KR102235624B1 - Measuring system for realtime maximum frictional force for a railroad vehicle - Google Patents
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Abstract
철도차량용 실시간 최대점착력 측정시스템은 철도차량의 차륜에 인접하도록 구비되어, 상기 철도차량의 점착 계수를 도출하는 측정유닛을 포함한다. 이 때, 상기 측정유닛은, 상기 차륜의 전단에서, 레일에 접촉하는 측정용 차륜, 상기 측정용 차륜을 가압하여 상기 레일에 접촉시키는 가압부, 및 상기 측정용 차륜으로부터 동력을 전달받아 구동되고, 상기 측정용 차륜의 회전수를 계측하는 발전 제동부를 포함한다.The real-time maximum adhesive force measurement system for a railroad vehicle is provided adjacent to a wheel of a railroad vehicle, and includes a measurement unit for deriving an adhesion coefficient of the railroad vehicle. At this time, the measuring unit is driven by receiving power from the front end of the wheel, a measuring wheel in contact with the rail, a pressing part that presses the measuring wheel to contact the rail, and the measuring wheel, And a power generation braking unit that measures the rotational speed of the measuring wheel.
Description
본 발명은 최대점착력 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량의 운행시, 차륜과 레일 사이에 작용하는 점착력의 최대값을 실시간으로 측정할 수 있는 철도차량용 실시간 최대점착력 측정시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a maximum adhesive force measurement system, and more particularly, to a real-time maximum adhesive force measurement system for a railway vehicle capable of measuring the maximum value of the adhesive force acting between a wheel and a rail in real time when the railway vehicle is operated.
점착력이란 철도차량의 차륜과 레일 사이에 작용하는 마찰력과 유사한 힘의 일종으로, 차륜이나 레일의 표면 상태 등과 같은 조건에 따라 상기 점착력의 최대값은 변화하게 된다. The adhesive force is a kind of force similar to the frictional force acting between the wheel and the rail of a railroad vehicle, and the maximum value of the adhesive force changes depending on conditions such as the surface condition of the wheel or rail.
이 경우, 상기 점착력의 최대값은 곧, 철도차량의 제동력과 추진력의 최대값에 해당되며, 제동장치가 차륜에 작용하는 제동력이 점착력을 초과하면 차륜을 레일 상에서 활주하게 되며, 추진 장치가 차륜에 작용하는 추진력이 점착력을 초과하면 공전이 발생하여 차륜 및 레일에 손상이 발생하게 된다. In this case, the maximum value of the adhesive force corresponds to the maximum value of the braking force and propulsion force of the railroad vehicle, and when the braking force acting on the wheel by the brake device exceeds the adhesive force, the wheel slides on the rail, and the propulsion device When the driving force acting exceeds the adhesive force, revolution occurs, causing damage to the wheels and rails.
이상과 같이, 점착력의 최대값은 철도차량의 운행에 있어 매우 중요한 인자이지만, 현재 운행하는 열차에는 상기 점착력을 측정하거나 추정할 수 있는 장치나 시스템이 구비되고 있지 않으며, 단순히 철도차량의 활주나 공전이 발생한 이후에 제동력이나 추진력을 저감시키는 방법을 이를 제어하고 있다. As described above, the maximum value of the adhesive force is a very important factor in the operation of a railroad vehicle, but currently running trains do not have a device or system capable of measuring or estimating the adhesive force. After this occurs, the method of reducing the braking force or propulsion is controlled.
또한, 현재까지 영상 등을 통해 점착력을 간접적으로 추정하거나, 별도의 검측차량을 통해 계측하는 방법 등이 개시되고 있을 뿐이어서, 이러한 점착력의 측정을 위한 시스템의 필요성이 증대되고 있다. In addition, until now, only a method of indirectly estimating adhesive force through an image or measuring through a separate detection vehicle has been disclosed, and thus the necessity of a system for measuring such adhesive force is increasing.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 운행 중인 철도차량의 최대 점착력을 실시간으로 측정할 수 있는 철도차량용 실시간 최대점착력 측정시스템에 관한 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention is conceived in this respect, and an object of the present invention relates to a real-time maximum adhesive force measurement system for a railway vehicle capable of measuring the maximum adhesive force of a running railway vehicle in real time.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 실시간 최대점착력 측정시스템은 철도차량의 차륜에 인접하도록 구비되어, 상기 철도차량의 점착 계수를 도출하는 측정유닛을 포함한다. 이 때, 상기 측정유닛은, 상기 차륜의 전단에서, 레일에 접촉하는 측정용 차륜, 상기 측정용 차륜을 가압하여 상기 레일에 접촉시키는 가압부, 및 상기 측정용 차륜으로부터 동력을 전달받아 구동되고, 상기 측정용 차륜의 회전수를 계측하는 발전 제동부를 포함한다. A real-time maximum adhesive force measurement system according to an embodiment for realizing the object of the present invention is provided adjacent to a wheel of a railway vehicle, and includes a measurement unit for deriving an adhesive coefficient of the railway vehicle. At this time, the measuring unit is driven by receiving power from the front end of the wheel, a measuring wheel in contact with the rail, a pressing part that presses the measuring wheel to contact the rail, and the measuring wheel, And a power generation braking unit that measures the rotational speed of the measuring wheel.
