KR20170139726A - 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험기의 제어기 및 제어 방법에 관한 것으로; 철도차량의 운행특성을 모사하는 성능시험기의 다중 센서로부터 검출되는 감지신호를 입력받고 상기 성능시험기의 모터장치를 제어하는 지령을 출력하는 제어기와, 상기 성능시험기의 다중 센서 및 모터장치로부터 아날로그 신호를 입력받아 디지털신호로 변환하여 상기 제어기에게 전송하고 상기 제어기의 지령에 따라 아날로그 신호를 상기 성능시험기로 출력하는 입출력보드와, 상기 제어기의 지령에 따라 상기 모터장치를 제어하는 모터드라이버로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치와, 그 성능시험기의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 철도차량용 축접지브러쉬 및 슬립디스크 내마모 성능시험시 실차의 환경을 모사한 내마모시험 환경을 구축하여 실제 철도차량에서 측정된 것과 같은 동적인 수치 변화를 재현하여 시험기의 측정데이터의 신뢰성 확보할 수 있고, 실차시험에 비해 성능시험기를 이용하여 내마모 성능시험을 실시함에 따라 시험 비용의 절감 효과도 있다.

Description

철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법{Automated Earth Brush Wear Tester of Railway Vehicle and Method Thereof}
본 발명은 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 철도차량 운행환경과 차량상태를 모사하여 축접지브러쉬와 슬립디스크의 내마모 성능을 시험하는 과정에서 일정한 제어값에 의한 단순 모사뿐만 아니라 가진프로파일, 속도프로파일, 전류프로파일, 접촉력프로파일을 사용하여 실제 철도차량에서 측정된 동적인 환경변화를 성능시험기에서 재현하여 실차환경을 모사하고, 성능시험기의 정상 작동 및 정지, 안전한 사용을 위한 자동 안전 조종을 할 수 있는 축접지브러쉬 및 슬립디스크 내마모 성능시험기를 위한 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
철도차량은 많은 화물 또는 승객을 이송하는 대단위 교통수단으로, 철도차량 중 전기를 동력원으로 사용하는 차량의 경우, 전체적인 시스템의 전기적 안정성을 위하여 전동차의 전류를 대지(레일)에 연결할 수 있는 축접지시스템이 필수적으로 필요하다.
이에 따라 통상적으로 전기철도차량과 대지(레일)와의 연결은 레일과 윤축 사이에서 이루어지는데, 차량의 차체는 직선운동을 하지만 윤축은 회전운동을 함에 따라 서로 간의 연결을 위해서는 통전성능을 갖는 브러쉬를 사용한다. 이때 축접지브러쉬와 슬립디스크는 상호 회전마찰에 의한 마모로 인해 열차의 안전성과 차축의 수명이 문제가 된다.
한편, 각종 기계장치에 관한 시험장치들이 참고문헌 1(공개특허 제10-2014-0040555호), 참고문헌 2(공개특허 제10-2011-0064997호) 및 참고문헌 3(등록특허 제10-0426970호) 등에 제안된 바 있다.
참고문헌 1은 특정 재료의 내마모성을 평가하기 위한 시험장비로서 재료를 가압한 후 정, 역회전 또는 어느 한 방향으로 회전시켜 마찰계수를 측정하는 마모시험기이며, 참고문헌 2는 핀부시조립체의 마모 실험을 실제 미끄럼베어링에 가해지는 조건과 유사하게 실험하여, 핀부시 조인트 제품의 마찰 특성을 개선할 수 있도록 한 건설장비용 미끄럼베어링의 내마모 특성 시험기에 관한 것이며, 참고문헌 3은 다양한 시험조건을 부여하여 마찰 및 마모시험이 가능하며 실시간으로 다양한 시험결과를 분석할 수 있는 회전기계요소의 다기능 마찰 및 마모시험기에 관한 것이다.
하지만, 이상의 참고문헌들을 통해 제안된 시험 장치들은 철도차량 내의 환경을 모사하여 접지브러쉬와 슬립디스크의 내마모성 및 통전 여부를 측정하고 그 결과를 토대로 축접지브러쉬와 슬립디스크의 성능을 평가하는데 직접적으로 적용하기 어렵다.
이에 철도차량의 운행시 발생하는 축진동 특성, 주행속도 및 가/감속도에 따른 내마모 및 통전성능을 시험하는데 적합한 성능시험기 및 이의 제어를 위한 제어 장치의 제안이 필요한 실정이다.
특히, 기계적 구조를 갖는 내마모 성능시험기를 제어하는 제어 장치를 단순 구조로 설계하는 경우 실차량과 유사한 동적인 시험들을 모사할 수 없으며, 내마모성시험의 특성상 장시간 운용 과정에서 발생되는 예상치 못한 과대마모, 기계적인 고장 등에 대한 대처가 불가능하여 시험기간 동안 관리자의 수시감시가 필요할 수 있다.
