KR20050062958A - Lifting force measurement system and method for pantograph of high speed railway system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량의 고속주행시 집전장치에 발생하는 양력을 정밀하게 측정하여 양력으로 인한 집전장치의 압상력을 측정할 수 있도록 한 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템과 이를 이용한 양력측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lift measurement system of a high-speed railway vehicle current collector and to a lifting measurement method using the same, by accurately measuring the lift generated in the current collector during high-speed driving of a railway vehicle to measure the rolling force of the current collector by lift. .
본 발명은 고속으로 주행하는 집전장치의 양력을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 집전장치 상부에 위치한 집전판의 일단과 결합되어 집전판의 움직임에 연동하는 양력전달수단과, 상기 양력전달수단을 통해서 받은 집전판의 동적인 움직임을 전기적인 신호로 검출하는 로드셀과, 상기 로드셀로부터 받은 전기적인 신호를 증폭한 후 디지털신호로 변환하고, 다시 실제 하중으로 재변환시키는 신호처리시스템으로 되어 있다. 따라서 집전장치의 집전판에 발생하는 양력을 정밀하게 측정하여 전차선 등의 가선시스템에 작용하는 동적 압상력을 구할 수 있고, 이를 기초로 활용하여 전차선의 마모 수명에 미치는 집전판의 압상력을 제어할 수 있으며, 고속철도에 적용되는 가선시스템에의 적용여부 및 새로운 집전장치의 설계검증, 개선방안의 도출을 위하여 이용할 수 있다.The present invention is a system for measuring the lifting force of the current collector running at high speed, the lift transmission means coupled to one end of the current collector plate located on the current collector and linked to the movement of the current collector plate, received through the lift transmission means A load cell that detects the dynamic movement of the current collector plate as an electrical signal, and a signal processing system that amplifies the electrical signal received from the load cell, converts it into a digital signal, and converts it back into an actual load. Therefore, by accurately measuring the lift force generated on the current collector plate of the current collector, it is possible to obtain the dynamic rolling force acting on the wire system such as the tramline, and by using it as a basis, to control the pressure of the current collector plate on the wear life of the tramline. It can be used for the application to the wire system applied to the high-speed railway, the design verification of the new current collector, and the derivation of the improvement plan.
Description
본 발명은 고속철도차량 집전장치의 양력을 측정하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량의 고속주행시 집전장치에 발생하는 양력을 정밀하게 측정하여 양력으로 인한 집전장치의 압상력을 측정하는 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for measuring the lift of a high speed railway vehicle current collector, and more particularly, a high speed railway vehicle for measuring the rolling force of the current collector due to the lift by precisely measuring the lift generated by the current collector when the high-speed driving of the railway vehicle A lift measurement system of a current collector.
일반적으로 철도의 속도향상과 더불어 집전장치(Pantograph)의 집전판 (Contact strip)에 부가되는 양력은 증가하게 된다.In general, with the increase of the speed of the railway, the lifting force added to the contact strip of the pantograph increases.
이렇게 부가된 양력을 고려하지 아니하고, 단순히 전차선(Overhead line)의 높이만 측정한 후 집전장치의 보통 압상력인 5-6kgf로 설계를 하게 되면 집전판의 기계적 또는 전기적 마모가 쉽게 발생되었다.Without considering the added lifting force, simply measuring the height of the overhead line and then designing it with 5-6 kgf, the normal rolling force of the current collector, easily caused mechanical or electrical wear of the current collector.
이러한 집전판의 기계적 또는 전기적 마모는 전차선과 집전판과의 접촉에 의한 마찰마모 등 다양한 변수에 의해서 마모가 일어나지만 속도증가에 따른 마모에 의해서 가장 심해지는 경향이 있다.The mechanical or electrical wear of the current collector plate is caused by various variables such as frictional wear caused by contact between the vehicle lines and the current collector plate, but tends to be most severe due to the increase in speed.
즉, 집전판의 마모량을 W라 하면,That is, if the wear amount of the collector plate is W,
W = W₁+ W₂+ W₃W = W₁ + W₂ + W₃
여기서, here,
W₁= 기계적마모량W₁ = mechanical wear
W₂= 순수한 전기적 마모량W₂ = pure electrical wear
W₃= 이선시 아크 방전과 열의 영향으로 증대하는 기계적 마모량W₃ = mechanical wear increase due to arc discharge and heat effects
W₁은 집전장치의 압상력에 비례하며, 윤활조건에 따라 달라진다.W₁ is proportional to the rolling force of the current collector and depends on the lubrication conditions.
