KR101773821B1 - 대차 프레임 피로 시험 장치 - Google Patents

대차 프레임 피로 시험 장치 Download PDF

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(주)알에스피
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 대차 프레임 피로 시험 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는, 예를 들면, 대차 프레임에 장착되는 부속 장치들을 모두 분리하고, 대차 프레임에 수직 하중, 좌우 하중 및/또는 비틀림 하중이 동시에 작용할 수 있도록 한 대차 프레임 피로 시험 장치(시험치공구)를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 철도 차량의 바퀴가 장착되는 한쌍의 주프레임과, 상기 각각의 주프레임을 연결하는 연결 프레임을 포함하는 대차 프레임의 피로 시험 장치에 있어서, 가로보와, 상기 가로보의 양단에 세로 방향으로 연결된 한쌍의 세로보를 포함하는 하중 프레임; 상기 가로보에 세로 방향으로 설치되어 세로 방향의 하중을 부하하는 비틀림용 액추에이터; 상기 비틀림용 액추에이터의 하단에 가로 방향으로 설치된 비틀림 하중 지그; 상기 비틀림 하중 지그의 양단과 지면 사이에 고정된 제 1 고정부와, 상기 비틀림 하중 지그로부터 이격된 양측의 지면에 고정된 제 2 고정부로 이루어진 고정부를 포함하고, 상기 제 1 고정부에 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향의 주프레임이 결합되고, 상기 제 2 고정부에 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향과 교차하는 제 2 대각 방향의 주프레임이 결합됨으로써, 상기 비틀림용 액추에이터에 의해 상기 대차 프레임에 비틀림 하중이 부하되는 대차 프레임 피로 시험 장치를 개시한다.

Description

대차 프레임 피로 시험 장치{Fatigue testing apparatus of train bogie frame}
본 발명의 다양한 실시예는 대차 프레임 피로 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대차 프레임은 철도 차량 주행을 위한 현가 장치, 동력 전달 장치, 제동 장치 등이 연결되는 핵심 부품이며, 철도 차량의 안전을 위해 성능 시험이 반드시 수행되어야 하는 요소이다. 대차 프레임의 형상과 작용 하중에 기인한 구조의 응력 상태는 매우 복잡하다. 이런 이유로 인하여 대차 프레임의 강도 특성에 대해 설계 적합성, 형식 동등성을 시험으로 입증하게 된다. 대차 프레임의 정하중 시험, 피로 하중 시험은 현가 장치, 동력 전달 장치 등을 분리하고, 액추에이터, 하중 프레임, 계측 장비 등의 시험 장치를 구성한 후 대차 프레임의 성능과 안전성을 확인한다.
현재까지 대부분의 대차 프레임 피로 시험은 여객 열차용인 경우에 저널 박스 연결부에 로드 셀을 설치하고 대차 프레임의 상부에서 액추에이터를 통해 하중을 부하하는(부하를 거는) 형식이거나, 차축을 대신한 시험 지그와 4대 이상의 액추에이터를 하중 프레임에 매단 후 수직 하중, 좌우 하중, 비틀림 하중을 부하하는 방식을 채택하고 있다.
그러나 상기와 같은 기존 시험 방법은 수직 하중 부하를 위한 액추에이터, 비틀림 하중 부하를 위한 액추에이터의 배치가 시험체의 중앙 및 주프레임의 끝단에 각각 위치하고 있어 액추에이터를 고정하고 부하되는 하중의 반력을 받을 수 있는 주프레임이 8개 이상 소요되었다. 이러한 이유로 대차 프레임 피로 시험을 위한 설비의 구성을 위해 초기 과다한 투자가 필요하였다. 그리고 좌우 하중 부하를 위해 장착되는 시험 지그가 대차 프레임에 직접 연결되는 경우, 그 중량 때문에 시험체의 무게 중심을 변화시키고 불필요한 수직 하중과 비틀림 하중을 부하하게 된다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는, 예를 들면, 대차 프레임에 장착되는 부속 장치들을 모두 분리하고, 대차 프레임에 수직 하중, 좌우 하중 및/또는 비틀림 하중이 동시에 작용할 수 있도록 한 대차 프레임 피로 시험 장치(시험치공구)를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 다른 해결하고자 하는 과제는, 예를 들면, 비틀림 하중을 부하함에 있어 비틀림 하중 지그의 사용으로 인해 액추에이터 1대만을 이용하여 대차 프레임중 주프레임의 대각 방향 양단에 균일하게 하중을 분포시킬 수 있도록 한 대차 프레임 피로 시험 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 해결하고자 하는 과제는, 예를 들면, 대차 프레임의 저널 박스가 체결되는 