KR20180060159A

KR20180060159A - 이동형 레일 표면 개질 장치

Info

Publication number: KR20180060159A
Application number: KR1020160159312A
Authority: KR
Inventors: 장세기
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-06-07
Also published as: KR101912854B1

Abstract

본 발명에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치는, 레일의 높이보다 높은 위치에서 수평 방향으로 형성된 장착 프레임, 레일을 따라 이동형 레일 표면 개질 장치를 이동시킬 수 있도록 레일 표면 위에 배치될 수 있는 위치에서 장착 프레임에 장착된 2개 이상의 바퀴 수단을 포함한 장치 이동 부재, 레일의 표면을 타격 하여 레일의 표면을 개질하기 위한 초음파 나노표면개질(UNSM)수단 및 장착 프레임 하단에서 레일 측면 양측으로 연장되어 형성되며 장착 프레임을 레일에 지지하기 위한 레일 가이드 프레임을 포함한다.

Description

이동형 레일 표면 개질 장치{Movable rail surface modification apparatus}

본 발명은 레일 표면 개질 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 레일을 따라 이동하면서 레일 표면을 초음파 진동으로 개질하는 장치에 관한 것이다.

철도교통은 화물 및 여객 분야에 있어서 육상 교통의 주요한 역할을 담당해 왔으며, 최근에는 고속철도의 대중화에 따라 그 운행횟수의 증가와 함께 더욱 고속화가 진행되고 있고, 이에 따라 철도 차량이 운행하기 위한 레일의 안전점검 및 유지보수에 대한 필요성이 점차 커지고 있다.

철도 레인은 철도 차량의 바퀴가 레일의 헤드 부분과 지속 적으로 접촉하면서 발생하는 진동과 미끄럼에 의해 바퀴와 레일의 접촉 부분에 마찰 및 마모가 발생하게 되며, 이러한 레일의 마모는 소재, 레일의 형상, 곡선부 반경, 선로구배, 열차속도, 선로의 보수상태 및 레일 도유 상태 등에 의해 영향을 받는다.

또한, 고속철도가 등장하면서 1990년대 이후 열차의 속도는 점차 높아지고 운행 빈도도 늘어나고 있으나, 이러한 운행 횟수 및 축증의 증가, 고속화는 철도 레일의 마모를 가속화시키고 있다. 그리고 이에 따라 레일의 유지보수 및 교체시기가 더욱 빨라지게 됨으로써 인해 레일의 유지보수 비용이 증가하게 되는 문제가 발생하고 있다. 이와 같이 최근 철도교통의 발달로 인해 레일은 마모와 함께 피로손상이 더욱 빨리 그리고 더욱 쉽게 노출되고 있으며, 이에 따른 레일의 마모는 철도 차량의 속도 저하, 하중의 제한, 빈번한 유지보수 점검 및 비용 증가 등의 문제가 발생된다.

이에 레일의 손상 주기를 늘리기 위해 레일의 재료 개선, 열처리 표면처리 등의 많은 연구들이 진행되어 왔다. 예를 들어, 실제 선로에서 레일의 헤드 부위의 마모가 심한 구간에는 열처리 과정을 통하여 표면층이 강화되어 내마모성이 증가하도록 열처리된 레일을 사용하고 있다. 그러나 이와 같이 열처리된 레일을 사용하더라도 단지 레일의 교체시기가 조금 늘어나는 것일 뿐, 반복적인 열차운행으로 인해 레일의 마모 및 피로손상이 누적되는 것은 피할 수 없는 한계가 있다.

따라서 반복적인 열차운행으로 인해 레일 마모 및 피로손상이 누적되는 것을 해소할 수 있는 새로운 방법들이 제시되고 있다. 그 중 하나로, 레일 연결부, 용접부위, 곡선부 및 교차부 등과 같은 피로누적 및 손상 부위에 초음파 나노표면개질(UNSM) 기술을 이용하여 표면을 개질하는 것에 의해 피로누적을 회복하고 표면을 강화시키는 방법이 있다. 그러나 레일의 특정 부분만이 아닌 전체적인 선로를 따라 유지 보수할 수 있고, 교체 비용을 절감할 수 있도록 레일 표면 전체를 개질하는 장치나 방법은 없는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-1244048호 한국 등록특허공보 제10-1346968호 한국 등록특허공보 제10-0627699호 한국 등록특허공보 제10-0593194호 미국특허공보 US 5,209,792호

