KR20180071689A - 판토그래프 동적 거동 검측시스템 - Google Patents

판토그래프 동적 거동 검측시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20180071689A
KR20180071689A KR1020160174598A KR20160174598A KR20180071689A KR 20180071689 A KR20180071689 A KR 20180071689A KR 1020160174598 A KR1020160174598 A KR 1020160174598A KR 20160174598 A KR20160174598 A KR 20160174598A KR 20180071689 A KR20180071689 A KR 20180071689A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pantograph
data
acceleration
collecting plate
current collecting
Prior art date
Application number
KR1020160174598A
Other languages
English (en)
Inventor
박종국
신성수
Original Assignee
투아이시스(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 투아이시스(주) filed Critical 투아이시스(주)
Priority to KR1020160174598A priority Critical patent/KR20180071689A/ko
Publication of KR20180071689A publication Critical patent/KR20180071689A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/22—Supporting means for the contact bow
    • B60L5/24—Pantographs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/08—Railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/304—Acceleration sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 판토그래프(100)의 집전판(110)은 검측을 요하는 주파수 범위 내에서 강체(rigid body)로 볼 수 있다는 점을 인식하고, 집전판(110)의 각 센서 부착지점에서 3축 방향 가속도와 각속도를 측정하여, 판토그래프(100)의 동적 거동을 파악하고 이를 가시화하여 외력에 의해 판토그래프(100)의 비정상적인 거동이 발생할 경우 이를 신속하게 시각적으로 파악하고 조치를 취하여 사고를 예방할 수 있는 판토그래프 동적 거동 검측시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 판토그래프 동적 거동 검측시스템은 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 한 지점 이상에서 각 지점의 가속도와 각속도를 측정할 수 있도록 형성된 센서(200a, 200b)와, 상기 센서(200a, 200b)의 측정신호를 수집하고 변환하는 데이터 수집장치(300)와 상기 데이터 수집장치(300)에서 수집한 판토그래프(100)의 가속도와 자세 정보를 분석하여 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 가속도와 자세를 나타내는 그래프와 집전판(110)의 동적 거동을 가시화하는 가시화 모듈이 포함되어 있는 데이터 분석장치(400)를 포함하고 있다.

Description

판토그래프 동적 거동 검측시스템 {Dynamic Behavior Measuring System for Pantograph}
본 발명은 열차(1)가 운행될 때 상부에 설치된 판토그래프(100)의 동적 거동을 검측하기 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 한 지점 이상에서 각 지점의 3축방향 가속도와 각속도를 측정할 수 있도록 형성된 센서(200a, 200b)와, 상기 센서의 측정신호를 수집하고 변환하는 데이터 수집장치(300)와, 상기 데이터 수집장치에서 수집한 판토그래프의 가속도 및 자세 정보를 분석할 수 있고 판토그래프(100)에 구비된 집전판의 거동을 가시화할 수 있는 가시화 모듈이 구비되어 있는 데이터 분석장치(400, 450)를 포함하고 있는 판토그래프 동적 거동 검측시스템에 관한 발명이다.
궤도를 따라 이동하는 열차, 특히 고속 열차 등은 동력원인 전원이 공급되어야 운행이 가능한데, 궤도의 상부에 설치되어 있는 전차선에 열차의 상부면에 설치되어 있는 판토그래프의 집전판을 접촉시켜 상기 전차선의 전기에너지를 집전하여 열차의 동력원으로 사용하고 있다.
열차, 특히 고속열차는 운행 중에 열차에 설치된 판토그래프가 얼마나 안정적으로 전차선과 안정적으로 접촉을 유지하면서 집전을 하는가에 따라 열차의 주행이나 제동 등의 성능에 큰 영향을 미친다.