부분에 더미 저널 박스를 장착하여 수직 하중이나 비틀림 하중과 같은 중력 방향의 하중에 대해 지지점이 되도록 한 대차 프레임 피로 시험 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 해결하고자 하는 과제는, 예를 들면, 더미 저널 박스와 스토퍼가 대차 프레임 지지점의 전후 및 좌우 방향 변위를 구속하도록 한 대차 프레임 피로 시험 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 해결하고자 하는 과제는, 예를 들면, 수직 하중 부하를 위한 액추에이터와의 간섭을 회피하여 좌우 하중을 부하하기 위해 장착되는 좌우 하중 지그에 자중에 따른 처짐 방지를 위해 지지대가 설치되고, 원활한 움직임을 위하여 미끄럼 패드가 장착되도록 대차 프레임 피로 시험 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치는 철도 차량의 바퀴가 장착되는 한쌍의 주프레임과, 상기 각각의 주프레임을 연결하는 연결 프레임을 포함하는 대차 프레임의 피로 시험 장치에 있어서, 가로보와, 상기 가로보의 양단에 세로 방향으로 연결된 한쌍의 세로보를 포함하는 하중 프레임; 상기 가로보에 세로 방향으로 설치되어 세로 방향의 하중을 부하하는 비틀림용 액추에이터; 상기 비틀림용 액추에이터의 하단에 가로 방향으로 설치된 비틀림 하중 지그; 상기 비틀림 하중 지그의 양단과 지면 사이에 고정된 제 1 고정부와, 상기 비틀림 하중 지그로부터 이격된 양측의 지면에 고정된 제 2 고정부로 이루어진 고정부를 포함하고, 상기 제 1 고정부에 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향의 주프레임이 결합되고, 상기 제 2 고정부에 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향과 교차하는 제 2 대각 방향의 주프레임이 결합됨으로써, 상기 비틀림용 액추에이터에 의해 상기 대차 프레임에 비틀림 하중이 부하될 수 있다.
상기 제 1 고정부는 상기 비틀림 하중 지그로부터 하부 방향으로 연장된 제 1 연장부에 결합된 제 1 더미 저널 박스와, 상기 제 1 더미 저널 박스를 상기 지면에 고정하여 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 않도록 하는 스토퍼를 포함할 수 있고, 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향의 주프레임이 상기 제 1 더미 저널 박스 위에 결합될 수 있다.
상기 제 1 더미 저널 박스는 상기 제 1 연장부의 하단에 제 1 힌지를 통하여 회전 가능하게 결합된 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트의 양단에 각각 설치된 제 1 로드셀과, 상기 각각의 제 1 로드셀 위에 설치된 제 1 축상 스프링 결합부를 포함할 수 있고, 상기 대차 프레임중 중 제 1 대각 방향의 주프레임이 상기 제 1 축상 스프링 결합부에 결합될 수 있다.
상기 제 2 고정부는 상기 지면에 고정된 지면 플레이트와, 상기 지면 플레이트로부터 연장된 제 2 연장부와, 상기 제 2 연장부에 고정되어 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 않는 제 2 더미 저널 박스를 포함할 수 있고, 상기 대차 프레임중 제 2 대각 방향의 주프레임이 상기 제 2 더미 저널 박스 위에 결합될 수 있다.
상기 제 2 더미 저널 박스는 상기 제 2 연장부의 상단에 제 2 힌지를 통하여 회전 가능하게 결합된 제 2 플레이트와, 상기 제 2 플레이트의 양단에 각각 설치된 제 2 로드셀과, 상기 각각의 제 2 로드셀 위에 설치된 제 2 축상 스프링 결합부를 포함할 수 있고, 상기 대차 프레임중 중 제 2 대각 방향의 주프레임이 상기 제 2 축상 스프링 결합부에 결합될 수 있다.
상기 세로보에 가로 방향으로 설치되어 가로 방향의 하중을 부하하는 좌우용 액추에이터; 및, 상기 좌우용 액추에이터의 끝단에 가로 방향으로 설치된 좌우 하중 지그를 포함할 수 있고, 상기 좌우 하중 지그에 상기 대차 프레임중 연결 프레임의 중앙에 형성된 오프닝이 결합됨으로써, 상기 좌우용 액추에이터에 의해 상기 대차 프레임에 좌우 하중이 부하될 수 있다.
상기 좌우 하중 지그는 길이 방향으로 개구가 형성된 본체와, 상기 본체의 일단에 하부 방향으로 돌출되어 상기 연결 프레임의 오프닝에 체결되는 체결 블록과, 상기 본체의 타단에 하부 방향으로 돌출되어 상기 좌우용 액추에이터에 밀착되는 밀림 블록을 포함할 수 있다.
상기 체결 블록은 상기 본체에 힌지를 통하여 회전 가능하게 결합될 수 있다.
상기 체결 블록의 하단에는 체결 블록 지지대가 설치되고, 상기 밀림 블록의 하단에는 밀림 블록 지지대가 설치될 수 있다.
