KR101877295B1 - 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치 - Google Patents

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    • G01N2203/0073—Fatigue

Abstract

본 발명은 시험시 차륜의 미소 변위에 따른 변위를 흡수하여 하중 변동을 최소화하고, 제작 비용과 운용 비용을 감소시키며, 정밀한 제어를 통해 신뢰성 높은 시험을 가능하게 하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상하 방향으로 동작하며 하중을 부과하는 실린더부와, 상기 실린더부의 실린더에 압력을 공급하는 펌프와, 상기 실린더의 작동 방향으로 하중을 전달하는 차륜부와, 상기 차륜부의 하부에 위치하며 레일을 전후 방향으로 구동하는 레일부와, 상기 레일부의 하부에 위치하여 각 부를 지지하는 베이스 프레임부와, 상기 실린더 하부에 위치하는 로드셀을 포함한다.

Description

레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치{APPARATUS FOR TESTING FATIGUE OR ABRASION OF RAIL AND WHEEL}
본 발명은 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차륜의 미소 변위 변화를 흡수하여 하중 변동을 최소화할 수 있는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차륜이나 레일의 개발시 실차 조건의 신뢰성 평가를 수행해야 한다. 이러한 실차 주행의 모사 시험 장치가 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치이다.
모사 시험시 차륜과 레일은 기차의 하중 및 견인력 등으로 인해 큰 마찰력이 발생하여 마모로 인한 레일 손상이 발생하며 이는 실사 주행시 진동과 소음의 원인이 된다. 이러한 진동 및 소음을 방지하기 위한 다양한 방식이 이용되고 있는데, 대표적인 방식으로는 방음벽을 이용하거나, 레일 표면에 소음 방지 효과가 있는 특수 코팅층을 생성시킬 수 있다. 이 중 레일 표면에 특수 코팅층을 생성시킬 경우, 차륜과 레일 사이의 피로 또는 마모로 인한 안전성을 평가해야 한다.
안정성 평가를 위한 피로 시험은 기계 재료의 내구 성능 및 수명을 확인하기 위한 시험으로, 일정한 하중 또는 변형률 조건에서 반복적인 힘을 가하여 파손시까지의 수명 또는 사이클 수를 측정하는 실험이다. 피로 파괴는 힘이 여러 차례 반복해서 동일 부위에 가해지면 내부에 피로가 누적되어 균열이 생기고, 어느 순간 파괴되는 현상이다. 이는 기계 부품 파손의 주요 원인이며 부품의 안전성 및 신뢰성 확보를 위한 중요한 인자이다. 피로 시험을 통해 획득하는 하중-수명선도 등을 이용하면 기계 부품의 수명을 예측할 수 있고, 이는 부품 설계시 설계 기준으로 사용된다. 철도의 레일과 차륜의 피로 시험을 위한 시험 장치가 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치이다.
이러한 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는 실제 레일에서 차륜이 가동 중에 레일의 피로 또는 마모 손상을 평가해야 한다. 즉, 일정한 무게의 차륜이 레일 위를 주행하게 되므로 레일 위에 일정한 하중을 가하며 시험을 해야 한다.
