장력을 측정하기 위해서는, 결국 장력측정값(X=X1+X2)에서 수직하중값(R3+R4)을 뺀 수평하중값(R1+R2)을 측정해야 하며, 수직하중값(R3+R4)은 상술한 바와 같이 무게부재(290)의 높이 별로 측정한 수직하중값(R3+R4)을 평균하여 근사값으로 정한다.
변위측정부재(600)는 제1장력프레임부(210)와 제2장력프레임부(230) 사이의 변위값을 측정하여 제어부재(500)에 전달한다. 본 실시예에서 변위측정부재(600)는 수평변위측정부(610) 및 수직변위측정부(630)를 포함한다.
수평변위측정부(610)는 전차선(20) 또는 조가선(30)의 길이 변화에 따른 수평변위값을 측정한다. 본 실시예에서 수평변위측정부(610)는 수평변위측정센서(611), 수평센서고정부(613) 및 수평신호반사부(615)를 포함한다.
수평변위측정센서(611)는 비접촉 초음파 센서로 예시되며, 수평센서고정부(613)를 통하여 제2장력프레임부(230)에 고정되고, 초음파 등의 신호를 발신한 후, 제1장력프레임부(210)에 고정된 수평신호반사부(615)에서 반사된 신호를 송신한 내용을 분석하여 제1장력프레임부(210)와 제2장력프레임부(230) 사이의 수평변위값을 측정한 후 측정된 수평변위값을 제어부재(500)에 전달한다.
수직변위측정부(630)는 무게부재(290)의 수직변위값을 측정하여 제어부재(500)에 전달한다. 본 실시예에서 수직변위측정부(630)는 수직변위측정센서(631) 및 수직센서고정부(633)를 포함한다.
수직변위측정센서(631)는 비접촉 초음파 센서로 예시되며 수직센서고정부(633)에 의하여 수직프레임부(110)에 고정된다. 본 실시예에서 수직변위측정센서(631)는 무게부재(290) 측으로 송신한 신호를 수신한 후 이를 분석하여 무게부재(290)의 수직변위값을 계산한다.
수평변위값 및 수직변위값은 결국 전차선(20) 또는 조가선(30)의 신축에 따른 장력프레임부(210, 230) 간의 길이 변화 또는 무게부재(290)의 높이변화에 해당하며, 상호 비례하는 값에 해당하므로 수평변위값 또는 수직변위값 중 어느 하나만 측정하는 것도 가능하다.
온도측정부재(700)는 프레임부재(100)의 일측에 위치하여, 장력부재(200) 또는 대기의 온도값을 측정하여 제어부재(500)에 전달한다. 전차선(20) 또는 조가선(30)은 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력뿐만 아니라, 대기 온도 등에 의하여 길이가 가변되므로, 온도측정부재(700)와 변위측정부재(600)에서 측정한 변위값 및 온도값을 기초로 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)을 추정할 수 있다.
본 실시예에서 제어부재(500)는 온도값에 따른 변위값이 범위를 측정한 구간값인 장력범위에 수평하중값(R1+R2)이 해당하는지 여부를 판단하고, 해당하지 않는 경우 출력부재(1000)를 통하여 경고를 출력한다. 즉, 전차선(20) 또는 조가선(30)은 해당 온도 및 장력에 따라 길이가 가변되며, 온도값에 따른 장력값의 범위인 장력범위는 실험 등에 의하여 측정된다.
따라서 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 장력측정부재(400)에서 측정한 장력측정값을 기초로 제어부재(500)가 계산한 수평하중값(R1+R2)이 정확한지 여부를 판단하기 위해, 변위측정부재(600) 및 온도측정부재(700)에서 측정한 온도값에 해당하는 장력범위를 기초로 수평하중값(R1+R2)이 해당 장력범위에 해당하는지 여부를 판단하고, 해당 장력범위 이내에 포함되지 않는 경우, 장력측정부재(400)에서 측정한 값이 부정확한 것으로 판단하고 이를 출력부재(1000)를 통하여 경고표시를 한다.
송수신부재(800)는 제어부재(500)에서 계산한 수평하중값(R1+R2) 또는 경고표시를 출력부재(1000)에 무선으로 전송한다.
본 실시예에서 장력측정장치(1)는 전력공급부재(900)를 포함한다. 전력공급부재(900)는 프레임부재(100) 또는 지면(10) 등에 위치하며, 태양광을 이용하여 전력을 발생시키고, 장력측정부재(400), 제어부재(500), 변위측정부재(600), 온도측정부재(700) 또는 송수신부재(800) 등의 전력 사용장치 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되어 전력을 공급한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 장력측정방법 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
조가선(30) 또는 전차선(20)에 장력을 부여하는 장력부재(200)와, 장력부재(200)에 결합되는 고정부재(300)에 장력부재(200)를 프레임부재(100)에 고정하는 고정부재(300)에 의하여 프레임부재(100) 측으로 가압되는 장력측정부재(400)에서 장력측정값(X=X1+X2)을 측정한다(S100).