상기 체결 블록 지지대의 상면에는 체결 블록 미끄럼 패드가 설치되고, 상기 밀림 블록 지지대의 상면에는 밀림 블록 미끄럼 패드가 설치될 수 있다.
상기 좌우용 액추에이터의 중심축과, 상기 체결 블록에 의한 상기 연결 프레임의 오프닝에 형성되는 하중 부하면이 일직선상에 놓일 수 있다.
상기 비틀림용 액추에이터의 양측인 가로보에 세로 방향으로 설치되어 상기 대차 프레임 중 연결 프레임에 세로 방향의 하중을 부하하는 수직용 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 비틀림용 액추에이터의 양측인 가로보에 세로 방향으로 설치되어 상기 대차 프레임 중 연결 프레임에 세로 방향의 하중을 부하하는 수직용 액추에이터를 더 포함할 수 있고, 상기 비틀림용 액추에이터, 좌우용 액추에이터 및 수직용 액추에이터는 동일한 평면상에 설치될 수 있다.
상기 수직용 액추에이터 중 적어도 하나는 상기 좌우 하중 지그를 관통할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 비틀림 하중 부하를 위해 기존에 2개 이상의 액추에이터가 사용되던 것을 비틀림 하중 지그를 사용하여 1개의 액추에이터의 사용만으로 가능하게 하였다. 이에 따라 피로 시험 장치를 위한 액추에이터의 설치와 유지 관리를 위한 비용을 절감할 수 있다. 그리고 기존 비틀림 하중 시험 시 여러 대의 액추에이터 사용으로 인한 하중의 불균일한 조정이 발행할 수 있으나, 1개의 액추에이터만을 이용하여 하중을 조정함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 하중 프레임에 장치되는 액추에이터가 모두 동일 평면에 구성되도록 하여 하중 프레임의 사용 수량도 줄일 수 있어 시험 장치의 구성에서 초기 투자 비용을 크게 줄일 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 좌우 하중 지그에 설치되는 지지대와 미끄럼 패드가 기존 하중 부하 장치가 대차 프레임에 직접 장착되어 발생할 수 있던 불필요한 하중 작용을 방지하도록 한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피로 시험 장치에 장착되는 대차 프레임의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치 중에서 비틀림 하중 부하부의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피로 시험 장치 중에서 비틀림 하중 부하부에 대차 프레임이 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치 중에서 좌우 하중 부하부의 구성을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치 중에서 좌우 하중 부하부에 대차 프레임이 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치에 대차 프레임이 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치 중에서 하중 프레임과 다양한 액추에이터의 배치 상태를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "결합된다 또는 연결된다"라는 의미는 제 1 부재와 제 2 부재가 직접 결합 또는 연결되는 경우뿐만 아니라, 제 1 부재와 제 2 부재의 사이에 제 3 부재가 개재되어 제 1 부재와 제 2 부재가 간접 결합 또는 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 구조들, 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 구조, 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, 가로, 세로, 수직, 수평, 상부, 하부, 위, 아래, 전, 후, 좌, 우와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 구성 또는 특징과 다른 구성 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 설치 상태, 배치 상태, 장착 상태, 사용 상태 또는 공정 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 구성 요소 또는 특징이 회전되거나 보는 방향이 바뀌면, 가로, 세로, 수직, 수평, 상부, 하부, 위, 아래, 전, 후, 좌, 우의 구성 또는 특징이 변경될 수 있으며, 따라서, 본 발명이 이러한 공간에 관련된 용어로 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피로 시험 장치(1000)에 장착되는 대차 프레임(10)의 일례를 도시한 사시도이다. 여기서, 피로 시험 장치(1000)의 전체적인 구성은 도 6에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피로 시험 장치(1000)에 장착되는 대차 프레임(10)은 철도 차량의 저널 박스 또는 바퀴가 장착되는 한쌍의 주프레임(11)과, 각각의 주프레임(11)을 연결하는 연결 프레임(12)을 포함할 수 있다. 여기서, 각 주프레임(11)의 하면에는 하기할 더미 저널 박스의 상부에 탑재되는 탑재면(11a)이 형성될 수 있으며, 또한 연결 프레임(12)의 중앙에는 하기할 좌우 하중 지그(220)가 결합되는 오프닝(12a)이 형성될 수 있다.
이와 같이 하여, 대차 프레임(10)은, 예를 들면, 대략 "H" 형태로 형성될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하지 않는다. 즉, 대차 프레임(10)은 철도 및 차량의 특성에 따라 다양하게 변경될 수 있는데, 일례로, 연결 프레임은 다수의 프레임으로 이루어질 수도 있다. 또한, 본 발명에서 설명하는 대차 프레임(10)은 연결 프레임(12)이 주프레임(11)에 비해 하부 방향으로 절곡된 형태를 하나 이러한 형상으로 본 발명이 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 비틀림 하중 부하부(100)의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 비틀림 하중 부하부(100)는, 예를 들면, 비틀림용 액추에이터(110)와, 비틀림 하중 지그(120)와, 고정부(130)를 포함할 수 있다.
