KR101739307B1 - 레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

레일 차량의 축 박스 가속도 신호를 측정하여 철도 궤도에 있는 레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 방안으로 길이방향 축 박스 가속도 신호가 수직방향 축 박스 가속도 신호와 함께 동시적으로 사용된다. 본 방법은 또한 레일 차량의 수직방향 축 박스 가속도를 측정하는 것을 포함하고, 그리 하여, 길이방향 축 박스 가속도 신호가 수직방향 축 박스 가속도 신호와 함께 동시적으로 사용된다. 길이방향 축 박스 가속도 신호를 사용하여, 베어링과 축 박스(3)를 포함하여 레일 차량의 바퀴세트의 진동과 관련된 신호 부분을 상기 수직방향 축 박스 가속도 신호로부터 제거하고, 또한 레일(1), 레일 패드, 침목 및 밸러스트를 포함하여 궤도의 진동으로 기여되는 신호 부분을 제거하기 위해 축 박스 가속도 신호를 필터링하는 것이 또한 바람직하다.

Description

레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND INSTRUMENTATION FOR DETECTION OF RAIL DEFECTS, IN PARTICULAR RAIL TOP DEFECTS}

본 발명은 레일 차량의 축 박스 가속도 신호를 측정하여 철도 궤도에 있는 레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 레일 결함, 특히 레일 상부 결함은 철도 궤도의 레일과 레일차량의 구르는 바퀴 사이에 충격을 야기할 수 있는 국부적으로 부족한 수직방향의 기하학적 편차부를 말한다. 함몰부, 마모차, 소성 변형차, 불균일한 레일 재료 및 레일의 결함 있는 제조 공정과 같은 점들이 이러한 문제에 기여할 수 있다. 보수되지 않으면, 가벼운 레일 상부 결함이나 스쿼트는 보통 정도의 결함으로 성장할 것이고 이어서 심각한 결함으로 성장하게 될 것이다. 보수 조치를 취하지 않으면, 결국에는 레일 파손 및 그 고정구, 레일 패드, 침목 및 밸러스트에 대한 손상이 또한 일어날 수 있다. 철도 작동, 안전 및 이용성의 면에서, 레일 결함, 특히 레일 상부 결함은 더 심각한 레일 결함으로 악화되는 것을 막기 위해 가능한 한 빨리 검출하여 제거해야 한다.

가장 일반적인 레일 결함 및 특히 스쿼트는 사람에 의한 검사 또는 초음파 기술로 검출된다. 사람에 의한 검사의 경우, 검사자는 레일을 따라 걸으면서 레일 결함을 찾거나, 대안적으로는 레일의 사진 기록이나 비디오 기록을 검사하게 된다. 어느 경우든, 검사를 실행하기 위해서는 육안이 필요하게 된다. 초음파 검사 기술은, 균열의 신뢰성 있는 검출에 초음파 기술이 사용될 수 있도록 그 균열의 깊이가 대략 7 mm 이상일 때만 적용될 수 있다.

또한, 레일 상부 결함의 검출을 위해 와전류 기술이 제안되았고, 심지어는 음향 검출의 사용도 제안되었는데, 하지만 이 후자의 가술은 검출가능한 충격 소음을 낼 수 있는 심각한 레일 상부 결함의 검출에만 적용될 수 있다.

M.Boccilione 등이 기계 시스템 및 신호 처리 21 (2007)에서 발표한 논문 "신속한 레일 검사를 위한 측정 시스템 및 효과적인 궤도 유지 관리 전략"(1242 - 1254면)에서 보면, 레일 차량의 횡방향 및 수직방향 축 박스 가속도를 측정하여 철도 궤도의 결함을 검출하는데 사용될 수 있는 장치가 제안되어 있다.

상기 논문에서 알려져 있는 바와 같이, 심각한 레일 상부 결함을 검출하기 위해 레일 차량의 측정된 수직방향 축 박스 가속도가 사용될 수 있다. 레일 상부 결함에서 측정된 축 박스 가속도는 기본적으로는 3개의 진동원에서 유래되는 진동인데, 이 진동원은 다음과 같다.