그런데 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험시 레일과 차륜의 상대 운동에 따라 레일의 변형과, 표면 조도 및 이물질 등에 의해 차륜에 미소량의 상하 변위가 발생하는데, 이 미소 변위에 의해 큰 하중 변동이 발생된다. 이는 실제 차륜의 일정 하중 조건과는 다른 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 요구를 해소하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 시험시 차륜의 미소 변위에 따른 변위를 흡수하여 하중 변동을 최소화하고, 제작 비용과 운용 비용을 감소시키며, 정밀한 제어를 통해 신뢰성 높은 시험을 가능하게 하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상하 방향으로 동작하며 하중을 부과하는 실린더부와, 상기 실린더부의 실린더에 압력을 공급하는 펌프와, 상기 실린더의 작동 방향으로 하중을 전달하는 차륜부와, 상기 차륜부의 하부에 위치하며 레일을 전후 방향으로 구동하는 레일부와, 상기 레일부의 하부에 위치하여 각 부를 지지하는 베이스 프레임부와, 상기 실린더 및 상기 차륜부 사이에 위치하는 로드셀을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 로드셀 및 상기 차륜부 사이 또는 상기 실린더부 및 상기 로드셀 사이에 연결되며, 차륜의 진동 및 충격을 흡수하는 탄성부를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 실린더부가 1개 이상의 공압실린더를 가지며, 상기 펌프는 공압 펌프이다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 실린더부가 유압 실린더이며, 상기 펌프는 유압 펌프이다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 로드셀의 하중을 감지하고, 상기 펌프에서 연속으로 또는 미리정해진 시간 간격으로 압력을 공급하여 일정 하중을 유지하는 제어부를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 제어부가 상기 펌프에 연속으로 또는 미리정해진 시간 간격으로 미리정해진 압력을 공급한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 제어부가 상기 펌프의 압력을 일정하게 조절 및 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 차륜부의 차륜 및 상기 차륜 양쪽에 위치하는 차륜프레임 사이에는 서로 다른 두께의 스페이서를 더 포함하되, 상기 스페이서는 레일과 접촉하는 차륜의 위치를 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 레일부가 레일이 하부 방향으로 하중을 받으며 전후방으로 동작하도록 베이스 플레이트 상의 리니어 가이드 및 리니어 블록과, 상기 리니어 블록 상에 레일이 설치된다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 레일부가 상기 레일 및 상기 리니어 블록 사이에 레일 받침판을 더 포함하되, 상기 레일 받침판이 경사질 경우, 레일의 각도를 수평 또는 미리정해진 각도로 경사지게 조절하고, 상기 레일 받침판이 수평일 경우, 레일의 각도를 수평으로 조절하거나 또는 상기 레일 받침판 및 레일 사이에 경사면을 갖는 경사판을 설치하여 레일의 각도를 미리정해진 각도로 경사지게 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 유압 또는 전동 모터 또는 감속 모터와, 크랭크 구조를 이용하여 상기 레일이 전후 방향으로 동작하는 거리 또는 속도를 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 유압 또는 전동 모터 또는 감속 모터에 연결되는 플라이휠과, 상기 플라이휠에 연결되는 중심으로부터 거리가 각각 다른 복수개의 링크 조립홀에 의해 상기 레일의 동작 거리를 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 인버터 또는 전압 조절기에 의해 상기 유압 또는 전동 모터의 속도를 조절함으로써, 상기 레일의 동작 속도를 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 실린더에 의해 레일의 전후 방향으로의 동작 거리 및 속도를 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 베이스 프레임부는 레일의 동작 방향으로 받는 하중을 지지하기 위한 하중 지지 유닛을 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치는, 상기 펌프의 작동, 가동 시간의 조절, 압력 조절, 작용 하중의 표시 및 사이클 수의 표시를 수행하는 제어박스부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 시험시 차륜의 미소 변위에 따른 변위를 흡수하여 하중 변동을 최소화하고, 제작 비용과 운용 비용을 감소시키며, 정밀한 제어를 통해 신뢰성 높은 시험을 가능하게 하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치의 전체 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 유압 실린더부의 구성을 나타내는 사시도.
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 차륜부의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 차륜부의 구성을 나타내는 정단면도.
도 4의 (a)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 레일부의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 차륜부의 구성을 나타내는 정단면도.
도 5는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 베이스프레임부의 구성을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 탄성부의 구성을 타나내는 사시도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)는, 상하 방향으로 동작하며 하중을 부과하는 실린더부(100)와, 실린더부(100)의 실린더(120)에 압력을 공급하는 펌프(200)와, 실린더(120)의 작동 방향으로 하중을 전달하는 차륜부(300)와, 차륜부(300)의 하부에 위치하며 레일(410)을 전후로 구동하는 레일부(400)와, 레일부(400)의 하부에 위치하여 각 부를 지지하는 베이스 프레임부(500)와, 실린더(120) 및 차륜부(300) 사이에 위치하는 로드셀(600)을 포함한다.
본 실시예에서는 상기 실린더부(100)의 실린더를 유압 실린더 또는 공압 실린더로, 펌프를 유압 펌프 또는 공압 펌프로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며 다른 실린더가 이용될 수도 있다.