비틀림용 액추에이터(110)는, 아래에서 다시 설명하겠지만, 하중 프레임(300)중 가로보(310)에 세로 방향(수직 또는 상하 방향)으로 설치되어, 대차 프레임(10)에 세로 방향의 하중(즉, 비틀림 하중, 수직 또는 상,하 방향의 하중)을 부하하는 역할을 한다. 이러한 비틀림용 액추에이터(110)는, 예를 들면, 공압 실린더, 유압 실린더 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하지 않는다.
비틀림 하중 지그(120)는 비틀림용 액추에이터(110)의 하단에, 예를 들면, 가로 방향(또는 수평 방향)으로 설치될 수 있다. 비틀림 하중 지그(120)는 가로보(310)와 대략 평행하게 형성되나, 상면에서 보았을 때 상호 교차하도록 일정 각도를 이룰 수 있다. 비틀림 하중 지그(120)는 대략 직선 빔 형태일 수 있으며, 양측의 단부에 하부 방향으로 길게 연장된 제 1 연장부(121)가 형성될 수 있다. 또한, 제 1 연장부(121)의 하단에는 하기할 제 1 더미 저널 박스(132)가 회전 가능하게 결합되는 제 1 힌지(122)가 설치될 수 있다.
고정부(130)는 비틀림 하중 지그(120)의 양단에 직접 결합되는 제 1 고정부(131)와, 비틀림 하중 지그(120)로부터 이격되어 설치된 한쌍의 제 2 고정부(134)를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 제 1 고정부(131)는 비틀림 하중 지그(120)의 양단과 지면 사이에 고정되고, 제 2 고정부(134)는 비틀림 하중 지그(120)로부터 이격된 양측의 지면에 고정된다.
제 1 고정부(131)는, 상술한 바와 같이, 비틀림 하중 지그(120)로부터 하부 방향으로 연장된 제 1 연장부(121)의 제 1 힌지(122)에 결합된 제 1 더미 저널 박스(132)와, 제 1 더미 저널 박스(132)를 지면에 고정하여 하중 시험 중 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 않도록 하는 스토퍼(133)를 포함한다.
여기서, 제 1 더미 저널 박스(132)는 제 1 연장부(121)의 하단에 제 1 힌지(122)를 통하여 일정 각도 회전 가능하게 결합된 제 1 플레이트(132a)와, 제 1 플레이트(132a)의 양단 위에 각각 설치된 제 1 로드셀(132b)과, 각각의 제 1 로드셀(132b) 위에 설치된 제 1 축상 스프링 결합부(132c)를 포함한다.
상술한 스토퍼(133)는 지면에 고정되는 제 1 지면 플레이트(133a)와, 제 1 지면 플레이트(133a)로부터 상부 방향으로 연장된 다수의 제 1 돌기(133b)를 포함하는데, 이러한 다수의 제 1 돌기(133b) 사이에 제 1 더미 저널 박스(132)의 제 1 플레이트(132a)가 결합됨으로써, 하중 시험 중 제 1 플레이트(132a)가 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 않고, 단지 제 1 힌지(122)를 중심축으로 하여 상,하 방향으로 일정 각도 회전되도록 한다. 물론, 이를 위해 제 1 힌지(122)에 제 1 플레이트(132a)의 대략 중심이 결합된다.
제 2 고정부(134)는 지면에 고정된 제 2 지면 플레이트(136a)와, 제 2 지면 플레이트(136a)로부터 상부 방향으로 연장된 제 2 연장부(136b)와, 제 2 연장부(136b)에 결합된 제 2 힌지(136c)와, 제 2 힌지(136c)에 결합되어 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 못하지만 상,하 방향으로 회전하는 제 2 더미 저널 박스(135)를 포함한다.
제 2 더미 저널 박스(135)는 제 2 연장부(136b)의 상단에 제 2 힌지(136c)를 통하여 일정 각도 회전 가능하게 결합된 제 2 플레이트(135a)와, 제 2 플레이트(135a)의 양단 위에 각각 설치된 제 2 로드셀(135b)과, 각각의 제 2 로드셀(135b) 위에 설치된 제 2 축상 스프링 결합부(135c)를 포함한다.