일 실시예에서, 상기 측정용 차륜은, 한 쌍이 상기 레일 상에 위치하며, 상기 측정유닛은 상기 한 쌍의 측정용 차륜을 서로 연결하는 측정용 차축을 더 포함할 수 있다. In one embodiment, a pair of the measuring wheels are positioned on the rail, and the measuring unit may further include a measuring axle connecting the pair of measuring wheels to each other.
일 실시예에서, 상기 가압부와 상기 측정용 차축은 한 쌍의 가압 링크들에 의해 연결되며, 상기 가압부에서 인가되는 압력은 상기 가압 링크들을 통해 상기 측정용 차륜으로 제공될 수 있다. In one embodiment, the pressing part and the measuring axle are connected by a pair of pressing links, and the pressure applied from the pressing part may be provided to the measuring wheel through the pressing links.
일 실시예에서, 상기 측정용 차축과 상기 가압 링크들은 베어링으로 연결되며, 상기 측정용 차륜은 상기 철도차량의 차륜이 구동됨에 따라 수동적으로 회전할 수 있다. In one embodiment, the measuring axle and the pressure links are connected by bearings, and the measuring wheel may be passively rotated as the wheel of the railway vehicle is driven.
일 실시예에서, 상기 발전 제동부와 상기 측정용 차축은 동력 전달부에 의해 연결되고, 상기 측정용 차륜이 회전함에 따라 발생되는 동력은 상기 동력 전달부를 통해 상기 발전 제동부로 제공될 수 있다. In one embodiment, the power generation brake unit and the measurement axle are connected by a power transmission unit, and power generated as the measurement wheel rotates may be provided to the power generation brake unit through the power transmission unit.
일 실시예에서, 상기 발전 제동부는, 상기 동력 전달부를 통해 제공되는 동력에 의해 회전하며, 점착계수의 측정시에는 가변하는 발전 제동력을 발생시키는 구동 모터, 및 상기 측정용 차륜의 회전수를 계측하는 엔코더를 포함할 수 있다. In one embodiment, the power generation braking unit rotates by the power provided through the power transmission unit, and when the adhesion coefficient is measured, a drive motor that generates a variable power generation braking force, and the number of rotations of the measuring wheel are measured. It may include an encoder to perform.
일 실시예에서, 상기 구동 모터가 발생시키는 발전 제동력은, 사인(sine) 또는 코사인(cosine) 패턴, 삼각 톱니형 패턴, 사각 톱니형 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 가변될 수 있다. In one embodiment, the power generation braking force generated by the driving motor may be varied in any one of a sine or cosine pattern, a triangular sawtooth pattern, and a square sawtooth pattern.
일 실시예에서, 상기 측정유닛은, 상기 철도차량의 차륜의 전단에 위치할 수 있다. In one embodiment, the measuring unit may be located at a front end of a wheel of the railway vehicle.
일 실시예에서, 상기 가압부는, 유압 액츄에이터, 공압 액츄에이터, 전기기계식 액츄에이터, 전자석 액츄에이터 중 어느 하나일 수 있다. In one embodiment, the pressing unit may be any one of a hydraulic actuator, a pneumatic actuator, an electromechanical actuator, and an electromagnet actuator.
일 실시예에서, 상기 측정용 차륜의 직경은 상기 철도차량의 차륜의 직경보다 작을 수 있다. In one embodiment, the diameter of the measuring wheel may be smaller than the diameter of the wheel of the railway vehicle.
일 실시예에서, 상기 측정유닛은, 상기 가압부에서 인가하는 가압력, 상기 발전 제동부에서 발생시키는 발전 제동력, 상기 계측된 측정용 차륜의 회전수, 상기 측정용 차륜의 반경 및 측정용 차축의 관성 모멘트를 바탕으로, 상기 철도차량의 점착 계수를 도출하는 연산부를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the measurement unit, the pressing force applied from the pressing unit, the generation braking force generated by the power generation braking unit, the measured rotational speed of the measurement wheel, the radius of the measurement wheel and the inertia of the measurement axle Based on the moment, it may further include a calculation unit for deriving the adhesion coefficient of the railroad vehicle.
일 실시예에서, 철도차량의 점착 계수(μ)는, 하기 식으로 연산되며, In one embodiment, the adhesion coefficient (μ) of the railway vehicle is calculated by the following equation,
여기서, R은 측정용 차륜의 반경, J는 측정용 차축의 관성모멘트, M은 측정용 차륜의 윤중, 는 발전 제동부의 발전 제동력, 은 철도차량의 저항일 수 있다. Where R is the radius of the measuring wheel, J is the moment of inertia of the measuring axle, M is the wheel weight of the measuring wheel, Is the power generation braking force of the power generation brake unit, May be the resistance of a railroad vehicle.
본 발명의 실시예들에 의하면, 철도차량의 실제 운행시의 최대점착력을 실시간으로 측정할 수 있어, 실제 철도차량의 운행시의 활주 방지 등의 제동제어를 보다 효과적으로 수행할 수 있으며, 이를 통해 철도차량의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다. According to the embodiments of the present invention, it is possible to measure the maximum adhesive force during actual operation of a railroad vehicle in real time, so that it is possible to more effectively perform braking control such as skidding prevention during operation of a railroad vehicle. The safety of the vehicle can be further improved.
또한, 상기 실시간으로 측정되는 최대점착력을 이용하여, 철도차량의 유지보수, 점착력 취약부분의 관리 등을 적극 활용할 수 있다. In addition, by using the maximum adhesive force measured in real time, it is possible to actively utilize the maintenance of railway vehicles and management of weak adhesive strength.
