KR101810221B1

KR101810221B1 - 침목 침하감지장치

Info

Publication number: KR101810221B1
Application number: KR1020160155451A
Authority: KR
Inventors: 이영우
Original assignee: 주식회사 누림코리아
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-01-03

Abstract

본 발명은 철도레일의 높이와 위치를 정확하게 유지하기 위하여 침목의 변위를 측정할 수 있도록 하는 침목 침하감지장치에 관한 것으로서, 침목의 상측에 고정되며 제1힌지부(1510)와 제2힌지부(1520)를 구비하는 브라켓부(1500), 상기 브라켓부의 제1힌지부에서 상하회동 가능하도록 결합되는 감지부(1300), 상기 감지부의 일측으로 연장되며 인접되는 브라켓부의 제2힌지부에 상하회동 가능하도록 결합되는 변위로드(1200)를 포함하며, 상기 감지부는 인접되는 침목의 상대적인 위치의 변경에 따라 변위로드가 상하방향으로 회전되면 이에 따른 변위를 감지하는 침하감지장치를 제공한다. 따라서, 지반이나 침목의 변형이나 위치변경에 정확하게 대응하여 침하를 감지할 수 있다.

Description

침목 침하감지장치{APPARATUS FOR MEASURING EXTENT OF SINKING OF RAIL ROAD SLEEPER}

본 발명은 철도 선로의 변위측정과 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 철도레일의 높이와 위치를 정확하게 유지하기 위하여 침목의 변위를 측정할 수 있도록 하는 침목 침하감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도 선로는 원지반에 흙을 성토하여 성토 지반을 만들고 성토 지반 위에 다수의 침목을 일정 간격으로 배치한 이후 그 위에 한 쌍의 레일을 표준궤간(일반적으로 1,435mm)으로 설치하는 방식으로 구성된다.

이러한 철도 선로는 철도차량의 이동을 위한 다양한 구간에 설치되기 때문에 필요에 따라 매립지와 같은 연약지반에 설치되거나, 산간의 절개지나 계곡 직접 또는 인접되어 설치될 수 있는 등 다양한 환경에 직면하게 된다.

도 1은 이러한 종래의 철도 선로를 나타내는 도면으로서, 연약 지반(10) 상부에는 토사층(20)이 다짐 작업되고, 상기 토사층(20) 상부에는 골재층(30)이 형성되며, 또한 상기 골재층(30)에는 상부에 받침목(40)이 안착되고 상기 받침목(40)의 상부에는 레일(50)이 고정되는 구조로 구성된다.

그런데, 여름철에 장마 또는 폭우로 인하여 산사태가 또는 홍수가 발생하면서 절개지나 산의 계곡에 직면해 있는 철도 선로의 성토 지반은 지반 침하가 급격하게 발생할 수 있으며, 또한, 연약 지반에 인접해 있는 경우에도 서서히 지반침하가 발생할 수 있고, 철도 선로의 성토 지반에 인접하여 토목 공사가 발생한 경우에도 설계 미숙 또는 오차 등에 의해 지반침하가 발생할 수 있다.

또한, 터널이나 교량 위를 지나는 철도 레일의 경우에도 침목이 설치되는 구조물이 장기간의 사용으로 인하여 노후화되면서 서서히 지반침하가 발생할 수 있다.

따라서, 철로 지반 침하와 변형이 우려되는 연약 지반, 절개지, 계곡과 직면한 부분, 또는 구조물의 변형이 이루어질 수 있는 터널, 교량 위를 지나는 철도 레일은 그의 변위량을 측정하여 지반 침하와 변형으로 인하여 발생할 수 있는 대형 철도 사고를 미연에 방지하고, 열차의 안전 운행을 위하여 철도 레일의 안전 상태를 상시 계측하는 것이 필요하다.

이러한 철도의 침하 측정을 위하여 눈금 줄자, 경사계, 레이저 광파기, 광섬유 측정기 등이 사용되고 있다.

한국등록실용신안공보 제20-0359014호는 종래기술의 연약 지반 및 철도 레일 받침목 침하변형 계측 장치를 개시하고 있다.

이러한 침하변형 계측장치의 경우 각각의 침목에 말뚝을 박고 계측관을 결합하여 개별적으로 지반의 침하를 측정하게 되는데, 이러한 지반의 침하 측정은 각각의 눈금을 육안으로 확인하는 방식으로 이루어진다.