장력측정값(X=X1+X2)은 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)에 의한 수평하중값(R1+R2)과, 무게부재(290) 등의 수직하중(S)에 의한 수직하중값(R3+R4)에 의한 힘의 합력에 해당하므로, 장력측정값(X=X1+X2)에서 수직하중값(R3+R4)을 뺀 값인 수평하중값(R1+R2)이 결국 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)에 해당한다.
본 실시예에서 장력측정부재(400)는 복수 개가 구비되어 소정거리(ℓ)만큼 이격되어 상하측에 위치한다.
장력측정부재(400)에서 측정한 장력측정값(X=X1+X2)과, 장력부재(200) 등의 수직하중(S)에 의하여 장력측정부재(400)에 작용하는 수직하중값(R3+R4)에 기초하여 수평하중값(R1+R2)을 계산한다(S200).
본 실시예에서 장력측정방법은 제어부재(500)에서 계산한 수평하중값(R1+R2)의 유효성 여부를 판단하기 위하여 변위측정단계(S310) 및 측정값검토단계(S350)를 포함한다.
변위측정단계(S310)는 변위측정부재(600)를 이용하여 제1장력프레임부(210)와 제2장력프레임부(230) 사이의 변위값을 측정하는 단계로, 측정된 변위값은 제어부재(500)에 전달된다.
제어부재(500)는 변위값에 해당하는 전차선(20) 또는 조가선(30)의 장력범위를 기입력된 실험값에 기초하여 추정하고(S330), 수평하중값(R1+R2)이 장력범위에 해당하는지 판단한다(S350).
수평하중값(R1+R2)이 장력범위에 해당하는 경우, 제어부재(500)는 해당 수평하중값(R1+R2)을 송수신부재(800)를 통하여 출력부재(1000)에 송신하여 사용자가 수평하중값(R1+R2)을 원거리에서도 실시간으로 확인할 수 있도록 한다.
수평하중값(R1+R2)이 장력범위에 해당하지 않는 경우, 제어부재(500)는 송수신부재(800)를 제어하여 출력부재(1000)에 경고가 출력되도록 한다.
이로써 본 실시예에 따른 장력측정장치(1)는, 장력측정부재(400)가 프레임부재(100)와 고정부재(300) 사이에 개재되어 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)을 측정하므로, 장력측정부재(400)의 장착 및 관리가 용이하다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 이동 가능하게 구비되는 장력선부(250)에 무게부재(290)가 결합되므로, 전차선(20) 또는 조가선(30)에 작용하는 장력(T)을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 장력롤러부(270)를 이용하여 장력선부(250)를 이동 가능하게 지지하므로, 장력선부(250)의 파손 및 소음의 발생을 방지하며, 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 고정볼트(333) 및 고정너트(335)를 이용하여 고정프레임(331) 및 장력측정부재(400)를 프레임부재(100)에 결합하므로, 전차선(20) 또는 조가선(30) 등의 결합을 유지한 상태에서 간단한 조작을 통하여 장력측정부재(400)를 장착할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 장력측정부재(400)가 고정볼트(333)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 고정너트(335)에 의하여 프레임부재(100)에 결합되므로, 장력측정부재(400)를 장착하기 위한 방식이 간단하고, 관리 및 교체가 용이하다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 변위측정부재(600) 및 온도측정부재(700)를 이용하여 장력값의 범위인 장력범위를 추정하고, 이를 수평하중값(R1+R2)과 비교함으로써, 제어부재(500)에서 계산한 수평하중값(R1+R2)의 유효성 여부를 판단할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 제어부재(500)에서 계산한 수평하중값(R1+R2) 등을 송수신부재(800)를 통하여 무선으로 출력부재(1000)에 전송함으로써, 원격으로 수평하중값(R1+R2)을 확인할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 장력측정장치(1)는 태양광을 이용하여 전력을 발생시키는 전력공급부재(900)를 통하여 전력이 공급되므로, 별도의 전력 공급 없이 작동이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 장력측정장치 10: 지면
20: 전차선 30: 조가선
100: 프레임부재 110: 수직프레임부
130: 수평프레임부 200: 장력부재
210: 제1장력프레임부 230: 제2장력프레임부
250: 장력선부 270: 장력롤러부
290: 무게부재 291: 무게부가이드
293: 가이드연결부 300: 고정부재
310: 고정연결부 330: 고정부
331: 고정프레임 333: 고정볼트
335: 고정너트 400: 장력측정부재
410: 상측장력측정부 411: 장력측정하우징
413: 장력측정부 414: 고정볼트삽입홀부
415: 장력측정전송부 430: 하측장력측정부
500: 제어부재 600: 변위측정부재
610: 수평변위측정부 611: 수평변위측정센서
613: 수평센서고정부 615: 수평신호반사부
630: 수직변위측정부 631: 수직변위측정센서
633: 수직센서고정부 700: 온도측정부재
800: 송수신부재 900: 전력공급부재
1000: 출력부재 X: 장력측정값

Claims (15)