W₂는 아크 방전에 의한 것은 이선율이 크지 않으면 크게 문제가 되지 않으며, 일반적으로 W₁〉 W₂이다.W₂ by arc discharge is not a big problem unless the linearity is large, generally W₁> W₂.
W₃는 아크방전에 관계되지만 집전장치의 압상력과 밀접한 관계가 있다. 즉, 집전장치의 압상력을 크게 하면 이선이 감소하고, 아크방전이 작아지므로 W₃는 감소하는 것 같으나 접촉압력이 클수록 반대로 W₁이 훨씬 많아져 집전판에 부분적으로 요철모양의 마모가 심해진다.W₃ is related to arc discharge but is closely related to the packing force of current collector. In other words, if the pressure increase of the current collector is increased, the line is reduced and the arc discharge becomes smaller, so W₃ seems to decrease.
이러한 압상력의 증가는 곧, 양력에 의한 집전판의 상승으로 증가되는 압상력과 동일한 현상으로 이해될 수 있다.This increase in the pressing force can be understood as the same phenomenon as the pressing force increased by the rise of the current collector plate due to lift.
따라서, 집전판은 속력에 따른 양력의 변화로 인한 압상력을 고려하여 공기역학적으로 설계되어야 하고, 그보다도 먼저 압상력 증가의 원인이 되는 양력을 정밀하게 측정하는 것이 최우선적으로 이루어져야 한다는 것을 알 수 있다.Therefore, the current collector plate should be designed aerodynamically in consideration of the rolling force caused by the change of the lifting force according to the speed, and before that, it is important to measure the lifting force that causes the increase of the rolling force first. have.
공지의 예로 종래의 양력측정장치는 전차선에 집전장치의 집전판을 일정한 압상력으로 상승시킨 후 고속으로 주행하여 전차선의 긴장상태를 파악하였다.As a well-known example, the conventional lift measuring device grasps a tension state of a tramline by driving at a high speed after raising a current collector plate of a current collector to a tramline with a constant rolling force.
그러나, 이와 같은 방법은 고전압 환경의 전차선이 끊어지는 경우에는 전류가 외부로 흘러 그 전차선 주변의 도전체에 심각한 피해를 줄 수 있고, 차량의 고속주행으로 인한 잡음 신호에 의해서 정밀한 측정이 곤란하여 집전장치의 양력을 일관되게 측정하는 것이 불가능하였다.However, this method can cause serious damage to the conductors near the line when the electric cable is cut off in a high voltage environment, and accurate measurement is difficult due to noise signals caused by the high-speed driving of the vehicle. It was not possible to measure the lift of the device consistently.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 집전장치의 압상력을 측정하는 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a lift measurement system of a high speed railway vehicle current collector for measuring the rolling force of the current collector.
하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템은, 전술한 문제를 모두 해소하고, 양력을 정밀하게 측정하여 전차선의 마모를 줄일 수 있는 가선시스템을 제공한다.In one preferred embodiment, the lift measurement system of the high-speed railway vehicle current collector according to the present invention solves all of the above-described problems, and provides a wire system that can reduce the wear of the vehicle lane by precisely measuring lift.
본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다. Still other objects and effects of the present invention will become apparent from the following detailed description.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고속으로 주행하는 집전장치의 양력을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 집전장치 상부에 위치한 집전판의 일단과 결합되어 집전판의 움직임에 연동하는 양력전달수단과, 상기 양력전달수단을 통해서 받은 집전판의 동적인 움직임을 전기적인 신호로 검출하는 로드셀과, 상기 로드셀로부터 받은 전기적인 신호를 증폭한 후 디지털신호로 변환하고, 다시 실제 하중으로 재변환시키는 신호처리시스템을 포함하여 구성되므로서 달성된다.The present invention for achieving the above object, in the system for measuring the lifting force of the current collector running at high speed, the lift transmission means coupled to one end of the current collector plate located above the current collector and linked to the movement of the current collector plate; And a load cell for detecting the dynamic movement of the current collector plate received through the lift transfer means as an electrical signal, and amplifying the electrical signal received from the load cell, converting the signal into a digital signal, and converting the signal back into a real load. Achieved by including the system.