제 2 더미 저널 박스(135) 역시 제 2 지면 플레이트(136a) 및 제 2 연장부(136b)에 의해, 하중 시험 중, 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 못하지만 제 2 힌지(136c)를 중심으로 상,하 방향으로 일정 각도 회전한다. 물론, 이를 위해 제 2 힌지(136c)에 제 2 플레이트(135a)의 대략 중심이 결합된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예에서, 비틀림 하중 부하부(100)는, 대차 프레임(10)에 반복적으로 부하되는 비틀림 하중을 적용하기 위해, 단 1개의 비틀림용 액추에이터(110)와 단 1개의 비틀림 하중 지그(120)가 필요할 뿐이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피로 시험 장치(1000) 중에서 비틀림 하중 부하부(100)에 대차 프레임(10)이 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 고정부(131)에 대차 프레임(10)중 제 1 대각 방향의 주프레임(11)(즉, 탑재면(11a))이 결합되고, 제 2 고정부(134)에 대차 프레임(10)중 제 1 대각 방향과 교차하는 나머지 제 2 대각 방향의 주프레임(11)(즉, 탑재면(11a))이 결합됨으로써, 비틀림용 액추에이터(110)에 의해 대차 프레임(10)에 비틀림 하중이 부하되고 시험될 수 있다.
구체적으로, 대차 프레임(10)중 제 1 대각 방향의 주프레임(11)이 제 1 더미 저널 박스(132) 위에 결합 또는 탑재될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 대차 프레임(10)중 중 제 1 대각 방향의 주프레임(11)이 제 1 축상 스프링 결합부(132c) 위에 결합 또는 탑재될 수 있다.
또한, 구체적으로, 대차 프레임(10)중 제 1 대각 방향과 교차하는 제 2 대각 방향의 주프레임(11)이 제 2 더미 저널 박스(135) 위에 결합 또는 탑재될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 대차 프레임(10)중 중 제 2 대각 방향의 주프레임(11)이 제 2 축상 스프링 결합부(135c) 위에 결합 또는 탑재될 수 있다.
이와 같이 하여, 비틀림 하중 부하부(100) 중에서 비틀림용 액추에이터(110) 및 비틀림 하중 지그(120)가 대차 프레임(10)에 비틀림 하중을 부하하도록 하고, 이를 통해 비툴림 하중이 시험될 수 있다. 이때, 제 1 고정부(131) 및 제 2 고정부(134)에 각각 제 1 힌지(122) 및 제 2 힌지(136c)가 설치되고, 제 1 힌지(122) 및 제 2 힌지(136c)를 중심으로 제 1 더미 저널 박스(132) 및 제 2 더미 저널 박스(135)가 각각 일정 각도 상,하 방향으로 회전 가능하게 설치됨으로써, 제 1 축상 스프링 결합부(132c) 및 제 2 축상 결합부(135c)에 비틀림 하중 부하부(100)에 의한 동일한 하중이 분배될 수 있다. 물론, 이때 제 1 축상 스프링 결합부(132c) 및 제 2 축상 결합부(135c)의 하단에 각각 설치된 제 1 로드셀(132b) 및 제 2 로드셀(135b)에 의해, 하중 부하량이 관찰됨은 당연하다.
여기서, 스토퍼(133)에 구비된 다수의 제 1 돌기(133b)에 의해, 비틀림 하중 부하 시 제 1 더미 저널 박스(132)의 전,후,좌,우 방향의 변위가 구속되지만, 제 1 더미 저널 박스(132)의 수직 움직임 또는 상,하 회전 움직임이 가이드된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 비틀림 하중을 부하함에 있어, 1대의 비틀림용 액추에이터(110) 및 1대의 비틀림 하중 지그(120)만을 사용함으로써, 대차 프레임(10)중 주프레임(11)의 대각 방향 양단에 균일한 하중을 분포시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 대차 프레임(10)의 저널 박스가 체결되는 부분에 제 1,2 더미 저널 박스(132,135)를 장착함으로써, 비틀림 하중이나 수직 하중과 같은 중력 방향의 하중에 대해 지지점이 되도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 제 1 더미 저널 박스(132)에 결합되는 스토퍼(133)를 구비함으로써, 대차 프레임(10) 지지점의 전,후,좌,우 방향 변위를 구속할 수 있고, 단지 수직 방향의 회전 이동만을 가이드하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 좌우 하중 부하부(200)의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 좌우 하중 부하부(200)는 좌우용 액추에이터(210) 및 이에 일직선을 이루는 좌우 하중 지그(220)를 포함할 수 있다.
좌우용 액추에이터(210)는, 아래에서 다시 설명하겠지만, 세로보(320)에 가로 방향(수평 또는 좌우 방향)으로 설치되어, 대차 프레임(10)에 가로 방향의 하중(즉, 수평 또는 좌우 방향의 하중)을 부하하는 역할을 한다. 이러한 좌우용 액추에이터(210)는, 예를 들면, 공압 실린더, 유압 실린더 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하지 않는다.
좌우 하중 지그(220)는, 예를 들면, 좌우용 액추에이터(210)의 끝단에 가로 방향(또는 수평 방향)으로 설치된다. 구체적으로, 좌우 하중 지그(220)는 본체(221)와, 본체(221)의 일단에 형성된 체결 블록(222)과, 본체(221)의 타단에 형성된 밀림 블록(223)을 포함한다.