특히, 상대적으로 단순한 구성을 통해, 철도차량의 차체 상에 측정유닛을 추가 구비하는 것으로 점착력의 실시간 측정이 가능하여, 현재 운행중인 철도차량에도 용이하게 구비할 수 있어, 실용성이 높고, 제작 비용을 최소화할 수 있다. In particular, through a relatively simple configuration, real-time measurement of adhesive force is possible by additionally providing a measuring unit on the vehicle body of a railroad vehicle, and it can be easily provided in a currently running railroad vehicle, so it is highly practical and reduces manufacturing cost. Can be minimized.
즉, 점착력의 측정을 위한 측정 인자들을 도출하기 위해, 가압부, 발전 제동부, 측정용 차륜 및 측정용 차축의 최소의 구성만을 포함하는 것으로, 필요한 측정 인자의 측정이 용이하고 측정되는 점착력의 결과의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다. That is, in order to derive the measurement factors for the measurement of adhesive force, only the minimum configuration of the pressing unit, the power generation braking unit, the measurement wheel and the measurement axle is included. It is easy to measure the necessary measurement factors and the result of the measured adhesive force. Can further improve the reliability of.
이 경우, 측정용 차륜은 상기 가압부에 의해 가압되지만, 철도차량의 구동에 따라 수동적으로 회전될 뿐이므로, 실제 철도차량의 구동에 최소의 영향을 미치도록 설계될 수 있다. In this case, the measuring wheel is pressed by the pressing unit, but is only passively rotated according to the driving of the railroad vehicle, and thus it can be designed to have a minimal influence on the driving of the actual railroad vehicle.
또한, 측정용 차륜의 직경을 철도차량의 차륜의 직경보다 작게 형성하여, 점착력 측정의 과정에서의 에너지 손실이나 승차감 저하를 최소화할 수 있다. In addition, by forming the diameter of the measuring wheel to be smaller than the diameter of the wheel of the railway vehicle, energy loss or reduction in ride comfort in the process of measuring the adhesive force can be minimized.
도 1은 철도차량의 제동시에 차륜에 작용하는 힘들을 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 실시간 최대점착력 측정시스템을 도시한 측면도이다.
도 3은 도 2의 측정유닛을 도시한 정면도이다.
도 4는 도 1의 측정 시스템에서, 측정용 차륜의 거동을 도시한 그래프이며, 도 5는 도 1의 측정 시스템에서, 점착력이 저하되는 경우의 측정용 차륜의 거동을 도시한 그래프이다. 1 is a schematic diagram showing forces acting on a wheel during braking of a railroad vehicle.
Figure 2 is a side view showing a real-time maximum adhesive force measurement system for a railroad vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view showing the measurement unit of FIG. 2.
FIG. 4 is a graph showing the behavior of the measurement wheel in the measurement system of FIG. 1, and FIG. 5 is a graph showing the behavior of the measurement wheel when the adhesive force decreases in the measurement system of FIG. 1.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. The present invention will be described in detail in the text, since various modifications can be made and various forms can be obtained. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 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. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, terms such as "comprise" or "consist of" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, elements, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of the presence or addition.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 철도차량의 제동시에 차륜에 작용하는 힘들을 도시한 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing forces acting on a wheel during braking of a railroad vehicle.
우선, 도 1을 참조하여, 철도차량이 도시된 '진행방향'으로 진행하는 경우, 철도차량의 차륜(1)에 작용하는 힘은, 윤중(M), 철도차량의 저항(Fr), 점착력(Fa) 및 발전 제동력(Fb)로 정리할 수 있다. First, referring to FIG. 1, when the railroad vehicle proceeds in the illustrated'progress direction', the force acting on the
이 경우, 상기 윤중(M)은, 상기 차륜(1)에 의해 레일(3)로 인가되는 수직 방향의 힘으로 차축(3)에 인가되는 것으로 정의된다. In this case, the wheel weight M is defined as being applied to the
이에, 도 1에 도시된 바와 같이 힘이 작용하는 경우, 차륜의 회전운동 방정식을 통해 하기 식 (1)과 같은 수식이 얻어진다. Accordingly, when a force acts as shown in FIG. 1, an equation such as the following equation (1) is obtained through the equation of rotational motion of the wheel.
식 (1) Equation (1)
또한, 상기 차륜(1)과 상기 레일(3) 사이의 병진운동 방정식을 통해서는 하기 식 (2)가 도출된다. In addition, the following equation (2) is derived from the equation of translational motion between the
식 (2) Equation (2)
이 경우, J는 차륜의 관성모멘트, R은 차륜의 반경, 는 차륜의 각속도, v는 차륜과 레일 사이의 병진운동 속도를 의미하며, 상기 식 (1) 및 식 (2)에서 부호는 철도차량이 가속되는 경우가 (+)인 것으로 정의된다. In this case, J is the moment of inertia of the wheel, R is the radius of the wheel, Is the angular speed of the wheel, v is the speed of translational movement between the wheel and the rail, and in Equations (1) and (2), the sign is defined as (+) when the railroad vehicle is accelerated.