"초음파 나노표면개질기술의 특성과 활용방안 연구" 편영식, 박정현, 조인호, 김창식, 서창민, 대한기계학회논문집 190 A권, 제33권, 제3호, pp. 190~195, 2009.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고, 레일 중 피로가 집중되는 레일 연결부, 용접부위, 곡선부 및 교차부뿐만 아니라 레일 전체의 표면을 개질하여 레일의 전체의 피로마모 특성을 향상시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치는, 레일의 높이보다 높은 위치에서 수평 방향으로 형성된 장착 프레임; 레일을 따라 상기 이동형 레일 표면 개질 장치를 이동시킬 수 있도록 상기 레일 표면 위에 배치될 수 있는 위치에서 상기 장착 프레임에 장착된 2개 이상의 바퀴 수단을 포함한 장치 이동 부재; 상기 레일의 표면을 타격 하여 상기 레일의 표면을 개질하기 위한 초음파 나노표면개질(UNSM)수단; 및 상기 장착 프레임 하단에서 상기 레일 측면 양측으로 연장되어 형성되며 상기 장착 프레임을 상기 레일에 지지하기 위한 레일 가이드 프레임을 포함한다.

바람직하게는, 상기 초음파 나노표면 개질 수단은, 초음파 진동으로 상기 레일 표면을 타격하기 위한 초음파 개질 장치; 상기 초음파 개질 장치를 상기 레일을 기준으로 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시켜 상기 초음파 개질 장치의 타격부가 상기 레일 표면 위에서 위치를 이동시킬 수 있도록 하기 위한 좌표 이동부; 및 상기 좌표 이동부 위에서 상기 초음파 개질 장치를 고정하기 위해 중앙에 상기 초음파 개질 장치를 관통하여 고정하기 위한 홈이 형성된 플랜지부;를 포함한다.

더욱 바람직하게는, 상기 좌표 이동부는, 상기 플랜지부를 수평 방향으로 이동하기 위한 제1 서보모터 및 제1 서보 드라이브를 포함하는 제1 방향 구동부; 및 상기 플랜지부를 수직 방향으로 이동하기 위한 제2 서보모터 및 제2 서보 드라이브를 포함하는 제2 방향 구동부를 포함한다.

한편, 상기 제2 방향 구동부는, 상기 제1 방향 구동부 위에서 상기 제1 방향 구동부와 수직 방향으로 설치된다.

바람직하게는, 상기 제1 방향 구동부는 상기 장착 프레임의 일측 상단에서 상기 제1 서보모터와 상기 제1 서보드라이버를 포함하여 구성되는 제1 모터 이동 구동부와 상기 장착 프레임의 타측 상단에서 상기 제1 모터 이동 구동부와 평행하게 설치된 제1 고정 가이드 이동부를 포함하고, 상기 제2 방향 구동부는, 상기 제1 방향 구동부의 제1 모터 이동 구동부와 제1 고정 가이드 이동부의 일측 상단에서 상기 제2 서보모터와 상기 제2 서보 드라이버를 포함하며 구성되는 제2모터 이동 구동부와 상기 제1 방향 구동부의 제1 모터 이동 구동부와 제1 고정 가이드 이동부의 타측 상단에서 상기 제2 모터 이동 구동부와 평행하게 설치된 제2 고정 가이드 이동부를 포함하며, 상기 제1 고정 가이드 이동부는 상기 제1 모터 이동 구동부와 상기 제2 방향 구동부에 의해 상호 고정되어 상기 제1 모터 이동 구동부의 움직임에 따라 평행하게 따라 움직이며, 상기 제2 고정 가이드 이동부는 상기 제2 모터 이동 구동부와 상기 플랜지부에 의해 상호 고정되어 상기 제2 모터 이동 구동부의 움직임에 따라 평행하게 따라 움직인다.

