KR20090131905A - 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템에 관한 것으로, 궤도 레일의 축력 및 횡변위를 감지하는 레일 축력 및 횡변위 감지수단과; 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단으로부터 입력되는 축력정보 및 횡변위정보를 수집하여 좌굴 위험도를 판별하는 데이터수집수단;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 궤도 레일의 좌굴 가능 여부를 상시 감시하여 좌굴 위험성을 평가할 수 있는 장점이 있다. 특히, 혹서기 궤도의 상태를 정확히 판단하여 좌굴위험성을 평가하고, 궤도 레일의 변위를 검지하여 좌굴을 사전에 방지하게 함으로서, 좌굴 위험이 높은 경우 신속한 대처가 이루어지도록 하여 철도차량의 탈선 등으로 인한 대형 사고를 미연에 방지하게 하는 효과가 있다.

철도, 궤도, 레일, 좌굴

Description

철도 궤도의 좌굴 감시 시스템 { Monitoring system of buckling on rail }

본 발명은 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 철도 궤도의 좌굴 현상으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 철도궤도의 좌굴 가능 여부를 감지하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 궤도의 레일상에서 주행한다. 이때, 레일은 대략 20 ~25m의 길이를 가지는 것으로 통상 철도차량이 이동중에 소음이 많이 발생하는 단점을 가지고 있어, 최근에는 길이가 200미터 이상에 이르는 긴 레일인 장대레일을 사용하고 있다.

이와 같은 장대레일은 20 ~ 25m 길이의 표준 레일을 여러 개 용접하여 만드는데 길이가 2,000미터에 이르는 것도 있다.

이때, 장대레일 궤도에서는 설정온도 이상으로 과도하게 온도가 상승하면 도 1에 도시한 바와 같이 레일(10)에 축력(P)이 발생하게 되는데, 이때 그 축력(P)이 일정 한도를 넘을 경우, 레일(10)이 횡방향으로 급격히 변형되는 좌굴(장출) 현상 이 발생하게 된다.

이와 같은 장대레일의 좌굴에 의하여 레일(10)에 과도한 변형이 발생되는 경우, 그 레일(10)의 상부를 철도차량이 통과시 차량의 탈선사고로 이어질 확률이 높기 때문에 레일 궤도의 좌굴을 예방하기 위한 조치가 필수적이다.

물론 이와 같은 좌굴을 예방하기 위한 방편으로 현재에는 좌굴방지판을 설치하거나, 혹서기때의 레일로의 살수(撒水), 철도차량의 서행운전 등의 조치 등을 취하고 있다.

그러나, 이와 같은 예방 조치들은 궤도의 레일에 발생되는 축력과 변위 등 현재 궤도의 좌굴가능성에 대한 정확한 판단기준이 없이 관행적으로 취해지고 있는 조치로서 비효율적인 좌굴방지대책이다.

따라서 보다 합리적이고 효율적으로 좌굴을 방지하기 위해서는 혹서기 궤도의 상태를 정확히 판단하여 좌굴위험성을 평가하고, 궤도의 변위를 검지하여 좌굴을 사전에 방지할 필요가 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 궤도 레일의 상태를 상시 감시하여 좌굴 위험성을 평가할 수 있는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 시간에 따른 축력 변화량을 축력변화량을 측정하여 시험데이터로 활용할 수 있도록 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

궤도 레일의 축력 및 횡변위를 감지하는 레일 축력 및 횡변위 감지수단과; 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단으로부터 입력되는 축력정보 및 횡변위정보를 수집하여 좌굴 위험도를 판별하는 데이터수집수단;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단은 궤도 레일의 축력을 감지하여 축력정보를 출력하는 축력감지기와, 레일의 횡변위를 감지하여 횡변위정보를 출력하는 횡변위감지기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축력감지기는 광섬유센서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 횡변위감지기는 변위센서인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 데이터수집수단은 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단으로부터 측정되는 아날로그 형태의 축력정보와 횡변위정보를 디지털화하는 A/D컨버터부와, 좌굴 발생 위험도를 확률적으로 평가할 수 있는 좌굴 위험 평가 프로그램이 내장되는 메모리부와, 상기 A/D컨버터부를 거쳐 변환된 축력정보 및 횡변위정보를 이용하여 레일의 좌굴 위험을 연산처리하는 제어부와, 상기 연산처리 결과를 디스플레이하는 디스플레이부와, 사용자가 조작을 위한 조작부와, 구동 전원을 공급하는 전원부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어부의 연산처리 결과 좌굴의 위험이 있는 것으로 판정되면 작동되는 경고수단이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 외부의 서버로 데이터를 전송하기 위한 인터페이스부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 데이터수집수단은 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단에서 레일의 축력정보가 입력되면 기준 허용치와 비교하여 기준 허용치를 초과하면 좌굴 발생 위험 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이터수집수단은 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단에서 레일의 횡변위정보가 입력되면 그 횡변위 진전속도가 기준 속도에 비해 빠르게 증가하는 경우에는 좌굴 발생 위험 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 궤도 레일의 좌굴 가능 여부를 상시 감시하여 좌굴 위험성을 평가할 수 있는 장점이 있다.