참고문헌 1: 공개특허 제10-2014-0040555호 참고문헌 2: 공개특허 제10-2011-0064997호 참고문헌 3: 등록특허 제10-0426970호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험기를 이용해 실차의 동적인 상태 변화를 모사하여 실차 측정과 비슷한 주행환경과 시험결과를 제공할 수 있는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 가진프로파일, 속도프로파일, 전류프로파일, 접촉력프로파일을 이용해 성능시험기를 제어하여 실제 철도차량의 축진동 특성, 축회전수, 통전전류, 접촉력을 재현하고, 이를 통해 실차의 동적인 상태 변화를 모사하여 실차 측정과 비슷한 주행환경과 시험결과를 얻을 수 있는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 거리센서, 온도센서, 진동센서, 모터드라이버, 로드셀 등의 여러 측정센서를 통해 성능시험기의 이상상황을 검지하고, 주행목적에 맞춘 무정차나 역 정차 등의 자동주행모드를 지원하여 안전하고 편리한 시험을 가능하게 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러 본 발명은 자동제어모드의 경우 무정차모드 또는 역 정차모드에 따라 성능시험기를 자동으로 제어하고 시험 진행상태 및 결과를 수집하여 시험결과 리포트를 지원하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
철도차량의 운행특성을 모사하는 성능시험기의 다중 센서로부터 검출되는 감지신호를 입력받고 상기 성능시험기의 모터장치를 제어하는 지령을 출력하는 제어기와, 상기 성능시험기의 다중 센서 및 모터장치로부터 아날로그 신호를 입력받아 디지털신호로 변환하여 상기 제어기에 전송하고 상기 제어기의 지령에 따라 아날로그 신호를 상기 성능시험기로 출력하는 입출력보드와, 상기 제어기의 지령에 따라 상기 모터장치를 제어하는 모터드라이버로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치를 제공한다.
여기서, 상기 성능시험기는 철도차량의 축접지브러쉬 구조를 모사한 축접지브러쉬부와, 상기 축접지브러쉬에 접촉되는 슬립디스크 구조를 모사한 슬립디스크부와, 상기 축접지브러쉬와 슬립디스크가 접촉하여 내마모시험을 수행하고 시험시 발생한 분진을 처리하는 배기부와, 상기 축접지브러쉬 및 슬립디스크로의 통전시험을 위한 전기회로를 구성하는 통전부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 축접지브러쉬부는 철도차량의 축접지브러쉬 구조를 모사하기 위해 축서보모터와, 축서보모터의 구동에 따라 직선운동하는 축접지브러쉬와, 가진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 슬립디스크부는 상기 축접지브러쉬부의 축접지브러쉬에 접촉되는 슬립디스크 구조를 모사하기 위한 것으로, 회전서보모터와, 상기 회전서보모터를 이용하여 회전운동하는 슬립디스크와, 스핀들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기부는 축접지브러쉬와 슬립디스크가 접촉하여 내마모시험을 수행하고 시험시 발생한 분진을 처리하기 위해 분진처리용 배기장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 통전부는 축접지브러쉬 및 슬립디스크로의 통전시험을 위한 전기회로를 구성하기 위해 통전용 전원공급기와 통전회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는 성능시험기를 제어하는 장치제어부와, 상기 성능시험기의 상태를 예측하여 운용여부를 결정하는 안전운용부와, 상기 다중 센서의 계측값과 제어프로파일에 따라 철도차량의 운행특성을 모사하는 운행모사부와, 상기 성능시험기의 제어를 위한 데이터를 연산 및 결정하는 연산 및 로직부와, 상기 성능시험기의 작동 내역을 저장하고 관리자에게 시험정보를 리포트하는 리포트부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 모터드라이버는 성능시험기의 축접지브러쉬부의 축서보모터와 슬립디스크부의 회전서보모터를 구동할 수 있도록 제1 및 제2 모터드라이버로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은;
축접지브러쉬 및 슬립디스크의 내구성 시험을 위한 성능시험기가 가동되어 관리자의 시험시작 지령이 입력되면 다중 센서의 계측값을 분석하여 축접지브러쉬의 위치를 검사하는 제1단계; 상기 축접지브러쉬의 위치를 검사하여 축서보모터가 홈(home)에 위치하면 축서보모터를 구동시켜 축접지브러쉬를 전진시키는 제2단계; 상기 축접지브러쉬와 슬립디스크가 접촉되어 다중 센서의 계측값을 분석하여 접촉력이 요구 접촉력에 도달하는지를 확인하는 제3단계; 및 상기 축접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 요구 접촉력에 도달하면 회전서보모터를 구동하여 슬립디스크를 회전시켜 축접지브러쉬의 내마모시험을 시작하는 제4단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법도 제공한다.
