KR20000031168A - 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 고안에 따른 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법은 가동 레일을 이용한 찰상 적출 장치와 제어장치, 센서 등을 이용해서 철도차량의 차륜 찰상을 차량의 편성별, 차축별로 구분하여 측정하고 저장하며 상기 저장된 데이터를 해석하여 그래프 출력 및 수치 출력의 결과가 비교되어 삭정우선순위가 결정되는 자동적출 장치이다.
이와 같은 특징으로, 제어장치(서버)와 각각의 기지소(클라이언트)들 간의 연계가 가능하여 측정된 데이터를 상호 공유할 수 있으며 상기의 측정 과정이 무인 시스템으로 자동적으로 처리되는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법이다.
Description
본 발명은 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 차륜이 활주 레일 위에 주행중 급제동이나 일반 제동시 발생되는 차륜 답면부의 불균일한 찰상(flat)이나 박리(exfoliation) 또는 변형(radial runout) 등의 표면 손상을 자동적으로 적출 하는 방법으로, 측정되는 차륜의 플렌지부가 가동 레일 위를 통과하면서 차륜의 찰상을 센서 및 제어장치 등을 이용한 통합 장치를 이용해 효율적으로 적출 하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량은 주행시 '쿵쿵'하는 불쾌한 소음과 진동이 주기적으로 발생하게 되며, 이러한 철도차량의 소음과 진동은 철도차량이 서로 단절된 활주 레일의 이음부를 지날 때 발생되거나, 철도차량 답면에 불균일한 편중마모 또는 박리와 같은 상흔이 형성된 찰상 구간을 지날 때 발생된다. 이와 같은 철도차량 차륜의 찰상은 철도차량 제동시 철도차량 차륜과 철도 레일과 마찰되면서 발생된다. 즉, 제동시 레일과 접하는 차량의 답면부와 레일 사이에 마찰이 발생되면 레일과 차량 답면 사이에 순간적인 열처리 현상이 발생되면서 상대적으로 연질인 차륜의 답면부가 급격하게 마모되고 (도5b에 도시) 이러한 현상이 빈번히 반복되면 답면부의 일부가 떨어져 나가는 박리현상이 발생된다. 또한, 도6에 도시된 바와 같이, 차륜 답면부의 일부에 치우친 극단적인 편중마모가 아닌 차륜 답면부의 진원도가 깨져 타원형의 답면부를 갖는 레디얼 런아웃(radial runout)과 같은 불균일 마모(이하 통칭하여 "찰상"이라 한다)가 발생된다. 이와 같은 철도차량 차륜의 찰상은 주행시 승차감에도 악영향을 줄뿐더러 선로 주위에도 소음이나 진동에 의한 악영향을 끼치고 레일과 차량의 내구수명도 현저하게 단축시키는 문제점을 가지므로 이와 같은 철도차륜의 찰상을 조기에 발견하여 신속한 처리를 하는 것이 중요한 과제이다. 그러나, 종래의 찰상 차량의 파악은 승객의 신고, 검수원의 귀로 듣는 검사에 의존하여 왔기 때문에 신속히 대상차를 빠짐 없이 감지하여 적절히 조치하는 것이 지극히 곤란하다는 문제점이 있었다.
현재 국내의 철도와 지하철에서는 이러한 찰상유무의 판정을 검사원이 일정시간동안 각 차량에 직접 승차하여 진동이나 소음의 정도를 측정하거나 검수요원이 입고된 편성 차륜의 찰상 유무를 눈으로 확인하고 있는 실정으로 찰상판정이 부정확할 뿐만 아니라 비효율적이다.
일본에서의 종래 기술에서는 차륜답면에 발생하는 찰상을 자동적으로 검출하는 장치로 레일에 장착한 진동가속계에서 진동 파형을 실시간 해석하여 차륜단위로 찰상개소를 적출 하는 것으로 주행속도가 70 - 80km/h에서 측정하여야 하기 때문에 차량기지 설치에는 부적당하고 본선에 설치해야 하는 문제점을 안고 있다.