한편, 차륜과 레일 사이의 병진운동 가속도와 차륜의 각가속도를 직선운동으로 환산하여 각각을 하기 식 (3) 및 식 (4)와 같이 및 을 정의할 수 있다. On the other hand, the translational acceleration between the wheel and the rail and the angular acceleration of the wheel are converted into linear motion, respectively, as shown in Equations (3) and (4) below. And Can be defined.
식 (3) Equation (3)
식 (4) Equation (4)
이 경우, 상기 식 (4)는 하기와 같은 식 (5)로 표현할 수 있다. In this case, the above formula (4) can be expressed by the following formula (5).
식 (5) Equation (5)
한편, 활주란 철도차량의 제동장치가 차륜에 작용하는 제동력이 점착력을 초과하는 경우 발생하는 것으로, 이러한 활주의 정의를 고려하건대, 의 조건을 만족시키는 경우, 차륜의 감속도는 실제 철도차량의 감속도보다 더 급격하여 활주가 진전되는 상태라 할 수 있다. 이 때, 및 은 차량이 정지하는 제동 중을 가정하므로 음수이다. On the other hand, a run is generated when the braking force acting on the wheel of a railroad vehicle exceeds the adhesive force, and considering the definition of such a run, When the condition of is satisfied, the deceleration of the wheel is more rapid than the deceleration of the actual railroad vehicle, and the sliding progress can be said. At this time, And Is negative as it assumes that the vehicle is stopping while braking.
이와 달리, 의 조건을 만족시키는 경우, 활주가 발생하지 않았거나 재점착 중인 것으로 판단할 수 있다. Unlike this, If the condition of is satisfied, it can be judged that the slide has not occurred or is re-adhesive.
즉, 이상의 내용을 바탕으로, 활주가 진행하는가의 여부에 대한 검지 조건을 하기 식 (6) 및 식 (7)과 같이 정의할 수 있다. That is, based on the above contents, the detection condition for whether or not the slide proceeds can be defined as shown in the following equations (6) and (7).
식 (6) Equation (6)
식 (7) Equation (7)
이 때, 철도차량이 활주 중인 경우의 점착력을 최대 점착력으로 정의하면, 하기 식 (8)과 같이 정의될 수 있다. 이 경우, 는 최대 점착계수이다. In this case, if the adhesive force when the railroad vehicle is gliding is defined as the maximum adhesive force, it can be defined as in Equation (8) below. in this case, Is the maximum adhesion coefficient.
식 (8) Equation (8)
그리하여, 상기 식 (7)을 상기 식 (8)에 대입하여(이 경우, 식 (7)은 0보다 큰 조건을 나타내고 있으나, 최대 점착계수를 연산하기 위해 식 (7)의 좌변이 0이 된다고 가정한다), 에 대하여 정리하면, 하기 식 (9)와 같이 최대 점착계수를 계산하는 식이 도출된다. Thus, by substituting the above equation (7) into the equation (8) (in this case, equation (7) represents a condition greater than 0, but in order to calculate the maximum adhesion coefficient, the left side of equation (7) becomes 0. I assume), In summary, an equation for calculating the maximum adhesion coefficient is derived as shown in Equation (9) below.
식 (9) Equation (9)
즉, 이상과 같이 식 (9)를 통해, 철도차량의 활주가 진행되는 경우의 점착력인 최대 점착력을 구할 수 있으며, 실제 레일 상에서 운행되는 철도차량에 대하여 해당 레일에서의 활주 상태를 인위적으로 유도할 수 있다면, 실제 철도차량의 최대 점착력을 실시간으로 도출할 수 있게 된다. In other words, through Equation (9) as described above, the maximum adhesive force, which is the adhesive force when the railroad vehicle is running, can be obtained, and for the railroad vehicle running on the actual rail, the state of the railroad can be artificially induced. If possible, it is possible to derive the maximum adhesion of the actual railroad vehicle in real time.