특히, 혹서기 궤도의 상태를 정확히 판단하여 좌굴 위험성을 평가하고, 궤도 레일의 변위를 검지하여 좌굴을 사전에 방지하게 함으로서, 좌굴 위험이 높은 경우 신속한 대처가 이루어지도록 하여 철도차량의 탈선 등으로 인한 대형 사고를 미연에 방지하게 하는 효과가 있다.

또한, 그와 같은 궤도 레일의 변위 검지를 통해 발생되는 데이터를 활용하여 향후 좌굴 위험에 대한 신뢰성을 가지는 연구자료로 활용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이때, 도 2는 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템 상세 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 제어 흐름도이다.

먼저, 도 2 및 도 3에 의하면 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템은 궤도 레일(10)의 축력 및 횡변위를 감지하는 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)과, 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)으로부터 입력되는 축력정보 및 횡변위정보를 수집하여 좌굴 위험도를 판별하는 데이터수집수단(200)으로 구성된다.

이때, 상기 레일(10)은 침목(12)의 상부에 설치되는 것으로 일반적인 레일에 비해 다수의 레일을 연장한 상태의 장대레일인 경우 온도변화에 따른 축력 및 횡변위가 크므로 장대레일 상에 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)을 설치함이 바람직하다.

이하, 각각의 구성요소들을 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)은 궤도 레일(10)의 축력을 감지하여 축력정보를 출력하는 축력감지기(110)와, 레일(10)의 횡변위를 감지하여 횡변위정보를 출력하는 횡변위감지기(120)로 구성된다.

상기 축력감지기(110)는 대기온도 및 레일온도 변화로 인해 레일(10)의 수축 및 팽창이 발생시에 그 축력을 감지하게 되는 것으로 다양한 감지센서 등이 사용될 수 있으나, 광섬유센서를 레일(10)상에 설치하여서 축력을 감지하게 되며, 그에 따라 축력정보를 발생하게 된다.

이와 같은 광섬유센서는 장시간 현장에 부설하여도 내구성이 확보되고, 전원이 제거된 상태에서도 초기 계측값을 기억하고 있으므로 시간 변화에 따른 측정시점과 초기부설시점의 온도차에 의한 축력의 변화를 추출할 수 있는 장점이 있다.

물론 상기 광섬유센서에서 감지되는 축력정보는 아날로그 형태의 신호로서, 데이터수집수단(200)으로 수집되어 좌굴발생 위험 여부를 판정하기 위한 데이터로 활용된다.

한편, 상기 횡변위감지기(120)는 레일(10)의 측면에 설치되어 레일(10)이 횡 방향으로 변위가 발생되는 경우 그 횡변위량을 검지하게 된다.

이때, 일반적인 요인에 의한 궤도의 횡변위가 발생되는 경우에 그 진전속도가 매우 느리지만, 좌굴에 의해 궤도의 횡변위가 발생할 경우에는 그 진전속도가 상대적으로 빠르게 증가하므로 일반궤도틀림과 좌굴에 의한 궤도 변위의 발생을 구분 가능하다.

이와 같은 횡변위감지기(120)는 변위센서를 사용함으로서, 그 레일(10)의 횡방향으로의 변위량을 측정할 수 있으며, 그 측정된 횡변위정보는 데이터수집수단(200)으로 수집되어 좌굴발생 위험 여부를 판정하기 위한 데이터로 활용된다.

이때, 상기 횡변위감지기(120)인 변위센서에서 감지되는 횡변위정보는 아날로그 형태의 신호이다.

한편, 상기 데이터수집수단(200)은 궤도 레일(10)의 좌굴을 발생시킬 수 있는 요인들 예를 들어, 대기온도와 이에 따른 레일온도, 궤도 도상횡저항력 및 도상종저항력, 궤도의 기하학적 및 재료적 특성, 궤도의 관리상태, 철도차량의 주행효과 등을 확률적으로 고려하여 좌굴 발생 위험도를 확률적으로 평가할 수 있는 좌굴 위험 평가 프로그램이 내장된다.

이와 같은 데이터수집수단(200)은 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)으로부터 축력정보 및 횡변위정보를 수집하여 좌굴 위험도를 평가하게 된다.