일 실시예에서, 상기 장착 프레임은 평평한 테이블 형태를 가지며, 중앙 부근에 관통 홈이 형성되어 상기 초음파 개질 수단이 상기 관통 홈을 통과하여 상기 레일 표면으로 닿을 수 있다. 이때, 상기 장착 프레임의 관통 홈은 상기 플랜지부의 홈보다 넓을 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 레일 가이드 프레임은 상기 레일에 상기 레일 가이드 프레임을 고정시키고 상기 레일에 따라 상기 레일 가이드 프레임을 미끄러져 이동시킬 수 있도록 상기 레일 가이드 프레임의 안쪽 측면 위에서 상기 레일 사이에 부착된 롤러부재를 포함한다.

다른 실시예에서, 상기 장착 프레임은 상기 장치 이동 부재의 바퀴가 관통하여 설치될 수 있는 2개 이상의 바퀴 설치 홈을 포함하고, 상기 장치 이동 부재의 바퀴들은 상기 바퀴 설치 홈을 통과하여 설치된다.

또한, 상기 장치 이동 부재는 상기 바퀴를 구동할 수 있도록 상기 장작 프레임 상단에 설치된 개질 장치 이동 모터부를 더 포함하고, 상기 장치 이동 부재의 각 바퀴들의 회전 축은 상기 장착 프레임 위에 위치하여, 상기 개질 장치 이동 모터부와 연결된다. 그리고 상기 바퀴의 대부분은 상기 장착 프레임 위에 존재하며, 상기 바퀴의 일부분만이 상기 바퀴 설치 홈을 통과하여 상기 장착 프레임 아래에 위치한다.

다른 실시예에서, 상기 장치 이동 부재는 상기 장착 프레임과 상기 레일 가이드 프레임 사이에 형성되며 하나 이상의 바퀴가 상기 레일 가이드 프레임 사이 및 상기 레일 표면 위에 배치된다.

또 다른 실시예에서, 상기 이동형 레일 표면 개질 장치는, 한 쌍의 레일 위에 각각 설치된 한 쌍의 동일한 이동형 레일 표면 개질 장치를 구비하고, 상기 한 쌍의 이동형 레일 표면 개질 장치는 상호 고정되어 상기 레일 위를 이동할 수 있다.

본 발명에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치는 레일을 따라 이동하면서 레일 표면을 초음파 나노표면 개질 수단에 의해 피로 및 마모가 누적되는 부위에 초음파 나노표면개질(UNSM)기술을 적용하여, 레일 표면을 강화시키고 내마모성을 향상시키며, 아울러 레일을 따라 쉽게 이동하면서 레일 표면을 개질 할 수 있어, 레일 표면 전체를 쉽게 유지 보수할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 장치 이동 부재 부분을 확대한 확대 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치(10)는 레일(11)의 높이보다 좀 더 높은 위치에서 수평 방향으로 설치되며 전체적으로 테이블과 같은 형태로 이동형 레일 표면 개질 장치(10)의 중심 프레임 역할을 하는 장착 프레임(12), 레일(11)을 따라 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 이동시킬 수 있도록 레일(11) 표면 위에 배치될 수 있는 위치에서 장착 프레임(12)에 장착된 2개 이상의 바퀴(13)를 포함하는 장치 이동 부재(14), 레일(11)의 표면을 따라 이동하면서 레일(11) 표면을 타격하여 레일 표면을 개질하고, 레일 표면 위를 좌우 및 앞뒤로 움직일 수 있는 초음파 나노표면개질(UNSM) 수단(15), 장착 프레임(12)의 하단에서 레일(11) 측면 양측으로 연장되어 형성되며 장착 프레임(12)을 레일에 지지하기 위한 레일 가이드 프레임(16)을 포함한다.

여기서 레일(11)은 기존의 열처리 레일이나 일반 레일의 경우에도 모두 동일하게 적용 가능하다.

한편, 초음파 나노표면 개질 수단(15)은 초음파 진동으로 레일(11) 표면을 타격하기 위한 초음파 개질 장치(17)와, 초음파 개질 장치(17)를 레일(11)을 기준으로 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시켜 상기 초음파 개질 장치(17)의 타격부가 레일 표면 위에서 위치를 이동시킬 수 있게 하기 위한 좌표 이동부(18), 그리고 좌표 이동부(18) 위에서 초음파 개질 장치(17)를 고정하기 위해 중앙에 상기 초음파 개질 장치(17)를 관통하여 고정하기 위한 홈(23)이 형성된 플랜지부(19)를 포함한다.

