KR20150127921A - 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법 - Google Patents

컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도를 통한 육상운송이나 해상운송 시 발생하는 동적하중조건에서 탱크컨테이너로 대표되는 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 탱크컨테이너가 설치되는 화차와, 상기 화차에 연결 설치되어 화차를 견인하는 트랙터와, 상기 화차 및 트랙터가 이동하는 선로와, 상기 선로의 일측 단부에 설치되는 충돌고정벽과, 상기 화차의 전면에 설치되는 완충장치와, 화차 및 선로 변에 설치되어 화차의 충돌 속도를 측정하는 속도측정부와, 상기 화차의 충돌지점과 인접한 탱크컨테이너에 설치되는 가속도측정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법{Shock Response Spectrum measuring system and methods for a dynamic test of the tank container}
본 발명은 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도를 통한 육상운송이나 해상운송 시 발생하는 동적하중조건에서 탱크컨테이너로 대표되는 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탱크컨테이너와 같은 컨테이너형 수송용기는 액화천연가스를 포함하는 위험물의 컨테이너 수송을 위해 사용되는 전용 용기로써, 육상 또는 해상 운송과정에서 발생할 수 있는 충격하중을 견딜 수 있도록 설계된다.
이러한 컨테이너형 수송용기의 내충격성 검증을 위한 충돌시험은 철도운송 시 발생하는 동적하중조건에서 컨테이너형 수송용기의 길이방향 저항력을 검증하기 위해 이루어지는데, ISO 1496-3, UN 위험물수송규정 등에 근거하여 이루어진다.
일례로, 컨테이너형 수송용기의 충돌시험과 관련하여 ISO 1496-3 규정에는 시험 후 컨테이너형 수송용기에 사용상 문제가 될 만한 누수, 영구변형 및 이상이 발생하지 않아야 하고 컨테이너의 취급 및 고정에 영향을 미치는 치수의 변화가 없어야 한다는 내용 및 한 번의 충돌에서 3Hz ~ 100Hz 까지의 모든 주파수 범위에서 최소 충격응답스펙트럼(SRS; Shock Response Spectrum) 이상의 SRS가 두 모서리 잠금부위에서 발생되도록 충격을 가하여야 한다는 내용 등이 포함되어 있다.
이때, 상기 충격 응답 스펙트럼은 , 여러가지 고유 진동수의 용수철 - 매스 모델에 발생하는 가속도(충격 응답: SR)의 최대치를 고유 진동수 마다 플롯한 것으로, 컨테이너형 수송용기의 충돌시험시 충격 응답 스펙트럼을 규정된 값 이상 발생시키는지 여부에 따라 시험의 합격 또는 불합격을 판정하게 된다.
하지만, 현재까지 개발된 충돌시험장치 또는 방법들은 대부분 자동차의 충돌시험과 관련된 것들이고, 상기 규정들을 만족시키는 지 여부를 확인할 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 위한 시스템 및 방법이 존재하고 있지 않은 실정이다.