이하에서는, 본 발명의 실시예에서의 최대점착력 측정시스템인, 이러한 인위적인 활주 상태의 유도를 통한 실시간 최대 점착력의 도출, 및 이를 통한 최대 점착계수의 연산에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the maximum adhesive force measurement system in the embodiment of the present invention will be described in detail with respect to the derivation of the maximum adhesive force in real time through induction of such an artificial sliding state, and the calculation of the maximum adhesive coefficient through it.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 실시간 최대점착력 측정시스템을 도시한 측면도이다. 도 3은 도 2의 측정유닛을 도시한 정면도이다. Figure 2 is a side view showing a real-time maximum adhesive force measurement system for a railroad vehicle according to an embodiment of the present invention. 3 is a front view showing the measurement unit of FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량용 실시간 최대점착력 측정시스템(이하, 측정 시스템이라함)(10)은 철도차량의 차체(100)에 구비되는 측정유닛(200)을 포함한다. 2 and 3, a real-time maximum adhesive force measurement system for a railroad vehicle (hereinafter referred to as a measurement system) 10 according to the present embodiment includes a
상기 철도차량(100)은 차체(100) 및, 상기 차체(100)의 하부에 구비되는 전단 차륜(110) 및 후단 차륜(120)을 포함하며, 상기 전단 차륜(110) 및 상기 후단 차륜(120)은 레일(300) 상에서 진행한다. The
이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 측정유닛(200)은, 상기 차체(100)의 전단부(101)인, 상기 전단 차륜(110)의 전단에 구비될 수 있으며, 물론, 도 2에 도시된 바와 달리, 상기 후단 차륜(120)의 후단 또는, 상기 전단 차륜(110)과 상기 후단 차륜(120)의 사이에 구비될 수도 있다. In this case, as shown in FIG. 2, the
다만, 실제 측정되는 점착력 정보를 효과적으로 활용하여 활주를 방지하기 위해서는, 상기 철도차량(10)의 진행방향의 전단이나 후단의 끝단에 위치할 수 있다. However, in order to effectively utilize the measured adhesive force information to prevent sliding, it may be located at the front end or the rear end of the
상기 철도차량(100)은 별도의 시험용 차량이 아니며, 실제 승객이나 화물을 싣고 운행하는 실제 운행 차량인 것으로, 본 실시예의 경우, 이러한 실제 운행되는 철도차량(100)에 추가로 구비되는 측정유닛(200)을 통해, 상기 철도차량(100)의 실시간 최대 점착력을 측정하는 것을 특징으로 한다. The
이하, 상기 측정유닛(200)을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the
상기 측정유닛(200)은 측정용 차륜(210), 가압부(220), 발전 제동부(230), 측정용 차축(240), 동력 전달부(250) 및 연산부(260)를 포함한다. The measuring
상기 측정용 차륜(210)은 한 쌍(211, 212) 각각 레일(300) 상에 접촉하도록 위치하며, 회전 구동력을 제공받지는 않으며, 상기 철도차량(100)이 상기 레일(300) 상에서 이동함에 따라 수동적으로 상기 레일(300)과의 마찰력에 의해 회전하게 된다. The
이 경우, 상기 한 쌍의 측정용 차륜(211, 212)은, 상기 측정용 차축(240)에 의해 서로 연결되어, 상기 측정용 차륜(211, 212)의 회전은 결국 상기 측정용 차축(240)의 회전을 유도하게 된다. In this case, the pair of
또한, 상기 측정용 차륜(211, 212)과 상기 측정용 차축(240)은 서로 상대적으로 회전하지 않도록 구속되어 연결되며, 이에 따라 상기 측정용 차륜(211, 212)의 회전은 손실이 최소화되며 그대로 상기 측정용 차축(240)으로 전달된다. In addition, the
상기 측정용 차륜(211, 212, 이하 210으로 설명한다)의 직경은, 도시된 바와 같이, 철도차량의 차륜(110, 120)의 직경보다 작게 형성되며, 이와 같이, 측정용 차륜의 직경이 작게 형성됨에 따라, 실제 승객이나 화물을 싣고 주행하는 철도차량에서, 제동시의 에너지 손실을 최소화할 수 있으며, 승차감 등의 저하도 최소화할 수 있다. The diameter of the measuring
상기 가압부(220)는 상기 측정용 차축(240)의 상부에 위치하며, 상기 측정용 차축(240)과 제1 및 제2 가압 링크들(221, 222)과 연결된다. The
이 경우, 상기 제1 가압 링크(221)는 상기 제1 측정용 차륜(211) 측에 인접하도록 연결되고, 상기 제2 가압 링크(222)는 상기 제2 측정용 차륜(212) 측에 인접하도록 연결되어, 상기 제1 및 제2 가압 링크들(221, 222)은 서로 소정 거리 이격되도록 배치될 수 있다. In this case, the
상기 가압부(220)는 상기 제1 및 제2 가압 링크들(221, 222)을 통해 상기 측정용 차축(240)으로 압력을 인가하고, 결국 상기 측정용 차륜(210)에 압력이 인가된다. The
즉, 상기 가압부(220)는 상기 측정용 차륜(210)으로, 수직방향, 즉 상기 레일(300)을 향하여 상부에서 하부방향으로, 힘을 인가하는 것으로, 이를 통해 상기 측정용 차륜(210)의 윤중은 변화하게 된다. 이 때, 상기 측정용 차륜(210)의 윤중은 상기 측정유닛(200) 및 상기 철도차량(100)의 하중 등을 고려하여 도출될 수 있으며, 상기 가압부(220)에서 인가하는 하중을 제외하고는 모두 상수값으로 기 설정된 값이 될 수 있다. That is, the