본 발명의 목적은 검수원에 의해 수동으로 차륜의 찰상을 점검하는 비효율성을 개선하기 위해 제어장치와 인식센서 등으로 무인시스템이 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가동 레일과 센서로 이루어진 찰상 검출부로 차량이 느린 속도에서 차륜의 찰상 자동적출을 가능케 하여 각 기지소에 설치 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 기지소들간의 연계를 위하여 제어장치(서버)를 통해 각기지소(클라이언트) 간의 네트워크를 구축하여 차륜의 측정 데이터를 저장하여 상호 데이터정보를 공유하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적은 차량의 진입을 인식센서로 감지하고 편성번호를 식별하여 활주 레일을 통과하는 차륜 답면부 찰상 및 변형으로 인한 차륜의 플렌지와 접촉하는 가동 레일의 상하 변위를 센서로 측정한다. 이어서, 상기 측정 데이터를 제어장치의 하드 드라이브에 저장하고 저장된 자료를 해석하여 찰상 및 변형의 유무와 찰상 차축의 위치, 찰상의 깊이를 판단하는 장치와 방법이다. 따라서, 검수원의 수작업에 의한 비효율성 및 비신뢰성이 극복되며 일본에서의 종래 기술과 비교하여 본선에만 설치할 필요 없이 차량기지에 설치가 가능하고 아울러 서버/클라이언트 개념을 도입하여 중앙관리소와 각 기지소들 간의 네트워크로 연결되는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법은 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술하는 설명에서 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
도1은 본 발명에 따른 시스템 개요도.
도2는 본 발명에 따른 차륜 찰상 적출장치 사시도.
도3은 본 발명에 따른 시스템 블록 다이어그램.
도4는 철도차량 차륜의 단면도.
도5는 주행시 찰상이 미치는 영향을 도시한 단면도로서,
(a) 정상차륜의 경우 (b) 찰상차륜의 경우
도6은 주행시 레디얼 런아웃(Radial Runout)이 미치는 영향을 도시한 단면도.
도7은 본 발명에 따른 저장된 데이터로부터 찰상 유무 및 찰상 깊이, 찰상위치를 판단하는 그래프로서,
(a) 정상 차륜의 경우 (b) 찰상 차륜의 경우
도8은 레디얼 런아웃의 유무를 판정하는 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1.활주 레일 2.가동 레일
3.고정대 4.센서
5.A/D 변환기 6.제어장치(서버)
7.편성번호 인식장치 8.차량진입 인식센서
9.데이터 어퀴지션 보드(Data Acquisition Board)
10.영상 처리 보드 11.차륜 답면부
12.차륜 플렌지부
본 발명에 따른 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치는, 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 차륜의 답면부(11)와 접촉하는 활주 레일(1), 상기 활주 레일(1)의 내측에 배치되며 상하로 승강 가능하게 가동되는 가동 레일(2), 상기 가동 레일(2)을 승강 가능하게 힌지 고정하는 고정대(3), 상기 가동 레일(2)의 하부에 설치되어 가동 레일(2)의 변위를 감지하는 센서(4), 상기 센서(4)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기(5), 상기 A/D 변환기(5)의 변환 신호를 입력받아 저장하여 차륜의 찰상치를 출력하는 제어장치(6), 상기 제어장치(6)로 차량 편성번호의 영상을 전송하는 편성번호 인식장치(7), 상기 제어장치(6)로 차량진입을 알리는 차량진입 인식센서(8)로 구성된다.
상기 가동 레일(2)은 차륜의 진입 구간과 이탈 구간을 고려해 플렌지(12)의 원주보다 길게 설치가 되며 본 실시 예에서는 4부분으로 분할하여 설치가 되어있는데 이는 답면부를 4부분으로 분할하여 측정하는 결과로 상기 가동 레일(2)의 변위를 부드럽게 유발시켜 보다 더 정밀한 측정을 할 수 있게되며 분할 개수에 비례하여 정밀도가 향상된다.
상기 제어장치(6)에는 상기 A/D 변환기(5)에 의해 변환된 신호를 받아들여 제어장치(6)가 읽을 수 있게 처리를 하는 데이터 어퀴지션 보드(9)와 상기 편성번호 인식장치(7)의 출력신호를 영상신호로 처리하는 영상 처리 보드(10)가 내장된다.
또한, 상기 제어장치(6)는 본 발명에 따른 시스템의 통괄적인 처리를 위해 상품명으로 "플렛-파인더"( FLAT - FINDER, version 1.0)인 소프트웨어가 설치된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법의 일련 된 과정을 이하 상세히 설명한다.
차량이 상기 활주 레일(1)로 진입하면 상기 차량진입 인식용 센서(8)가 이를 감지하여 그 신호를 차량진입 인식부로 보내 상기 센서(4)를 ON시키고 상기 제어장치(6)로 보내 상기 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)가 이를 인식한다.
진입된 차량의 편성번호를 상기 편성번호 인식장치(7)가 포착(Capture)하여 상기 영상 처리 보드(10)에 의해 영상으로 인식 가능하도록 변환된다. 그리고, 상기 제어장치(6)에 설치된 OCR(Optical Character Recognition:광학식 문자 인식) 알고리즘에 의해 영상이 인식이 되고 인식된 영상을 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)가 읽는다.