그리고, 충격 응답 스펙트럼을 측정할 수 있도록 하는 시스템 및 방법 또한 현재까지 개발되어 있지 않은 실정이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1317022호(2013. 10. 11. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 구성에 의해 중량의 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 정확하고 안전하게 실시할 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 철도를 통한 육상운송이나 해상운송 시 발생하는 동적하중조건에서 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하여 탱크컨테이너 충돌시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
탱크컨테이너가 설치되는 화차와, 상기 화차에 연결 설치되어 화차를 견인하는 트랙터와, 상기 화차 및 트랙터가 이동하는 선로와, 상기 선로의 일측 단부에 설치되는 충돌고정벽과, 상기 화차의 전면에 설치되는 완충장치와, 화차 및 선로 변에 설치되어 화차의 충돌 속도를 측정하는 속도측정부와, 상기 화차의 충돌지점과 인접한 탱크컨테이너에 설치되는 가속도측정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 완충장치는 화차의 전면에 고정 설치되는 제1고정지그와, 상기 제1고정지그에 체결 고정되는 완충기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1고정지그와 완충기는 화차의 전면 좌,우 양측에 각각 한 쌍씩 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 속도측정부는 화차의 일측면에 설치되는 제2고정지그와, 상기 제2고정지그에 연결 설치되는 속도측정봉과, 선로 변에 설치되는 고정프레임 및 상기 고정프레임에 서로 일정 거리만큼 이격되어 설치되는 제1 및 제2레이저센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 속도측정부는 화차의 일측면에 설치되는 스케일바가 형성된 표적지와, 선로 변에 설치되어 표적지를 촬영하는 고속카메라를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 가속도측정부는 컨테이너의 하단 모서리부분 양측에 설치되는 마운팅 플레이트와, 상기 마운팅 플레이트에 체결 고정되는 제1 및 제2가속도계 및 상기 제1 및 제2가속도계에 연결 설치되는 데이터수집장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화차와 컨테이너의 무게를 측정하기 위한 무게측정용 기중기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 충격응답스펙트럼 측정을 위한 탱크컨테이너의 충돌시험방법은,
탱크컨테이너가 설치될 화차의 전면에 완충장치를 설치하는 완충장치 설치단계와, 기중기를 이용하여 완충장치가 설치된 화차와 탱크컨테이너의 무게를 각각 측정하는 무게측정단계와, 충격응답스펙트럼(SRS)의 계산에 사용될 데이터의 측정을 위한 장비들을 설치하는 측정장비 설치단계와, 트랙터를 구동시켜 충돌고정벽에 완충장치와 측정장비가 설치된 화차를 충돌시키는 충돌시험단계와, 충돌시험단계 이후 측정장비에 의해 측정된 값을 이용하여 충격응답스펙트럼을 구하고 분석하는 충격응답스펙트럼 분석단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 측정장비 설치단계는, 충돌시험단계에서의 화차의 충돌속도 측정을 위한 속도측정부 설치단계와, 화차의 가속도 측정을 위한 가속도측정부 설치단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충격응답스펙트럼 분석단계에서 분석한 충격응답스펙트럼이 규정된 값 이하인 경우 충돌속도를 변화시켜 충돌시험을 다시 실시하는 재충돌시험단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 동적하중조건에서 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하여 컨테이너형 수송용기 충돌시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 단순한 구성에 의해 중량의 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 정확하고 안전하게 실시할 수 있도록 함과 동시에 그에 따라 보다 정확한 충격응답스펙트럼을 측정할 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 트랙터에 화차가 결합된 모습을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 중 화차의 전면에 완충장치가 설치된 모습을 세부적으로 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 사용되는 속도측정부가 설치된 모습을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 사용되는 속도측정부의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6의 (a),(b)는 본 발명에 사용되는 가속도측정부가 설치된 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 사용되는 데이터수집장치가 설치된 모습을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 9는 도 8에 나타낸 본 발명 중 무게측정단계의 실시 모습을 나타낸 도면.
도 10은 도 8에 나타낸 본 발명 중 충돌시험단계의 실시 모습을 나타낸 도면.
도 11의 (a),(b)는 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 의해 측정된 20톤 및 40톤 탱크컨테이너의 충격응답스펙트럼을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 트랙터에 화차가 결합된 모습을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 중 화차의 전면에 완충장치가 설치된 모습을 세부적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 사용되는 속도측정부가 설치된 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 사용되는 속도측정부의 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 6의 (a),(b)는 본 발명에 사용되는 가속도측정부가 설치된 모습을 세부적으로 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 사용되는 데이터수집장치가 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이며, 도 9는 도 8에 나타낸 본 발명 중 무게측정단계의 실시 모습을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 8에 나타낸 본 발명 중 충돌시험단계의 실시 모습을 나타낸 도면이며, 도 11의 (a),(b)는 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 의해 측정된 20톤 및 40톤 탱크컨테이너의 충격응답스펙트럼을 나타낸 도면이다.
본 발명은 철도를 통한 육상운송이나 해상운송 시 발생하는 동적하중조건에서 탱크컨테이너(180)로 대표되는 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템(100)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 컨테이너형 수송용기(이하, '탱크컨테이너(180)'라 함)가 설치되는 화차(110), 트랙터(120), 선로(130), 충돌고정벽(140), 완충장치(150), 속도측정부(160) 및 가속도측정부(170)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 화차(110)는 충돌시험할 탱크컨테이너(180)가 고정 설치되는 것으로, 선로(130)에서의 충돌시험을 위해 하부에는 철도차륜이 구비되어 있다.