이때, 좌표 이동부(18)는 플랜지부(19)를 수평방향, 즉 레일의 진행 방향으로 이동시키기 위한 제1 방향 구동부(20)와 플랜지부(19)를 수직 방향, 즉 레일 진행방향 수직인 좌우 방향으로 이동시키기 위한 제2 방향 구동부(21)를 포함한다.

상기 제1 방향 구동부(20)는 제1 서보모터(20c) 와 제1 서보 드라이브(20d)를 포함하여 구성되는 제1 모터 이동 구동부(20a)와 제1 모터 이동 구동부(20a)와 떨어져 마주하여 설치되는 제1 고정 가이드 이동부(20b)를 포함한다. 여기서 제1 모터 이동 구동부(20a)는 장착 프레임(12)의 일측 상단에서 레일(11)과 평행하게 배치되며, 제1 고정 가이드 이동부(20b)는 장착 프레임(12)의 타측 상단에서 제1 모터 이동 구동부(20a)의 반대되는 위치에서 서로 마주보며 배치되고, 제1 모터 이동 구동부(20a)와 마찬가지로 레일(11)과 평행하게 배치된다.

한편, 상기 제2 방향 구동부(21)는 제2 서보모터(21c) 와 제2 서보 드라이브(21d)를 포함하여 구성되는 제2 모터 이동 구동부(21a)와 제2 모터 이동 구동부(21a)와 떨어져 마주하여 설치되는 제2 고정 가이드 이동부(21b)를 포함한다. 여기서 제2 모터 이동 구동부(21a)는 제1 방향 구동부(20)의 제1 모터 이동 구동부(21a)와 제1 고정 가이드 이동부(21b)의 일측 상단에서 레일(11)과 수직한 방향으로 배치되며, 제2 고정 가이드 이동부(21b)는 제1 방향 구동부(20)의 제1 모터 이동 구동부(21a)와 제1 고정 가이드 이동부(21b)의 타측 상단에서 제2 모터 이동 구동부(21a)의 반대되는 위치에서 서로 마주보며 배치되고, 제2 모터 이동 구동부(21a)와 마찬가지로 레일(11)과 수직한 방향으로 배치된다. 이에 따라 제2 방향 구동부(21)는 제1 방향 구동부(20) 위에서 제1 방향 구동부(20)과 수직한 방향으로 설치된다.

그리고 제1 고정 가이드 이동부(20b)는 제1 모터 이동 구동부(20a)와 제2 방향 구동부(21)에 의해 상호 고정되어 제1 모터 이동 구동부(20a)의 움직임에 따라 평행하게 따라 움직이며, 제2 고정 가이드 이동부(21b)는 제2 모터 이동 구동부(21a)와 플랜지부(19)에 의해 상호 고정되어 제2 모터 이동 구동부(21a)의 움직임에 따라 평행하게 따라 움직인다.

이와 같은 좌표 이동부(18)를 통해 초음파 개질 장치(17)는 레일의 이동 방향과 평행하게 또는 수직한 방향으로 이동하여 원하는 위치에 초음파 개질 장치(17)를 이동시킬 수 있게 된다.

이에 따라 초음파 나노표면 개질 수단(15)은 레일(11)의 연결부, 용접부위, 곡선부 및 교차부, 또는 피로누적이나 균열 등이 발생하여 강도가 저하된 부분에 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 옮겨가면서 초음파 개질 장치(17)를 통하여 해당 부위에 초음파 나노표면개질(UNSM)을 행함으로써, 누적피로를 회복하고 강도를 모제와 동등한 수준까지 증가시켜 내구성 및 수명을 증가시키도록 구성된다. 아울러 상기 초음파 개질 장치(17)는 종래의 UNSM 장치 또는 앞으로 개발되는 새로운 UNSM 장치를 이용할 수 있으며, 설명의 간략화를 위해, UNSM 장치에 대한 구체적인 구성이나 작동 방법에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