그런데, 이러한 방식의 경우 각각의 침목의 상대적인 위치의 측정 및 관리가 어려우며, 인력이 과도하게 소요되는 문제가 있을 뿐만 아니라 설치에 있어서도 과도한 시공공정으로 인하여 비경제적인 문제가 있다.

이에 따라, 설치가 된다고 하더라도 상시적인 측정은 사실상 불가능한 것으로 볼 수 있다.

종래에 다양한 레일이나 침목의 침하 계측 및 관리를 위한 시도가 있어 왔으나, 시공성의 문제와 지속적인 모니터링 및 유지관리의 문제를 해소하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 침목의 상대적인 침하량을 정확하게 파악할 수 있으면서도 공사과정이나 운용과정에서 상시적인 철도 선로의 모니터링이 가능한 침목 침하감지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 침목의 상측에 고정되며 제1힌지부(1510)와 제2힌지부(1520)를 구비하는 브라켓부(1500), 상기 브라켓부의 제1힌지부에서 상하회동 가능하도록 결합되는 감지부(1300), 상기 감지부의 일측으로 연장되며 인접되는 브라켓부의 제2힌지부에 상하회동 가능하도록 결합되는 변위로드(1200)를 포함하며, 상기 감지부는 인접되는 침목의 상대적인 위치의 변경에 따라 변위로드가 상하방향으로 회전되면 이에 따른 변위를 감지하는 침하감지장치를 제공한다. 따라서, 지반이나 침목의 변형이나 위치변경에 정확하게 대응하여 침하를 감지할 수 있다.

또한, 상기 감지부는 중공의 기둥 형태로 이루어지는 본체(1301)와, 본체 내부에 배치되어 일측에서 삽입되는 변위로드의 변위를 감지하여 변위신호를 생성하는 변위센서부(1320)를 구비할 수 있다.

상기 변위센서부에 연결되고 변위로드와 감지부를 관통하여 배치되어 인접되는 변위센서부에 연장되는 통신라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감지부는 타단측에 결합되어 제1힌지부와 힌지결합되고 통신라인이 삽입되는 유통홀을 구비하는 제1커버부(1330)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 변위로드는 중공의 로드본체(1210)와 로드본체의 일단에 결합되고 통신라인이 인출되는 유통홀을 구비하며, 인접되는 브라켓부의 제2힌지부에 연결되는 힌지부재와 결합하는 제2커버부(1220)를 구비할 수 있다.

상기 힌지부재는 제2힌지부에 대해 상하 및 좌우로 회전되어 측방향으로의 변위에 대응할 수 있도록 볼베어링을 구비할 수 있다.

본 발명에 따라, 철도선로의 변형에 대하여 유연하게 적응할 수 있으며 정확한 변위의 검출이 가능하므로 구조적인 신뢰성과 안전성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 인접되는 침하감지장치와 안정적으로 연결될 수 있도록 하면서도 구조적으로 간단하여 시공성이 향상될 수 있고 내구성과 작동신뢰성이 보장될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 철도 선로를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 침목 침하감지장치의 설치상태를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 침목 침하감지장치에서 감지부측을 확대하여 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 침목 침하감지장치에서 힌지부재에 대한 바람직한 실시예를 나타내는 측면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 침목 침하감지장치를 상세히 설명한다.

다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 기본적으로, 철도선로가 배치되는 침목에 배치되는 침목 침하감지장치로서, 침목의 상측에 고정되며 제1힌지부와 제2힌지부를 구비하는 브라켓부와, 상기 브라켓부의 제1힌지부에서 상하회동 가능하도록 결합되는 감지부와, 상기 감지부의 일측으로 연장되며 인접되는 브라켓부의 제2힌지부에 상하회동 가능하도록 결합되는 변위로드를 포함하는 침목 침하감지장치를 제공한다.

본 발명의 침목 침하감지장치는 침목의 배열에 대해 길이방향으로 배열되는 것을 주요한 예로써 설명하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 길이방향에 대하여 각도를 가지도록 배치되거나 직교하는 방향으로 배열되는 경우도 본 발명의 개념에 포함될 수 있다. 레일의 궤도 형태에 대응되도록 침목이 배열되는바 상기 길이방향은 직선은 물론 곡선의 주로에 대응되는 형태의 배열에서 레일의 진행방향을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 경우에 따라 레일의 침하감지를 위하여 적용 또는 변용되는 경우도 고려될 수 있을 것이다.