즉, 상기 탱크컨테이너(180)는 수십톤 단위의 대형 중량물이므로 안전한 시험을 위해 시험플랫폼으로 철도차량의 일종인 화차(110)를 사용하는 것이다.
이때, 상기 탱크컨테이너(180)는 그 단면형상이 원형을 이루는 것이 대부분이므로 도 2에 나타낸 바와 같이, 별도의 컨테이너 고정프레임(182)에 탱크컨테이너(180)를 고정시킨 후, 화차(110)의 상부에 설치하게 된다.
다음, 상기 트랙터(120)는 충돌시험시 화차(110)를 견인하여 실제 주행조건과 유사한 가속도를 발생시키기 위해 사용되는 것으로, 전방에 구동 및 운전을 위한 기관실이 형성되어 있고, 후단부에는 화차와의 연결을 위한 연결구(122)가 설치되어 있다.
다음, 상기 선로(130)는 충돌시험시 화차(110)와 트랙터(120)의 이동 통로 역할을 하는 것으로 일반적인 철도차량의 선로가 사용된다.
다음, 상기 충돌고정벽(140)은 충돌시험시 화차(110)의 전두부에 설치되는 완충장치(150)가 충돌되는 것으로 선로의 일측 단부에 설치된다.
이때, 상기 충돌고정벽(140)은 반복적인 충돌시험에도 파손이 발생되지 않도록 콘크리트 등을 이용하여 견고하게 설치되어야 함은 물론이다.
다음, 상기 완충장치(150)는 화차(110)의 전면에 설치되어 충돌시험시 발생되는 충격을 흡수하여 화차(110) 및 탱크컨테이너(180)의 파손을 방지하는 역할을 하는 것으로, 제1고정지그(152)와 완충기(154)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 제1고정지그(152)는 화차(110)의 전면에 설치되어 완충기(154)를 고정 설치할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 완충기(154)는 제1고정지그(152)에 볼트 등의 체결수단에 의해 고정 설치되어 충돌고정벽(140)과 충돌시 발생되는 충격을 흡수하는 역할을 하는 것이다.
이때, 탱크컨테이너(180)의 충돌시험에서 충격 응답 스펙트럼이 ISO 1496-3에 의해 규정된 값 이상으로 발생되기 위해서는 충돌속도가 일정 수준 이상이 되어야 하고, 그에 따라 충돌고정벽(140)과의 충돌시 화차(110) 및 탱크컨테이너(180)에 전달되는 충격량이 상당하므로 상기 제1고정지그(152) 및 완충기(154)를 다수 개 설치하여 보다 효율적인 충격 흡수가 이루어지도록 구성되어 있는데, 제1고정지그(152) 및 완충기(154)가 설치되는 화차(110)의 전면 형상을 고려하면 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1고정지그(152) 및 완충기(154)를 좌,우 각각 한 쌍씩 설치하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 속도측정부(160)는 화차(110) 및 선로(130) 변에 설치되어 화차(110)의 충돌속도를 측정하는 역할을 하는 것으로, 화차(110)의 충돌 속도 및 가속도에 의해 충격응답 스펙트럼이 달라지므로 충돌속도 및 가속도를 정확히 측정하는 것이 무엇보다 중요하다 하겠다.
이때, 상기 속도측정부(160)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2고정지그(162)와, 속도측정봉(164), 고정프레임(166) 및 제1,2 레이저센서(168a,168b)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 제2고정지그(162)는 화차(110)의 일측면에 설치되어 속도측정봉(164)을 화차(110)에 고정시키는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 제2고정지그(162)는 화차(110)의 측면 프레임 하단부에 지면에 수직한 방향으로 설치되어 그 하단부에 볼트 등의 체결수단을 이용하여 속도측정봉(164)을 고정 설치할 수 있도록 구성된 것이다.