판토그래프는 상부에 위치하는 전차선과 접촉을 유지하도록 하기 위해 하부에서 전차선을 밀어올리는 방향으로 압상력을 부여한 상태로 설치되어 있다. 이처럼 열차의 운행을 위해 항상 전차선과 접촉하고 있어야 하는 판토그래프는 철도시설물이나 궤도 또는 열차의 차량 상태 등의 원인에 의해 전차선과 서로 일시적으로 또는 영구적으로 이격되는 비정상적인 거동을 보일 때가 있지만, 원인 파악이 쉽지 않고, 이로 인해 사고가 발생할 위험이 높아진다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 판토그래프의 동적 거동을 파악할 수 있는 기술이 요구되어 왔고, 이에 해당하는 기술 중의 하나로 본 발명자가 발명하여 등록을 받은 등록특허공보 제10-0948960호에 공고된 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측시스템(이하 ‘종래기술’이라 한다)이 있다. 상기 종래기술에서의 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 판토그래프의 집전판연결프레임 양단에 설치되어 접촉력을 계측하는 스트레인게이지와 집전판연결프레임과 1차스프링 간에 설치되어 가속도를 계측하는 가속도센서로 구성된 센서부를 구비하여 판토그래프와 전차선의 접촉력 및 가속도 정보를 계측하고 계측데이터로 변환하는 센서측정장치와 상기 센서측정장치로부터 계측데이터를 전송받고 상기 판토그래프와 전차선 사이의 접촉력 및 충격가속도를 분석하는 데이터분석장치로 구성되어 있다.
상기 종래기술은 전차선과 판토그래프의 접촉력과 충격가속도를 측정할 수 있으나, 센서를 여러 곳에 설치하고 있는 문제점이 있다. 또한, 판토그래프의 3축 방향 가속도와 각속도를 측정하여 완전한 동적 거동을 파악하려는 인식 없이 단순히 가속도 데이터를 수치로 나타나기 때문에 위험한 충격가속도가 어떤 요인에 의해 발생하는지 신속하게 파악하기 어렵고, 위험한 충격가속도 발생 이후에 판토그래프의 상태를 파악하는 것도 어려운 문제가 있다.
등록특허공보 제10-0948960호(2010.03.23. 공고)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 판토그래프(100)의 한 지점 이상에서 각 지점의 3축 방향 가속도와 각속도를 측정하고 판토그래프(100)에 위험한 가속도 및/또는 자세가 발생할 때, 이를 알람으로 알려 주며, 판토그래프(100)의 동적 거동을 가시화하여 판토그래프(100)가 전차선과 안정적으로 접촉 상태를 유지할 수 없는 상황 및 그 원인을 신속하게 파악할 수 있는 판토그래프 동적 거동 검측시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 판토그래프 동적 거동 검측시스템은 열차(1)의 상부면에 설치되는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 한 지점 이상에서 각 지점의 가속도와 각속도를 측정할 수 있도록 형성된 센서(200a, 200b)와, 상기 센서(200a, 200b)의 측정신호를 수집하고 변환하는 데이터 수집장치(300)와, 상기 데이터 수집장치(300)에서 수집한 판토그래프(100)의 가속도 및 자세 정보를 분석하는 데이터 분석장치(400, 450)를 포함하는 구성을 갖는다.
또한, 상기 센서(200a, 200b)는 하나의 측정 지점에서 3축 방향 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 센서일 수 있다.
또한, 상기 열차(1)의 상부면 또는 상기 열차(1)의 상부면과 애자(150)를 매개로 결합되는 상기 판토그래프(100)의 하부 프레임(140)의 한 지점에 3축 방향 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 센서(200c)가 추가로 구비되어 있을 수 있다.
또한, 다른 실시예로, 상기 데이터 분석장치(400, 450)에는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 가속도와 자세를 나타내는 그래프 및 집전판(110)의 동적 거동을 가시화하는 가시화 모듈이 포함되어 있을 수 있다.