이때, 상기 제 1단계 이후 제2단계 이전에, 상기 축접지브러쉬가 홈(home)이 아닌 기타 위치에 있으면 상기 축서보모터를 구동시켜 축접지브러쉬를 후진시켜 홈(home)으로 이동시키는 제 5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 4단계 이후, 동작프로파일 또는 제어변수값에 따라 성능시험기의 축서보모터, 회전서보모터, 가진기 및 통전회로를 제어하여 차량운행환경을 모사하는 제5단계; 상기 제5단계를 통해 차량운행환경을 모사하면서 안전조건이 정상인지 여부를 확인하는 제6단계; 상기 제6단계를 통해 안전조건이 정상이면 주행거리를 확인하여 설정거리에 미달인지 여부를 확인하는 제7단계; 상기 제7단계를 통해 주행거리를 확인하여 설정거리에 미달이면 관리자의 종료지령의 입력 여부를 확인하는 제8단계; 및 상기 제8단계를 통해 관리자의 종료지령 입력이 없으면 주행을 연산하고 로그파일을 저장하는 제9단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제6단계는, 진동센서에서 계측된 베어링축의 진동크기가 기준치 이하이고, 접지브러쉬와 슬립디스크의 마모량이 기준치 이하이고, 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 기준치 이하이고, 통전회로가 통전되고, 통전회로의 통전 전류량이 기준치 이하이고, 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉 표면의 온도가 기준치 이하이며, 회전서보모터의 지령속도가 오차범위 이내이면 정상으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제6단계에서 상기 안전조건을 비교하여 비정상이면 성능시험기의 구동 전원을 차단하고 비상종료를 수행하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제7단계를 통해 주행거리가 초과되었거나 또는 상기 제8단계를 통해 관리자의 종료지령이 있으면 상기 성능시험기의 통전 및 가진 시험을 중지를 위한 제어신호를 출력하는 제11단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제11단계 후, 회전서보모터의 정지 여부를 확인하는 제12단계; 상기 제12단계를 통해 상기 회전서보모터가 정지한 상태이면 상기 축접지브러쉬의 위치를 확인하여 축서보모터를 홈(home)으로 이동하도록 축서보모터를 구동하는 제13단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량용 축접지브러쉬 및 슬립디스크 내마모 성능시험시 실차의 환경을 모사한 내마모시험 환경을 구축하여 실제 철도차량에서 측정된 것과 같은 동적인 수치 변화를 재현하여 시험기의 측정데이터의 신뢰성 확보할 수 있고, 실차시험에 비해 성능시험기를 이용하여 내마모 성능시험을 실시함에 따라 시험 비용의 절감 효과도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 내마모 성능시험기의 안전기능의 지원으로 안전한 실험 환경의 구축이 가능하고, 다양한 운행환경을 모사하는 동작프로파일로 동적인 차량상태변화의 재현함으로써 성능시험기의 측정데이터에 대한 신뢰성을 확보할 수 있고, 안전정지 기능과 시험계측 정보 및 결과 리포트를 제공하여 안전하고 편리한 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능 시험이 가능하다.
아울러, 본 발명은 축접지브러쉬 뿐만 아니라 슬립디스크 또는 그에 상응하는 팬터그라프 등의 고정물의 회전으로 인한 내마모성 시험용으로도 폭넓게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험기의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험기의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량 축접지브러쉬 및 슬립디스크의 내마모 성능시험기의 통전부 및 통전회로의 상세구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제어기의 제어 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제어기를 구성하는 안전운영부의 제어 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험기의 제어 장치 및 제어 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치(1)는 철도차량 축접지브러쉬 및 슬립디스크의 내구성을 시험하는 성능시험기(10)를 제어하여 철도차량에 사용하는 축접지브러쉬(102)의 내마모 성능을 검증하기 위해 철도차량 운행환경을 모사하여 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)의 내마모 성능 및 통전 성능을 시험한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 성능시험기(10)는 철도차량의 운행 시 발생하는 축진동 특성, 주행속도 및 가/감속도에 따른 동특성을 모사하기 위해 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202) 간의 접촉력을 가하여 실제 차량의 축접지브러쉬를 포함한 차축구조와 주행환경을 모사한 조건에서 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)를 접촉시킨 후 축접지브러쉬(102)는 고정하고 슬립디스크(202)를 회전시켜면서 판토그라프로부터 축접지브러쉬(102)를 통해 대지(레일)로 전달되는 전류흐름에 대한 통전 시험을 진행하여 주행거리에 따른 슬립디스크(202)와 축접지브러쉬(102)의 내마모성을 측정한다.
상기 성능시험기(10)는 철도차량의 축접지브러쉬(102) 구조를 모사한 축접지브러쉬부(100)와, 상기 축접지브러쉬(102)에 접촉되는 슬립디스크(202) 구조를 모사한 슬립디스크부(200)와, 상기 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)가 접촉하여 내마모시험을 수행하고 시험시 발생한 분진을 처리하는 배기부(300)와, 상기 축접지브러쉬(102) 및 슬립디스크(202)로의 통전시험을 위한 전기회로를 구성하는 통전부(400)로 구성된다.
이하, 상기 성능시험기(10)의 구성을 구체적으로 설명한다.
우선 상기 축접지브러쉬부(100)는 철도차량의 축접지브러쉬(102) 구조를 모사하기 위해 축서보모터(104)와, 축서보모터(104)의 구동에 따라 직선운동하는 축접지브러쉬(102)와, 가진기(106) 등을 포함하여 구성된다.