다음, 상기 속도측정봉(164)은 제2고정지그(162)의 하단부에 수직방향으로 외측을 향하도록 연결 설치되어 화차(110)의 진행시 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)를 통과하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 고정프레임(166)은 선로(130) 변에 설치되어 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)를 지면 위 일정 높이에 설치할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)가 서로 일정거리만큼 이격되어 동일한 높이에 설치될 수 있도록 형성되어 있다.
다음, 상기 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)는 고정프레임(166)에 일정 거리 이격되어 설치되는 것으로 지면을 향해 레이저를 발생시키는 형태로 고정 설치된다.
즉, 상기 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)가 설치된 고정프레임(166)이 충돌고정벽(140)의 전방 선로변, 즉 충돌 직전 지점의 선로변에 설치되면, 제2고정지그(162)에 의해 화차(110)에 고정 설치된 속도측정봉(164)이 화차(110)가 진행함에 따라 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)의 하부를 통과하게 되고, 그에 따라 제1 및 제2레이저센서(168a,168b) 사이의 거리 및 통과시간을 이용하여 충돌속도를 계산할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 속도측정부(160)의 다른 실시예로 표적지(161)와 고속카메라(163)가 사용될 수도 있는데, 이는 전술한 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)를 이용한 속도측정방법이 외부 교란 등에 의해 레이저 센싱에 문제가 발생하여 충돌속도를 제대로 측정할 수 없는 경우를 대비한 것이다.
보다 상세히 설명하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 표적지(161)는 그 표면에 거리가 일정단위로 표시된 스케일바(161a)가 형성된 것으로, 화차(110)의 측면 프레임에 부착 설치되는 것이고, 상기 고속카메라(163)는 충돌 직전 지점의 선로변에 설치되어 화차(110)가 충돌하는 시점에서의 표적지(161)를 촬영하는 역할을 하는 것이다.
즉, 화차(110)가 충돌고정벽(140)에 충돌하는 시점에서 고속카메라(163)를 이용하여 표적지를 초당 1000 프레임으로 촬영한 후, 촬영된 고속카메라(163)의 영상을 분석하여 충돌속도를 계산할 수 있게 되는 것이다.
다음, 상기 가속도측정부(170)는 화차(110)의 충돌지점과 인접한 탱크컨테이너(180) 또는 탱크컨테이너 고정프레임(182)에 설치되어 충돌시점의 가속도를 측정하는 역할을 하는 것으로, 마운팅 플레이트(172)와 제1 및 제2가속도계(174a,174b) 및 데이터 수집장치(DAS; Data Acquisition System)(176)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 마운팅 플레이트(172)는 제1 및 제2가속도계(174a,174b)의 설치를 위한 것으로, 도 6의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 충돌지점과 인접한 탱크컨테이너 고정 프레임(182)의 양측 하단 모서리 부분에 본드 등의 접착수단에 의해 고정 설치된다.
다음, 상기 제1 및 제2가속도계(174a,174b)는 탱크컨테이너 고정 프레임(182)의 양측 하단 모서리 부분에 설치된 마운팅 플레이트(172)에 볼트 등의 고정수단에 의해 체결 고정되어 충돌시점에서의 가속도를 측정하는 역할을 하는 것으로, 보다 정확한 가속도의 측정을 위해 좌,우 양측에 각각 설치된다.
다음, 상기 데이터 수집장치(176)는 제1 및 제2가속도계(174a,174b)에 연결 설치되어 제1 및 제2가속도계(174a,174b)에 의해 측정된 가속도를 입력받는 역할을 하는 것으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 화차(110)의 상면 프레임에 설치되는 제3고정지그(176a) 상에 고정 설치된다.
한편, 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템(100)은 도 9에 나타낸 바와 같이, 무게측정용 기중기(190)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 무게측정용 기중기(190)는 화차(110)와 탱크컨테이너(180)의 무게 측정을 위해 사용되는 것이다.
즉, 상기 무게측정용 기중기(190)는 테스트에 사용될 탱크컨테이너(180)의 무게를 측정함과 동시에 충격응답 스펙트럼을 구하는 과정에서 사용될 정적하중의 측정을 위해 화차(110)의 무게를 측정하게 되는 것으로, 무게측정용 기중기(190)를 이용하여 탱크컨테이너(180)와 화차(110)를 각각 들어올린 상태에서 무게측정용 기중기(190)에 구비된 무게측정장치(미도시)를 이용하여 정확한 무게를 측정할 수 있게 된다..