또한, 상기 가시화 모듈은 집전판(110)과 상기 열차(1)의 동적 거동을 함께 가시화하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시예로, 상기 데이터 수집장치(300)는 집전판(110)의 가속도 및/또는 자세가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 알람을 발생하여 집전판(110)의 가속도 및 자세에 대한 데이터를 데이터 분석장치(400, 450)에 송신하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 상기 판토그래프 동적 거동 검측시스템에는 상기 판토그래프(100)의 영상을 촬영할 수 있는 영상카메라(250) 및/또는 GPS 수신모듈(미도시)이 추가로 구비되어 있으며, 상기 데이터 수집장치(300)는 영상 및/또는 GPS 신호를 이용한 열차의 위치정보, 시간정보, 속도정보 및/또는 경로정보(위치정보 등)을 데이터 분석장치(400, 450)로 송신할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 데이터 분석장치(400, 450)는 상기 알람 데이터를 분석하여 관리자(500)에게 송신하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 수집장치(300)에는 자체 발전장치(미도시)가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 나타난 판토그래프 동적 거동 검측시스템에 의하면, 판토그래프(100)의 집전판(110)을 검측을 요하는 주파수 범위 내에서 강체(rigid body)로 볼 수 있다는 점을 인식하고, 집전판(110)의 각 센서 부착지점에서 3축 방향 가속도와 각속도를 측정하여 집전판(110)의 각 방향의 가속도 및 자세를 파악하고 집전판(110)의 동적 거동을 가시화할 수 있으며, 이를 이용하여 판토그래프(100)의 비정상적인 거동이 발생할 경우 이를 신속하게 시각적으로 파악할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 집전판(110)의 동적 거동을 가시화하여 나타낼 수 있으므로, 집전판(110)에 발생한 위험한 가속도 및/또는 자세가 어떤 요인에 의해 발생하였고, 위험한 가속도 및/또는 자세가 발생한 후에 집전판(110)이 어떤 상태가 되었는지에 대해서도 파악할 수 있어, 보다 효과적인 유지 및 보수를 할 수 있는 장점이 있다.
도 1. 종래의 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측시스템.
도 2. 본 발명의 판토그래프 동적 거동 검측시스템이 설치된 열차의 개략도.
도 3. 판토그래프에 센서 및 데이터 수집부가 부착된 일 실시예.
도 4. 본 발명에 나타난 판토그래프 동적 거동 검측시스템의 개념도.
도 5. 판토그래프의 동적 거동 데이터 분석장치의 검측 데이터 화면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 2에는 전차선(2)의 하부에 열차(1)의 판토그래프(100)가 접촉하도록 되어 있는 일반적인 구성과 함께, 본 발명에 나타난 판토그래프 동적 거동 검측시스템을 이루는 구성이 나타나 있고, 도 3에는 판토그래프(100)에 센서(200a, 200b, 200c)와 데이터 수집장치(300)가 설치된 일 실시예가 나타나 있다.
먼저, 도 2, 3에 도시된 판토그래프(100)를 살펴보면, 판토그래프(100)에는 전차선(2)과 접촉하여 열차(1)의 동력원이 되는 전기에너지를 집전하는 집전판(110)이 형성되어 있고, 그 하부로 상부 링크(120)와 하부 링크(130)가 설치되어 있고, 하부 링크(140) 아래에는 하부 프레임(140)이 설치되어 있으며, 하부 프레임(140)은 애자(150)를 매개로 열차(1)의 상부면과 결합되어 있다.
여기서 본 발명자는 상기 판토그래프(100)에 작용하는 외력은 저주파수의 외력이나 충돌 등과 같은 순간적인 충격(shock)이 발생하는 경우로 볼 수 있다. 그런데, 외부 구조물 등과의 충돌에 의한 충격은 지속적으로 발생하지 않고, 위험한 충격이 발생한 경우에는 후술하는 데이터 분석장치(400)에서 충격 발생 위치와 현상 등을 파악하여 신속한 조치를 취할 것이므로, 판토그래프(100)가 지속적인 충격(shock)에 노출되어 공진(resonance)에 의해 집전판(110) 등의 진폭이 증가하여 안정적인 거동에 문제가 발생하는 경우는 고려하지 않아도 큰 문제가 없다.
이러한 점을 고려해 볼 때, 집전판(110a, 110b)의 고유진동수(natural frequency)는 판토그래프(100)에 지속적으로 발생하는 외력보다 높은 고유진동수를 가지고 있으므로, 판토그래프(100)에 가해지는 통상적인 지속적인 외력의 주파수 범위에서 집전판(110a, 110b)은 강체(rigid body)로 볼 수 있다.
