KR20160050751A - 철도차량의 차축베어링 검사장치 및 이를 이용한 차축베어링 검사방법 - Google Patents

철도차량의 차축베어링 검사장치 및 이를 이용한 차축베어링 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차축베어링 검사장치에 관한 것으로서, 상기 철도차량이 다양한 주행조건으로 주행되는 주행시험기와; 상기 철도차량의 차축베어링에 인접하게 결합되는 베어링결합지그와; 상기 베이링결합지그에 결합되어 상기 차축베어링으로 와전류를 발생하는 와전류발생기와; 상기 차축베어링의 가속도를 감지하는 가속도센서와; 상기 차축베어링 내부로 초음파를 발생시키는 초음파센서와; 상기 와전류발생기와 상기 가속도센서 및 상기 초음파센서로부터 획득된 진동신호, 완전류신호 및 음향신호를 포함하는 실험데이터를 통해 상기 차축베어링의 이상여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량의 차축베어링 검사장치 및 이를 이용한 차축베어링 검사방법{WHEEL SHAFT BEARING DETECTING APPARATUS FOR TRAIN AND WHEEL SHAFT BEARING DETECTING METHOD USING THEROF}
본 발명은 차축베어링 검사장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 철도차량의 차축베어링의 이상여부를 철도차량으로부터 차축베어링을 분리하지 않고 검사할 수 있는 철도차량의 차축베어링 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량의 차축을 구동하는 차축베어링은 일정 주기별로 손상 및 마모와 같은 결함이 있는지를 검사한다. 차축베어링에 이상이 있는 경우 철도차량의 주행 중 안전사고를 발생시킬 수 있어 차축베어링의 검사는 안전을 위해 정밀하게 수행될 필요가 있다.
이와 관련하여 공개특허 제2000-0064532호에 철도차량 메인모터용 베어링 검사장치"가 개시된 바 있다.
종래 철도차량의 차축베어링의 이상유무를 검사하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 검사차량이 입고되면(S10), 차축에서 차축베어링을 분해한다(S11). 그리고 차축베어링을 분해한 후 내부를 세척하고(S12), 검사자가 육안으로 이상유무를 검사한다(S13). 검사자의 검사가 완료되면, 그리스를 충진하고 차축베어링을 조립한다(S14). 그리고, 차축베어링만 단품으로 무부하 시험을 수행한다(S15). 그리고, 철도차량의 차축에 다시 차축베어링을 재조립하고(S16), 검사차량을 출고한다(S17).
상술한 바와 같은 종래 철도차량의 차축베어링 검사과정은 철도차량으로부터 차축베어링을 분리하여 검사가 진행되고, 검사과정에서 차축베어링만 단품으로 무부하시험을 수행한다.
여기서, 차축베어링은 고도의 정밀도를 요구하는 부품이므로 일단 철도차량의 차축으로부터 분해되면 차축 및 작업장내 이물질에 의해 오염가능성이 높아 차축베어링 오버홀을 반드시 시행해야 한다. 이에 차축베어링 검사를 위해서는 차축베어링의 이상유무에 관계없이 반드시 차축베어링을 분해하고 오버홀하는 과정이 필요하여 검사에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있다.
또한, 종래에는 차축베어링의 무부하시험을 위해 가속도센서가 부착되고, 가속도 센서의 신호를 통해 수신되는 진동주파수를 분석하여 차축베어링의 이상유무를 판별하였다. 이 경우, 무부하시험이므로 실제 다양한 주행조건에서 차축베어링의 이상유무를 확인할 수 없어 검사결과의 신뢰성이 낮은 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 차축베어링을 차축에 결합된 상태로 검사를 수행하여 검사시간과 비용을 절감하고 검사과정을 간소화할 수 있는 차축베어링 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 검사차량을 주행조건으로 주행하면서 가속도 센서는 물론이고 와전류와 초음파를 이용한 시험도 함께 수행하여 검사결과의 신뢰성을 높일 수 있는 차축베어링 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 철도차량의 차축베어링의 이상유무를 검사하는 차축베어링 검사장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 차축베어링 검사장치는, 상기 철도차량이 다양한 주행조건으로 주행되는 주행시험기와; 상기 철도차량의 차축베어링에 인접하게 결합되는 베어링결합지그와; 상기 베이링결합지그에 결합되어 상기 차축베어링으로 와전류를 발생하는 와전류발생기와; 상기 차축베어링의 가속도를 감지하는 가속도센서와; 상기 차축베어링 내부로 초음파를 발생시키는 초음파센서와; 상기 와전류발생기와 상기 가속도센서 및 상기 초음파센서로부터 획득된 진동신호, 완전류신호 및 음향신호를 포함하는 실험데이터를 통해 상기 차축베어링의 이상여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 베어링결합지그에 구비되어 상기 차축베어링의 정보를 식별하는 RFID 리더를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 주행조건에서 정상적인 차축베어링으로부터 획득된 기준실험데이터와 검사용 차축베어링으로부터 획득된 실험데이터를 비교하여 검사용 차축베어링의 이상여부를 판단한다.