본체(221)는, 하기할 수직용 액추에이터(410)와 간섭되지 않도록, 길이 방향으로 개구 또는 오프닝이 형성된 길다란 빔 형태를 한다.
또한, 체결 블록(222)은 본체(221)의 일단으로부터 하부 방향으로 일정 길이 돌출되어 있으며, 하단면에, 예를 들면, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 스테인리스 스틸 도금층(222a)이 형성될 수 있다. 더욱이, 체결 블록(222)은 힌지(222b)를 통하여 본체(221)의 일단에 결합됨으로써, 체결 블록(222)은 힌지(222b)를 중심축으로 하여 일정 각도 회전될 수 있다.
또한, 밀림 블록(223)은 본체(221)의 타단으로부터 하부 방향으로 일정 길이 돌출되어 있으며, 하단면에, 예를 들면, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 스테인리스 스틸 도금층(223a)이 형성될 수 있다.
한편, 이러한 좌우 하중 지그(220) 역시 대차 프레임(10)에 결합되어 좌,우 방향으로 하중을 부하하게 되는데, 이때 좌우 하중 지그(220)의 자중에 의해 수직 방향으로 대차 프레임(10)에 하중을 부하하지 않도록, 좌우 하중 지그(220)를 하부에서 지지할 수 있도록, 본 발명의 다양한 실시예에서, 체결 블록 지지대(224) 및 밀림 블록 지지대(225)를 더 포함할 수 있다.
즉, 체결 블록(222)과 대응되는 하부 영역에 체결 블록 지지대(224)가 설치되고, 밀림 블록(223)과 대응되는 하부 영역에 밀림 블록 지지대(225)가 설치될 수 있다. 더욱이, 체결 블록 지지대(224)의 상면에는 체결 블록 미끄럼 패드(224a)가 형성됨으로써, 체결 블록(222)의 스테인리스 스틸 도금층(222a)이 최소의 마찰력으로 부드럽게 좌,우 방향 또는 수평 방향으로 슬라이딩할 수 있도록 되어 있다. 또한, 밀림 블록 지지대(225)의 상면에도 밀림 블록 미끄럼 패드(225a)가 형성됨으로써, 밀림 블록(223)의 스테인리스 스틸 도금층(223a)이 최소의 마찰력으로 부드럽게 좌,우 방향 또는 수평 방향으로 슬라이딩할 수 있도록 되어 있다.
더불어, 미끄럼 패드(224a,225a)는, 예를 들면, 테프론 필름(PTFE), 방열 실리콘 패드 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않으며, 이밖에도 다양한 마찰 저감 패드가 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 좌우 하중 부하부(200)에 대차 프레임(10)이 장착된 상태를 도시한 사시도이다. 여기에 없는 도면 부호는 도 4를 함께 참조한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 좌우 하중 부하부(200)는 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 결합되어, 좌,우 방향의 하중을 부하할 수 있다. 즉, 좌우 하중 지그(220)의 체결 블록(222)이 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 형성된 오프닝(12a)에 체결되고, 밀림 블록(223)이 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12) 외측에 위치 또는 밀착된다. 물론, 좌우용 액추에이터(210)가 좌,우 방향으로 진동하면서 좌우 하중 지그(220)를 좌,우 방향으로 진동시킴으로써, 대차 프레임(10)에 좌우 방향의 하중이 부하되도록 한다. 이때, 좌우용 액추에이터(210)의 중심축과, 체결 블록(222)에 의한 연결 프레임(12)의 오프닝(12a)에 형성되는 하중 부하면이 일직선상에 놓이도록 함으로써, 대차 프레임(10)에 불필요한 모멘트가 발생되지 않도록 하면서 좌,우 방향의 하중만이 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 부하되도록 한다.
또한, 상술한 바와 같이, 체결 블록(222)은 힌지(222b)를 중심축으로 하여 본체(221)의 일단에 설치됨으로써, 좌우 하중 부하 시 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 결합된 체결 블록(222)이 힌지(222b)를 중심축으로 하여 약간 회전하게 된다. 따라서, 체결 블록(222)은 연결 프레임(12)에 형성된 오프닝(12a)의 내면 즉, 좌우 하중 부하면에 전체 표면이 접촉되고, 이에 따라 더욱 신뢰성이 높은 좌우 하중 부하가 가능하다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 수직 하중 부하를 위한 액추에이터와의 간섭을 회피하여 좌우 하중을 부하하기 위해 장착되는 좌우 하중 지그(220)에 지지대(224,225)가 설치됨으로써, 좌우 하중 지그(220)의 자중에 따른 처짐 현상이 방지될 뿐만 아니라, 지지대(224,225) 위에 미끄럼 패드(224a,225a)가 설치됨으로써, 좌우 하중 지그(220)의 원할한 움직임이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000)에 대차 프레임(10)이 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000)는 하중 프레임(300)을 포함하는데, 이러한 하중 프레임(300)은 가로 방향의 가로보(310)와, 가로보(310)의 양단에 세로 방향으로 연결된 한쌍의 세로보(320)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 가로보(310)의 대략 중앙에는 세로 방향으로 연장되어 대차 프레임(10)에 비틀림 하중을 부하하는 비틀림용 액추에이터(110)가 설치되고, 일측의 세로보(320)에는 가로 방향으로 연장되어 대차 프레임(10)에 좌우 하중을 부하하는 좌우용 액추에이터(210)가 설치될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는 비틀림용 액추에이터(110)의 양측으로서 가로보(310)에 세로 방향으로 설치되어 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 세로 방향(즉, 수직 방향)의 하중을 부하하는 수직용 액추에이터(410)가 더 설치될 수 있다. 이러한 수직용 액추에이터(410)는 상술한 비틀림용 액추에이터(110)의 모든 특징을 공유할 수 있다.