본 발명이 적용되는 철도선로에서 침목이나 지반의 물성이나 형태는 선택에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 침목 침하감지장치의 설치상태를 나타내는 측면도이다.

소정의 지반(30)에 대하여 침목(40)이 길이방향으로 배열될 수 있음은 상술한 바와 같다. 각각의 침목 또는 소정의 침목의 간격에 대응되어 하나의 세트를 이루는 침하감지장치(1000)는 인접되는 침하감지장치(1000)에 연결되어 도시된 바와 같이 연속적으로 배열될 수 있다. 다만, 상기 침하감지장치(1000)는 어느 두 개의 침목(40)에 대하여 단일로서 배치되는 경우도 고려될 수 있을 것이다. 이 경우 후술될 바와 같은 브라켓부(1500)가 양측으로 배열되어 각각 제1힌지부(1510) 및 제2힌지부(1520)에서 감지부(1300)와 변위로드(1200)를 결합할 수 있을 것이다.

도시된 상태에서 우측에 배치되는 침하감지장치(1000)는 침목(40)에 고정배치되는 브라켓부(1500)를 포함하며 상기 브라켓부(1500)는 일측에 제1힌지부(1510)와 타측에 제2힌지부(1520)를 구비하게 된다.

상기 제1힌지부(1510)에서 일측으로 감지부(1300)가 배치되며 이러한 감지부(1300)는 후술될 바와 같이 침목(40)의 침하에 따른 변위로드(1200)의 변위를 감지함으로써 지반의 침하상태를 모니터링 할 수 있도록 기능하게 된다.

이에 상기 감지부(1300)는 일측으로 연장되는 변위로드(1200)와 결합하며, 감지부(1300)와 변위로드(1200)는 전체적으로 침목(40)의 배열에 대하여 길이방향으로 배열되는 막대 형태로 이루어지게 된다.

이러한 감지부(1300) 및/또는 변위로드(1200)는 다양한 기둥 형태로 이루어질 수 있으나 균등한 강성을 고려하면 원기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 감지부(1300)에서는 소정의 변위센서부를 포함하게 되고 이러한 변위센서부에서 생성된 변위신호는 소정의 제어부(미도시)를 통하여 수집될 수 있다.

이때, 감지부(1300)에서 생성된 변위신호를 수집할 수 있도록 각각의 침하감지장치(1000)에서 무선통신모듈을 구비하여 제어부로 정보를 송신하는 경우를 고려해볼 수 있을 것이나, 경제성과 유지보수성을 고려하면 유선 형태로 각각의 감지부들이 연결되는 것이 바람직할 것이다.

상기 변위로드(1200)와 감지부(1300)는 중공의 기둥 형태로 이루어지고 내부로 통신라인이 관통배치되는 것이 바람직하며, 각각의 감지부(1300)에 구비되는 변위센서부들은 하나의 통신라인을 통하여 외부로 연결될 수 있다. 이때, 각각의 침하감지장치(1000)에서는 식별자를 구비하고 변위신호와 함께 식별신호를 제어부로 송출함으로써 어느 지점에서 침하가 발생하였는지를 즉시적으로 식별될 수 있도록 할 수 있다.

상기 변위로드(1200)는 침하감지장치(1000)의 대략 절반 이상의 길이를 차지하며 인접되는 침목(40) 간의 높이 차이에 따라 형성되는 경사에 의하여 감지부(1300)를 통하여 침하상태를 감지할 수 있도록 기능한다.

이러한 변위로드(1200)는 일측에 인접 배치되는 침하감지장치(1000)의 브라켓부(1500)에서 제2힌지부(1520)에 상하 회동 가능하도록 연결된다.

상기와 같이 브라켓부(1500)는 제1힌지부(1510)와 제2힌지부(1520)를 형성하고 각각 감지부(1300)와 변위로드(1200)를 결합하여 상하회동 할 수 있도록 하는데, 비교예로써 감지부(1300)와 변위로드(1200)가 브라켓부(1500)에 고정배치되는 경우도 고려해볼 수 있을 것이다.