도 1은 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템의 전체적인 개념도를 보인 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템에 적용된 와이어로프가 집전판에 결합된 것을 보인 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템에 적용된 로드셀과 와이어로프가 연결된 것을 보인 것이다.Figure 1 shows the overall conceptual view of the lift measurement system of the high speed railway vehicle current collector according to the present invention, Figure 2 shows that the wire rope applied to the lift measurement system of the high speed railway vehicle current collector according to the present invention is coupled to the current collector plate 3 shows that the load cell and the wire rope applied to the lift measurement system of the high speed railway vehicle current collector according to the present invention are connected.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템은 고속으로 주행하는 집전장치의 양력을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 집전장치 상부에 위치한 집전판(10)의 일단과 결합되어 집전판(10)의 움직임에 연동하는 양력전달수단(20)과, 상기 양력전달수단(20)을 통해서 받은 집전판(10)의 동적인 움직임을 전기적인 신호로 검출하는 로드셀(30)과, 상기 로드셀(30)로부터 받은 전기적인 신호를 증폭한 후 디지털신호로 변환하고, 다시 실제 하중으로 재변환시키는 신호처리시스템(40)을 포함한다.First, referring to FIG. 1, a lift measurement system of a high speed railway vehicle current collector according to the present invention is a system for measuring the lift of a current collector that travels at a high speed, and includes one end of a current collector plate 10 located above the current collector. Lifting means 20 coupled to the movement of the current collector plate 10 and the load cell 30 for detecting the dynamic movement of the current collector plate 10 received through the lifting means 20 as an electrical signal And a signal processing system 40 for amplifying the electric signal received from the load cell 30, converting the electric signal into a digital signal, and converting the electric signal back into an actual load.
상기 집전장치 상부에 위치한 집전판(10)의 일단과 결합되어 집전판(10)의 움직임에 연동하는 양력전달수단(20)은 집전장치의 집전판(10)에 걸쳐진 후 그 일단이 차량의 지붕으로 내려간 다음 다시 위로 올라가 타단과 체결되는 와이어로프 (22)와, 상기 와이어로프(22)를 체결시키는 롤스트립(24)으로 구성된다.The lift transmission means 20 coupled to one end of the current collector plate 10 positioned above the current collector and interlocked with the movement of the current collector plate 10 spans the current collector plate 10 of the current collector. It is composed of a wire rope (22) which is fastened to the other end and then climbs up again, and a roll strip (24) for fastening the wire rope (22).
상기 와이어로프(22)는 최대 인장하중 500N을 견딜 수 있도록 금속 또는 무기재료로 형성되고, 그 길이는 집전판(10)이 압상력을 발생할 정도의 높이에서 차량의 지붕까지 거리를 왕복할 수 있는 길이에 +30cm를 더한 길이가 바람직하다.The wire rope 22 is formed of a metal or an inorganic material to withstand a maximum tensile load of 500N, the length of which is capable of reciprocating the distance to the roof of the vehicle at a height such that the current collector plate 10 generates a tack force The length plus +30 cm is preferred.
와이어로프(22)를 체결시키는 롤스트립(24)은 와이어로프(22)의 일단과 타단을 체결하여 고정시키는 역할로 그 내부에 와이어로프(22)를 수용한 후 조일 수 있는 기구(미도시)가 장착된다.The roll strip 24 for fastening the wire rope 22 serves to fasten one end and the other end of the wire rope 22 to fix the wire rope 22. Is fitted.
또한, 차량의 지붕까지 내려간 와이어로프(22)의 일단은 로드셀(30)의 감지고리(32)에 걸린 후 다시 집전판(10)을 향해서 올라가는 구조이다.In addition, one end of the wire rope 22 descended to the roof of the vehicle is caught by the sensing ring 32 of the load cell 30, and then the structure rises toward the current collector plate 10 again.
이렇게, 와이어로프(22)가 걸리는 로드셀(30)은 그 일단에 감지고리(32)가 마련되어 와이어로프(22)의 긴장 또는 완화에 따른 미세한 신호를 로드셀(30)의 본체로 보내는 역할을 한다.As such, the load cell 30 on which the wire rope 22 is caught has a sensing ring 32 at one end thereof, and serves to send a fine signal according to the tension or relaxation of the wire rope 22 to the main body of the load cell 30.