이때, 상기 데이터수집수단(200)은 하나 이상의 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)으로부터 레일에 대한 축력정보 및 횡변위정보를 수집하게 되며 위치에 따른 변화량을 확인할 수 있게 된다.

이를 위해 상기 데이터수집수단(200)은 하나 이상의 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)을 구성하는 축력감지기(110)로부터 아날로그 형태의 축력정보와 횡변위감지기(120)로부터 아날로그 형태의 횡변위정보가 입력되면 이를 디지털화하는 A/D컨버터부(210)와, 상기 A/D컨버터부(210)를 통해 디지털화된 축력정보 및 횡변위정보가 저장되며 좌굴 발생 위험도를 확률적으로 평가할 수 있는 좌굴 위험 평가 프로그램이 내장되는 메모리부(220)와, 상기 축력정보 및 횡변위정보를 이용하여 레일의 좌굴 위험을 연산처리하는 제어부(230)와, 상기 연산처리 결과를 디스플레이하는 디스플레이부(240)와, 각종 기능을 사용자가 조작할 수 있는 조작부(250)와, 구동 전원을 공급하는 전원부(255)로 구성된다.

한편, 상기 데이터수집수단(200)은 상기 제어부(230)의 연산처리 결과 좌굴의 위험이 있는 것으로 판정되는 경우, 그 위험을 경고하기 위한 경고수단(300)으로 제어신호를 전송하여 구동시키게 된다.

이와 같은 경고수단(300)은 부저나 경광등과 같은 음성출력기 또는 램프와 같은 표시기 중에 어느 하나 이상 선택적으로 구성될 수 있다.

한편, 상기 데이터수집수단(200)은 감지된 정보를 외부의 서버(400)로 전송하여 서버에서 데이터를 통합관리할 수 있도록 하기 위해 인터페이스부(260)가 더 구비된다.

이와 같은 인터페이스부(260)는 상기 서버(400)와 연동될 수 있도록 하며 데이터송수신을 하는 통로 기능을 하게 된다.

이하, 도 2 내지 도4를 참고로 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 과정을 상세히 설명한다.

레일(10)의 일측에 설치되는 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)은 혹서기 등의 온도변화에 따라 수축 및 팽창하는 경우 레일(10)의 전후방향으로 축력이 작용하게 되며, 그와 같은 축력이 과도한 경우 레일(10)이 횡방향으로 급격히 변형될 수 있다.

즉, 궤도 주변 및 레일(10)의 온도가 상승하는 경우 레일(10)이 길이방향으로 팽창하게 되어 그 축력이 증가하게 되고, 온도가 낮아지면 레일(10)이 수축하게 되어 축력이 감소하게 되며, 이와 같은 축력의 변화량을 이용하여 좌굴 위험도를 판정할 수 있다.

이때, 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단(100)의 축력감지기(110)를 통해 레일(10)의 축력을 측정(S100)하게 된다.

이와 같은 레일(10)의 축력정보는 데이터수집수단(200)의 A/D컨버터부(210)를 통해 디지털화된 데이터로 변환된다.(S110)

한편, 상기 데이터수집수단(200)의 메모리부(220)에는 레일온도, 궤도 도상횡저항력 및 도상종저항력, 궤도의 기하학적 및 재료적 특성, 궤도의 관리상태, 철도차량의 운행 특성에 관한 정보가 저장되며, 실시간 업데이트 된다.(S120)

그리고, 상기 좌굴 위험 평가 프로그램을 구동(S130)하여, 상기 단계(S110)의 레일 축력정보와 단계(S120)의 각종 궤도정보를 이용하여 좌굴 발생 위험도를 확률적으로 평가하게 된다.(S140)

즉, 예를 들어 궤도 주변의 온도 및 레일(10)의 온도가 기준 허용치를 초과하고 계측된 레일 축력정보가 허용치를 초과하는 경우, 좌굴 발생 위험 확률이 증가하게 된다.

한편, 데이터수집수단(200)은 상기 좌굴 확률을 계산한 산출값이 허용치를 초과하는지를 비교(S150)하여, 허용치를 초과하는 경우 경고를 위한 경보신호를 출력하여 경고수단(300)을 구동(S160)하여 신속한 조치가 이루어지도록 한다.(S170)

한편, 레일(10)의 축력 측정과는 별개로 횡변위감지기(120)를 통해 레일(10)의 횡방향으로의 변위에 대한 정보를 측정(S180)하게 된다.

이때, 상기 궤도 레일(10)에 횡변위가 발생되는 경우, 그 진전속도에 따라 좌굴 위험도를 판정할 수 있게 된다.