이 경우, 상기 가압부(220)는 유압 액츄에이터, 공압 액츄에이터, 전기기계식 액츄에이터, 전자석 액츄에이터 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 측정용 차륜(210)으로 수직방향의 하중을 인가한다면 그 종류는 제한되지 않는다. In this case, the
한편, 상기 제1 및 제2 가압 링크들(221, 222)은, 도시하지는 않았으나, 중앙에 베어링이 고정되며, 상기 베어링을 관통하여 상기 측정용 차축(240)이 연결된다. On the other hand, the first and second pressure links 221, 222, although not shown, a bearing is fixed in the center, and the
그리하여, 상기 측정용 차축(240)은 상기 가압부(220)를 통하여 회전 구동력을 제공받지 않게 되며, 이에 따라 상기 측정용 차륜(210)은 상기 가압부(220)로부터는 수직방향으로 하중만을 제공받게 된다. Thus, the
이상과 같이, 상기 가압부(220)를 통해 상기 측정용 차륜(210)에 하중을 인가하게 되면, 상기 측정용 차륜(210)과 상기 레일(300) 사이에는 점착력이 작용하여 상기 측정용 차륜(210)은 회전하게 된다. As described above, when a load is applied to the
상기 발전 제동부(230)는 구동 모터(232) 및 엔코더(235)를 포함하며, 상기 발전 제동부(230)는 상기 동력 전달부(250)를 통해 상기 측정용 차축(240)과 연결된다. The power
즉, 상기 동력 전달부(250)는 상기 구동 모터(232)의 구동축(231)에 연결되는 제1 동력 전달부(251), 및 상기 측정용 차축(240)에 연결되는 제2 동력 전달부(252)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 동력 전달부들(251, 252)은 서로 연결되어 동력이 전달된다. That is, the
이 경우, 상기 제1 및 제2 동력 전달부들(251, 252)은 기어 결합으로 서로 연결되거나, 체인이나 벨트 등을 통해 서로 연결되어, 구동 전달과정에서의 구동력 손실을 최소화하는 것이 필요하다. In this case, the first and second
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 가압부(220)의 하중 인가로, 상기 측정용 차륜(210)이 회전하게 되면, 상기 측정용 차축(240)도 회전하게 되며, 상기 측정용 차축(240)의 회전력은 상기 동력 전달부(250)를 통해 상기 구동 모터(232)로 전달되게 된다. Meanwhile, as described above, when the
즉, 상기 측정용 차륜(210)의 회전을 통해, 상기 구동 모터(232)의 회전자가 회전하게 된다. That is, through the rotation of the
이 경우, 상기 측정유닛(200)이 측정모드로 진입하는 경우, 상기 구동 모터(232)는 가변하는 발전 제동력을 발생시키며, 이렇게 발생하는 발전 제동력은 상기 구동 모터(232)로 전달되는 상기 측정용 차축(240), 즉 측정용 차륜(210)으로부터 전달된 회전력과 상쇄되거나, 나아가 상기 발전 제동력에 의해 상기 측정용 차륜(210)의 회전이 가변되게 된다. In this case, when the
한편, 상기 구동 모터(232)에서 발생시키는 가변하는 발전 제동력은, 소정 주기를 가지는 반복 패턴으로 제공될 수 있으며, 예를 들어, 사인(sine) 또는 코사인(cosine) 패턴, 삼각 톱니형 패턴, 사각 톱니형 패턴 중 어느 하나일 수 있다. On the other hand, the variable power generation braking force generated by the driving
나아가, 상기 측정모드에서 상기 구동 모터(232)가 상기 발전 제동력을 발생시키면, 상기 엔코더(235)는 상기 구동 모터(232)를 통해 상기 측정용 차륜(210)의 회전수를 계측하게 된다. Further, when the
상기 연산부(260)는, 상기 측정모드에 진입한 경우, 상기에서 도출된 인자들을 바탕으로 점착계수를 연산하게 된다. When entering the measurement mode, the
즉, 상기 식 (9)를 이용하여, 상기 연산부(260)는 최대 점착계수 μ를 계산할 수 있는데, 상기 식 (9)에서, R은 상기 측정용 차륜(210)의 반경, J는 상기 측정용 차축(240)의 관성모멘트, M은 상기 측정용 차륜(210)의 윤중, 는 상기 발전 제동부(230)의 발전 제동력, 은 철도차량(100)의 저항으로 정의될 수 있다. That is, using the equation (9), the
이 경우, 상기 측정용 차륜(210)의 윤중(M)은, 앞서 설명한 바와 같이 상기 가압부(220)에서 인가되는 하중 외에, 기타 기 설정된 하중을 통해 도출될 수 있으며, 상기 발전 제동부(230)의 발전 제동력()은, 상기 구동 모터(232)의 발전 제동력을 측정하여 도출될 수 있고, 상기 철도차량(100)의 저항()은 상기 철도차량이 가지고 있는 선로의 구배 등과 같은 선로정보를 통해 추정이 가능하다. In this case, the wheel weight (M) of the
따라서, 상기 식 (9)를 통해, 상기 연산부(260)에서는 실제, 철도차량(100)이 운행되는 레일의 최대 점착력을 실시간으로 연산할 수 있으며, 이를 이용하여 상기 철도차량(100)의 제동력 인가에 활용할 수 있다. Therefore, through the above equation (9), in the
도 4는 도 1의 측정 시스템에서, 측정용 차륜의 거동을 도시한 그래프이며, 도 5는 도 1의 측정 시스템에서, 점착력이 저하되는 경우의 측정용 차륜의 거동을 도시한 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the behavior of the measurement wheel in the measurement system of FIG. 1, and FIG. 5 is a graph showing the behavior of the measurement wheel when the adhesive force decreases in the measurement system of FIG. 1.