로드셀(30)은 힘을 받았을 때 생기는 탄성변형을 내부에 장착된 스트레인게이지의 저항변화를 측정함으로써 힘의 크기를 전기적인 신호로 검출할 수 있도록 설계되어 있다. 즉, 후크의 법칙(Hook's law)에 의하여 탄성체에 작용한 응력과 스트레인 ε는 서로 비례하고, 또한 스트레인게이지의 저항변화율 ΔR/R과 스트레인 ε사이의 관계는 아래와 같이 나타낸다.The load cell 30 is designed to detect the magnitude of the force as an electrical signal by measuring the change in resistance of the strain gauge mounted therein to the elastic deformation generated when the force is applied. That is, according to Hook's law, the stress applied to the elastic body and the strain ε are proportional to each other, and the relationship between the resistance change rate ΔR / R of the strain gauge and the strain ε is expressed as follows.
저항변화= ΔR/R = K·εResistance change = ΔR / R = K
여기서, K는 게이지 상수 Where K is the gauge constant
또한, 본 발명에 적용되는 로드셀(30)은 인가전압: AC1-12V, 출력: 1.5 mV/V이 적용되고, 일반적으로 최대 하중의 150%까지 영구적인 영점 변화없이 하중을 견디도록 되어있으며, 물리적 변형(Physical Deformation)은 최대 하중인 500N에 대한 일반적인 변형은 0.4mm 정도가 바람직하다.In addition, the load cell 30 applied to the present invention is applied to the applied voltage: AC1-12V, output: 1.5 mV / V, and is generally to endure the load without permanent zero change up to 150% of the maximum load, physical Physical Deformation is preferably about 0.4 mm for general deformation of 500 N, which is the maximum load.
계속하여, 상기 로드셀(30)로부터 받은 전기적인 신호를 증폭한 후 디지털신호로 변환하고, 다시 실제 하중으로 재변환시키는 신호처리시스템(40)은 로드셀 30)로부터 수신한 집전판(10)의 동적인 움직임을 전기적인 신호를 높은 정도로 증폭하는 앰플리파이어(42)와, 상기 앰플리파이어(42)에서 증폭된 전기적 신호를 디지탈 데이터로 변환하는 A/D컨버터(44)와, 상기 A/D컨버터(44)에서 디지탈 데이터로 변환된 정보를 다시 실제 하중정보로 변환하여 시간에 따라 텍스트 또는 그래픽으로 직독할 수 있도록 하는 PC(48)로 이루어진다.Subsequently, the signal processing system 40 which amplifies the electrical signal received from the load cell 30, converts it into a digital signal, and converts it back into an actual load is performed by the dynamic of the current collector plate 10 received from the load cell 30. An amplifier 42 that amplifies the in-motion to an electrical signal to a high degree, an A / D converter 44 that converts the electrical signal amplified by the amplifier 42 into digital data, and the A / D converter 44 It is composed of a PC 48 that converts the information converted into digital data from the data back to actual load information so that it can be read directly as text or graphics over time.
먼저, A/D컨버터(44)는 로드셀(30)에서 나오는 출력값이 어떻게 나오는지를 확인한 후 A/D컨버터(44)의 입력 레인지를 정해서 사용해야 한다. 예를 들면, 로드셀(30)의 경우 1-12V정도의 전원을 공급해야 하고, 출력값이 1.5 mV/V로 상당히 작은 값의 전압이 나오므로, 곧바로 A/D컨버터(44)와 접속하여서는 측정할 수 없다.First, the A / D converter 44 should check how the output value from the load cell 30 comes out, and then use the A / D converter 44 to determine the input range. For example, in the case of the load cell 30, a power of about 1-12V should be supplied, and the output value is 1.5 mV / V, which leads to a voltage of a relatively small value. Can't.
이런 경우에 로드셀(30)의 출력을 1,000배 정도 증폭이 가능한 고정밀도 엠플리파이어(42)를 설치하여 증폭된 전기적 신호를 A/D컨버터(44)로 보낸다.In this case, a high precision amplifier 42 capable of amplifying the output of the load cell 30 by about 1,000 times is installed to send the amplified electrical signal to the A / D converter 44.
이렇게, 로드셀(30)의 전송으로서 얻어지는 에너지는 전기량이지만 시스템화를 위해서는 최종적으로는 전기신호(주로 전압의 형태)로 변환해야 한다.In this way, the energy obtained as the transmission of the load cell 30 is the amount of electricity, but for systemization, it is finally necessary to convert it into an electrical signal (mainly in the form of voltage).
또한, 대상으로부터 얻어지는 전기적인 신호는 일반적으로 아날로그 신호인데 신호처리방식에 따라 아날로그 신호를 그대로 이용하거나 아니면 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.In addition, the electrical signal obtained from the object is generally an analog signal, and according to the signal processing method, the analog signal is used as it is or the analog signal is converted into a digital signal.