도 3에는 집전판(110)이 제1, 2 집전판(110a, 110b)으로 두 개 형성되어 있는 것으로 나타나 있는데, 집전판(110)은 하나로 형성되어 있을 수도 있다. 도 3에 도시된 제1, 2 집전판(110a, 110b)은 하부에서 연결프레임으로 연결되어 있지만, 서로 상대운동이 제한되도록 연결되어 있지는 않다. 따라서, 열차가 운행할 때, 제1, 2 집전판(110a, 110b)은 상기 전차선(2)과 접촉 또는 양력 또는 충돌할 수 있는 외부 구조물 등에 의해 외력이 작용할 때 서로 상대 운동이 발생할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1, 2 집전판(110a, 110b)에 각각 하나씩 센서(200a, 200b)가 부착되어 있다. 제1, 2 집전판(110a, 110b)은 위에서 살펴본 바와 같이 서로 상대운동이 가능하므로, 각각의 거동을 파악하기 위해서 제1, 2 집전판(110a, 110b)에 각각 센서를 부착하였다.
상기 집전판(110)은 지속적인 외력에 대해서 자체의 고유 진동은 무시할 수 있으므로, 각 센서 부착지점에 부착된 상기 센서(200a, 200b)를 3축 방향 가속도와 각속도를 함께 측정할 수 있는 6축 센서를 사용하면, 집전판(110a, 110b)의 한 지점에 센서(200a, 200b)를 부착하여 집전판(110a, 110b)의 전체적인 동적 거동을 파악할 수 있다. 본 발명에서는 관성측정장치(inertial measurement unit, IMU) 등과 같이 3축 방향의 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 6축 센서를 집전판(110a, 110b)에 부착하고 신호를 측정하여 센서 부착지점을 최소화하였다.
한편, 상기 센서(200a, 200b)는 집전판(110a, 110b)의 중앙에 부착할 수도 있지만, 집전판(110a, 110b)의 중앙부는 25kV의 전차선(2)과 접촉하는 부분과 가까워, 열차(1) 운행 중에 아크(electric arc)가 발생하여 직접적인 영향을 미칠 수도 있으므로, 센서(200a, 200b)는 각 집전판(110a, 110b)의 가장자리 부분에 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 센서(200a, 200b)를 임의의 가장자리에 부착할 수도 있지만 하나의 실시예로 서로 대각선이 되는 부분에 설치하였다. 또한, 상기 센서(200a, 200b)는 가능하면 집전판(110a, 110b)의 하부에 부착하여 외부 환경에 대한 영향이 감소할 수 있도록 노출을 적게 하고 후술하는 데이터 수집장치(300)에 센서라인(미도시)을 연결하는 것이 용이하도록 하는 것이 보다 바람직할 것이다.
집전판(110)이 하나로 형성되어 있는 판토그래프(100)가 설치되어 있는 경우에는 하나의 센서를 설치하여도 무방하고, 집전판의 양단에 두 개를 설치할 수도 있을 것이다.
위에서 살펴본 바와 같이 판토그래프(100)의 집전판(110a, 110b)에 6축 센서(200a, 200b)를 설치하여 그 신호를 분석하면, 전차선(2)과 접촉하고 있는 집전판(110a, 110b)에 가해지는 가속도와 변위 및 회전(Roll, Pitch, Yaw)을 모두 검측할 수 있어, 후술하는 집전판(110a, 110b)의 가시화를 용이하게 구현할 수 있다.
한편, 도 3에서는 판토그래프(100)의 하부 프레임(140)에도 하나의 센서(200c)가 설치되어 있는데, 판토그래프(100)에 근접한 위치에서 열차의 상부면에 센서(200c)를 설치할 수도 있다. 하부 프레임(140)은 애자(150)를 매개로 열차(1)의 상부면과 결합되어 있으므로, 그 거동은 열차 상부면의 거동과 동일한 것을 볼 수 있다. 따라서, 판토그래프(100)의 하부 프레임(140) 또는 열차의 상부면에 위에서 살펴본 바와 같은 3축 방향 가속도 및 각속도를 측정할 수 있는 6축 센서(200c)를 설치할 경우에는, 열차(1)의 거동과 판토크래프(100)의 집전판(110a, 110b)의 거동을 함께 파악할 수 있어, 열차(1)의 거동이 집전판(110a, 110b)의 거동에 어떤 영향을 미쳤는지 여부를 함께 고려할 수 있다.
위에서 살펴본 각 센서(200a, 200b, 200c)는 센서라인(미도시)을 통해 도 2, 3에 도시된 바와 같이 데이터 수집장치(300)에 연결된다.