초음파 개질 장치(17)는 초음파 진동에너지를 응용하여 아주 큰 정적 및 동적 하중이 부가된 볼(ball)로써 접촉 응력 3~30 GPa로 1초에 20,000번 이상의 타격(1,000~100,000회/㎟ 정도)을 금속 표면에 주어, 많은 소성변형 및 탄성변형을 발생시키고, 이로 인해 표층부의 조직을 나노결정 조직으로 개질함과 동시에 아주 크고 깊은 압축잔류응력을 부가한다. 초음파 개질 장치(17)의 자세한 구성은 여기서는 생략되고, 진동자(20kHz 또는 40kHz), 부스터(booster), 혼(horn)을 포함하며, 추가로 혼의 선단에는 볼(ball)과 볼을 고정시켜주는 볼팁(tip)이 위치해 있다.

초음파 개질 장치(17)는 면층에 압축잔류응력을 형성시켜서 구름접촉피로(Rolling Contact Fatigue) 및 응력부식균열에 대한 내구성을 향상시키며, 표면에 직경 1~2 마이크론 크기의 미세한 딤플을 형성시키는 기능을 갖는다. 아울러 마찰계수를 감소시키고 마모율을 낮추는 기능을 한다. 또한, 초음파 개질 장치(17)는 표면 경도를 증가시켜서 마모율을 낮추고 피로한도를 높이는 기능을 하며, 50~200 나노미터 크기의 입도를 갖는 나노결정 구조를 표면층에 형성시키며, 인장강도, 경도, 피로수명 등 마모율 등을 향상시키는 기능을 한다.

한편, 다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 장착 프레임(12)은 평평한 테이블 형태를 가지며, 중앙 부근에는 관통 홈(22)이 형성되어 상기 초음파 개질 수단(17)이 관통 홈(22)을 통과하여 레일(11) 표면으로 닿을 수 있게 한다. 한편 관통 홈(22)은 초음파 개질 장치(17)가 좌우 또는 상하로 충분히 이동할 수 있도록 초음파 개질 장치(17)의 이동 범위보다 더 넓은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 장착 프레임(12)의 관통 홈(22)은 플랜지부(19)의 홈(23)보다 넓어야 한다. 물론 플랜지부(19)의 홈(23)은 플랜지부(19)를 관통하는 초음파 개질 장치(17)를 고정하면 충분하기 때문에 초음파 개질 장치(17)의 단면의 크기에 맞게 또는 약간의 여유를 두고 그 단면보다 조금 넓게 형성되면 충분하다.

레일 가이드 프레임(16)은 장착 프레임(12)의 하단에서 레일(11)의 폭에 맞는 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다. 또한 레일 가이드 프레임(16)에는 이동형 레일 표면 개질 장치(10)가 레일(11) 위에서 흔들리지 않고 레일(11)에 고정될 수 있도록 하는 고정부재 또는 롤러부재(25)를 더 포함할 수도 있을 것이다. 그러나 이동형 레일 표면 개질 장치(10)가 레일(11) 위에서 이동하면서 레일을 개질할 필요가 있기 때문에 레일 가이드 프레임(16)은 레일(11)의 폭에 맞게 또는 약간의 여유를 두고 떨어져 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 이동형 레일 표면 개질 장치(10)가 흔들리지 않게 하기 위해, 아래에 도 5를 참조하여 다시 설명하겠지만, 한 쌍의 레일(11)에 각각 대응되는 한 쌍의 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 두고 이 두 개의 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 서로 연결하여 고정하면, 이동형 레일 표면 개질 장치(10)는 별도의 레일(11)과의 고정부재나 롤러부재(25)를 구비하지 않더라도 레일(11) 위에서 흔들리지 않고 개질 작업을 수행할 수 있을 것이다.

도 4a 및 도 4b는 장치 이동 부재 부분을 확대한 확대 정면도이다.

도 4a를 참조하면, 장치 이동 부재(14)는 바퀴(13)와 개질 장치 이동 모터부(14a)를 포함한다. 도 4a를 참조하면 장착 프레임(12)은 장치 이동 부재(14)의 바퀴(13)가 관통하여 설치될 수 있는 바퀴 설치 홈(13a)을 포함하며, 장치 이동 부재(14)의 바퀴(13)는 상기 바퀴 설치 홈(13a)을 통과하여 장착 프레임(12)의 폭 가운에 설치된다.