좀더 상세히 설명하면, 도 1에서와 같이 본 발명의 레일과 차륜의 피로 및 마모 시험장치(1000)는, Z축 방향(상하 방향)으로 움직이며 하중을 부과하는 유압 실린더와 유압 라인 및 밸브 등을 포함하는 실린더부(100)와, 실린더(120)에 압력을 공급하는 펌프부(200)와, 실린더부(100)의 실린더(120) 작동 방향으로 연결되어 하중을 전달하는 차륜 프레임(320)과 회전하는 차륜(310)을 포함하는 차륜부(300)와, 차륜부(300) 하부에 X축 방향(전후 방향)으로 놓여진 레일(410)과 레일(410)에 연결되어 레일(410)을 X축 방향(전후 방향)으로 움직이게 하는 구동부를 포함하는 레일부(400)와, 레일부(400) 하부에 연결되어 각각의 부(실린더부(100), 차륜부(300), 레일부(400) 등)를 지지하는 베이스 플레이트(510)와 기둥(520)을 포함하는 베이스 프레임부(500)와, 실린더(120)와 차륜부(300) 사이에 Z축 방향(상하 방향)으로 설치된 로드셀(600)과, 실린더(120)와 차륜부(300) 사이에 연결되어 차륜(310)의 진동 및 충격을 흡수하는 탄성부(700) 및 유압 모터와 전동 모터 및 각종 전자 센서의 제어를 위한 제어부로 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)는 펌프의 작동, 가동 시간의 조절, 압력 조절, 작용 하중의 표시 및 사이클 수의 표시를 수행하는 제어부를 갖는 제어박스부(800)를 더 포함한다.
이러한 제어박스부(800)는 도 1에 도시된 바와 같이 시험과, 시험 장치(1000) 조작의 편의를 위해, 펌프(유압 펌프 또는 공압 펌프)의 작동, 가동 시간의 조절, 압력의 조절, 작용 하중의 표시 및 사이클 수의 표시 등을 수행할 수 있다.
실린더부(100)와, 차륜부(300)와, 레일부(400)와, 베이스 프레임부(500)와, 탄성부(700)는 도면을 참조하여 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 유압 실린더부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 실린더부(100)에는 상하로 위치 조절이 가능한 크로스헤드(110)에 Z축 방향(상하 방향)으로 움직이며 차륜(310)에 하중을 부가하는 실린더(120)가 부착되어 있으며, 이와 같은 실린더(120)를 고정하는 고정 장치(130)와, 실린더(120)에 유압(또는 공압)을 공급하는 유압 라인(또는 공압 라인) 및 밸브 등을 포함하는 메니폴드 블록(140) 등으로 구성된다. 메니폴드 블록(140)에는 실린더(120)의 압력을 유지하거나 제거하기 위한 밸브류(150)와 유압(또는 공압)을 일정하게 유지하기 위한 아큐므레이터(160)가 부착된다. 따라서, 시험시 하중을 증가시킬 때에는 매니폴드 블록(140)의 밸브류(150)를 열어 실린더의 압력을 증가시키고, 일정 하중을 유지하며 시험을 진행할 때에는 이 밸브류(150)를 닫는다. 시험 중에 유압(또는 공압)의 감소를 방지하기 위해 체크 밸브를 통하여 일정 시간마다 유압(또는 공압)을 가하여 시험 중 유압(또는 공압)이 거의 일정하게 유지되도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 실린더부(100)가 공압 실린더로 이용시에는 1개 이상의 공압 실린더를 가지며, 펌프는 공압 펌프일 수도 있다.
즉, 유압 실린더와 유압 펌프를 대신하여 공압 실린더와 공압 펌프를 사용할 수도 있다. 공압을 이용할 경우 큰 하중을 발생시키기 어려우므로 여러 개의 공압 실린더를 사용할 수도 있으며, 공압 실린더를 사용할 경우 공기가 압축성이므로 유압 실린더에 비해 충격을 흡수하는 능력이 우수하므로 탄성부(700)를 사용하지 않거나 제거하는 것도 가능하다.