좀 더 구체적으로 설명하면 상기 축접지브러쉬부(100)는 상기 축접지브러쉬(102)를 이동시켜 상기 슬립디스크부(200)의 슬립디스크(202)에 접촉력을 가하기 위한 동력을 발생시키기 위해 회전력을 발생하는 축서보모터(104)와, 상기 축서보모터(104)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 볼스크류(107)와, 상기 볼스크류(107)에 장착되어 직선운동하는 축부하우징(108)과, 상기 슬립디스크부(200)의 슬립디스크(202)의 접촉력을 계측하는 로드셀(110)과, 상기 축부하우징(108)과 연결되어 함께 움직이면서 상기 축접지브러쉬(102)가 장착되는 플레이트(112)와, 상기 축부하우징(108)의 위치측정을 위한 위치센서(114), 상기 축접지브러쉬(102)의 진동 발생을 위한 가진기(106)로 구성된다.
이와 같은 구성에 의해 상기 축서보모터(104)는 제어 장치(1)의 제어에 따라 회전력을 발생하고 그에 따라 상기 축부하우징(108)이 직선운동을 하게 되며, 그에 따라 축접지브러쉬(102)가 직선운동하며 슬립디스크부(200)의 슬립디스크(202)에 접촉되어 마모 시험을 진행할 수 있으며, 로드셀(110)을 통해 접촉력을 계측하고 위치센서(114)를 통해 축부하우징(108)의 위치측정을 수행한다. 물론, 상기 제어 장치(1)는 제어에 따라 진동을 발생하는 가진기(106)의 구동에 따라 실제 철도차량의 구동을 모사할 수 있다.
한편, 상기 슬립디스크부(200)는 상기 축접지브러쉬부(100)의 축접지브러쉬(102)에 접촉되는 슬립디스크(202) 구조를 모사하기 위한 것으로, 회전서보모터(204)와, 상기 회전서보모터(204)를 이용하여 회전운동하는 슬립디스크(202)와, 스핀들(205) 등을 포함하여 구성된다.
좀 더 구체적으로 설명하면 상기 슬립디스크부(200)는 슬립디스크(202)를 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 회전서보모터(204)와, 상기 회전서보모터(204)의 회전력을 전달하는 회전축(206)과, 상기 회전축(206)을 감싸고 상기 회전서보모터(204) 등의 구조물들을 지지하는 디스크부하우징(208)과, 상기 회전축(206)과 함께 회전하며 슬립디스크(202)가 장착되는 브라켓(210)과, 상기 디스크부하우징(208)에 장착되어 진동을 계측하는 진동센서(212)로 구성된다.
이와 같은 구성에 의해 상기 회전서보모터(204)는 제어 장치(1)의 제어에 따라 회전력을 발생하고 그에 따라 상기 회전축(206)과 함께 슬립디스크(202)가 회전하며 축접지브러쉬(102)에 슬립디스크(202)가 접촉되어 마모 시험을 진행하며 진동센서(212)를 통해 디스크부하우징(208)의 진동을 측정할 수 있다.
그리고, 상기 배기부(300)는 상기 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)가 접촉하여 내마모시험을 수행하고 시험시 발생한 분진을 처리하기 위해 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)가 접촉시 내마모 시험을 진행하며 분진처리용 배기장치(302) 등을 포함하여 구성된다.
좀 더 구체적으로 설명하면 상기 배기부(300)는 성능시험기(10)의 격벽(20)으로 이루어져 상기 축접지브러쉬부(100)와 슬립디스크부(200)를 통해 마모 시험시 비산되는 분진을 막기 위해 구조화되어 있으며, 상기 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)의 접촉이 이루어져 내마모시험이 이루어진다. 이와 같은 배기부(300)는 상기 슬립디스크(202)의 두께를 측정하는 레이저센서(304)와, 상기 축접지브러쉬(102)가 접촉된 슬립디스크(202)의 온도 측정을 위한 온도센서(306), 마모 시험시 발생하는 분진을 외부로 배출시키는 배기장치(302)로 구성된다. 이때, 상기 배기장치(302)는 분진을 걸러내는 필터(미도시됨)와 배기용 팬(미도시됨)이 장착되는 공지의 구성으로 이루어진다.
그리고, 상기 통전부(400)는 상기 축접지브러쉬(102) 및 슬립디스크(202)로의 통전시험을 위한 전기회로를 구성하기 위해 통전용 전원공급기(402)와 통전회로(404) 등으로 구성된다.
이와 같은 통전부(400)는 통전시험을 위한 시험전류를 발생시키는 전원공급기(402)와, 상기 통전회로(404) 상에 구비되어 상기 전원공급기(402)의 전류를 통과 및 차단시키는 통전스위치(406)와, 상기 전원공급기(402)의 전류를 상기 슬립디스크(202)와 축접지브러쉬(102)에 흘려보내기 위해 회전하는 상기 슬립디스크(202)에 시험전류를 공급하는 통전브러쉬(408)와, 상기 회전축(206)에 일체로 고정되어 함께 회전하면서 통전브러쉬(408)로부터 전류를 받는 슬립링(410)과, 상기 통전브러쉬(408)를 통해 전달된 전류량을 측정하는 전류계(412)로 구성된다.