우선, 도 4를 참조하면, 상기 발전 제동부(230)의 상기 구동 모터(232)를 통해 발생되는 발전 제동력은 sine 그래프의 패턴으로 제공되는 것으로 가정하였으며, 이러한 발전 제동력은 그래프 A와 같이 발생된다. First, referring to FIG. 4, it is assumed that the power generation braking force generated through the
또한, 상기 연산부(260)를 통해 연산되는 점착력은 그래프 B와 같으며, 상기 엔코더(235)에서 계측되는 상기 측정용 차륜(210)의 회전 속도는 그래프 C와 같다. In addition, the adhesive force calculated through the
이를 바탕으로, 도 4의 그래프 A, 그래프 B 및 그래프 C의 변화상태를 검토해 보면, 발전 제동력이 최대 점착력을 초과하기 시작하는 경우(즉, 도 4의 X), 점착력은 더 이상 상승하지 못하며, 상기 측정용 차륜(210)의 회전속도가 급격하게 감소하는 상태, 즉 활주 상태가 발생하는 것을 확인할 수 있다. Based on this, reviewing the state of change in graphs A, B, and C of FIG. 4, when the power generation braking force begins to exceed the maximum adhesive force (ie, X in FIG. 4), the adhesive force does not increase any more, It can be seen that a state in which the rotational speed of the
이 후, 상기 발전 제동력이 최대 점착력 이하로 하락하기 시작하는 경우(즉, 도 4의 Y), 상기 활주 상태는 회복하여 상기 측정용 차륜(210)의 회전속도가 정상 속도로 복귀하는 것을 확인할 수 있다. Thereafter, when the power generation braking force begins to drop below the maximum adhesive force (i.e., Y in Fig. 4), the sliding state is restored and it can be confirmed that the rotational speed of the
즉, 이상과 같이, 상기 측정유닛(200)을 통해 점착력의 변화를 도출해 낼 수 있으며, 활주가 발생하기 시작하는 상태인 최대 점착력에 대한 정보를 실제 운행되는 철도차량에 대하여 실시간으로 도출할 수 있다. That is, as described above, it is possible to derive a change in adhesive force through the
그리하여, 상기 최대 점착력에 대한 정보를 바탕으로, 상기 운행되는 철도차량(10)의 제동에 활용할 수 있고, 이를 통해 상기 철도차량(10)의 활주를 방지하여 보다 안정적인 운행을 도모할 수 있다. Thus, based on the information on the maximum adhesive force, it can be utilized for braking of the operated
한편, 도 5를 참조하면, 최대 점착력이 상대적으로 감소하는 경우, 활주의 정도(X와 Y 사이 구간에서의 활주량의 변화 및 활주량 크기)가 더 커지는 것을 확인할 수 있으며, 최대 점착력이 실제 철도차량의 활주에 미치는 영향을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 5, when the maximum adhesive force is relatively reduced, it can be seen that the degree of sliding (change in the amount of slide and the size of the amount of run in the section between X and Y) increases, and the maximum adhesive force is the actual railroad You can check the effect on the run of the vehicle.
본 발명의 실시예들에 의하면, 철도차량의 실제 운행시의 최대점착력을 실시간으로 측정할 수 있어, 실제 철도차량의 운행시의 활주 방지 등의 제동제어를 보다 효과적으로 수행할 수 있으며, 이를 통해 철도차량의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다. According to the embodiments of the present invention, it is possible to measure the maximum adhesive force during actual operation of a railroad vehicle in real time, so that it is possible to more effectively perform braking control such as skidding prevention during operation of a railroad vehicle. The safety of the vehicle can be further improved.
또한, 상기 실시간으로 측정되는 최대점착력을 이용하여, 철도차량의 유지보수, 점착력 취약부분의 관리 등을 적극 활용할 수 있다. In addition, by using the maximum adhesive force measured in real time, it is possible to actively utilize the maintenance of railway vehicles and management of weak adhesive strength.
특히, 상대적으로 단순한 구성을 통해, 철도차량의 차체 상에 측정유닛을 추가 구비하는 것으로 점착력의 실시간 측정이 가능하여, 현재 운행중인 철도차량에도 용이하게 구비할 수 있어, 실용성이 높고, 제작 비용을 최소화할 수 있다. In particular, through a relatively simple configuration, real-time measurement of adhesive force is possible by additionally providing a measuring unit on the vehicle body of a railroad vehicle, and it can be easily provided in a currently running railroad vehicle, so it is highly practical and reduces manufacturing cost. Can be minimized.
즉, 점착력의 측정을 위한 측정 인자들을 도출하기 위해, 가압부, 발전 제동부, 측정용 차륜 및 측정용 차축의 최소의 구성만을 포함하는 것으로, 필요한 측정 인자의 측정이 용이하고 측정되는 점착력의 결과의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다. That is, in order to derive the measurement factors for the measurement of adhesive force, only the minimum configuration of the pressing unit, the power generation braking unit, the measurement wheel and the measurement axle is included. It is easy to measure the necessary measurement factors and the result of the measured adhesive force. Can further improve the reliability of.
이 경우, 측정용 차륜은 상기 가압부에 의해 가압되지만, 철도차량의 구동에 따라 수동적으로 회전될 뿐이므로, 실제 철도차량의 구동에 최소의 영향을 미치도록 설계될 수 있다. In this case, the measuring wheel is pressed by the pressing unit, but is only passively rotated according to the driving of the railroad vehicle, and thus it can be designed to have a minimal influence on the driving of the actual railroad vehicle.
또한, 측정용 차륜의 직경을 철도차량의 차륜의 직경보다 작게 형성하여, 점착력 측정의 과정에서의 에너지 손실이나 승차감 저하를 최소화할 수 있다. In addition, by forming the diameter of the measuring wheel to be smaller than the diameter of the wheel of the railway vehicle, energy loss or reduction in ride comfort in the process of measuring the adhesive force can be minimized.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.