이때, 개질 장치 이동 모터부(14a)가 장착 프레임(12) 상단에 배치되게 되면 바퀴의 중심 회전 축도 장착 프레임(12) 위 상단에 위치하게 된다. 이 경우 바퀴(13)의 대부분은 장착 프레임(12) 위에 놓이게 되고 일부분만이 장착 프레임(12) 아래에서 레일(11) 표면 위에 놓이게 된다. 바퀴(13)는 도 4a에 도시된 바와 같이 앞쪽에 2개, 뒤쪽에 2개 총 4개로 구동하는 것이 바람직할 것이다.

한편, 장치 이동 부재(14)의 다른 실시예를 나타낸, 도 4b를 참조하면, 장치 이동 부재(14)는 장착 프레임(12)을 관통하거나 장착 프레임(12) 위에 설치되는 대신, 장착 프레임(12) 아래에서 레일 가이드 프레임(16) 사이에 배치된다. 구체적으로는 장치 이동 부재(14)는 장착 프레임(12)과 레일 가이드 프레임(16) 사이에 배치된다. 그리고 바퀴(13)는 레일(11) 양쪽으로 연장된 한 쌍의 레일 가이드 프레임(16) 사이 및 레일(11) 표면 위에 적어도 1개 이상 배치된다. 도면에는 도시되지 않았지만 개질 장치 이동 모터부(14a)도 장착 프레임(12)와 레일 가이드 프레임(17) 사이에 설치되어 바퀴(13)를 구동시킬 수 있을 것이다.

또한, 필요에 따라 개질 장치 이동 모터부(14a)를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우에는 작업자가 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 수동으로 원하는 위치로 이동시키면서 작업할 수도 있고, 외부 레일 작업 차량 또는 외부 구동형 이송장치에 상기 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 연결하여 외부 작업 레일 차량 차량의 이동에 따라 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 이동시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 다른 이동형 레일 표면 개질 장치(10)는 한 쌍의 레일, 즉, 좌우 레일 각각에 각각 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 설치하고, 이 한 쌍의 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 연결 프레임(24) 또는 레일 작업 차량(미도시)으로 상호 고정 연결될 수 있다. 이러한 실시예에서는 한 쌍의 레일을 동시에 이동하면서 작업을 진행할 수 있게 된다. 아울러, 이와 같이 이동형 레일 표면 개질 장치(10)를 한 쌍의 레일 위에서 한 쌍으로 제작하면, 장치 이동 부재(14)의 바퀴(13)는 각 이동형 레일 표면 개질 장치(10)에서 앞뒤에 각각 1개씩만 설치해도 균형을 쉽게 잡고 이동할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 이동형 레일 표면 개질 장치는 레일을 따라 이동하면서 레일 표면을 초음파 나노표면 개질 수단에 의해 피로 및 마모가 누적되는 부위에 초음파 나노표면개질(UNSM)기술을 적용하여, 레일 표면을 강화시키고 내마모성을 향상시키며, 아울러 레일을 따라 쉽게 이동하면서 레일 표면을 개질 할 수 있어, 레일 표면 전체를 쉽게 유지 보수할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