즉, 전원공급기(402)에서 발생된 시험전류는 통전스위치(406)의 작동에 따라 통전브러쉬(408), 슬립링(410), 슬립디스크(202), 축접지브러쉬(102), 통전회로(404), 전류계(412), 및 저항부하(414)를 거쳐 전원공급기(402) 순으로 흐르고, 전류계 측정값을 통해 통전여부를 확인할 수 있다.
이상의 성능시험기(10)의 축접지브러쉬부(100)와 슬립디스크부(200)와 배기부(300) 및 통전부(400)를 구성하는 진동센서(212), 레이저센(304)서, 로드(110)셀, 전류계(412), 온도센서(306) 등의 다중 센서와, 축접지브러쉬부(100)의 축서보모터(104)와 슬립디스크부(200)의 회전서보모터(204) 등의 모터장치와, 가진기(106), 통전회로(404) 등은 제어 장치(1)의 제어에 의해 구동되며 그 상태를 현시한다.
이와 같은 본 발명에 따른 상기 제어 장치(1)는 성능시험기(10)의 다중 센서로부터 검출되는 감지신호를 입력받고 성능시험기(10)의 모터장치를 제어하는 지령을 출력하는 제어기(2)와, 상기 성능시험기(10)의 다중 센서 및 모터장치로부터 아날로그 신호를 입력받아 디지털신호로 변환하여 상기 제어기에게 전송하고 상기 제어기(2)의 지령에 따라 아날로그 신호를 출력하는 입출력보드(3)와, 상기 제어기(2) 지령에 따라 상기 모터장치를 제어하는 모터드라이버(4)로 구성된다.
이때, 상기 제어기(2)는 성능시험기(10)의 RS232를 통해 제어를 수행하는 장치제어부(2a)와, 상기 성능시험기(10)의 상태를 예측하여 운용여부를 결정하는 안전운용부(2b)와, 철도차량의 운행특성을 모사하는 성능시험기(10)의 진동센서, 레이저센서, 로드셀, 전류계, 온도센서 등의 다중 센서의 계측값과 가진/통전/접촉력/속도 등의 제어프로파일에 따라 모사하는 운행모사부(2c)와, 상기 성능시험기(10)의 제어를 위한 데이터를 연산 및 결정하는 연산 및 로직부(2d)와, 상기 성능시험기(10)의 작동 내역을 저장하고 관리자에게 시험정보를 리포트하는 리포트부(2e)로 구성된다.
그리고, 상기 모터드라이버(4)는 상기 성능시험기(10)의 축접지브러쉬부(100)의 축서보모터(104)와 슬립디스크부(200)의 회전서보모터(204)를 구동할 수 있도록 제1 및 제2 모터드라이버(4a,4b)로 구성된다.
이하, 상기 제어기(2) 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 안전운용부(2b)는 성능시험기(10)의 이상유무와 주행 목표 완료 여부를 판단하며 진동센서, 레이저센서, 로드셀, 전류계, 온도센서, 서보모터 상태를 계측하고 일정 기준치와 비교하여 안전운용상태 여부를 검사 및 예측한다. 검사한 성능시험기(10)의 상태가 비정상의 범주라면 성능시험기(10)를 비상 종료시키고, 정상 동작이라면 프로세스루프를 계속 진행한다.
상기 성능시험기(10)를 통한 내마모성능시험은 철도차량의 주행에 맞춘 시험으로 철도차량의 정보를 기반으로 주행정보를 연산하며 이는 연산 및 로직부(2d)에서 수행한다. 성능시험기(10)는 지정한 목표주행거리에 도달했거나 관리자의 지령 즉 시험 종료 버튼이 눌린 경우 성능시험기(10)를 정상 종료시킨다.
또한, 각 항목별(가진/통전/접촉력/속도)로 동작프로파일에 의해 제어 목표값을 구하여 입출력보드(3)로 장치제어부(2a)를 통해 전달된다. 동작프로파일(가진/통전/접촉력/속도)의 값은 철도차량에 동적인 상태변화를 기반으로 시간에 따라 변하는 값 또는 상황 조건에 따라 가변적인 값을 설정할 수 있다.
상기 가진프로파일은 진동 주파수, 진폭으로 나누어져 가진기(106)를 제어한다. 평상시에는 통상적인 철도차량의 진동을 나타내는 제1 주파수 가진프로파일이 적용되며, 필요한 경우 분기기나 이음매 등으로 인한 열차충격을 나타내는 낮은 주파수의 제2 주파수 가진프로파일이 적용된다. 제어하는 해당 가진기(106)는 고정된 축접지브러쉬(102)에 진동을 발생시켜 차체와 윤축간의 진동을 모사하게 된다.