1. 레일, 레일 패드, 고정구, 침목, 밸러스트 등의 진동을 포함하는 궤도의 수직방향 진동;

2. 결함에서의 바퀴와 레일의 수직방향 변형과 상대 운동; 및

3. 베어링과 축 박스의 진동을 포함하는 바퀴세트의 진동.

결함에서의 바퀴와 레일의 수직방향 변형과 상대 운동인 상기 진동원 2 가 관심 대상의 신호인 것이다. 심각한 레일 결함, 특히 레일 상부 결함의 경우, 진동원 1 및 2 가 상대적으로 강하다. 그러나, 이들 진동원은 그들의 상이한 주파수 특성 때문에 구별될 수 있다. 덜 심각한 레일 결함의 경우, 진동 신호는 덜 강하게 되며, 진동원 3 이 다른 진동원 보다 상대적으로 더 지배적일 수 있다. 두가지 점 모두는 신호 대 잡음 비를 악화시켜 가볍거나 보통 정도의 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하는 것을 어렵게 만든다.

EP-A-1 593 572 에는, 철도 차량이 주행하는 레일에 그 차량의 바퀴가 길이방향 힘을 가하게 되는 궤도를 따른 위치를 확인하기 위한 방법이 개시되어 있는데, 이 방법은 레일 차량의 바퀴의 가속도 신호를 측정하는 것을 포함하고, 여기서 길이방향 가속도 신호가 수직방향 가속도 신호와 함께 동시적으로 사용된다.

본 발명의 목적은, 철도 궤도에서 레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 방법으로서, 이러한 결함의 위치를 정확하고 신뢰성 있게 찾아낼 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하고 또한 이하에서 명백해질 다른 이점들을 실현하기 위해, 레일 결함, 특히 레일 상부 결함을 검출하기 위한 본 발명의 방법은 첨부된 청구 범위의 청구항들 중의 하나 이상에 기재된 내용을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 철도 궤도에서 레일 (상부) 결함을 검출하기 위한 방법은, 상기 길이방향 축 박스 가속도 신호를 사용하여, 베어링과 축 박스를 포함하여 레일 차량의 바퀴세트의 진동과 관련된 신호 부분을 상기 수직방향 축 박스 가속도 신호로부터 제거하는 것을 특징으로 한다.

수직방향 축 박스 가속도 신호와 비교해 보면, 길이방향 축 박스 가속도가 상대적으로 더 강하고, 더욱이 이 길이방향 신호는 상대적으로 교란되지 않는 신호이며, 유리한 신호 대 잡음 비를 갖는다. 베어링과 축 박스의 진동도 포함하여 바퀴세트의 진동과 관련된 신호 부분을 상기 수직방향 축 박스 가속도 신호로부터 제거하기 위해, 길이방향 축 박스 가속도 신호를 측정된 수직방향 축 박스 가속도 신호와 함께 동시적으로 사용하게 된다. 앞에서 언급한 상이한 주파수 특성 때문에, 결함에서의 바퀴와 레일의 변형 및 상대 운동과 관련한 관심 대상의 진동 신호는 궤도의 수직방향 진동으로부터 분리될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 상기 길이방향 축 박스 가속도 신호를 사용하여, 베어링과 축 박스를 포함하여 레일 차량의 바퀴세트의 진동과 관련된 신호 부분을 상기 수직방향 축 박스 가속도 신호로부터 제거하는 것이 제안된다.

또한, 상기한 바로부터, 본 발명에 따르면, 레일, 레일 패드, 침목 및 밸러스트를 포함하여 궤도의 진동으로 기여되는 신호 부분을 제거하기 위해 축 박스 가속도 신호를 필터링하는 것이 바람직함이 명백해질 것이다.

또한, 본 발명의 방법을 실행하기 위해서는, 레일 차량의 축 박스 가속도를 측정하기 위한 장치로서, 상기 레일 차량에 제공되는 공지된 적어도 하나의 가속도계를 포함하는 장치가 필요함을 알 수 있을 것이다. 이 가속도계는 적어도 길이 방향, 즉 철도 궤도의 길이 방향의 축 박스 가속도를 검출하기 위해 장착된다. 분명한 바와 같이, 가속도계의 실제 측정 방향은 정확한 길이 방향과는 어느 정도 편차가 있을 수 있다. 이러한 목적으로 사용되는데 적합한 종류의 가속도계로는, Meggitt 에서 제조된 Endevco 모델 7259B 의 경량 피에조 가속도계가 있다.