차륜의 답면부가 상기 활주 레일(1)을 지날 때 차륜의 플렌지는 상기 가동 레일(2)에 접촉하여 지나므로 답면부의 상태에 따라 상기 가동 레일(2)이 힌지 연결된 상기 고정대(3)를 축으로 회전하여 상하 변위가 발생한다.
차량 통과시 상기 가동 레일(2)의 변위를 상기 센서(4)가 연속적으로 측정하면 A/D 변환기(5)는 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 데이터 어퀴지션 보드(9)로 신호를 보낸다. 상기 데이터 어퀴지션 보드(9)는 입력된 데이터를 처리하고 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)는 상기 제어장치(6)의 하드 드라이브에 상기 어퀴지션 보드(9)에서 출력된 데이터를 저장한다.
차량 상기 활주 레일(1)을 완전히 통과하면 상기 차량진입 인식용 센서(8)는 차량의 이탈을 감지하여 상기 제어장치(6)에 신호를 보내면 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)는 측정을 종료하고 상기 센서(4)를 OFF한다.
상기 제어장치(6)의 하드 드라이브에 저장된 데이터에 대한 해석 결과로 그래프 출력과 수치 출력이 있다.
도7(a)는 정상 차륜의 그래프 출력을 도시한 바와 같이, 상기 가동 레일(2)을 차륜의 플렌지부(12)가 접촉하기 시작하는 차륜진입 구간(15)으로 하향 변위가 발생되는 측정결과를 보인다. 차륜의 플렌지가 상기 가동 레일(2)에 완전히 진입되면서 차륜 답면 상태의 측정결과를 보이는 차륜 검사 구간(17)이 나타나고 차륜의 플렌지부(12)가 상기 가동 레일(2)을 이탈하는 차륜이탈 구간(16)으로 상향 변위가 그래프 출력된다.
상기 그래프 출력의 결과는 상기 차륜 검사 구간(17)의 그래프 경향이 상하의 변위가 없이 수평으로 일정하게 플라팅(plotting)되는 것으로 정상 차륜의 결론을 내릴 수 있다.
상기 측정 방법의 진원도 기준은 상기 가동 레일(2)과 접촉하는 차륜 플렌지부(12)로 차륜의 답면부에 찰상이 없는 경우 상기 가동 레일(2)의 상하 변위는 고정된다.
도7(b) 찰상 차륜의 경우의 그래프출력 화면을 보면, 차륜 검사 구간(17) 중간에 급격한 임펄스(impulse)가 플라팅되어 있는데 상기 그래프 출력의 결론으로 차륜 답면부에 찰상부가 있어 찰상구간(18)을 통과하면서 차량이 순간적으로 내려 앉았다가 상기 찰상구간(18)을 지나 원상태의 위치로 복귀하는 찰상깊이(19)에 따른 상기 가동 레일(2)에 순간적인 하방 및 상방 변위가 교차하는 임펄스가 출력된 것으로 본다.
차륜 찰상의 일 종류로서 정의된 변형인 레디얼 런아웃의 유무 판정은, 도8에 도시한 바와 같이, 상기 가동 레일(2)의 차륜 검사 구간(17)에서 완만한 하방 변위와 완만한 상방 변위가 플라팅되어 있는데 차축을 중심으로 회전하는 차륜이 편심이 이뤄져 진행하고 있는 것으로 차륜 답면부의 변형으로 레디얼 런아웃(20)을 보여주는 출력 결과이다.
출력의 다른 방법으로 상기 그래프 출력이외에 수치 출력이 있는데 차량의 차륜별 구분이 되어 찰상 깊이(19)와 레디얼 런아웃(20)의 유무가 표시되어 상기의 그래프 출력으로 얻을 자료를 토대로 수치 출력의 수치상의 우열이 판별되어 삭정 우선 순위가 결정된다.
도3에 전체적인 시스템 구성을 순서도(Block Diagram)로 도시한 바와 같이, 전체의 시스템을 관리하는 중앙의 제어부(21)는 차량 진입 인식부(22)에서의 신호 찰상 및 레디얼 런아웃 검출부(23)로 측정 시작과 동시에 편성번호 영상신호 포착(Capture)부(24)로 영상 신호 포착을 지시하고 포착된 영상신호를 전송 받는다. 이어서, 상기 제어부(21)는 측정 데이터를 저장하며 측정이 종료되면 종료 지시를 상기 찰상 및 레디얼 런아웃 검출부(23)로 내려 레이저 센서를 OFF한다. 또 선택 사양으로 클라이언트 컴퓨터(25)와 네트워크로 연결하여 각 기지소 간의 연계가 이뤄진다. 이와 같이 저장이 종료되면 상기 제어부(21)에는 저장된 데이터를 분석하여 찰상의 유무와 깊이, 차축의 위치, 레디얼 런아웃의 유무를판 별하게된다.