상기 속도프로파일은 고정속도 또는 가변속도로 설정할 수 있다. 속도프로파일의 경우 실제 운행패턴에 기반하여 가속도, 감속도, 최고속도, 역간거리 등의 변수로 속도프로파일을 생성하여 사용할 수 있다. 산출된 열차속도는 모사하는 차종의 차륜에 따라 회전수로 변환되어 회전서보모터(204)를 제어한다. 제어한 해당 회전서보모터(204)는 철도차량의 윤축회전을 모사하게 된다.
상기 전류프로파일은 성능시험기(10)에 흐르는 전류의 양에 관한 패턴으로 설정된 프로파일값을 통해 가변적인 전류의 양을 제어한다. 제어된 전류는 통전브러쉬(408)를 통해 고정된 부분에서 회전중인 회전축(206)으로 전달되며, 슬립디스크(202), 축접지브러쉬(102), 가변저항기(414) 등을 거쳐 접지되어 철도차량의 접지전류를 모사하게 된다.
상기 접촉력프로파일은 슬립디스크(202)와 축접지브러쉬(102)간의 접촉력을 변화시키는 것으로 접촉력 증가/감소를 제어한다.
상기 연산 및 로직부(2d)에서 연산된 값을 장치제어부(2a)에 전달하고, 장치제어부(2a)는 전달된 제어값에 따라 입출력보드(3)를 통해 성능시험기(10)를 제어한다. 또한 제어기(2)의 화면에 작동상황을 현시한다.
상기 리포트부(2e)는 성능시험기(10)의 작동상황을 제어기(2)의 메모리에 저장하고, 저장하는 데이터는 현재시간, 주행거리, 속도, 경과시간, 동작상태 또는 비상정지사유, 접촉력, 거리, 진동, 전류, 온도 등이 포함된다.
이와 같은 프로세스 루프 중 성능시험기(10)의 비정상작동 및 제어기(2)가 이상동작을 검지하면 축서보모터(104) 및 회전서보모터(204)의 전원을 차단시켜 즉시 정지시키며, 모든 시험 진행 정보를 리포트부(5)에서 리포팅하여 사용자의 정상복구를 지원한다.
이하, 도 5를 참고로 본 발명에 따른 철도차량 축접지브러쉬 및 슬립디스크의 내구성 시험 과정을 제어기의 제어 흐름에 따라 설명한다.
제어기(1)는 철도차량 축접지브러쉬 및 슬립디스크의 내구성 시험을 위한 성능시험기(10)가 가동되어 관리자의 시험시작 지령이 입력되면 다중 센서의 계측값을 분석하여 성능시험기(10)의 축접지브러쉬(102)의 위치를 검사한다.(S100)
상기 단계(S100)를 통해 축접지브러쉬(102)의 위치를 검사하여 축접지브러쉬(102)가 홈(home)이 아닌 기타 위치에 존재하는 경우에는 축서보모터(104)를 구동시켜 축접지브러쉬(102)를 후진시켜 홈(home)으로 이동시킨다.(S102)
그리고, 상기 단계(S100)를 통해 상기 축접지브러쉬(102)의 위치를 검사하여 축서보모터(104)가 홈(home)에 위치하면 축서보모터(104)를 구동시켜 축접지브러쉬(102)를 전진시킨다.(S104)
상기 단계(S104)를 진행하면서 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)를 접촉시킨 후 다중 센서의 계측값을 분석하여 접촉력을 확인한다.(S106) 이 경우 요구 접촉력이 미달하는 경우 상기 단계(S104)를 진행한다.
상기 단계(S106)를 통해 축접지브러쉬(102)와 슬립디스크(202)의 접촉력이 요구 접촉력에 도달하면 회전서보모터(204)를 구동하여 슬립디스크(202)의 회전을 시작하며 이를 통한 축접지브러쉬 내마모시험을 시작한다.(S108)
상기 단계(S108)를 시작한 다음 동작프로파일(가진/통전/접촉력/속도) 또는 제어변수값에 따라 축서보모터(104), 회전서보모터(204), 가진기(106), 통전회로(404)를 제어하여 차량운행환경을 모사하여 내마모시험을 수행한다.(S110)
그리고, 상기 단계(S110)를 통해 차량운행환경을 모사하면서 제어기(2)는 안전조건과 주행거리, 관리자의 종료지령을 확인하여 성능시험기(10)를 중지시키거나, 다음 주행상태를 연산하여 다음 프로세스 루프에 사용한다.(S112 ~ S140)
좀 더 상세하게 설명하면 상기 제어기(2)는 상기 단계(S110)를 통해 차량운행환경을 모사하면서 안전조건을 비교(S112)하여 비정상이면, 성능시험기(10)의 구동 전원을 차단(S114)하고 비상종료(S116)를 수행한다.
그리고, 상기 제어기(2)는 상기 단계(S112)를 통해 안전조건이 정상이면, 주행거리가 설정거리에 미달한 상태인지를 비교한다.(S118)
상기 단계(S118)를 통해 주행거리가 미달(초과되지 않은 상태)인 경우 관리자의 종료지령 즉 종료버튼의 입력이 있었는지를 확인한다.(S120)
그리고, 상기 단계(S120)를 통해 종료지령이 없는 경우, 주행을 연산(S122)하고 입출력보드(3)로 출력(S124)하고, 로그파일을 저장(S126)한 후 상기 단계(S112)로 분기한다.