일 실시예에 따르면, 상기 베어링결합지그는 상기 차축베어링의 외부로 노출되어 있는 액슬박스 또는 베어링 엔드캡의 형상에 대응되게 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 베어링결합지그와 상기 액슬박스 또는 베어링 엔드캡의 견고한 결합을 위해 결합부재가 구비되며, 상기 결합부재는 영구자석, 전자석 또는 스프링 또는 공압 및 유압을 이용한 압력수단, 고무 또는 실리콘을 이용한 탄성체 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 본 발명의 목적은, 검사차량을 주행시험기에 배치하고, 차축베어링에 베어링결합지그를 설치하는 단계와; 다양한 주행조건으로 상기 검사용 철도차량을 주행시키는 단계와; 상기 차축베어링으로부터 진동신호, 와전류신호 및 음향신호를 수집하는 단계와; 상기 수집된 진동신호, 와전류신호 및 음향신호를 동일 주행조건에서 정상적인 차축베어링으로부터 획득한 기준실험데이터와 비교하여 이상유무를 판단하는 단계와; 상기 차축베어링에 이상이 있는 경우 점검 후 상기 철도차량을 출고하고, 상기 차축베어링에 이상이 없는 경우 상기 철도차량을 즉시 출고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축베어링 검사방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 차축베어링 검사장치는 차축베어링의 검사를 위해 검사차량으로부터 분해 및 조립되는 과정이 생략되므로 검사에 소용되는 시간과 비용을 절약할 수 있다.
또한, 검사 시간과 비용의 절약에 따라 검사 횟수를 늘려 철도차량의 안전운행을 확보할 수 있다.
또한, 차축베어링 측정데이터 이력관리를 통해 정확도 및 유지보수 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 차축베어링 검사과정을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치의 주행시험기에 검사차량이 배치된 상태를 도시한 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치의 베어링결합지그가 차축베어링에 결합된 상태를 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치의 검사과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치(100)를 통해 검사차량(200)이 검사를 수행하는 상태를 도시한 예시도이고, 도 3은 차축베어링 검사장치(100)의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 4는 차축베어링(230)에 본 발명의 베어링결합지그(120)가 결합된 상태를 도시한 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치(100)는 검사차량(200)이 주행되는 주행시험기(110)와, 검사차량(200)의 차축베어링(230)에 인접하게 결합되는 베어링결합지그(120)와, 베어링결합지그(120)에 결합되어 차축베어링(230)의 이상여부를 검사하는 와전류발생기(140)와 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)와, 와전류발생기(140)와 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)로부터 획득된 실험데이터를 통해 차축베어링(230)의 이상여부를 판단하는 제어부(170)를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치(100)는 검사차량(200)이 주행시험기(110)를 통해 주행되면서 차축베어링(230)의 이상여부를 검사하게 되므로, 차축베어링(230)을 검사차량(200)으로부터 분리하지 않아도 되므로 종래 차축베어링(230)의 분리에 의해 발생되던 검사시간과 비용을 줄일 수 있게 된다. 또한, 가속도센서(150) 외에 초음파센서(160)와 와전류발생기(140)를 함께 이용하여 이상여부를 검사하므로 보다 정확하고 신뢰성 있는 검사결과를 얻을 수 있다.
도 2는 주행시험기(110)에 검사차량(200)에 위치된 상태를 도시한 개략도이다. 이 때, 검사차량(200)은 편성 또는 차량 또는 대차 또는 차축 단위 주행시험이 가능한 설비로 분리되어 이동된다. 여기서, 검사차량(200)의 하부에는 차륜(210)이 메인모터(미도시)의 구동력에 의해 회전되게 배치되고, 차륜(210)에는 차축베어링(230)이 배치된다. 차축베어링(230)에는 해당 차축베어링(230)의 제작사, 제작일,이전 점검일, 부착차량 정보가 저장된 RFID 태그(220)가 배치된다.
차축베어링(230)은 검사차량(200)의 종류에 따라 액슬박스(미도시) 내부에 수용되거나, 엔드캡(미도시)에 의해 은폐된다.