본 발명에서는 후술하는 데이타어퀴지션(46)으로 처리하므로 디지털 신호의 출력이 요구되어, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기술(A/D변환기술)이 적용된다.In the present invention, since the data processing 46 is to be described later, the output of a digital signal is required, and a technique for converting an analog signal into a digital signal (A / D conversion technology) is applied.
한편, 연속적인 양인 아날로그 신호를 불연속적인 양인 디지털 신호로 변환하는 경우에 양자화 기술과 2진수인가 BCD(2진화 10진수)인가, 또는 몇 비트(bit)로 변환하는가, 변환할 때 정밀도를 어느 정도로 하는가, 변환시간과 변환방식에 따라 적용되는 기술이 다르므로 출력신호의 사용 목적에 따라 적절한 기술을 선택한다.On the other hand, when converting a continuous analog signal into a discrete digital signal, quantization technique, binary number, BCD (binary decimal number), or how many bits are converted to, to what extent precision Since the technology applied depends on the conversion time and the conversion method, an appropriate technology is selected according to the purpose of the output signal.
따라서, 본 발명에서는 위와 같은 조건들을 만족시키기 위하여 적용되는 A/D컨버터(44)의 사양은 분해능 16비트(bit), 16채널(channel), 채널수(Channel Nomber) 16채널(ch), 샘플링 비율(Sampling rate)은 50Ks/S를 갖는다.Therefore, in the present invention, the specifications of the A / D converter 44 applied to satisfy the above conditions are 16 bits of resolution, 16 channels, 16 channels of channels, 16 channels, and sampling. Sampling rate has 50Ks / S.
이것은, A/D컨버터(44)에 로드셀(30)을 최대 16개까지 장착가능케 한다.This makes it possible to mount up to 16 load cells 30 to the A / D converter 44.
또한, 분해능(Resolution)은 5V의 전압을 입력했을 경우 16bit의 분해능을 갖는 A/D컨버터(44)로 읽었을 때 5V의 전압신호는 2의 16승값인 65,536개로 쪼개어 판독하며, 1초에 10만번 데이터를 판독해낼 수 있는 능력을 가진다.In addition, when 5V voltage is input, resolution is read by A / D converter 44 with 16bit resolution. 5V voltage signals are divided into 65,536 powers of 2 and read out 100,000 times per second. Has the ability to read data.
이 65,536이란 디지털값을 전압으로 변환한 후 PC(46)의 디스플레이상에 표시하여 실제의 하중값으로 직독할 수 있게 된다.This 65,536 converts a digital value into a voltage and then displays it on the display of the PC 46 so that it can be directly read at the actual load value.
나아가, 연속적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 샘플링 처리를 하는데, 전압을 디지털화 하기 위해서는 파형의 진폭값을 주기적으로 추출하여 그 크기를 이진 부호로 바꾸어야 하고, 신호파형의 주파수보다 최소한 2배의 높은(빠른) 주파수로 샘플링 한다.Furthermore, when converting a continuous analog signal into a digital signal, sampling processing is performed. In order to digitize the voltage, the amplitude value of the waveform must be periodically extracted and its magnitude changed to a binary code, and at least twice as large as the frequency of the signal waveform. Sample at a high (fast) frequency.
이러한 샘플링은 짧은 시간에 많은 데이타를 얻어야 분석이 가능하기 때문에, 이에 부응하기 위하여 본 발명에서는 초당 50,000번으로 샘플을 추출하여 그 샘플링 비율이 높아 당연히 데이터 량은 많고, 더욱 정밀하게 표시될 수 있다.In order to cope with this, in the present invention, the sampling rate is extracted at 50,000 times per second, and the sampling rate is high. Therefore, the amount of data can be displayed more precisely.
이렇게, A/D컨버터(44)에 의해서 아날로그 신호를 인식할 수 있는 디지탈 데이터로 변환된 디지털 정보는 적절한 공식으로 가공한 후 판독 가능한 압력 값으로 변환시켜 직독할 수 있는 데이터어퀴지션(Data Acquisition System, DAQ)(46)으로 전송된다.In this way, the digital information converted into digital data capable of recognizing analog signals by the A / D converter 44 is processed into an appropriate formula, and then converted into a readable pressure value, which can be directly read (Data Acquisition System). , DAQ) 46.
데이터어퀴지션(Data Acquisition System, DAQ)(46)은 로드셀(30)의 출력 레인지가 어떠한지 확인한 후 데이터를 수집하고 분석하여 직접 제어(Control)하는 역할이다.Data Acquisition System (DAQ) 46 checks the output range of the load cell 30 and collects and analyzes data to directly control (Control).
