KR20150032323A - 철도 차량용 휠 검사 방법 및 검사 장치 - Google Patents

철도 차량용 휠 검사 방법 및 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도 차량에 장착된 철도 차량용 휠을 사용에 의한 마모 및/또는 재료의 결함과 관련하여 검사하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 철도 차량용 휠의 다양한 구성요소를 짧은 시간에 검사할 수 있도록 하는 기술적인 해결책을 만드는 것이다. 더욱 자세하게는, 완성된 철도 차량에 대한 검사 결과가 할당된 검사 장치에 의해서 열차 통과 시간에 준비될 수 있도록, 재정비 모드 상태에서 철도 차량용 휠이 반드시 검사된다. 본 발명의 목적은 구르는 철도 차량용 휠 세트가 할당된 철도 차량이 가이드 되는 레일을 따라서 연결되는 공간상에서 한정된 자기장을 통과할 때 달성된다. 이러한 목적을 위해서, 전자석(4; 5)이 레일들(2; 3)의 사이에 정렬되고 측정 코일은 자속의 변화를 기록하기 위해 구성되는 경우에 본 발명의 장치가 사용된다.

Description

철도 차량용 휠 검사 방법 및 검사 장치{METHOD AND DEVICE FOR INSPECTING RAILWAY WHEELS}
본 발명은 철도 차량에 장착된 철도 차량용 휠을 철도 차량이 동작하는 중에 테스트할 때, 철도 차량용 휠의 사용에 의한 마모 및/또는 재료의 결함을 검사하는 기술적인 솔루션에 관한 것이다.
철도 차량용 휠은 여러 가지 버전들로 알려져 있는데, 예를 들면, 레일을 따라서 구르며 휠 본체 또는 솔리드 재료로 구성된 휠 디스크 위에 수축 끼워 맞춤된 휠 플랜지를 구비한 휠이 있고, 이 경우에 휠 디스크의 구성 요소로서 활주면이 구성된다. 특정 버전에 관계없이, 철도 차량용 휠은 고 부하에 노출되는 휠/레일 시스템의 구성요소이고, 레일과 접촉되기 때문에 불가피하게 마모가 일어나기 쉽다. 특히 선로 변환기(switch)를 지나는 경우에 굽은 트랙 상에서, 레이스웨이는 레일 헤드와 접촉되기 때문에 마모되고, 휠 트랙 플랜지는 레일 헤드의 안쪽 면과 접촉하기 때문에 마모된다. 또한, 휠의 기능성과 관련된 마모뿐만 아니라, 휠에 과적으로 인해서 또는 생산 과정에서의 실수로 인해서 재료적인 결함이 발생될 수 있다. 결과적으로, 차량 작동의 안정성을 계속적으로 보장하기 위해서는, 설정된 방법(초음파, 와전류, 엑스-레이)을 사용하여 수동적으로 또는 반-자동적으로 철도 차량용 휠의 재료적인 결함을 주기적으로 검사하여야 한다. 철도 차량은 아주 많은 개수의 휠 세트를 포함하지만, 이러한 유형을 조사하는 것은 장시간의 동작 정지 시간과 높은 수준의 인력 그리고 대규모의 검사 기술을 요구한다. 이와 관련하여, 다양한 선행 기술에서 검사 방법이 이미 개시되고 있다.
예를 들면, 독일 등록 특허 DE 693 03 989 T2는 바람직한 실시예로, 철도 차량용 휠 제조업자가 철도 차량용 휠의 잔류 응력 및 경도를 검사하기에 적합한 방법을 개시한다. 이 경도 테스트는 볼 압입 방식으로 수행되고, 잔류 응력 테스트는 초음파를 이용하여 수행된다. 이 검사에서는 측정 기술을 다룰 수 있는 복수의 파지 및 변위 장치를 특징으로 하는 스캐폴드 장치가 사용된다.
독일 등록 특허 DE 103 52 166 B3은 철도 차량용 휠이 장착된 상태에서, 철도 차량용 휠의 활주면의 표면 구성요소를 반자동적으로 작업장에서 측정할 수 있도록 설계된 장치에 관하여 개시한다. 이 경우에는, 휠 세트의 각각의 두 개의 휠을 위한 측정 장치는 측정 플랫폼 위에 배열된다. 양 휠이 어느 정도 상승되고 회전하게 되면, 각각의 휠의 활주면은 측정 빔으로 단계적으로 스캔된다. 측정 빔으로 측정되는, 측정 장치와 상기 휠의 활주면 사이의 거리는 컴퓨터 기술로 평가되어서 표면의 구성요소와 진원도(out-of-roundness)를 추산한다.
독일 출원 공보 DE 11 2006 002 123 T5는 철도 차량용 휠에 분리가능하게 연결되며 그 철도 차량용 휠의 특정한 기하학적 구성요소를 측정할 수 있는 여러 개의 센서, 예를 들면 휠 플랜지 높이 센서 및 휠 플랜지 두께 센서를 구비한 소위 게이지 헤드를 구비한 장치를 개시한다. 이 게이지 헤드는 제어 및 추산 장치에 활성 연결된다.
독일 공개 공보 DE 199 24 781 A1은 철도 차량에 장착된 철도 차량용 휠을 검사하기 위한 추가적인 기술적인 해결책을 개시한다. 이 경우에, 철도 차량은 테스트용 트랙 구간을 낮은 속도로 이동된다. 검사 장치가 철도 차량용 휠과 접촉한 후에, 검사 장치는 테스트용 트랙과 평행한 가이드 레일 상의 직선 운전에 의해 추진되고, 그 철도 차량의 주행 속도와 동일하게 초기에 설정된다.
독일 특허 공보 DE 199 43 744 B4에 개시된 유사한 접근 방법을 포함하는 해결책에서는 바람직한 실시예에서 철도 차량이 정기 검사를 위한 테스트용 트랙을 따라서 정비소로 이동되는 동안에, 휠 플랜지 및 클램핑 에지가 여러 개의 검사 장치들을 이용하여 동시에 검사된다.
비록 많은 기술적인 해결책들이 철도 차량용 휠을 검사하기 위해서 개시되었지만, 여전히 추가적인 발전이 요구된다. 이는 확신할 수 있고 효율적인 검사 기술의 자동화에 대한 계속 증가하는 요구 때문이다.