한편, 상기 단계(S118)를 통해 주행거리가 초과되었거나 또는 관리자의 종료지령이 있으면 제어기(2)는 통전 및 가진 시험을 중지를 위한 제어신호를 출력한다.(S128)
상기 단계(S128)를 수행한 후 제어기(2)는 회전서보모터(204)가 정지(속도= "0")인지 여부를 확인(S130)하여, 정지하지 않았으면 회전서보모터(204)를 정지시킨다.(S132)
상기 단계(S130)를 통해 회전서보모터(204)가 정지한 상태이면 상기 축접지브러쉬(102)의 위치를 확인(S134)하여 축서보모터(104)가 홈(home)이 아닌 기타 위치에 있으면 축서보모터(104)를 구동시켜 축접지브러쉬(102)를 후진(S136)시키고, 다시 상기 축접지브러쉬(102)의 위치를 확인(S134)하여 홈(home)으로 판단되면 전원을 차단(S138)한 후 정상종료(S140)한다.
한편, 상기 단계(S110)를 통해 차량운행환경을 모사하여 내마모성능시험이 시작되면 단계(S112)를 통해 안전조건 여부를 체크하며 이는 제어기(2)의 안전운용부(2b)에서 안전운용검사알고리즘을 실행하여 도 6에 도시된 바와 같은 순서로 체크한다.
즉, 제어기(2)의 안전운용부(2b)는 다중 센서의 계측값을 분석하여 진동센서(212)에서 계측된 베어링축의 진동크기가 기준치 이하인지 여부를 비교(S112a), 접지브러쉬와 슬립디스크의 마모량이 기준치 이하인지 여부를 비교(S112b), 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 기준치 이하인지 여부를 비교(S112c), 통전회로(404)의 통전 여부를 비교(S112d), 통전회로(404)의 통전 전류량이 기준치 이하인지 여부를 비교(S112e), 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉 표면의 온도가 기준치 이상인지 여부를 비교(S112f), 회전서보모터(204)의 지령속도가 오차범위 이내인지 여부를 비교(S112g)한다.
이를 통해 단계(S112a)를 통해 진동센서(212)에서 계측된 베어링축의 진동크기가 기준치 이하이고, 단계(S112b)를 통해 접지브러쉬와 슬립디스크의 마모량이 기준치 이하이고, 단계(S112c)를 통해 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 기준치 이하이고, 단계(S112d)를 통해 통전회로(404)가 통전되고, 단계(S112e)를 통해 통전회로(404)의 통전 전류량이 기준치 이하이고, 단계(S112f)를 통해 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉 표면의 온도가 기준치 이하이며, 단계(S112g)를 통해 회전서보모터(204)의 지령속도가 오차범위 이내이면 정상으로 판단(S112h)한다.
물론, 상기 단계(S112a)를 통해 진동센서(212)에서 계측된 베어링축의 진동크기가 기준치를 초과하거나, 단계(S112b)를 통해 접지브러쉬와 슬립디스크의 마모량이 기준치를 초과하거나, 단계(S112c)를 통해 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 기준치를 초과하거나, 단계(S112d)를 통해 통전회로(404)가 통전되지 않거나, 단계(S112e)를 통해 통전회로(404)의 통전 전류량이 기준치를 초과하거나, 단계(S112f)를 통해 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉 표면의 온도가 기준치 미만이며, 단계(S112g)를 통해 회전서보모터(204)의 지령속도가 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단(S112i)한다.