그런데, 상기와 같이 감지부(1300)와 변위로드(1200)를 브라켓부(1500)가 고정하여 변위가 발생한 경우 측정의 정확성에 문제가 발생할 가능성이 있다. 예를 들어 변위로드(1200)의 말단이 결합되는 브라켓부(1500) 측의 침목(40) 부위에서 침하가 발생되고 감지부(1300)가 배치되는 침목(40)은 배치상태를 유지하는 경우 변위로드(1200) 비틀림이나 변형에 따라 침하에 따른 변위량이 전달되지 못하고 실제보다 작은 변위량을 감지부(1300)가 변위신호로써 발생하거나 변위가 없는 것으로 인식할 가능성이 존재한다. 따라서, 본 발명의 개념과 같이 브라켓부(1500)에서 변위로드(1200)와 감지부(1300)는 상하회동 가능하도록 결합되는 것이 지반의 변형 등의 요인에 의하여 침하가 발생한 경우 변위로드(1200) 및/또는 감지부(1300)에 스트레스를 가하지 않고 변위량을 그대로 감지할 수 있도록 하므로 침하감지의 정확성이 향상될 수 있도록 함에 유의하여야 한다.

도 3은 본 발명의 침목 침하감지장치에서 감지부측을 확대하여 나타내는 측면도이다.

브라켓부(1500)는 저부에 침목(40)과 결합될 수 있는 체결부(참조번호 미표시)를 구비하며, 볼트와 같은 체결수단에 의하여 고정결합될 수 있다.

이러한 브라켓부(1500)는 일측에 제1힌지부(1510)와 타측에 제2힌지부(1520)를 구비하며, 각각 감지부(1300)와 변위로드(1200)를 상하회동 가능하도록 결합할 수 있음은 상술한 바와 같다.

구조적 안정성을 고려하여 상기 브라켓부(1500)는 측면상 대략 장방 형태로 이루어지고 상단 모서리측에 제1힌지부(1510)와 제2힌지부(1520)를 구비할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

감지부(1300)는 중공의 기둥 형상으로 이루어지는 본체(1301)와 내부에 배치되는 변위센서부(1320)로 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서는 변위로드(1200)가 감지부(1300)의 일측 내주에 삽입되는 방식으로 결합되는 경우가 나타난다. 이때, 상기 변위로드(1200)와 감지부(1300)의 결합 부위에는 길이의 조정이 가능한 조정부(1310)를 구비할 수 있으며, 일실시예로서 상기 조정부(1310)측에서 변위로드(1200)가 감지부(1300)에 대해 인입출 가능하도록 배치되고 조정부(1310)가 인입출된 위치를 고정하고 고정해제하는 기능을 수행할 수 있다.

상기 변위센서부(1320)는 변위로드(1200)의 침목 침하에 따른 변위를 감지할 수 있는 다양한 센서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 변위센서부(1320)는 디지털 경사계일 수 있으며 지반의 변형 또는 침목의 침하에 따라 어느 하나 이상의 브라켓부(1500)에서 승하강이 발생한 경우 이에 따라 변위로드(1200) 및/또는 감지부(1300)에서 회동이 발생하고 변위센서부(1320)는 이러한 회동에 따른 경사를 감지하여 변위신호를 생성할 수 있는 것이다. 다만, 상기 변위센서부(1320)는 길이감지센서, 변형감지센서, 자이로센서 등 다양한 변위 감지를 위한 센서들이 선택될 수도 잇을 것이다.

이러한 변위센서부(1320)에서 생성된 변위신호는 제어부(미도시)에서 수집되어 각각의 침하감지장치(1000)에서 발생된 변위에 따라 레일의 소정의 위치에서 침하를 포함하는 지반의 변형을 감지하여 유지보수를 수행할 수 있도록 한다.

추가적으로, 이러한 변위센서부(1320) 또는 제어부에서는 초기 설치시 배열되는 침목(40)들의 위치관계에 따라 초기값경사가 형성될 수 있으므로 이를 고려하여 초기값세팅부를 더 포함할 수 있다. 이러한 초기값경사에 대하여 변위가 발생한 경우를 침목의 침하로 감지할 수 있는 것이다.

상기 감지부(1300)의 타측 말단에는 개방된 개구를 덮도록 제1커버부(1330)가 배치될 수 있으며, 상기 제1커버부(1330)는 감지부(1300)의 말단에서 내부를 보호하며 제1힌지부(1510)와 힌지결합되는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 상기 제1커버부(1330)는 통신라인이 관통될 수 있는 하나 이상의 유통홀을 구비할 수 있다.

도 4는 본 발명의 침목 침하감지장치에서 힌지부재에 대한 바람직한 실시예를 나타내는 측면도이다.