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법은 도 8에 나타낸 바와 같이, 크게 완충장치 설치단계(S10)와, 무게측정단계(S20), 측정장비 설치단계(S30), 충돌시험단계(S40) 및 충격응답스펙트럼 분석단계(S50)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 완충장치 설치단계(S10)는 충돌시험에 사용될 완충장치(150)를 화차(110)의 전면에 설치하는 단계에 관한 것이다.
이때, 상기 완충장치 설치단계(S10)는 제1고정지그 설치단계와, 완충기 설치단계로 구분될 수 있는데, 상기 제1고정지그 설치단계는 완충기(154)를 화차(110)의 전면에 고정시킬 수 있도록 하는 제1고정지그(152)를 설치하는 단계에 관한 것으로, 볼트 등의 체결수단을 이용하여 화차(110)의 전면 좌,우 양측으로 각각 한 쌍의 제1고정지그(152)를 체결 고정시킨다.
다음, 상기 완충기 설치단계는 제1고정지그(152) 상에 볼트 등의 체결수단을 이용하여 완충기(154)를 체결 고정시키는 것으로, 본 발명에서는 50kJ급 완충기(152)와 70kJ급 완충기(154)를 각각 두 개씩 사용하였다. 이때, 상기 완충기(154)의 전면이 동일 평면 상에 위치되도록 설치함은 물론이다.
다음, 상기 무게측정단계(S20)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 무게측정장치가 구비된 무게측정용 기중기(190)를 이용하여 완충장치(150)가 설치된 화차(110)와 탱크컨테이너 고정프레임(182)에 고정 설치된 탱크컨테이너(180)의 무게를 측정하는 단계에 관한 것으로, 충격응답 스펙트럼이 계측된 가속도 시간 이력으로부터 등가 정적 가속도(equivalentstatic acceleration)를 주파수의 함수로 표현하는 것이므로, 등가 정적 하중(Equivalent Static Load)의 측정을 위해 무게측정용 기중기(190)를 사용하여 충돌시험에 사용될 화차(110)와 탱크컨테이너(180)의 무게를 정확히 측정하는 것이다.
이때, 상기 무게측정용 기중기(190)를 이용하여 화차(110)와 탱크컨테이너(180)를 각각 들어올린 상태에서 무게측정용 기중기(190)에 구비된 무게측정장치를 이용하여 무게를 측정하게 되는데, 상기 탱크컨테이너(180)의 내부에는 내용적의 약 97%까지 물이 채워지도록 하여 빈 탱크컨테이너(180)의 무게와 물이 채워진 탱크컨테이너(180)의 무게를 각각 측정하며, 물이 채워진 탱크컨테이너(180)의 무게가 시험하고자 하는 탱크컨테이너(180)의 최대중량에 근접하는지 여부를 확인하여야 한다.
또한, 상기 탱크컨테이너(180)의 무게 측정이 완료된 후에는 무게측정용 기중기(190)를 이용하여 탱크컨테이너(180)를 화차(110)의 상부에 고정 설치한다.
다음, 상기 측정장비 설치단계(S30)는 충돌시험 후 충격응답 스펙트럼의 계산에 사용될 데이터들을 측정하기 위한 장비를 화차(110) 및 선로(130) 주변에 설치하는 단계에 관한 것으로, 속도측정부 설치단계(S32)와 가속도측정부 설치단계(S34)로 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 속도측정부 설치단계(S32)는 충돌시험시 화차(110)의 충돌속도를 측정할 수 있는 장비, 즉 속도측정부(160)를 설치하는 단계에 관한 것으로, 먼저 화차(110)의 측면 프레임 중 일측 하단부에 제2고정지그(162)를 아래방향을 향하도록 설치하고, 제2고정지그(162)의 하단부에 속도측정봉(164)을 외측 수직방향으로 고정 설치한다.