10 : 최대점착력 측정시스템 100 : 차체
110 : 전단 차륜 120 : 후단 차륜
200 : 측정유닛 210 : 측정용 차륜
220 : 가압부 230 : 발전 제동부
232 : 구동 모터 235 : 엔코더
240 : 측정용 차축 250 : 동력 전달부
260 : 연산부 300 : 레일10: maximum adhesive force measurement system 100: vehicle body
110: front wheel 120: rear wheel
200: measuring unit 210: measuring wheel
220: pressurization unit 230: power generation braking unit
232: drive motor 235: encoder
240: measuring axle 250: power transmission unit
260: operation unit 300: rail
Claims (12)
상기 측정유닛은,
상기 차륜의 전단에서, 레일에 접촉하는 측정용 차륜;
상기 측정용 차륜을 연결하는 측정용 차축;
상기 측정용 차륜을 가압하여 상기 레일에 접촉시키는 가압부; 및
동력 전달부에 의해 상기 측정용 차축과 연결되는 발전 제동부를 포함하고,
상기 발전 제동부는,
상기 동력 전달부를 통해 제공되는 동력에 의해 회전하며, 점착계수의 측정시에는 가변하는 발전 제동력을 발생시키는 구동 모터; 및
상기 측정용 차륜의 회전수를 계측하는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. It is provided to be adjacent to the wheel of the railroad vehicle, and includes a measuring unit for deriving the adhesion coefficient of the railroad vehicle,
The measuring unit,
A measurement wheel that contacts a rail at a front end of the wheel;
A measuring axle connecting the measuring wheel;
A pressing unit for pressing the measuring wheel to contact the rail; And
It includes a power generation braking unit connected to the measurement axle by a power transmission unit,
The power generation brake unit,
A drive motor that rotates by the power provided through the power transmission unit and generates a power generation braking force that varies when the adhesion coefficient is measured; And
A real-time maximum adhesive force measurement system comprising an encoder that measures the number of revolutions of the measuring wheel.
상기 측정용 차륜은, 한 쌍이 상기 레일 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 1,
The measuring wheel is a real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that a pair is located on the rail.
상기 가압부와 상기 측정용 차축은 한 쌍의 가압 링크들에 의해 연결되며,
상기 가압부에서 인가되는 압력은 상기 가압 링크들을 통해 상기 측정용 차륜으로 제공되는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 2,
The pressing part and the measuring axle are connected by a pair of pressing links,
The pressure applied from the pressing unit is provided to the measuring wheel through the pressing links.
상기 측정용 차축과 상기 가압 링크들은 베어링으로 연결되며,
상기 측정용 차륜은 상기 철도차량의 차륜이 구동됨에 따라 수동적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 3,
The measuring axle and the pressure links are connected by bearings,
The measuring wheel is a real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that the passive rotation as the wheel of the railway vehicle is driven.
상기 측정용 차륜이 회전함에 따라 발생되는 동력은 상기 동력 전달부를 통해 상기 발전 제동부로 제공되는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 2,
The power generated as the measuring wheel rotates is provided to the power generation braking unit through the power transmission unit.
상기 구동 모터가 발생시키는 발전 제동력은, 사인(sine) 또는 코사인(cosine) 패턴, 삼각 톱니형 패턴, 사각 톱니형 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 가변되는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 5,
The power generation braking force generated by the drive motor is variable in any one of a sine or cosine pattern, a triangular sawtooth pattern, and a square sawtooth pattern.
상기 철도차량의 차륜의 전단에 위치하는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 1, wherein the measuring unit,
Real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that located at the front end of the wheel of the railway vehicle.
유압 액츄에이터, 공압 액츄에이터, 전기기계식 액츄에이터, 전자석 액츄에이터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 1, wherein the pressing part,
A real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that it is any one of a hydraulic actuator, a pneumatic actuator, an electromechanical actuator, and an electromagnet actuator.
상기 측정용 차륜의 직경은 상기 철도차량의 차륜의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 1,
A real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that the diameter of the measuring wheel is smaller than the diameter of the wheel of the railway vehicle.
상기 가압부에서 인가하는 가압력, 상기 발전 제동부에서 발생시키는 발전 제동력, 상기 계측된 측정용 차륜의 회전수, 상기 측정용 차륜의 반경 및 측정용 차축의 관성 모멘트를 바탕으로, 상기 철도차량의 점착 계수를 도출하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 1, wherein the measuring unit,
The adhesion of the railway vehicle based on the pressing force applied by the pressing part, the power generation braking force generated by the power generation braking part, the measured rotation speed of the measuring wheel, the radius of the measuring wheel and the moment of inertia of the measuring axle. Real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that it further comprises a calculation unit for deriving the coefficient.
하기 식으로 연산되며,
여기서, R은 측정용 차륜의 반경, J는 측정용 차축의 관성모멘트, M은 측정용 차륜의 윤중, 는 발전 제동부의 발전 제동력, 은 철도차량의 저항인 것을 특징으로 하는 실시간 최대점착력 측정시스템. The method of claim 11, wherein the adhesion coefficient (μ) of the railway vehicle is,
It is calculated by the following formula,
Where R is the radius of the measuring wheel, J is the moment of inertia of the measuring axle, M is the wheel weight of the measuring wheel, Is the power generation braking force of the power generation brake unit, Real-time maximum adhesive force measurement system, characterized in that the resistance of the railroad vehicle.
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JP2001183250A (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Natl Aerospace Lab | Method and device for measuring road surface friction |
KR100799339B1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-01-30 | 한국철도기술연구원 | Maximal adhesive effort control system and the control method for improvement train traction efficiency and brake performance |
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- 2019-09-17 KR KR1020190114287A patent/KR102235624B1/en active IP Right Grant
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GRNT | Written decision to grant |