즉, 레일(10)의 횡변위 진전속도가 느린 경우 일반적인 요인에 의한 궤도의 횡변위가 발생되는 경우로 판정할 수 있고, 진전속도가 상대적으로 빠르게 증가하는 경우에는 좌굴에 의해 궤도의 횡변위 발생으로 판정할 수 있다.

이와 같은 레일(10)의 횡변위정보 역시 데이터수집수단(200)의 A/D컨버터부(210)를 통해 디지털화된 데이터로 변환되어 입력되며 이를 이용하여 횡변위가 발생하였는지를 비교하게 된다.(S190)

상기 단계(S190)를 통해 횡변위가 발생되었는지를 비교한 결과 횡변위가 발생한 경우 횡변위가 다시 원위치로 복원되었는지를 설정시간 후에 다시 비교하게 된다.(S200)

상기 단계(S200)에서 비교한 결과 레일(10)의 횡변위가 복원된 경우 그 과정 에서의 레일(10) 횡변위 진전속도가 기준속도를 초과하였는지를 비교하게 된다.(S210)

상기 단계(S210)를 통해 기준속도를 초과하여 빠르게 황변위의 진전이 이루어지는 경우 상기 단계(S160)으로 분기하여 좌굴 경보를 발령하고, 기준속도를 초과하지 않고 상대적으로 느리게 횡변위의 진전이 이루어지는 경우 모니터링 하는 단계(S220)로 분기하여 좌굴 여부를 감시하게 된다.

한편, 상기 단계(S150)를 통해 좌굴 확률 산출값이 허용치를 초과하는지를 비교하여 허용치를 초과하지 않는 경우에도 상기 단계(S220)로 분기하여 좌굴 여부를 계속적으로 감시하게 된다.

또한, 상기 단계(S190)를 통해 횡변위가 발생하지 않거나, 상기 단계(S200)를 통해 횡변위 복원이 이루어지지 않는 경우에도 상기 단계(S220)로 분기하여 좌굴 여부를 계속적으로 감시하게 된다.

이와 같은 제어 흐름에 따라 연속적이면서도 실시간으로 궤도 레일(10)의 좌굴 가능 여부를 확인할 수 있어, 종래와 같이 검수자가 현장에 주기적으로 투입되어 레일(10)의 상태를 확인할 필요가 없게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변 형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 철도 궤도의 좌굴 현상으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 철도궤도의 좌굴 가능 여부를 감지하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템에 관한 것이다.

도 1은 일반 궤도에서의 좌굴 발생 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템 상세 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 철도 궤도의 좌굴 감시 제어 흐름도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 레일 100: 레일 축력 및 횡변위 감지수단

110: 축력감지기 120: 횡변위감지기

200: 데이터수집수단 210: A/D컨버터부

220: 메모리부 230: 제어부

240: 디스플레이부 250: 조작부

260: 인터페이스부 300: 경고수단

400: 서버

Claims (9)

1. 궤도 레일의 축력 및 횡변위를 감지하는 레일 축력 및 횡변위 감지수단과;

   상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단으로부터 입력되는 축력정보 및 횡변위정보를 수집하여 좌굴 위험도를 판별하는 데이터수집수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단은 궤도 레일의 축력을 감지하여 축력정보를 출력하는 축력감지기와, 레일의 횡변위를 감지하여 횡변위정보를 출력하는 횡변위감지기로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 축력감지기는 광섬유센서인 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 횡변위감지기는 변위센서인 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 데이터수집수단은;

   상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단으로부터 측정되는 아날로그 형태의 축력정보와 횡변위정보를 디지털화하는 A/D컨버터부와, 좌굴 발생 위험도를 확률적으로 평가할 수 있는 좌굴 위험 평가 프로그램이 내장되는 메모리부와, 상기 A/D컨버터부를 거쳐 변환된 축력정보 및 횡변위정보를 이용하여 레일의 좌굴 위험을 연산처리하는 제어부와, 상기 연산처리 결과를 디스플레이하는 디스플레이부와, 사용자가 조작을 위한 조작부와, 구동 전원을 공급하는 전원부로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제어부의 연산처리 결과 좌굴의 위험이 있는 것으로 판정되면 작동되는 경고수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
7. 제 5항에 있어서,

   외부의 서버로 데이터를 전송하기 위한 인터페이스부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 데이터수집수단은 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단에서 레일의 축력정보가 입력되면 기준 허용치와 비교하여 기준 허용치를 초과하면 좌굴 발생 위험 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 데이터수집수단은 상기 레일 축력 및 횡변위 감지수단에서 레일의 횡변위정보가 입력되면 그 횡변위 진전속도가 기준 속도에 비해 빠르게 증가하는 경우에는 좌굴 발생 위험 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 좌굴 감시 시스템.

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