일반적인 펌프에는 일정압력조절밸브(미도시)가 부착되어 있으므로, 일정 압력으로 시험 하중을 유지하기 위해서는 일정압력조절밸브가 부착된 유압 펌프부나 공압 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)는 로드셀(600)의 하중을 감지하고, 펌프(200)에서 연속으로 또는 미리정해진 시간 간격으로 압력을 공급하여 일정 하중을 유지하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
즉, 로드셀(600)에서 하중을 감지하여 차륜(310)에 가하는 하중이 시험 하중보다 작아지면 제어부에서 유압 또는 공압 펌프(200)를 작동시키거나, 유압 또는 공압 펌프(200)를 연속적으로 작동시키면서 밸브를 열어 압력을 실린더(120)에 공급함으로서 일정한 하중을 유지할 수 있다. 또한, 탄성부(700)에서 완충 작업을 하므로 일정 시간마다 유압 또는 공압 펌프(200)를 작동시켜 제어부에서 일정 하중을 유지함으로써, 일정 하중 시험이 가능하다.
한편, 제어부는 펌프(200)에 연속으로 또는 미리정해진 시간 간격으로 미리정해진 압력을 공급할 수 있음과 아울러 펌프(200)의 압력을 일정하게 조절 및 유지할 수 있다.
좀더 상세히 설명하면, 시험 장치(1000)의 제작 비용을 줄이고 간편하게 하중을 유지하는 방법으로 압력을 제어하는 것도 가능하다. 일반적인 펌프(200)에는 일정압력조절밸브가 부착되어 있으므로, 시험 시작시 또는 시험 중에 로드셀(600)의 하중 신호를 보고 일정압력조절밸브를 수동으로 조작하여 일정 압력을 맞추어 놓으면 시험 하중이 일정하게 유지된다. 이 경우 연속적으로 펌프(200)를 가동할 수 있지만, 탄성부(700)에서 작은 변위를 흡수하므로 일정시간마다 짧은 시간 동안 펌프(200)를 작동해도 시험 하중을 일정하게 유지할 수 있다. 이 경우 반복시간의 간격과 펌프(200)의 작동 시간은 시험 하중과 펌프(200)의 종류 및 시험 장치(1000)에 따라 다르며, 일례로 10분마다 10초 동안 펌프(200)를 작동시키는 것도 가능하다. 이와 같이 탄성부(700)를 포함시킴으로써 정하중으로 유지하는 것이 용이하여, 펌프(200)의 용량이 작아도 된다. 시험 중에는 펌프(200)가 거의 작동하지 않으므로 시험 장치(1000)의 제작비와 유지비가 저렴하여 매우 경제적이다.
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 차륜부의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 차륜부의 구성을 나타내는 정단면도이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)에서, 차륜부(300)의 차륜(310) 및 차륜(310) 양쪽에 위치하는 차륜프레임(320) 사이에는 서로 다른 두께의 스페이서(340a, 340b)를 더 포함하되, 스페이서(340a, 340b)는 레일(410)과 접촉하는 차륜(310)의 위치를 조절할 수 있다.
즉, 차륜부(300)는 실린더부(100)에서 발생된 하중을 전달하며 차륜(310)의 Z축 방향(상하 방향) 움직임을 가이드하는 차륜 프레임(320)과 차륜(310) 및 차륜축(330)으로 구성된다.
도 3의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 차륜부(300)의 차륜(310)과 차륜 프레임(320) 사이, 즉 차륜(310)의 양쪽에 두개의 스페이서(340a, 340b)가 위치하며, 두 개의 스페이서(340a, 340b)의 두께의 합은 일정하고, 각각의 스페이서(340a, 340b)의 두께를 조절함으로써 레일(410)과 접촉하는 차륜(310)의 위치를 조절할 수 있다.
다음, 도 4의 (a)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 레일부의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 차륜부의 구성을 나타내는 정단면도이다.
도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)에서, 레일부(400)는 레일(410)이 하부 방향으로 하중을 받으며 전후방으로 동작하도록 베이스 플레이트(510) 상에 리니어 가이드(420) 및 리니어 블록(430)과, 리니어 블록(430) 상에 레일(410)이 설치된다.
좀더 상세히 설명하면, 레일부(400)는 차륜부(300) 하부에서 X축 방향(전후 방향)으로 놓여진 레일(410)과 이 레일(410)이 Z축 방향(상하 방향)의 하중을 받으며, X축 방향(전후 방향)으로 원활하게 움직이도록 베이스 플레이트(510) 상에 리니어 가이드(420)와 리니어 블록(430)을 설치하고, 그 위에 레일 받침판(440)과 레일(410)을 각각 설치한다.