본 발명에 따른 장치를 사용하여 얻은 몇몇 측정 결과가 도 1 및 2 에 각각 나타나 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 수직방향 축 박스 가속도 신호를 나타낸다.
도 2 은 본 발명에 따른 길이방향 축 박스 가속도 신호를 나타낸다.
도 3 은 레일 차량의 축 박스 가속도를 측정하기 위한 장치 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.

두 도면에서 축 박스 가속도 신호는 레버뉴 트랙 상에서 측정된 레일 요철을 을 나타낸다. 두 도면에서, 가로축은 궤도를 따른 위치(km)이고 세로축은 측정된 가속도 신호이다.

도 1 과 도 2 를 비교해 보면, 길이방향 축 박스 가속도 신호가 수직방향 축 박스 가속도 신호 보다 더 민감한 것을 알 수 있다. 예컨대 길이방향 축 박스 가속도 신호(도 2)에는 두개의 뚜렷한 피크가 있는데, 그러나 이들 피크 중 작은 피크는 수직방향 축 박스 가속도를 나타내는 신호(도 1)에서는 구별하기 어렵다.

이제 도 3 을 참조하면, 레일 결함, 특히 레일 상부 결함이 측정되고 위치 확인될 레일(1)이 개략적으로 나타나 있다. 이러한 한 결함이 참조 번호 "13" 으로 개략적으로 나타나 있다. 이 결함(13)의 측정은, 레일 바퀴(2)를 위한 베어링을 제공하는 적어도 하나의 축 박스(3)를 갖는 레일 차량으로 수행된다. 상기 축 박스(3)에는 수직방향 가속도계(4) 및 길이방향 가속도계(5)가 제공되어 있다.

상기 수직방향 가속도계(4)는 그래프(6)로 나타나 있는 바와 같은 수직방향 가속도 신호를 제공하는데, 이 가속도 신호는 도 1 에 나타나 있는 가속도 신호와 비교될 수 있다.

상기 길이방향 가속도계(5)는 그래프(7)로 나타나 있는 바와 같은 길이방향 가속도 신호를 제공하며, 이 가속도 신호는 도 2 에 나타나 있는 가속도 신호와 비교될 수 있다.

가속도 신호(6, 7)는 데이타 기록계(logger)(8)에 의해 데이타 획득 과정에서 얻어진다. 이 데이타 기록계(8)는 동시에 회전 속도계(9)를 이용하여 레일 차량의 속도도 모니터링하며, 또한 데이타 기록계(8)는 GPS 시스템(10)으로 얻어진 위치 데이타를 기록하게 된다.

레일 결함의 특성을 분석하고 레일(2)의 궤도를 따른 그 결함의 위치를 확인하기 위해, 데이타는 선택적인 송신기(11)로 컴퓨터 시스템(12)에 전달될 수 있고, 이 컴퓨터 시스템에서 데이타 처리 및 진단이 수행될 수 있다.

Claims (3)

1. 레일 차량의 축 박스 가속도 신호를 측정하여 철도 궤도에 있는 레일 결함을 검출하기 위한 방법으로서,
   상기 레일 결함의 발생을 검출하기 위한 방안으로 길이방향 축 박스 가속도 신호를 수직방향 축 박스 가속도 신호와 함께 동시적으로 사용하고,
   상기 길이방향 축 박스 가속도 신호를 사용하여, 베어링과 축 박스를 포함하여 레일 차량의 바퀴세트의 진동과 관련된 신호 부분을 상기 수직방향 축 박스 가속도 신호로부터 제거하는 것을 특징으로 하는,
   레일 결함을 검출하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   레일, 레일 패드, 침목 및 밸러스트를 포함하여 궤도의 진동으로 기여되는 신호 부분을 제거하기 위해 축 박스 가속도 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는, 레일 결함을 검출하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 레일 결함은 레일 상부 결함인 것을 특징으로 하는, 레일 결함을 검출하기 위한 방법.

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