이동형 레일 표면 개질 장치에 있어서,
레일의 높이보다 높은 위치에서 수평 방향으로 형성된 장착 프레임;
레일을 따라 상기 이동형 레일 표면 개질 장치를 이동시킬 수 있도록 상기 레일 표면 위에 배치될 수 있는 위치에서 상기 장착 프레임에 장착된 2개 이상의 바퀴 수단을 포함한 장치 이동 부재;
상기 레일의 표면을 타격 하여 상기 레일의 표면을 개질하기 위한 초음파 나노표면개질(UNSM)수단; 및
상기 장착 프레임 하단에서 상기 레일 측면 양측으로 연장되어 형성되며 상기 장착 프레임을 상기 레일에 지지하기 위한 레일 가이드 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 나노표면 개질 수단은,
초음파 진동으로 상기 레일 표면을 타격하기 위한 초음파 개질 장치;
상기 초음파 개질 장치를 상기 레일을 기준으로 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시켜 상기 초음파 개질 장치의 타격부가 상기 레일 표면 위에서 위치를 이동시킬 수 있도록 하기 위한 좌표 이동부; 및
상기 좌표 이동부 위에서 상기 초음파 개질 장치를 고정하기 위해 중앙에 상기 초음파 개질 장치를 관통하여 고정하기 위한 홈이 형성된 플랜지부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 좌표 이동부는,
상기 플랜지부를 수평 방향으로 이동하기 위한 제1 서보모터 및 제1 서보 드라이브를 포함하는 제1 방향 구동부; 및
상기 플랜지부를 수직 방향으로 이동하기 위한 제2 서보모터 및 제2 서보 드라이브를 포함하는 제2 방향 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 방향 구동부는, 상기 제1 방향 구동부 위에서 상기 제1 방향 구동부와 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 방향 구동부는 상기 장착 프레임의 일측 상단에서 상기 제1 서보모터와 상기 제1 서보드라이버를 포함하여 구성되는 제1 모터 이동 구동부와 상기 장착 프레임의 타측 상단에서 상기 제1 모터 이동 구동부와 평행하게 설치된 제1 고정 가이드 이동부를 포함하고,
상기 제2 방향 구동부는, 상기 제1 방향 구동부의 제1 모터 이동 구동부와 제1 고정 가이드 이동부의 일측 상단에서 상기 제2 서보모터와 상기 제2 서보 드라이버를 포함하며 구성되는 제2모터 이동 구동부와 상기 제1 방향 구동부의 제1 모터 이동 구동부와 제1 고정 가이드 이동부의 타측 상단에서 상기 제2 모터 이동 구동부와 평행하게 설치된 제2 고정 가이드 이동부를 포함하며,
상기 제1 고정 가이드 이동부는 상기 제1 모터 이동 구동부와 상기 제2 방향 구동부에 의해 상호 고정되어 상기 제1 모터 이동 구동부의 움직임에 따라 평행하게 따라 움직이며,
상기 제2 고정 가이드 이동부는 상기 제2 모터 이동 구동부와 상기 플랜지부에 의해 상호 고정되어 상기 제2 모터 이동 구동부의 움직임에 따라 평행하게 따라 움직이는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 장착 프레임은 평평한 테이블 형태를 가지며, 중앙 부근에 관통 홈이 형성되어 상기 초음파 개질 수단이 상기 관통 홈을 통과하여 상기 레일 표면으로 닿을 수 있는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레일 가이드 프레임은 상기 레일에 상기 레일 가이드 프레임을 고정시키고 상기 레일에 따라 상기 레일 가이드 프레임을 미끄러져 이동시킬 수 있도록 상기 레일 가이드 프레임의 안쪽 측면 위에서 상기 레일 사이에 부착된 롤러부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장착 프레임은 상기 장치 이동 부재의 바퀴가 관통하여 설치될 수 있는 2개 이상의 바퀴 설치 홈을 포함하고,
상기 장치 이동 부재의 바퀴들은 상기 바퀴 설치 홈을 통과하여 설치되는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 장치 이동 부재는 상기 바퀴를 구동할 수 있도록 상기 장작 프레임 상단에 설치된 개질 장치 이동 모터부를 더 포함하고,
상기 장치 이동 부재의 각 바퀴들의 회전 축은 상기 장착 프레임 위에 위치하여, 상기 개질 장치 이동 모터부와 연결되는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 바퀴의 대부분은 상기 장착 프레임 위에 존재하며, 상기 바퀴의 일부분만이 상기 바퀴 설치 홈을 통과하여 상기 장착 프레임 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 장치 이동 부재는 앞 부분에 2개, 뒷 부분에 2개의 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치 이동 부재는 상기 장착 프레임과 상기 레일 가이드 프레임 사이에 형성되며 하나 이상의 바퀴가 상기 레일 가이드 프레임 사이 및 상기 레일 표면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.
제 1 항에 이어서,
상기 이동형 레일 표면 개질 장치는, 한 쌍의 레일 위에 각각 설치된 한 쌍의 동일한 이동형 레일 표면 개질 장치를 구비하고, 상기 한 쌍의 이동형 레일 표면 개질 장치는 상호 고정되어 상기 레일 위를 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동형 레일 표면 개질 장치.