또한, 수직용 액추에이터(410)는 하단이 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 직접 접촉되어, 대차 프레임(10)에 수직 하중을 부하한다. 여기서, 상술한 바와 같이, 일측의 수직용 액추에이터(410)는 좌우 하중 지그(220)의 개구 또는 오프닝을 관통하여, 대차 프레임(10)의 연결 프레임(12)에 직접 접촉할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 대차 프레임(10)에 장착되는 부속 장치들을 모두 분리하고, 대차 프레임(10)에 수직 하중, 좌우 하중 및/또는 비틀림 하중이 동시에 작용할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 예를 들면, 비틀림 하중 부하를 위해 기존에 2개 이상의 액추에이터가 사용되던 것을 1개의 비틀림용 액추에이터(110) 및 1개의 비틀림 하중 지그(120)로 가능하게 하였다. 이에 따라 피로 시험 장치(1000)를 위한 액추에이터의 설치와 유지 관리를 위한 비용을 절감할 수 있고, 기존의 비틀림 하중 시험 시 여러 대의 액추에이터 사용으로 인한 하중의 불균일한 조정이 발행할 수 있으나, 1개의 액추에이터만을 이용하여 하중을 조정함으로써 이러한 문제를 해결하게 되었다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000) 중에서 하중 프레임(300)과 다양한 액추에이터의 배치 상태를 도시한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000)는 대략 "∩" 형태의 하중 프레임(300)과, 하중 프레임(300)에 설치된 비틀림용 액추에이터(110), 좌우용 액추에이터(210) 및/또는 수직용 액추에이터(410)를 포함하는데, 이들 구성 요소 모두가 동일한 평면, 예를 들면, YZ 평면에 배치될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서, 대차 프레임(10)에 하중을 부하하기 위한 액추에이터들이 모두 동일 평면상에 설치됨으로써, 액추에이터의 결합이나 체결을 위한 하중 프레임(300)은 1개의 가로보(310)와, 2개의 세로보(320)(또는 기둥) 만이 필요하다. 다르게 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치(1000)는 시험 수행을 위한 치공구의 개수가 최소화되고, 이에 따라 초기 투자 비용이 저감된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10; 대차 프레임 11; 주프레임
11a; 탑재면 12; 연결 프레임
12a; 오프닝
1000; 본 발명의 실시예에 따른 대차 프레임 피로 시험 장치
100; 비틀림 하중 부하부 110; 비틀림용 액추에이터
120; 비틀림 하중 지그 121; 제 1 연장부
122; 제 1 힌지 130; 고정부
131; 제 1 고정부 132; 제 1 더미 저널 박스
132a; 제 1 플레이트 132b; 제 1 로드셀
132c; 제 1 축상 스프링 결합부 133; 스토퍼
133a; 제 1 지면 플레이트 133b; 제 1 돌기
134; 제 2 고정부 135; 제 2 더미 저널 박스
135a; 제 2 플레이트 135b; 제 2 로드셀
135c; 제 2 축상 스프링 결합부 136a; 제 2 지면 플레이트
136b; 제 2 연장부 136c; 제 2 힌지
200; 좌우 하중 부하부 210; 좌우용 액추에이터
220; 좌우 하중 지그 221; 본체
222; 체결 블록 222a; 스테인리스 스틸 도금층
222b; 힌지 223; 밀림 블록
223a; 스테인리스 스틸 도금층 224; 체결 블록 지지대
224a; 체결 블록 미끄럼 패드 225; 밀림 블록 지지대
225a; 밀림 블록 미끄럼 패드 300; 하중 프레임
310; 가로보 320; 세로보
410; 수직용 액추에이터

Claims (14)

  1. 철도 차량의 바퀴가 장착되는 한쌍의 주프레임과, 상기 각각의 주프레임을 연결하는 연결 프레임을 포함하는 대차 프레임의 피로 시험 장치에 있어서,
    가로보와, 상기 가로보의 양단에 세로 방향으로 연결된 한쌍의 세로보를 포함하는 하중 프레임;
    상기 가로보에 세로 방향으로 설치되어 세로 방향의 하중을 부하하는 비틀림용 액추에이터;
    상기 비틀림용 액추에이터의 하단에 가로 방향으로 설치된 비틀림 하중 지그;
    상기 비틀림 하중 지그의 양단과 지면 사이에 고정된 제 1 고정부와, 상기 비틀림 하중 지그로부터 이격된 양측의 지면에 고정된 제 2 고정부로 이루어진 고정부를 포함하고,
    상기 제 1 고정부에 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향의 주프레임이 결합되고, 상기 제 2 고정부에 상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향과 교차하는 제 2 대각 방향의 주프레임이 결합됨으로써, 상기 비틀림용 액추에이터에 의해 상기 대차 프레임에 비틀림 하중이 부하되며,