이러한 데이터어퀴지션(46)은, A/D컨버터(44)에 의해 디지털 데이터로 변환된 실제의 하중정보를 PC(48)에 전송하는 통신장치를 마련하게 되는데, 본 발명에서는 미국의 EIA(미국전기공업협회:Electronic Industries Association)에 의해 규격화된 직렬통신의 세계적인 표준 규격으로 정확하게는 EIA-RS232C 규격이라 부르며, 그 규격내에서는 대체적인 전기적/기계적 특성과 인터페이스 회로의 기능 등이 정의되고 있는 RS232가 적용된다. The data acquisition 46 provides a communication device for transmitting the actual load information converted into digital data by the A / D converter 44 to the PC 48. In the present invention, the EIA (USA) The global standard for serial communication, standardized by the Electronics Industries Association, is called the EIA-RS232C standard. Within that standard, RS232, which defines alternative electrical and mechanical characteristics and the function of the interface circuit, is defined. Apply.
또한, 통상적으로는 데이터어퀴지션(46) 내에 A/D컨버터(44), D/A컨버터, Digitial I/O 등이 내장되어 있어 이를 이용하여 외부 신호를 전송받는다.In addition, the A / D converter 44, the D / A converter, the Digitial I / O, etc. are typically built in the data acquisition 46 to receive an external signal using the same.
이렇게 전송받은 압력정보는 다시 PC(CPU 1.0GHz, Memory 1.0GB, Channel No 16ch, 윈도우 환경에 적합한 데이터어퀴지션이 프로그래밍된 데이터프로세싱소프트웨어, 로드셀(30)를 자체적으로 인식할 수 있는 입력포트)(48)에서 데이터어퀴지션 프로그래밍된 소프트웨어에 의해 그래픽화되어 디스플레이된다. The pressure information received in this way is a PC (CPU 1.0GHz, Memory 1.0GB, Channel No 16ch, data processing software programmed data acquisition suitable for the Windows environment, input port that can recognize the load cell 30 itself) ( In 48) the data acquisition is graphically displayed by the programmed software.
이때, 본 발명에 적용된 PC(48)에는 여러개의 확장슬롯이 마련되어 상기 데이터어퀴지션(46)과 연결된 시리얼 케이블과 간단히 장착될 수 있고, 데이터어퀴지션프로그래밍된 소프트웨어는 일반적인 프로그래밍 환경인 비주얼C++, 비주얼 BASIC, 델파이 등에서도 전용 드라이버 없이 바로 프로그래밍이 가능하다.At this time, the PC 48 applied to the present invention is provided with a plurality of expansion slots can be easily mounted with a serial cable connected to the data acquisition 46, the data acquisition programmed software is Visual C ++, a common programming environment, visual In BASIC, Delphi, etc., programming is possible without a dedicated driver.
그리고, 위와 같은 스마트한 장치와 고속 처리능력으로 사용자가 측정, 제어하고자 하는 어느 현장에나 간단히 취부하여 사용이 가능하며, PC(48)를 이용한 간단한 프로그래밍소프트웨어로 누구나 데이터 수집/제어 솔루션을 구축할 수 있도록 한다.In addition, the above-mentioned smart devices and high-speed processing capability can be easily mounted and used at any site that a user wants to measure and control, and anyone can build a data acquisition / control solution using simple programming software using a PC (48). Make sure
다음에는 이러한 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템을 이용한 측정방법 및 이에 따른 효과를 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.Next, a measurement method using the lift measurement system of the high speed railway vehicle current collector and its effects will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
먼저, 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템을 이용한 측정방법은 고속으로 주행하는 차량의 집전판(10)에 설치되어 가속에 의하여 발생하는 양력을 측정하는 양력측정단계(S100)와; 상기 양력측정단계(S100)에서 입력된 전기적인 아날로그 신호를 증폭하는 신호증폭단계(S200)와; 상기 신호증폭단계 (S200)에서 아날로그 압력정보 신호를 증폭하였으면, 증폭된 아날로그 압력정보 신호를 디지탈 데이터 압력정보로 변환하는 디지털변환단계(S300)와; 상기 디지탈 변환단계(S300)에서 디지탈 신호로 변환된 데이터를 수집하고 분석하는 데이터어퀴지션단계(S400)와; 상기 데이터어퀴지션단계(S400)에 의해서 수집되고 분석된 측정값을 외부로 출력하는 디스플레이하는 출력단계(S400)를 포함한다.First, the measuring method using the lift measurement system of the high-speed railway vehicle current collector according to the present invention is installed on the current collector plate 10 of the vehicle traveling at high speed to measure the lifting force generated by the acceleration (S100); A signal amplifying step (S200) for amplifying the electrical analog signal input in the lift measuring step (S100); A digital conversion step (S300) of converting the amplified analog pressure information signal into digital data pressure information after amplifying the analog pressure information signal in the signal amplifying step (S200); A data acquisition step (S400) of collecting and analyzing data converted into a digital signal in the digital conversion step (S300); And an output step (S400) of displaying the measured values collected and analyzed by the data acquisition step (S400) to the outside.