이때, 레일부(400)는 레일(410) 및 리니어 블록(430) 사이에 레일 받침판(440)을 더 포함하되, 레일 받침판(440)이 경사질 경우, 레일(410)의 각도를 수평 또는 미리정해진 각도로 경사지게 조절하고, 레일 받침판(440)이 수평일 경우, 레일(410)의 각도를 수평으로 조절하거나 또는 레일 받침판(440) 및 레일(410) 사이에 경사면을 갖는 경사판(440b)을 설치하여 레일(410)의 각도를 미리정해진 각도로 경사지게 조절할 수 있다.
즉, 레일(410)과 리니어 블록(430) 사이에 수평 레일 받침판(440) 또는 경사 레일 받침판(440a)을 설치하여 레일(410)의 각도를 수평 또는 원하는 각도로 경사지게 조절하여 시험을 수행할 수 있다. 또한, 레일(410)과 레일 받침판(440) 사이에 경사판(440b)을 삽입하여 레일(410)의 각도를 원하는 각도로 경사지게 조절하여 시험을 수행할 수도 있다.
한편, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 모터(유압 또는 전동 모터) 또는 감속 모터(450)와, 크랭크 구조를 이용하여 레일(410)이 전후 방향으로 동작하는 거리 또는 속도를 조절할 수 있고, 모터(유압 또는 전동 모터) 또는 감속 모터(450)에 연결되는 플라이휠(460)과, 플라이휠(460)에 연결되는 중심으로부터 거리가 각각 다른 복수개의 링크 조립홀(480)에 의해 레일(410)의 동작 거리를 조절할 수 있다. 또한, 인버터 또는 전압 조절기에 의해 모터(유압 또는 전동 모터)의 속도를 조절함으로써, 레일(410)의 동작 속도를 조절할 수 있다.
좀더 상세히 설명하면, 도 4에서와 같이 유압이나 전동으로 작동되는 모터 또는 감속 모터(45)와 크랭크 구조를 이용하여 레일이 X축 방향(전후 방향)으로 움직이는 거리와 속도를 조절할 수 있다.
이때, 유압이나 전동으로 작동되는 모터 또는 감속 모터(450)에 플라이휠(460)을 연결하고, 이 플라이휠(460)에 중심에서 거리가 다른 복수개의 링크 조립홀(480)에 의해 링크(470)의 조립 위치를 변경함으로서, 레일(410)이 움직이는 거리를 조절할 수 있다.
또한, 레일(410)의 움직이는 속도를 조절하기 위해서는, 교류 모터의 경우에는 인버터를 이용하고, 직류 모터의 경우에는 전압 조절기를 사용하도록 한다. 따라서, 인버터나 전압 조절기를 이용한 속도 조절기를 부착하면, 레일(410)의 움직이는 속도를 조절할 수 있다.
한편으로는, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)는 실린더(120)에 의해 레일의 전후 방향으로의 동작 거리 및 속도를 조절할 수도 있다.
즉, 크랭크 구조를 대신하여 유압이나 공압 실린더를 이용하여 레일(410)의 X축 방향(전후 방향)으로 움직이는 거리와 속도를 조절하는 것도 가능하다.
다음, 도 5는 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 베이스프레임부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)의 베이스 프레임부(500)는 레일(410)의 동작 방향으로 받는 하중을 지지하기 위한 하중 지지 유닛(530)을 더 포함한다.
좀더 상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(510)와 결합된 기둥(520)이 레일의 움직임 방향으로 받는 하중을 지지하기 위해, 하중 지지 유닛(530)을 더 포함할 수 있다. 이러한 하중 지지 유닛의 경우 여러 형태로의 변형이 가능하다.
즉, 베이스 플레이트(510)의 양 측에는 홀딩 유닛(미도시)에 의해 기둥(520)이 Z축 방향(높이 방향)으로 설치되고, 이러한 기둥(520)을 지지하기 위해, 하중 지지 유닛(530)이 홀딩 유닛에 의해 경사지게 설치된다. 즉, 하중 지지 유닛(530)의 일 측은 베이스 플레이트(510)의 측면에 설치되고, 하중 지지 유닛(530)의 타 측은 기둥(52 )에 설치된다. 하중 지지 유닛(530)이 기둥(520) 또는 베이스 플레이트(510)에 연결될 때는 홀딩 유닛에 의해 연결된다.