변위로드(1200)는 중공의 로드본체(1210)를 구비하고 일단에 제2커버부(1220)를 포함할 수 있다. 상기 제2커버부(1220)는 일측에 힌지부재(1100)를 결합하면서 내부에 이물이 삽입되는 것을 방지하도록 기능할 수 있는데, 제1커버부(1330)와 마찬가지로 변위센서부(1320)와 연결된 통신라인이 외부로 인출될 수 있도록 유통홀을 구비할 수 있다.

이러한 제2커버부(1220)는 제1힌지부(1510)와 직접 힌지결합되는 제1커버부(1330)와 달리 힌지부재(1100)를 결합하는 기능을 수행하는 차이가 있다.

힌지부재(1100)는 제2커버부(1220)에 체결되는 연장부(1110)와 제2힌지부(1520)에 힌지결합되는 베어링부(1120)로 구성될 수 있다.

이러한 연장부(1110)와 베어링부(1120)는 하나의 부재로 구성되는 경우도 고려될 수 있을 것인데, 경우에 따라 추가적으로 베어링부재가 소정의 원주 내측에 회전되도록 결합되어 마찰력을 저감하는 기능을 수해하도록 할 수도 있다.

상기 베어링부재는 볼베어링으로 이루어질 수 있고, 브라켓부(1500)의 제2힌지부(1520)에 대해 변위로드(1200)가 3축 회전이 가능하도록 결합할 수도 있을 것이다. 이러한 볼베어링이 적용되는 경우 상하방향의 침목의 움직임에 대한 대응이 가능할 뿐만 아니라 측방향으로의 움직임에도 대응이 가능하므로 변위센서부(1320)에서의 정확한 검출이 가능하도록 하는 이점이 있을 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 침목 침하감지장치에 따라, 철도선로의 변형에 대하여 유연하게 적응할 수 있으며 정확한 변위의 검출이 가능하므로 구조적인 신뢰성과 안전성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 인접되는 침하감지장치와 안정적으로 연결될 수 있도록 하면서도 구조적으로 간단하여 시공성이 향상될 수 있고 내구성과 작동신뢰성이 보장될 수 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

1000...침하감지장치 1100...힌지부재
1110...연장부 1120...베어링부
1200...변위로드 1210...로드본체
1220...제2커버부 1300...감지부
1301...본체 1310...조정부
1320...변위센서부 1330...제1커버부
1500...브라켓부 1510...제1힌지부
1520...제2힌지부

Claims

침목의 상측에 고정되며 제1힌지부(1510)와 제2힌지부(1520)를 구비하는 브라켓부(1500);
상기 브라켓부의 제1힌지부에서 상하회동 가능하도록 결합되는 감지부(1300);
상기 감지부의 일측으로 연장되며 인접되는 브라켓부의 제2힌지부에 상하회동 가능하도록 결합되는 힌지부재를 구비하는 변위로드(1200);를 포함하며,
상기 감지부는, 인접되는 침목의 상대적인 위치의 변경에 따라 변위로드가 상하방향으로 회전되면 이에 따른 변위를 감지하고,
상기 힌지부재는, 제2힌지부에 대해 상하 및 좌우 방향으로의 변위에 대응할 수 있도록 볼베어링을 구비하여 변위로드 및 감지부에 스트레스를 가하지 않고 변위량을 감지할 수 있도록 하는 침하감지장치.
제1항에 있어서,
상기 감지부는,
중공의 기둥 형태로 이루어지는 본체(1301)와, 본체 내부에 배치되어 일측에서 삽입되는 변위로드의 변위를 감지하여 변위신호를 생성하는 변위센서부(1320)를 구비하는 침하감지장치.
제2항에 있어서,
상기 변위센서부에 연결되고 변위로드와 감지부를 관통하여 배치되어 인접되는 변위센서부에 연장되는 통신라인;을 더 포함하는 침하감지장치.
제3항에 있어서,
상기 감지부는,
타단측에 결합되어 제1힌지부와 힌지결합되고 통신라인이 삽입되는 유통홀을 구비하는 제1커버부(1330)를 구비하는 침하감지장치.
제4항에 있어서,
상기 변위로드는,
중공의 로드본체(1210)와 로드본체의 일단에 결합되고 통신라인이 인출되는 유통홀을 구비하며, 인접되는 브라켓부의 제2힌지부에 연결되는 힌지부재와 결합하는 제2커버부(1220)를 구비하는 침하감지장치.
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