상기 데이터 수집장치(300)는 각 센서(200a, 200b, 200c)의 신호를 물리적인 가속도 신호와 변위 및 기울기로 변환하는 제어모듈(미도시)이 포함되어 있다. 상기 제어모듈(미도시)에서는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 각 방향의 가속도와 변위 및 기울기 정보에 대한 임계값이 설정되어 있고, 집전판(110)의 각 방향의 가속도 및/또는 변위와 기울기 등의 자세가 임계값을 초과하는 경우에는 알람을 통해 경보를 알리고, 이를 후술하는 데이터 분석장치(400)로 전송하는 기능도 포함하고 있다. 이 때 데이터의 무선 전송을 위해 데이터 수집장치(300)와 데이터 분석장치(400)에는 무선 통신모듈(미도시)도 내장되어 있다.
상기 임계값은 미리 설정되어 있을 수도 있고, 관리자(500) 등이 데이터 분석장치(400) 또는 데이터 수집장치(300)의 제어모듈(미도시)을 제어할 수 있도록 연결된 무선 통신 가능한 PC 또는 모바일 전자기기 등으로 조절할 수도 있다.
한편, 상기 데이터 수집장치(300)는 집전판(110)의 각 방향의 가속도 및/또는 변위와 기울기 등의 자세를 실시간으로 데이터 분석장치(400)로 송신하여 판토그래프(100)의 실시간 거동을 모니터링하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 통상적으로 열차(1)에는 위치와 속도를 모니터링하기 위해 GPS 수신모듈(미도시)이 구비되어 있지만, 상기 데이터 수집장치(300)에 GPS 수신모듈(미도시)가 구비되어 있을 수 있고, 상기 GPS 신호와 상기 집전판(110)에 부착된 6축 센서(200a, 200b)를 함께 이용하여 , 센서(200a, 200b)를 이용한 집전판(110)의 동적 거동 분석에서 발생할 수 있는 오차의 누적을 방지하여 보다 정확한 집전판(110)의 동적 거동을 파악하도록 할 수도 있다. 그리고, 상기 GPS 신호와 하부 프레임(140)에 설치된 6축 센서(200c)를 이용하여 보다 정확한 열차(1)의 위치, 속도, 시간 및 경로 등에 대한 정보(위치정보 등)를 파악하도록 할 수도 있다.
데이터 수집장치(300)에서 측정한 집전판(110a, 110b)의 가속도 및/또는 자세가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우에는 알람을 알리고 상기 데이터를 상기 무선 통신모듈(미도시)을 통해 후술하는 데이터 분석장치(400)에 전송할 수 있다. 이 때, 전송되는 데이터는 임계값을 초과하는 기속도 및/또는 자세가 발생한 시각 전후의 미리 설정된 시간동안의 데이터를 전송하여 신호를 분석할 수 있다. 상기 설정된 시간은 발생한 시각 ± 2초 등을 비롯한 적정한 시간으로 설정할 수도 있고, 필요에 따라 관리자(500)가 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
이 때, 모든 장비 및 기기는 25kW 고압의 직접적인 영향을 받는 환경에서도 안전하고 작동에 이상이 없으며 노이즈가 유입되지 않도록 하기 위해 유도전압 및 전자기 유도 장해(Electro Magnetic Interference, EMI)에 대해 충분히 방호가 되어 있는 신뢰성 있는 시스템을 구축하는 것이 바람직하다.
상기 데이터 수집장치(300)와 통신하는 데이터 분석장치(400)는 실시간 데이터 및/또는 집전판(110)이 임계값을 초과한 가속도 및/또는 자세가 발생한 지점의 데이터를 위치정보 등과 연동하여 분석하는 데이터 분석 모듈(400)과 이를 그래프로 나타내는 디스플레이 모듈(미도시)을 포함하고 있다.
이 때, 상기 데이터 수집장치(300)에 GPS 수신모듈(미도시)이 구비되어 있지 않고, 통상적으로 열차에 설치된 GPS 수신모듈(미도시)을 사용할 경우에는 데이터 분석장치(400)에서 위치정보를 수신한 후, 열차(1)의 위치 관련 정보를 데이터 수집장치(300)로 보내는 구성일 수도 있다.