본 발명의 목적은 마모에 노출된 철도 차량용 휠의 다양한 구성요소 및 그들의 부품들 또는 부품의 일부의 손상 가능성을 밝힐 수 있도록, 수용가능한 비용으로 짧은 시간에 검사될 수 있도록 하는 기술적인 해결책을 만드는 것이다. 더욱 자세하게는, 완성된 철도 차량에 대한 검사 결과가 할당된 검사 장치에 의해서 열차 통과 시간에 준비될 수 있도록, 재정비 모드 상태에서 철도 차량용 휠이 반드시 검사된다. 또한, 다양한 유형의 결함의 발견이 검사 과정에서 반드시 보증되어야 한다.
이러한 과정에서, 본 발명의 목적은 구르는 철도 차량용 휠 세트가 할당된 철도 차량이 가이드 되는 레일을 따라서 연결되는 공간상에서 한정된 자기장을 통과할 때 달성된다. 이러한 목적을 위해서, 본 발명의 장치에는, 레일들의 사이에 정렬된 전자석 및 자속의 변화를 기록하기 위해 구성되는 측정 코일이 사용된다. 유리한 실시예들은 본 발명의 종속항에서 다뤄지고, 기술적인 특징은 설계 예시를 통해서 더욱 자세하게 설명될 것이다.
본 발명에 따르면, 철도 차량용 휠의 재료 검사는 적재된 구르는 휠 세트를 통과하는 자속을 측정하여 수행된다. 이러한 목적을 위해서, 트랙의 세그먼트는, 좌측 및 우측 레일이 기능적인 측면에서 자석의 극편을 형성하도록 준비된다. 일반적인 버젼의 철도 차량용 휠, 특히 휠 세트 축, 두 개의 휠 디스크, 가능하면 브레이크 디스크 및/또는 드라이브 기어 역시 강자성 철로 이루어진다. 트랙의 하나의 레일에서 다른 레일로 휠을 통과하는 자속은 휠/레일의 헤르츠(Hertzian) 접촉 표면, 상기 축의 휠 디스크의 시트, 교대 하중에 노출된 미리 자화된 회전하는 재료 내부의 소위 바크하우젠 잡음(Barkhausen noise)에 의해서 조절된다. 정확하게 대칭을 이루며 회전하는 휠 본체의 조절은 휠 본체의 구조 또는 활주면에 특이성을 갖는 휠 본체의 조절과 상이하다. 결과적으로, 시그널은 휠의 현재 상태에 따라서 변화한다. 상응하는 시그널 프로필은 휠 세트의 특징에 따라서 특정 휠 세트의 조건으로 분석되고 분류되고 할당된다.
결과적으로, 본 발명은 철도 차량이 운행되는 중에, 장착된 철도 차량용 휠의 재료의 결함을 밝히는 기술적인 솔루션을 제공하고, 그 솔루션의 근본적인 접근 방법은 자속의 변화를 사용하여, 구르는 휠 세트의 고장을 수리하는 것을 포함한다.
도면은 본 발명의 설계 예시를 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 기본 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 측면도이다.
도면의 장치는 철도 차량(미도시)에 장착된 철도 차량용 휠을 검사하기 위해 설계된다. 이 경우에, 휠 세트(1)는 철도 차량이 움직이는 동안에, 좌측 레일(2) 및 우측 레일(3) 사이에 정렬된 전자석을 구비하며 트랙의 일부를 따라서 굴러간다. 그 전자석은 여자기(exciter) 코일(4), 및 자속의 변화를 기록하기 위한 측정 코일로서 작동하는 검출기 코일(5)을 포함한다.
전자석(4; 5)은 바람직한 실시예에서, 트랜스포머 금속판 또는 페라이트로 구성되어서 측정 시그널 내부에서 와전류가 낮게 유지되게 한다. 전자석(4; 5)은 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 레일(2, 3)은, 자속의 변화를 기록하도록 구성된 측정 코일(5)이 구성되어 있는, 전자석으로서 기능하도록 구성된 토대(threshold)(6)에 의해 연결될 수 있다. 대안적으로, 전자석(4; 5)은 운송 기능 없는 토대으로서 레일(2 및 3)들 사이에 장착될 수도 있다. 특정한 버젼과 관계없이, 홀 소자 또는 홀 소자와 기능적으로 동등한 자기장 센서는 레일(2, 3)과 전자석(4; 5) 사이에 포함되어서, 시간에 따라서 빠르게 발생하는 자속의 변화를 기록한다.
바람직한 실시예에서, 모든 경우에서, 두 개의 레일(2; 3)을 포함하는 트랙의 일부에서 세그먼트(7)의 길이와 개수는 (예를 들면 보기(bogie) 안에서) 서로 인접하게 위치된 적어도 두 개의 휠 세트(1)가 동시에 검사되도록 선택된다. 또한, 이러한 트랙 세그먼트(7)의 길이 및 개수가 각각의 세그먼트(7)와 함께 일반적인 철도 차량용 휠의 완전한 회전이 검사될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 요건들은, 예를 들면, 본 발명에 따른 구성을 제한하기 위해서 정하는 것은 아니지만, 각각의 길이가 1.1미터인 네 개의 트랙 세그먼트(7)가 사용된다면 충족될 것이다. 다른 바람직한 실시예에서, 연속적인 세그먼트(7)는 MU-메탈(퍼멀로이) 판(8)에 의해 서로 분리되고 서로 이음판(fishplate)을 형성한다.
철도 차량용 휠의 사용에 의한 마모 및/또는 재료의 결함을 검사하기 위해, 장착된 철도 차량용 휠은, 상응하는 철도 차량이 도 2의 화살표에 나타난 구르는 방향으로 작동하는 것에 따라서 동작이 설정된다. 도 1 및 도 2에 따른 본 발명의 장치의 사용을 사용하면, 구르는 철도 차량의 휠 세트(1)는 공간상에서 한정된 자기장을 통과한다. 자기장은 할당된 철도 차량이 가이드되는 방향을 따라서 레일(2 및 3)에 의해 연결된다. 자속은 회전하는 화살표 모양으로 도시된다. 자속은, 특히 휠과 레일간의 구름 접촉, 휠 하중, 휠 세트(1)의 재료의 구조에 의해서 영향을 받는 측정 시그널을 유도한다. 이러한 측정 시그널을 추산하면, 검사된 철도 차량용 휠 세트(1)의 재료의 결함 또는 사용에 의한 마모에 관한 내역서를 만들 수 있다.