주행시험기(110)는 검사차량(200)의 차륜(210)에 대응되게 회전하는 이송바퀴(111)가 구비된다. 이송바퀴(111)는 제어부(170)의 제어에 의해 강제로 회전구동되거나, 차륜(210)의 회전에 연동하여 아이들하게 회전될 수 있다. 주행시험기(110)에서 주행되는 검사차량(200)의 차축베어링(230)으로부터 진동가속도, 음향 정보 등이 발생된다.
도 3에 도시된 바와 같이 베어링결합지그(120)는 차축베어링(230)에 인접하게 배치되어 가속도센서(150), 초음파센서(160) 및 와전류발생기(140)가 차축베어링(230)을 정확하게 검사할 수 있도록 한다. 베어링결합지그(120)는 차축베어링(230)으로부터 외부로 노출된 액슬박스(미도시) 또는 엔드캡(미도시)에 부착된다. 이 때, 베어링결합지그(120)는 차축베어링(230)과 차륜(210)의 회전에 영향을 주지 않는 위치에 부착된다.
베어링결합지그(120)는 차종에 따라 그에 대응되는 액슬박스(미도시) 또는 엔드캡(미도시)의 형상으로 구비된다. 이 때, 결합상태를 안정적으로 유지하기 위해 베어링결합지그(120)와 액슬박스(미도시) 또는 엔드캡(미도시) 사이 또는 외측에 결합부재(121)가 배치될 수 있다.
결합부재(121)는 자력에 의해 베어링결합지그(120)를 차축베어링(230) 측으로 부착시키는 자력부재, 또는 탄성력 또는 공압 또는 유압에 의해 베어링결합지그(120)를 차축베어링(230) 측으로 부착한다. 이를 위해 영구자석 또는 전자석이 사용되거나, 스프링 또는 공압장치 또는 유압장치가 사용될 수 있다. 또한, 경우에 따라 고무탄성체나 실리콘탄성체 등이 사용될 수 있다.
베어링결합지그(120)는 작업자가 수동으로 검사차량(200) 측에 부착하거나, 자동화 장치를 이용해 부착한다.
도 4에 도시된 바와 같이 베어링결합지그(120)에는 와전류발생기(140), 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)가 접촉 또는 비접촉 방식으로 결합된다. 와전류발생기(140)는 차축베어링(230)으로 와전류를 발생시켜 와전류탐상법에 의해 차축베어링(230)의 이상여부를 판단하도록 한다. 가속도센서(150)는 차축베어링(230)에서 발생되는 진동가속도, 음향신호 등을 기초로 차축베어링(230)의 이상여부를 판단하도록 한다. 초음파센서(160)는 차축베어링(230)으로 초음파를 발생시켜 차축베어링(230)의 이상여부를 판단한도록 한다.
와전류발생기(140), 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)는 무선 또는 유선으로 제어부(170)와 연결되어 데이터를 송수신한다.
여기서, 와전류발생기(140)와 초음파센서(160)는 검사차량(200)이 정지된 상태 또는 움직이는 상태에서 선택적으로 사용될 수 있다.
한편, 베어링결합지그(120)에는 RFID 태그(220)의 정보를 읽을 수 있는 RFID 리더(130)가 구비된다. RFID 리더(130)는 검사차량(200)의 RFID 태그(220)에 저장된 정보를 읽어 제어부(170)의 이상유무 판단에 정보를 제공한다.
제어부(170)는 와전류발생기(140), 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)로부터 수신된 실험데이터를 기초로 검사차량(200)의 차축베어링(230)의 이상여부를 판단한다. 제어부(170)는 주행시험기(110)를 구동한 후 와전류발생기(140), 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)로부터 수신되는 진동가속도, 음향신호를 수집하고, 수집된 신호를 비교분석한다.
제어부(170)는 동일 주행조건의 검사차량(200)에서 이상이 없는 정상 차축베어링으로부터 획득한 기준시험데이터와 검사차량(200)의 차축베어링(230)으로부터 획득한 시험데이터를 비교하여 차축베어링(230)의 이상여부를 판단한다.