    상기 세로보에 가로 방향으로 설치되어 가로 방향의 하중을 부하하는 좌우용 액추에이터; 및,
    상기 좌우용 액추에이터의 끝단에 가로 방향으로 설치된 좌우 하중 지그를 더 포함하고,
    상기 좌우 하중 지그에 상기 대차 프레임중 연결 프레임의 중앙에 형성된 오프닝이 결합됨으로써, 상기 좌우용 액추에이터에 의해 상기 대차 프레임에 좌우 하중이 부하되며,
    상기 좌우 하중 지그는 길이 방향으로 개구가 형성된 본체와, 상기 본체의 일단에 하부 방향으로 돌출되어 상기 연결 프레임의 오프닝에 체결되는 체결 블록과, 상기 본체의 타단에 하부 방향으로 돌출되어 상기 좌우용 액추에이터에 밀착되는 밀림 블록을 포함됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고정부는 상기 비틀림 하중 지그로부터 하부 방향으로 연장된 제 1 연장부에 결합된 제 1 더미 저널 박스와, 상기 제 1 더미 저널 박스를 상기 지면에 고정하여 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 않도록 하는 스토퍼를 포함하고,
    상기 대차 프레임중 제 1 대각 방향의 주프레임이 상기 제 1 더미 저널 박스 위에 결합됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 더미 저널 박스는 상기 제 1 연장부의 하단에 제 1 힌지를 통하여 회전 가능하게 결합된 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트의 양단에 각각 설치된 제 1 로드셀과, 상기 각각의 제 1 로드셀 위에 설치된 제 1 축상 스프링 결합부를 포함하고,
    상기 대차 프레임중 중 제 1 대각 방향의 주프레임이 상기 제 1 축상 스프링 결합부에 결합됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 고정부는 상기 지면에 고정된 지면 플레이트와, 상기 지면 플레이트로부터 연장된 제 2 연장부와, 상기 제 2 연장부에 고정되어 전,후,좌,우 방향으로 움직이지 않는 제 2 더미 저널 박스를 포함하고,
    상기 대차 프레임중 제 2 대각 방향의 주프레임이 상기 제 2 더미 저널 박스 위에 결합됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 더미 저널 박스는 상기 제 2 연장부의 상단에 제 2 힌지를 통하여 회전 가능하게 결합된 제 2 플레이트와, 상기 제 2 플레이트의 양단에 각각 설치된 제 2 로드셀과, 상기 각각의 제 2 로드셀 위에 설치된 제 2 축상 스프링 결합부를 포함하고,
    상기 대차 프레임중 중 제 2 대각 방향의 주프레임이 상기 제 2 축상 스프링 결합부에 결합됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 블록은 상기 본체에 힌지를 통하여 회전 가능하게 결합됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 블록의 하단에는 체결 블록 지지대가 설치되고, 상기 밀림 블록의 하단에는 밀림 블록 지지대가 설치된 것을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 체결 블록 지지대의 상면에는 체결 블록 미끄럼 패드가 설치되고, 상기 밀림 블록 지지대의 상면에는 밀림 블록 미끄럼 패드가 설치된 것을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌우용 액추에이터의 중심축과, 상기 체결 블록에 의한 상기 연결 프레임의 오프닝에 형성되는 하중 부하면이 일직선상에 놓인 것을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 비틀림용 액추에이터의 양측인 가로보에 세로 방향으로 설치되어 상기 대차 프레임 중 연결 프레임에 세로 방향의 하중을 부하하는 수직용 액추에이터를 더 포함함을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 비틀림용 액추에이터의 양측인 가로보에 세로 방향으로 설치되어 상기 대차 프레임 중 연결 프레임에 세로 방향의 하중을 부하하는 수직용 액추에이터를 더 포함하고,
    상기 비틀림용 액추에이터, 좌우용 액추에이터 및 수직용 액추에이터는 동일한 평면상에 설치됨을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수직용 액추에이터 중 적어도 하나는 상기 좌우 하중 지그를 관통함을 특징으로 하는 대차 프레임 피로 시험 장치.
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