  1. 프레임부재;
    전차선 또는 조가선에 연결되어 상기 전차선 또는 상기 조가선에 장력을 부여하는 장력부재;
    상기 장력부재를 상기 프레임부재에 결합하는 고정부재; 및
    상기 고정부재와 상기 프레임부재 사이에 개재되어, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 작용하는 장력을 측정하는 장력측정부재;를 포함하고,
    상기 고정부재는,
    양단부가 각각 상기 프레임부재와 상기 장력부재에 결합되는 고정연결부; 및
    상기 고정연결부를 상기 프레임부재에 고정하며, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 작용하는 장력을 상기 장력측정부재에 전달하는 고정부;를 포함하며,
    상기 고정부는,
    상기 프레임부재의 일측에 위치하고, 상기 고정연결부에 결합되는 고정프레임;
    상기 고정프레임과 상기 프레임부재 및 상기 장력측정부재를 관통하여 결합되는 고정볼트; 및
    상기 프레임부재의 타측에 위치하고, 상기 고정볼트와 결합되어, 상기 장력측정부재를 상기 프레임부재 측으로 가압 고정하는 고정너트;를 포함하고,
    상기 장력측정부재는,
    상기 고정부를 둘러싸도록 형성되는 장력측정하우징; 및
    상기 장력측정하우징과 상기 고정부 사이에 개재되며, 상기 고정부재에 의하여 상기 프레임부재 측으로 가압되는 정도인 장력측정값을 측정하는 장력측정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 장력부재는,
    상기 전차선 또는 상기 조가선에 결합되는 제1장력프레임부;
    상기 고정부재에 결합되는 제2장력프레임부;
    일단부가 상기 제1장력프레임부에 고정되며, 상기 제2장력프레임부에 이동 가능하게 결합되는 장력선부; 및
    상기 장력선부의 타단부에 고정되며, 자중에 의하여 상기 장력선부에 장력을 부여하는 무게부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 장력부재는,
    상기 제1장력프레임부 또는 상기 제2장력프레임부에 회전 가능하게 결합되고, 상기 장력선부에 접하여, 상기 장력선부의 이동에 따라 회전되는 장력롤러부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 장력측정부재에서 전달받은 장력측정값에 기초하여 상기 전차선 또는 상기 조가선에 작용하는 수평하중값을 계산하는 제어부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1장력프레임부와 상기 제2장력프레임부 사이의 변위값을 측정하여 상기 제어부재에 전달하는 변위측정부재; 및
    상기 프레임부재의 일측에 위치하여 상기 장력부재 또는 대기의 온도값을 측정하여 상기 제어부재에 전달하는 온도측정부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제어부재는,
    상기 온도값에 따른 상기 변위값이 저장된 장력범위에 상기 수평하중값이 해당하는지 여부를 판단하고, 판단결과 상기 장력범위에 해당하지 않는 경우 경고를 출력하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부재에서 계산한 상기 수평하중값 또는 경고를 출력부재에 전송하는 송수신부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 송수신부재는 무선으로 상기 출력부재에 상기 수평하중값 또는 경고를 전송하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 프레임부재에 장착되고, 태양광을 이용하여 전력을 발생시켜, 상기 장력측정부재, 상기 제어부재, 상기 변위측정부재, 상기 온도측정부재 또는 상기 송수신부재 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급하는 전력공급부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정장치.
  13. 전차선 또는 조가선에 장력을 부여하는 장력부재를 프레임부재에 결합하는 고정부재와 상기 프레임부재 사이에 개재되는 장력측정부재가, 상기 고정부재에 의하여 상기 프레임부재에 가압되는 정도인 장력측정값을 측정하는 장력측정단계; 및
    상기 장력측정값과, 상기 장력부재의 수직하중에 의하여 상기 장력측정부재에 작용하는 수직하중값에 기초하여 수평하중값을 계산하는 수평하중계산단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 장력부재는, 상기 전차선 또는 상기 조가선에 결합되는 제1장력프레임부와, 상기 고정부재에 결합되는 제2장력프레임부와, 상기 고정부재에 결합되며 상기 제1장력프레임부와 상기 제2장력프레임부를 이동 가능하게 연결하는 장력선부를 포함하고,
    상기 제1장력프레임부와 상기 제2장력프레임부의 변위값을 측정하는 변위측정단계; 및
    제어부재가 상기 변위값에 해당하는 상기 전차선 또는 상기 조가선의 장력범위에 기초하여 상기 수평하중값이 상기 장력범위에 해당하는지 판단하는 측정값검토단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 측정값검토단계에서의 판단결과 상기 수평하중값이 상기 장력범위에 해당하지 않는 경우 출력부재에 경고를 출력하는 경고출력단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력측정방법.

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