다음, 고정프레임(166)에 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)를 서로 일정거리 이격되도록 하여 설치하는데, 이때 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)에서 나오는 레이저가 지면 방향으로 조사되도록 설치한다.
그 후, 고정프레임(166)을 선로 변에 고정 설치하는데, 이때 화차(110)의 전두부에 설치된 완충장치(150)가 충돌고정벽(140)에 충돌하는 시점에 상기 속도측정봉(164)이 제1 및 제2레이저센서(168a,168b)의 아래쪽을 통과하는 위치에 고정 설치함으로써 제1 및 제2레이저센서(168a,168b) 사이의 거리와 속도측정봉(164)의 제1 및 제2레이저센서(168a,168b) 하부 통과시점을 이용하여 화차(110)의 충돌속도를 계산할 수 있도록 한다.
한편, 상기 화차(110)의 타측 측면 프레임, 즉 제2고정지그(162)가 설치된 방향과 반대 방향의 측면 프레임에는 표면에 스케일바(161a)가 형성된 표적지(161)를 설치하고, 충돌지점의 선로(130) 변에는 상기 표적지(161)를 촬영하기 위한 고속카메라(163)를 설치하여 화차(110)의 충돌시점에서 표적지를 촬영할 수 있도록 한다.
다음, 상기 가속도측정부 설치단계(S34)는 충돌시험단계(S40)에서의 화차(110)의 가속도를 측정하기 위한 장비들, 즉 가속도측정부(170)를 화차(110)에 설치하는 단계에 관한 것으로, 가속도계 설치단계와 데이터 수집장치 설치단계로 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 가속도계 설치단계는 화차(110)의 충돌지점과 인접한 탱크컨테이너 고정 프레임(182)의 양측 하단 모서리 부분에 마운팅 플레이트(172)를 본드 등의 접착수단을 이용하여 설치한 후, 마운팅 플레이트(172)의 상부에 볼트 등의 체결수단을 이용하여 제1 및 제2가속도계(174a,174b)를 설치하는 단계에 관한 것으로, 보다 정확한 가속도의 측정을 위해 충돌부분과 가장 인접한 부분에 제1 및 제2가속도계(174a,174b)를 각각 설치하게 된다.
다음, 상기 데이터 수집장치 설치단계는 제1 및 제2가속도계(174a,174b)로부터 측정되는 가속도를 입력받는 데이터 수집장치(176)를 화차(110)의 프레임 상에 설치하는 단계에 관한 것으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 먼저 화차(110)의 상면 프레임 상에 볼트 등의 체결수단을 이용하여 제3고정지그(176a)를 체결 고정시킨 후 상기 제3고정지그(176a)의 상부에 데이터 수집장치(176)를 설치하게 된다.
상기와 같이 제1 및 제2가속도계(174a,174b)와 데이터 수집장치(176)를 화차(110)에 설치한 상태에서 제1 및 제2가속도계(174a,174b)를 데이터 수집장치(176)에 연결시키면 충돌시험시 제1 및 제2가속도계(174a,174b)에서 측정되는 가속도가 데이터 수집장치(176)에 기록된다.
한편, 상기 충돌시험단계(S40)는 모든 시스템적인 구성요소들의 설치가 완료된 후 트랙터(120)의 구동에 의해 화차(110)를 이동시켜 화차(110)의 전면에 설치된 완충장치(150)가 충돌고정벽(140)과 충돌하는 충돌시험을 실시하는 단계에 관한 것으로, 탱크컨테이너(180)가 화차(110)의 상부에 고정 설치된 상태에서 트랙터(120)의 후방과 화차(110)의 후방을 서로 연결시킨 후, 트랙터(120)가 화차(110)를 뒤에서 미는 형태로 트랙터(120)를 구동하여 화차(110)를 충돌고정벽(140) 방향으로 서서히 이동시켜 화차(110)의 전면에 설치된 완충장치(150)와 충돌고정벽(140)이 충돌하게 되면 시험을 종료하는 방식으로 충돌시험을 진행하게 된다.