이와 같은 본 발명에 따른 시스템 설비를 구축하므로써 무인 자동 시스템으로 찰상 정보의 저장 및 분류가 이뤄지며 아울러 적출 범위상 당일 출고 전 전 차량의 운행 중 발생한 찰상을 전량 적출 가능하며, 적출 장치 1회 통과로 완전 파악 가능한 정확도를 갖으며 찰상정도 구체적 수치(mm) 및 차륜의 위치가 크기순으로 출력되어 삭정 우선 순위 판정이 용이하다. 또한 클라이언트/서버 기능을 부여하여 클라이언트는 서버에 저장된 찰상관련 정보를 자유로이 이용, 저장, 검색 가능하다. 따라서, 차륜을 검사하는 인력을 감축함과 아울러 제어장치에 의한 정확성과 센서와의 연계로 신속성과 편리성을 동시에 만족하는 효과를 본 발명에 따른 철도차량에 발생하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 장치 및 자동적출 방법에 의해 달성된다.
Claims (10)
- 차륜의 답면부와 접촉하는 활주 레일, 상기 활주 레일의 내측에 배치되며 상하로 승강 가능하게 가동되는 가동 레일, 상기 가동 레일을 승강 가능하게 힌지 고정하는 고정대, 상기 가동 레일의 하부에 설치되어 가동 레일의 변위를 감지하는 센서, 상기 센서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기, 상기 A/D 변환기의 변환 신호를 입력받아 저장하여 차륜의 찰상치를 출력하는 제어장치로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 자동적출 장치.
- 제1항에 있어서, 차륜의 플렌지부와 접촉하는 상기 가동 레일은 상기 차륜 플렌지부의 원주보다 길게 하여 2개 이상으로 분할하여 상기 활주 레일 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 자동적출 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어장치에는 차량 편성번호의 영상을 전송하는 편성번호 인식장치와 차량진입을 알리는 차량진입 인식센서가 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 자동적출 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어장치에는 상기 A/D 변환기에 의해 변환된 신호를 받아들여 제어장치가 읽을 수 있게 처리를 하는 데이터 어퀴지션 보드와 상기 편성번호 인식장치의 출력신호를 영상신호로 처리하는 영상 처리 보드가 내장된 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 자동적출 장치.
- 진입된 차량의 차륜의 답면부 상태가 상기 가동 레일의 변위로 상기 센서가 이를 측정하여 상기 제어부가 이를 저장하며 저장된 자료를 해석하여 그래프 출력과 수치 출력을 하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 자동적출 방법.
- 제5항에 있어서, 차량이 상기 활주 레일로 진입하면 상기 차량진입 인식용 센서가 이를 감지하여 그 신호를 차량진입 인식부로 보내 상기 센서를 ON시키고 상기 제어장치로 보내 상기 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)가 이를 인식하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법.
- 제5항에 있어서, 진입된 차량의 편성번호를 상기 편성번호 인식장치가 포착(Capture)하여 상기 영상 처리 보드에 의해 영상으로 변환되고 상기 제어장치에 설치된 OCR(Optical Character Recognition:광학식 문자 인식) 알고리즘에 의해 영상이 인식이 되고 인식된 영상을 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)가 읽는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법.
- 제5항에 있어서, 차량 통과시 상기 가동 레일의 변위를 상기 센서가 연속적으로 측정하면 A/D 변환기는 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 데이터 어퀴지션 보드로 신호를 보내고, 상기 데이터 어퀴지션 보드는 입력된 데이터를 처리하며 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)는 상기 제어장치의 하드 드라이브에 상기 어퀴지션 보드에서 출력된 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법.
- 제5항에 있어서, 차량 상기 활주 레일을 완전히 통과하면 상기 차량진입 인식용 센서는 차량의 이탈을 감지하여 상기 제어장치에 신호를 보내면 "플렛-파인더"(FLAT - FINDER)는 측정을 종료하고 상기 센서를 OFF한는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제어장치의 하드 드라이브에 저장된 측정 데이터를 해석하여 그래프 출력에 의한 찰상 깊이, 찰상 차축의 위치, 레디얼 런아웃의 유무를 확인하고 수치 출력에 의해 찰상의 우열을 비교하여 삭정 우선 순위를 판별하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜의 찰상 자동적출 방법.
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