Claims (8)

  1. 철도 차량에 장착된 철도 차량용 휠을 철도 차량을 운전하는 중에 테스트할 때 상기 철도 차량용 휠의 사용에 의한 마모 및/또는 재료의 결함을 검사하는 방법으로서,
    구르는 철도 차량용 휠 세트가, 할당된 철도 차량이 가이드되는 레일을 관통해 연결되고 공간상에서 한정된 자기장을 통과하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 방법.
  2. 철도 차량에 장착된 철도 차량용 휠을 철도 차량을 운전하는 중에 테스트할 때, 청구항 1에 따른 구르는 철도 차량용 휠 세트가, 할당된 철도 차량이 가이드되는 레일을 관통해 연결되고 공간상에서 한정된 자기장을 통과하는 철도 차량용 휠의 사용에 의한 마모 및/또는 재료의 결함을 검사하는 장치로서,
    자속의 변화를 기록하기 위한 측정 코일이 구성되어 있는 전자석(4; 5)이 레일들(2; 3) 사이에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레일(2; 3)은, 자속의 변화를 기록하기 위한 측정 코일이 구성되어 있는 전자석처럼 기능 하도록 구성된 토대(threshold)(6)에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    홀 소자 또는 홀 소자와 기능적으로 동등한 자기장 센서가 레일(2; 3)과 전자석(4; 5) 사이에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    레일들(2; 3) 사이에 있는 전자석(4; 5)은 트랜스포머 금속판 또는 페라이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    두 개의 레일(2; 3)을 포함하는 트랙 섹션 내의 세그먼트(7)의 길이 및 개수는, 모든 경우에 있어서, 서로 인접하게 위치하는 적어도 두 개의 휠 세트(1)가 동시에 테스트 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    모든 경우에 있어서, 두 개의 레일(2; 3)을 포함하는 트랙 섹션들의 세그먼트(7)의 길이 및 개수는, 정상적인 철도 차량용 휠의 완전한 회전이 테스트 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    모든 경우에 있어서, 두 개의 레일(2; 3)을 포함하는 트랙 섹션들의 연속적인 세그먼트(7)들은 MU-메탈(퍼멀로이) 판(8)에 의해 서로 분리되고 서로 이음판(fishplate)을 형성하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠 검사 장치.
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