이때, 화차(110)가 충돌고정벽(140)을 향해 이동하는 과정에서 화차(110)가 미리 정해진 속도에 도달하게 되면, 트랙터(120)와 화차(110) 사이의 연결을 해제시켜 화차(110) 부분만 충돌고정벽(140)에 충돌되도록 함으로써 충돌시 발생하는 충격력이 트랙터(120)에 전달되지 않도록 한다.
이와 같은 충돌시험단계(S40)에서 속도측정부(160)와 가속도측정부(170)는 화차(110)와 충돌고정벽(140)이 충돌하는 시점의 속도와 가속도를 자동으로 측정하게 된다.
다음, 상기 충격응답스펙트럼 분석단계(S50)는 충돌시험단계(S40)가 완료된 후 측정장비 즉, 속도측정부(160)와 가속도측정부(170)에 의해 측정된 값을 이용하여 충격응답스펙트럼을 연산 및 분석하는 단계에 관한 것으로, 충격응답 스펙트럼의 분석은 ISO 1496-3에 의해 규정된 최소 충격응답스펙트럼과의 비교를 통해 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 제1 및 제2가속도계(174a,174b)에서 측정된 가속도 시간 이력으로부터 등가 정적 가속도(equivalent static acceleration)를 주파수의 함수로 표현하여 충격응답 스펙트럼으로 변환하고, 특정 주파수 구분점에서 가속도 피크 절대값의 최대치를 기록하여 충격응답 스펙트럼을 구하는 방식을 사용하게 되는데, 이러한 방식은 종래부터 사용되고 있는 것이고 본 발명에서 청구하고자 하는 바가 아니므로 이에 대한 세부 계산식의 설명은 생략하기로 한다.
또한, ISO 1496-3의 충격응답 스펙트럼에 관한 규정에 의해 시간 이력 데이터는 최소 충돌 전 0.05초부터 충돌 후 2초까지의 데이터를 포함하도록 하고, 데이터의 분석은 옥타브당 30 구분점 이상으로 2Hz ~ 100Hz까지 이루어져야 하며 데이터 분석시 5%의 감쇠비를 사용하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법은 재충돌시험단계(S60)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 재충돌시험단계(S60)는 충격응답스펙트럼 분석단계(S50)에서의 분석결과 ISO 1496-3에 의해 규정된 최소 충격응답스펙트럼 보다 낮은 값이 나온 경우 충돌시험을 다시 실시하는 단계에 관한 것이다.
즉, ISO 1496-3에는 탱크컨테이너(180)의 충돌시험시 발생되는 최소 충격응답 스펙트럼을 규정하고 있으므로 규정된 최소 충격응답 스펙트럼보다 낮게 나온 경우 ISO의 규정 조건을 만족하지 못하게 되므로 최소 충격응답 스펙트럼보다 높은 값이 얻어질 때까지 화차(110)의 충돌속도 및 가속도를 변경하여 충돌시험을 반복하여 실시하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 의해 실시된 20톤 및 40톤 용량의 탱크컨테이너(180) 충돌시험결과 얻어진 충격응답 스펙트럼을 도 11의 (a),(b)에 각각 나타내었다.
도 11의 (a),(b)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2가속도계(174a,174b)가 설치된 지점에서 모두 3Hz ~ 100Hz 사이의 주파수 범위에서 ISO 1496-3에 의해 규정된 최소 충격응답 스펙트럼을 초과하는 충격이 가해졌음을 알 수 있고, 이에 따라 탱크컨테이너(180) 충돌시험의 적합성을 확인할 수 있게 된다.
이와 같이 탱크컨테이너(180) 충돌시험의 적합성이 확인되면, 검사관이 충돌 후 탱크컨테이너(180)의 상태를 검사하여 충돌시험을 마무리하게 된다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템에 의하면 동적하중조건에서 탱크컨테이너(180)의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하여 탱크컨테이너(180) 충돌시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 단순한 구성에 의해 중량의 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 정확하고 안전하게 실시할 수 있도록 함과 동시에 그에 따라 보다 정확한 충격응답스펙트럼을 측정할 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도를 통한 육상운송이나 해상운송 시 발생하는 동적하중조건에서 탱크컨테이너로 대표되는 컨테이너형 수송용기의 충돌시험을 통해 충격응답스펙트럼(SRS)을 측정함으로써 충격응답스펙트럼(SRS)이 규정된 값 이상 발생되는지 여부를 확인할 수 있도록 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템 및 방법에 관한 것이다.