이와 같은 본 발명은 철도차량 차축에 장착되는 축접지브러쉬의 내마모성 및 성능평가용으로 사용할 수 있고, 모터 및 가진기를 이용한 실제 철도차량 차축 부분의 운행환경 모사 기능 및 기술 확보가 가능하고, 축접지브러쉬 뿐만 아니라 슬립디스크 또는 그에 상응하는 팬터그라프 등의 고정물의 회전으로 인한 내마모성 시험용으로도 폭넓게 사용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 제어 장치 2: 제어기
2a: 장치제어부 2b: 안전운용부
2c: 운행모사부 2d: 연산 및 로직부
2e: 리포트부 3: 입출력보드
4: 모터드라이버 10: 성능시험기

Claims (16)

  1. 철도차량의 운행특성을 모사하는 성능시험기의 다중 센서로부터 검출되는 감지신호를 입력받고 상기 성능시험기의 모터장치를 제어하는 지령을 출력하는 제어기와, 상기 성능시험기의 다중 센서 및 모터장치로부터 아날로그 신호를 입력받아 디지털신호로 변환하여 상기 제어기에 전송하고 상기 제어기의 지령에 따라 아날로그 신호를 상기 성능시험기로 출력하는 입출력보드와, 상기 제어기의 지령에 따라 상기 모터장치를 제어하는 모터드라이버로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 성능시험기는 철도차량의 축접지브러쉬 구조를 모사한 축접지브러쉬부와, 상기 축접지브러쉬에 접촉되는 슬립디스크 구조를 모사한 슬립디스크부와, 상기 축접지브러쉬와 슬립디스크가 접촉하여 내마모시험을 수행하고 시험시 발생한 분진을 처리하는 배기부와, 상기 축접지브러쉬 및 슬립디스크로의 통전시험을 위한 전기회로를 구성하는 통전부로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 축접지브러쉬부는 철도차량의 축접지브러쉬 구조를 모사하기 위해 축서보모터와, 축서보모터의 구동에 따라 직선운동하는 축접지브러쉬와, 가진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 슬립디스크부는 상기 축접지브러쉬부의 축접지브러쉬에 접촉되는 슬립디스크 구조를 모사하기 위한 것으로, 회전서보모터와, 상기 회전서보모터를 이용하여 회전운동하는 슬립디스크와, 스핀들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 배기부는 축접지브러쉬와 슬립디스크가 접촉하여 내마모시험을 수행하고 시험시 발생한 분진을 처리하기 위해 분진처리용 배기장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 통전부는 축접지브러쉬 및 슬립디스크로의 통전시험을 위한 전기회로를 구성하기 위해 통전용 전원공급기와 통전회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는 성능시험기를 제어하는 장치제어부와, 상기 성능시험기의 상태를 예측하여 운용여부를 결정하는 안전운용부와, 상기 다중 센서의 계측값과 제어프로파일에 따라 철도차량의 운행특성을 모사하는 운행모사부와, 상기 성능시험기의 제어를 위한 데이터를 연산 및 결정하는 연산 및 로직부로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 성능시험기의 작동 내역을 저장하고 관리자에게 시험정보를 리포트하는 리포트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.

  9. 제 1항에 있어서, 상기 모터드라이버는 성능시험기의 축접지브러쉬부의 축서보모터와 슬립디스크부의 회전서보모터를 구동할 수 있도록 제1 및 제2 모터드라이버로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 장치.

  10. 축접지브러쉬 및 슬립디스크의 내구성 시험을 위한 성능시험기가 가동되어 관리자의 시험시작 지령이 입력되면 다중 센서의 계측값을 분석하여 축접지브러쉬의 위치를 검사하는 제1단계;
    상기 축접지브러쉬의 위치를 검사하여 축서보모터가 홈(home)에 위치하면 축서보모터를 구동시켜 축접지브러쉬를 전진시키는 제2단계;
    상기 축접지브러쉬와 슬립디스크가 접촉되어 다중 센서의 계측값을 분석하여 접촉력이 요구 접촉력에 도달하는지를 확인하는 제3단계; 및
    상기 축접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 요구 접촉력에 도달하면 회전서보모터를 구동하여 슬립디스크를 회전시켜 축접지브러쉬의 내마모시험을 시작하는 제4단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1단계 이후 제2단계 이전에, 상기 축접지브러쉬가 홈(home)이 아닌 기타 위치에 있으면 상기 축서보모터를 구동시켜 축접지브러쉬를 후진시켜 홈(home)으로 이동시키는 제 5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제 4단계 이후, 동작프로파일 또는 제어변수값에 따라 성능시험기의 축서보모터, 회전서보모터, 가진기 및 통전회로를 제어하여 차량운행환경을 모사하는 제5단계;
    상기 제5단계를 통해 차량운행환경을 모사하면서 안전조건이 정상인지 여부를 확인하는 제6단계;
    상기 제6단계를 통해 안전조건이 정상이면 주행거리를 확인하여 설정거리에 미달인지 여부를 확인하는 제7단계;
    상기 제7단계를 통해 주행거리를 확인하여 설정거리에 미달이면 관리자의 종료지령의 입력 여부를 확인하는 제8단계; 및
    상기 제8단계를 통해 관리자의 종료지령 입력이 없으면 주행을 연산하고 로그파일을 저장하는 제9단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제6단계는, 진동센서에서 계측된 베어링축의 진동크기가 기준치 이하이고, 접지브러쉬와 슬립디스크의 마모량이 기준치 이하이고, 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉력이 기준치 이하이고, 통전회로가 통전되고, 통전회로의 통전 전류량이 기준치 이하이고, 접지브러쉬와 슬립디스크의 접촉 표면의 온도가 기준치 이하이며, 회전서보모터의 지령속도가 오차범위 이내이면 정상으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제6단계에서 상기 안전조건을 비교하여 비정상이면 성능시험기의 구동 전원을 차단하고 비상종료를 수행하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.

  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제7단계를 통해 주행거리가 초과되었거나 또는 상기 제8단계를 통해 관리자의 종료지령이 있으면 상기 성능시험기의 통전 및 가진 시험을 중지를 위한 제어신호를 출력하는 제11단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제11단계 후, 회전서보모터의 정지 여부를 확인하는 제12단계;
    상기 제12단계를 통해 상기 회전서보모터가 정지한 상태이면 상기 축접지브러쉬의 위치를 확인하여 축서보모터를 홈(home)으로 이동하도록 축서보모터를 구동하는 제13단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 자동화 시험 방법.
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