다음, 도 6은 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치에서 탄성부의 구성을 타나내는 사시도이다.
실제 가동중인 레일(410)의 피로 또는 마모 손상을 평가하기 위해서는 일정한 무게의 차량이 레일(410) 위를 주행하는 것을 반영하여 레일(410) 위에 일정한 하중을 가하며 시험을 수행해야 한다. 그러나 레일(410)에 차륜(310)에 의한 하중이 작용될 경우, 레일(410)이 아래로 처지게 되며, 레일(410)과 차륜(310)이 상대 운동을 할 때에 레일(410)과 차륜(310)의 표면 거칠기 및 이물질 등에 의해 차륜(310)에 상하 방향으로의 변위가 발생하게 된다. 이러한 차륜(310)의 상하 변위에 의해 기존의 시험 장치에서는 매우 큰 하중 변화가 발생된다. 이를 방지하기 위해서는 다이나믹(Dynamic) 시험 장치를 이용하여 일정 하중으로 레일(410)에 하중을 가해야 한다. 그런데 다이나믹 시험 장치를 이용할 경우, 다이나믹 액추에이터(Dynamic Actuator), 서보 밸브 및 다이나믹 제어기(Dynamic Controller) 등 고가의 장비가 필요하며, 매우 큰 유량의 펌프가 필요하고 이를 지속적으로 작동시켜야 한다. 게다가, 기존의 시험 장치에서는 이러한 다이나믹 시험 장치를 이용해도 시험 장치 작동시의 일정 하중을 완벽하게 유지 및 제어할 수 없다.
하지만, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치(1000)는 로드셀(600) 및 차륜부(300) 사이에 연결되며, 차륜(310)의 진동 및 충격을 흡수하는 탄성부(700)를 더 포함한다. 여기서, 탄성부(700)는 실린더부(100) 및 로드셀(600) 사이에 연결될 수도 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위하여 실린더(120)와 차륜부(300) 사이에 도 6에 도시된 바와 같은 탄성부(700)를 설치하여 소량의 변위 변화에 따른 하중 변화를 흡수할 수 있도록 할 수 있다. 일례에 따라 적용된 스프링(710)의 강성에 따라 적절한 수량을 사용할 수 있다. 스프링(710) 내부에는 상판(720)과 하판(730)의 동작을 안내하고 스프링(710)의 이탈을 방지하는 가이드 축(740)을 더 설치할 수 있다. 또한, 스프링(710)의 작동을 원활하게 하기 위해 상판(720)과 하판(730)에 도 5에 도시된 베이스 프레임부(500)의 기둥(520)을 따라 움직이는 가이드 베어링(750)을 설치하고, 스프링(710)의 이탈을 방지함과 아울러 스프링(710)을 가이드하는 가이드 축(740)을 설치할 수 있다.
이러한 상판(720)이나 하판(730)에는 로드셀(600)을 부착하여 차륜(310)에 가해지는 하중을 감지하여 표시하고 컨트롤할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 로드셀(600)이 부착된 탄성부(700)를 실린더(120)와 차륜부(300) 사이에 설치하여 시험 장치(1000)를 가동시 작은 변위를 흡수할 수 있도록 함으로써, 일정 하중을 부가할 수 있게 할 수 있다. 로드셀(600)의 위치는 탄성부(700)의 상부 또는 하부에 모두 설치 가능하다.