100 : 충격응답스펙트럼 구현 시스템 110 : 화차
120 : 트랙터 122 : 연결기
130 : 선로 140 : 충돌고정벽
150 : 완충장치 152 : 제1고정지그
154 : 완충기 160 : 속도측정부
161 : 표적지 161a : 스케일바
162 : 제2고정지그 163 : 고속카메라
164 : 속도측정봉 166 : 고정프레임
168a : 제1레이저센서 168b : 제2레이저센서
170 : 가속도측정부 172 : 마운팅 플레이트
174a : 제1가속도계 174b : 제2가속도계
176 : 데이터 수집장치 176a : 제3고정지그
180 : 탱크컨테이너 182 : 탱크컨테이너 고정프레임
190 : 무게측정용 기중기
S10 : 완충장치 설치단계 S20 : 무게 측정 단계
S30 : 측정장비 설치단계 S32 : 속도측정부 설치단계
S34 : 가속도측정부 설치단계 S40 : 충돌시험단계
S50 : 충격응답스펙트럼 분석단계 S60 : 재충돌시험단계

Claims (10)

  1. 탱크컨테이너가 설치되는 화차와,
    상기 화차에 연결 설치되어 화차를 견인하는 트랙터와,
    상기 화차 및 트랙터가 이동하는 선로와,
    상기 선로의 일측 단부에 설치되는 충돌고정벽과,
    상기 화차의 전면에 설치되는 완충장치와,
    화차 및 선로 변에 설치되어 화차의 충돌 속도를 측정하는 속도측정부와,
    상기 화차의 충돌지점과 인접한 탱크컨테이너에 설치되는 가속도측정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 완충장치는 화차의 전면에 고정 설치되는 제1고정지그와, 상기 제1고정지그에 체결 고정되는 완충기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1고정지그와 완충기는 화차의 전면 좌,우 양측에 각각 한 쌍씩 설치되는 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 속도측정부는 화차의 일측면에 설치되는 제2고정지그와, 상기 제2고정지그에 연결 설치되는 속도측정봉과, 선로 변에 설치되는 고정프레임 및 상기 고정프레임에 서로 일정 거리만큼 이격되어 설치되는 제1 및 제2레이저센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 속도측정부는 화차의 일측면에 설치되는 스케일바가 형성된 표적지와, 선로 변에 설치되어 표적지를 촬영하는 고속카메라를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가속도측정부는 컨테이너의 하단 모서리부분 양측에 설치되는 마운팅 플레이트와, 상기 마운팅 플레이트에 체결 고정되는 제1 및 제2가속도계 및 상기 제1 및 제2가속도계에 연결 설치되는 데이터수집장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 화차와 컨테이너의 무게를 측정하기 위한 무게측정용 기중기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 시스템.
  8. 탱크컨테이너가 설치될 화차의 전면에 완충장치를 설치하는 완충장치 설치단계와,
    기중기를 이용하여 완충장치가 설치된 화차와 탱크컨테이너의 무게를 각각 측정하는 무게측정단계와,
    충격응답스펙트럼(SRS)의 계산에 사용될 데이터의 측정을 위한 장비들을 설치하는 측정장비 설치단계와,
    트랙터를 구동시켜 충돌고정벽에 완충장치와 측정장비가 설치된 화차를 충돌시키는 충돌시험단계와,
    충돌시험단계 이후 측정장비에 의해 측정된 값을 이용하여 충격응답스펙트럼을 구하고 분석하는 충격응답스펙트럼 분석단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 측정장비 설치단계는,
    충돌시험단계에서의 화차의 충돌속도 측정을 위한 속도측정부 설치단계와, 화차의 가속도 측정을 위한 가속도측정부 설치단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 충격응답스펙트럼 분석단계에서 분석한 충격응답스펙트럼이 규정된 값 이하인 경우 충돌속도를 변화시켜 충돌시험을 다시 실시하는 재충돌시험단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너형 수송용기의 동적시험을 위한 충격응답스펙트럼 구현 방법.


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