제어부(170)는 시험데이터를 퓨리에 변환 또는 비파괴 검사법을 이용해 주파수 분석, 특성분석을 수행하여 차축베어링(230)의 이상여부를 판단한다. 제어부(170)는 이상여부를 판단하기 위해 검토한 시험데이터와 측정정보를 저장하여 차후 동일 검사차량의 점검시 차축베어링(230) 특성변화를 추적관리, 학습하여 유효수명 및 정확한 고장유무 판별에 이용하도록 한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치(100)의 검사과정을 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저, 검사차량(200)을 주행시험기(110)로 이동시킨다. 그리고, 검사차량(200)의 차축베어링(230)에 베어링결합지그(120)를 설치하고 주행시험을 실시한다(S110). 이 때, RFID 리더(130)는 RFID태그(220)로부터 차축베어링(230)에 관한 정보를 수집한다. 그리고, 베어링결합지그(120)에 접촉 또는 비접촉식으로 결합된 와전류발생기(140), 가속도센서(150) 및 초음파센서(160)는 차축베어링(230)으로 와전류와 초음파를 발생시킨다(S130).
검사차량(200)의 주행에 따라 차축베어링(230)으로부터 시험데이터를 수집한다. 제어부(170)는 수집된 시험데이터를 퓨리에변환 또는 비파괴검사법 등을 이용하여 주파수 분석과 특성분석을 수행하여 차축베어링(230)의 이상여부를 판단한다(S140).
판단결과 차축베어링(230)에 이상이 있는 경우 해당 차축베어링(230)을 점검한 후 검사차량(200)을 출고한다(S150). 한편, 판단결과 차축베어링(230)에 이상이 없는 경우, 검사차량(200)을 바로 출고한다(S160).
검사차량으로부터 수집한 시험데이터와 이상여부 판단에 사용된 분석정보는 제어부(170)가 저장부(미도시)에 별도로 저장하여, 차후 검사차량의 검사시 또는 동일 또는 유사차량의 검사시에 이용한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 차축베어링 검사장치는 차축베어링의 검사를 위해 검사차량으로부터 분해 및 조립되는 과정이 생략되므로 검사에 소용되는 시간과 비용을 절약할 수 있다.
또한, 검사 시간과 비용의 절약에 따라 검사 횟수를 늘려 철도차량의 안전운행을 확보할 수 있다.
또한, 차축베어링 측정데이터 이력관리를 통해 정확도 및 유지보수 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 차축베어링 검사장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 차축베어링 검사장치 110 : 주행시험기
111 : 시험바퀴 120 : 베어링결합지그
121 : 결합부재 130 : RFID리더
140 : 와전류발생기 150 : 가속도센서
160 : 초음파센서 170 : 제어부

Claims (6)

  1. 철도차량의 차축베어링의 이상유무를 검사하는 차축베어링 검사장치에 있어서,
    상기 철도차량이 다양한 주행조건으로 주행되는 주행시험기와;
    상기 철도차량의 차축베어링에 인접하게 결합되는 베어링결합지그와;
    상기 베이링결합지그에 결합되어 상기 차축베어링으로 와전류를 발생하는 와전류발생기와;
    상기 차축베어링의 가속도를 감지하는 가속도센서와;
    상기 차축베어링 내부로 초음파를 발생시키는 초음파센서와;
    상기 와전류발생기와 상기 가속도센서 및 상기 초음파센서로부터 획득된 진동신호, 완전류신호 및 음향신호를 포함하는 실험데이터를 통해 상기 차축베어링의 이상여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차축베어링 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링결합지그에 구비되어 상기 차축베어링의 정보를 식별하는 RFID 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차축베어링 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 주행조건에서 정상적인 차축베어링으로부터 획득된 기준실험데이터와 검사용 차축베어링으로부터 획득된 실험데이터를 비교하여 검사용 차축베어링의 이상여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차축베어링 검사장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링결합지그는 상기 차축베어링의 외부로 노출되어 있는 액슬박스 또는 베어링 엔드캡의 형상에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차축베어링 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베어링결합지그와 상기 액슬박스 또는 베어링 엔드캡의 견고한 결합을 위해 결합부재가 구비되며,
    상기 결합부재는 영구자석, 전자석 또는 스프링 또는 공압 및 유압을 이용한 압력수단, 고무 또는 실리콘을 이용한 탄성체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차축베어링 검사장치.
  6. 검사차량을 주행시험기에 배치하고, 차축베어링에 베어링결합지그를 설치하는 단계와;
    다양한 주행조건으로 상기 검사용 철도차량을 주행시키는 단계와;
    상기 차축베어링으로부터 진동신호, 와전류신호 및 음향신호를 수집하는 단계와;
    상기 수집된 진동신호, 와전류신호 및 음향신호를 동일 주행조건에서 정상적인 차축베어링으로부터 획득한 기준실험데이터와 비교하여 이상유무를 판단하는 단계와;
    상기 차축베어링에 이상이 있는 경우 점검 후 상기 철도차량을 출고하고, 상기 차축베어링에 이상이 없는 경우 상기 철도차량을 즉시 출고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축베어링 검사방법.
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