양력측정단계(S100)에서는 집전장치의 집전판(10)과 로드셀(30)에 설치되어 고속으로 주행하는 집전장치의 집전판(10)에 발생하는 양력에 의한 압상력을 측정한다. 이것은 로드셀(30)을 통하여 정보를 얻을 때 중요시되는 양력정보의 질과 양을 위해서 넓은 입력범위, 신속한 신호처리 능력을 갖아야 함은 물론이다.In the lifting measurement step (S100), the pressing force generated by the lifting force generated in the current collector plate 10 of the current collector that is installed at the current collector plate 10 and the load cell 30 of the current collector running at high speed is measured. This, of course, should have a wide input range, fast signal processing capability for the quality and quantity of lift information which is important when obtaining information through the load cell (30).
상기 측정단계(S100)에서 입력된 전기적인 신호인 아날로그 신호를 증폭하는 아날로그 신호증폭단계(S200)는 미약한 압력정보 신호를 증폭하여 미약한 신호를 처리 가능한 전압으로 증폭한다.An analog signal amplifying step (S200) of amplifying an analog signal, which is an electrical signal input in the measuring step (S100), amplifies the weak pressure information signal and amplifies the weak signal to a processable voltage.
상기 신호증폭단계(S200)에서 아날로그 신호를 증폭하였으면, 증폭된 아날로그 신호를 디지탈 데이터로 변환하는 디지탈 변환단계(S300)는 직독이 불가능한 아날로그값을 직독할 수 있도록 변환하는데 필요한 과정으로 아날로그 물리량을 컴퓨터에서 인식할 수 있는 디지탈로 변환하는 방법을 말한다. 즉, 이것은 양력에 의한 압상력을 측정할때, 16bit의 분해능을 갖는 A/D 변환을 하면, 1,024단계로 표현 할 수 있다는 의미이며, 1,000g의 하중을 16bit로 변환하여 표현하면, 1,000/1,024의 최소 표현능력(약 0.976g)으로 변환시킨다.When the analog signal is amplified in the signal amplification step (S200), the digital conversion step (S300) of converting the amplified analog signal into digital data is a process necessary to directly convert the analog value that cannot be directly read. It is a method of converting to digital that can be recognized by. In other words, this means that the A / D conversion with the resolution of 16 bits can be expressed in 1,024 steps when measuring the lifting force due to the lift force, and when the load of 1,000 g is converted to 16 bits and expressed, 1,000 / 1,024 Convert to the minimum expressive power of about 0.976g.
상기 디지탈 변환단계(S300)에서 디지탈 신호로 변환된 데이터를 수집하고 분석하는 데이터어퀴지션단계(S400)는 가장 범용적인 시리얼통신인 RS232C통신을 기반으로 데이터 측정/제어가 이루어지게 최적화되어 있으며, 독립된 CPU를 내장하여 최상의 처리속도를 수행하고 있으며, 통신속도는 RS232C통신의 최고속도인 115,200bps까지 스위치를 셋팅함에 따라 자유롭게 설정이 가능하다. 따라서, 후술하는 압력정보 데이터를 수집/제어하는 솔루션을 구축할 수 있다.The data acquisition step (S400) of collecting and analyzing data converted into a digital signal in the digital conversion step (S300) is optimized to perform data measurement / control based on RS232C communication, which is the most common serial communication. Built-in CPU performs the best processing speed. The communication speed can be set freely by setting the switch to 115,200bps, the highest speed of RS232C communication. Therefore, a solution for collecting / controlling pressure information data described later can be constructed.