이에 의해, 일정한 차륜(310) 하중을 정하중용 액추에이터와 간단한 정하중용 제어기 만으로 구현할 수 있으므로, 시험 장치(1000)의 제작 비용 감소와 정밀한 제어를 통한 신뢰성 높은 시험이 가능하다. 또한, 하중 변동이 거의 없으므로 유량이 적은 유압 펌프를 이용할 수 있으며, 시험 중간에 지속적으로 유압 펌프를 가동할 필요가 없이 간헐적으로 짧은 시간 동안만 펌프를 가동하기 때문에, 시험 유지 비용이 매우 저감되는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 실린더부 110 : 크로스 헤드
120 : 실린더 130 : 고정 장치
140 : 메니폴드 블록 150 : 밸브류
160 : 아큐므레이터 200 : 펌프
300 : 차륜부 310 : 차륜
320 : 차륜 프레임 330 : 차륜축
340a, 340b : 스페이서 400 : 레일부
410 : 레일 420 : 리니어 가이드
430 : 리니어 블록 440 : 레일 받침판
440a : 경사 레일 받침판 440b : 경사판
450 : 모터 또는 감속 모터 460 : 플라이 휠
470 : 링크 480 : 링크 조립홀
500 : 베이스 프레임부 510 : 베이스 플레이트
520 : 기둥 530 : 하중 지지 유닛
600 : 로드셀 700 : 탄성부
710 : 스프링 720 : 상판
730 : 하판 740 : 가이드 축
750 : 가이드 베어링 800 : 제어박스부
1000 : 시험 장치

Claims (16)

  1. 상하 방향으로 동작하며 하중을 부과하는 실린더부와,
    상기 실린더부의 실린더에 압력을 공급하는 펌프와,
    상기 실린더의 작동 방향으로 하중을 전달하는 차륜부와,
    상기 차륜부의 하부에 위치하며 레일을 전후 방향으로 구동하는 레일부와,
    상기 레일부의 하부에 위치하여 각 부를 지지하는 베이스 프레임부와,
    상기 실린더 및 상기 차륜부 사이에 위치하는 로드셀과,
    상기 로드셀 및 상기 차륜부 사이 또는 상기 실린더부 및 상기 로드셀 사이에 연결되며, 차륜의 진동 및 충격을 흡수하는 탄성부 및
    상기 로드셀의 하중을 감지하고, 상기 펌프에서 미리정해진 시간 간격으로 압력을 공급하여 일정 하중을 유지하는 제어부를 포함하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더부는 1개 이상의 공압실린더를 가지며, 상기 펌프는 공압 펌프인 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더부는 유압 실린더이며, 상기 펌프는 유압 펌프인 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 펌프에 연속으로 또는 미리정해진 시간 간격으로 미리정해진 압력을 공급하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 펌프의 압력을 일정하게 조절 및 유지할 수 있는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차륜부의 차륜 및 상기 차륜 양쪽에 위치하는 차륜프레임 사이에는 서로 다른 두께의 스페이서를 더 포함하되,
    상기 스페이서는 레일과 접촉하는 차륜의 위치를 조절하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일부는 레일이 하부 방향으로 하중을 받으며 전후방으로 동작하도록 베이스 플레이트 상에 리니어 가이드 및 리니어 블록과, 상기 리니어 블록 상에 레일이 설치되는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레일부는 상기 레일 및 상기 리니어 블록 사이에 레일 받침판을 더 포함하되,
    상기 레일 받침판이 경사질 경우, 레일의 각도를 수평 또는 미리정해진 각도로 경사지게 조절하고,
    상기 레일 받침판이 수평일 경우, 레일의 각도를 수평으로 조절하거나 또는 상기 레일 받침판 및 레일 사이에 경사면을 갖는 경사판을 설치하여 레일의 각도를 미리정해진 각도로 경사지게 조절하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    유압 또는 전동 모터 또는 감속 모터와, 크랭크 구조를 이용하여 상기 레일이 전후 방향으로 동작하는 거리 또는 속도를 조절하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    유압 또는 전동 모터 또는 감속 모터에 연결되는 플라이휠과, 상기 플라이휠에 연결되는 중심으로부터 거리가 각각 다른 복수개의 링크 조립홀에 의해 상기 레일의 동작 거리를 조절하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    인버터 또는 전압 조절기에 의해 상기 유압 또는 전동 모터의 속도를 조절함으로써, 상기 레일의 동작 속도를 조절하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더에 의해 레일의 전후 방향으로의 동작 거리 및 속도를 조절하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임부는 레일의 동작 방향으로 받는 하중을 지지하기 위한 하중 지지 유닛을 더 포함하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프의 작동, 가동 시간의 조절, 압력 조절, 작용 하중의 표시 및 사이클 수의 표시를 수행하는 제어부를 포함하는 제어박스부를 더 포함하는 레일과 차륜의 피로 또는 마모 시험 장치.
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