상기 데이터어퀴지션단계(S400)에 의해서 수집되고 분석된 측정값을 외부로 출력하여 디스플레이하는 출력단계(S400)는 RS232C통신으로 전송된 신호의 크기를 음극선관(CRT)이나 액정(LCD)과 같은 디스플레이 장치를 통하여 사용자가 직독할 수 있도록 텍스트화 또는 그래픽화되어 누구든지 쉽게 측정할 수 있다.The output step (S400) of outputting and displaying the measured value collected and analyzed by the data acquisition step (S400) to the outside is the size of the signal transmitted through RS232C communication such as cathode ray tube (CRT) or liquid crystal (LCD) The display device is textualized or graphicized for direct reading by the user, so that anyone can easily measure it.
즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템과 이를 이용한 측정방법를 제공하여 고속으로 주행하는 차량의 집전판에 발생하는 양력을 정밀하게 측정하여, 이로 인해 최적의 압상력을 제어하여 전차선등 가선시스템의 마모를 최소화시킨다.That is, as will be clear from the electric description, the present invention provides a lift measurement system of a high speed railway vehicle current collector and a measuring method using the same, so that the lift force generated in the current collector plate of a vehicle traveling at high speed can be precisely measured, and thus an optimum pressure By controlling the power, the wear of the tramway and other wire systems is minimized.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.This invention can be implemented in other various forms, without deviating from the mind or main characteristic. Therefore, the above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be interpreted limitedly. The scope of the present invention is shown by the scope of the claims, and is not limited by the specification text. Again, all variations and modifications belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템과 이를 이용한 측정방법으로 집전장치의 집전판에 발생하는 양력을 정밀하게 측정하여 전차선 등의 가선시스템에 작용하는 동적 압상력을 구할 수 있고, 이를 기초로 활용하여 전차선의 마모 수명에 미치는 집전판의 압상력을 제어할 수 있으며, 고속철도에 적용되는 가선시스템에 적용여부 및 새로운 집전장치의 설계검증, 개선방안의 도출을 위하여 이용할 수 있다.As described above in detail, a dynamic lifting force acting on a wire system such as an electric cable line by precisely measuring the lift force generated on the current collector plate of the current collector by a lift measurement system of the high speed railway vehicle current collector according to the present invention and a measuring method using the same. Can be used as a basis to control the rolling force of the current collector plate on the wear life of the railway line, and to apply it to the wire system applied to the high-speed railway, and to verify the design of new current collectors and derive improvement plans. It is available.
도 1은 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템의 전체적인 개념도를 보인 것이다.Figure 1 shows the overall conceptual diagram of the lift measurement system of a high-speed railway vehicle current collector according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템에 적용된 와이어로프가 집전판에 결합된 것을 보인 것이다.Figure 2 shows that the wire rope applied to the lift measurement system of the high-speed railway vehicle current collector according to the present invention is coupled to the current collector.
도 3은 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템에 적용된 로드셀과 와이어로프가 연결된 것을 보인 것이다.Figure 3 shows that the load cell and the wire rope applied to the lift measurement system of the high speed railway vehicle current collector according to the present invention is connected.
도 4는 본 발명에 따른 고속철도차량 집전장치의 양력측정시스템을 이용한 양력측정방법의 흐름도를 보인 것이다.4 is a flowchart illustrating a lift measurement method using a lift measurement system of a high speed railway vehicle current collector according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings
10: 집전판 20: 양력전달수단10: current collector 20: lift transmission means
22: 와이어로프 24: 롤스트립22: wire rope 24: roll strip
30: 로드셀 32: 감지고리30: load cell 32: detection ring
40: 신호처리시스템 42: 앰플리파이어40: signal processing system 42: amplifier
44: A/D컨버터 46: 데이터어퀴지션44: A / D converter 46: data acquisition
48: PC48: PC
Claims (4)
Priority Applications (1)
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| KR1020030093963A KR20050062958A (en) | 2003-12-19 | 2003-12-19 | Lifting force measurement system and method for pantograph of high speed railway system |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100944691B1 (en) * | 2007-12-27 | 2010-02-26 | 한국철도기술연구원 | Power efficiency evaluation system of overhead contact lines |
| CN110186799A (en) * | 2019-06-17 | 2019-08-30 | 中国科学院力学研究所 | Pantograph pan current-carrying frictional wear experiment machine and application method |
-
2003
- 2003-12-19 KR KR1020030093963A patent/KR20050062958A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
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| CN110186799B (en) * | 2019-06-17 | 2020-03-24 | 中国科学院力学研究所 | Current-carrying friction and wear testing machine for pantograph slide plate and use method |
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