또한, 상기 데이터 수집장치(300)에는 배터리(미도시)가 포함되어 있을 수 있는데, 배터리는 교체 가능하도록 구성되어 있거나 전원과 연결되도록 구성되어 있거나, 풍력이나 태양광 등을 이용하여 자체 발전장치(미도시)가 구비된 구성으로 형성될 수 있다.
데이터 분석장치(400)는 데이터 수집장치(300)로부터 수신한 데이터로부터 집전판(110)의 3축 방향 가속도와 집전판(110)의 자세에 대한 정보를 파악할 수 있도록 관련 정보를 그래프로 제공할 수 있다. 또한, 이들 정보로부터 집전판(110)의 동적 거동 및 외부 충격에 의한 영구 변형 등을 확인할 수 있도록 집전판(110)의 거동을 가시화하는 가시화 모듈(미도시)을 함께 제공한다.
이의 한 실시예로 도 5에 도시된 바와 같이, 판토그래프(100)의 집전판(110)의 가속도와 자세에 관한 그래프 및 이를 근거로 집전판(110)의 거동을 가시화하는 화면 및 임계값을 초과하는 가속도 및/또는 자세가 발생한 위치를 함께 나타낼 수 있다.
한편, 도 3에서 살펴본 바와 같이 판토그래프(100)의 하부 프레임(140)에도 가속도와 각속도를 측정하는 6축 센서(200c)를 부착하여 열차(1)의 거동을 알 수 있으면, 상기 가시화 모듈에서 집전판(110)의 거동과 열차(1)의 거동을 함께 가시화하여 도시할 수 있어, 집전판(110)의 가속도와 자세의 변화에 열차(1)의 거동이 주요 인자인지 여부를 파악할 수도 있을 것이다.
상기 데이터 분석장치(400)는 데이터를 송, 수신할 수 있는 통신 모듈(미도시)이 구비되어 있는데, 위에서 살펴본 바와 같이 데이터 수집장치(300)와 데이터를 송, 수신할 뿐 아니라 분석한 데이터를 통해 판토그래프(100)에 임계값 이상의 가속도 및/또는 자세가 발생한 위치 및 상황과 관련된 정보를 관리자 및/또는 작업자(500)와 송, 수신하는 기능도 함께 수행한다.
그 밖에 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 판토그래프 동적 거동 검측시스템은 판토그래프(100)의 거동을 영상으로 촬영하는 영상카메라(250)를 열차의 상부면에 추가로 설치할 수 있고, 이에 대한 데이터는 데이터 수집장치(300)로 수집되어 다른 데이터와 함께 데이터 분석장치(400)로 보내어 함께 분석할 수도 있다.
데이터 분석장치(400)는 열차(1)의 외부에 설치되어 있을 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 운행하는 열차(1)의 내부에 데이터 분석장치(450)가 마련되어 운행을 하면서 신속하게 판토그래프(100)의 거동을 파악할 수도 있을 것이다.
위에서 살펴본 바와 같은 구성요소를 가진 판토그래프 동적 거동 검측시스템의 검측과정을 살펴보면 아래와 같다.
먼저, 판토그래프(100)의 집전판(110)에 3축방향 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 6축 센서(200a, 200b)를 부착한다. 이 때, 상기 6축 센서는 집전판(110)의 가장자리에 위치하고, 집전판(110)의 하부면에 설치하는 것이 보다 바람직하다. 판토그래프(100)에 두 개의 집전판(110a, 110b)이 형성되어 있는 경우에는 각 집전판(110a, 110b)에 하나씩 센서(200a, 200b)를 부착할 수 있으며, 집적판(110)이 하나인 경우에는 하나 또는 두 개의 센서를 부착할 수 있을 것이다. 또한, 열차(1)의 거동과 집전판(110) 사이의 상대적인 거동을 파악하여 열차(1)의 거동이 집전판(110)의 가속도 및/또는 자세에 미치는 영향을 파악하기 위해 판토그래프(100)의 하단에 형성된 하부 프레임(140) 또는 이와 근접한 열차(1)의 상부면에 센서(200c)를 추가로 설치할 수도 있다.
상기 센서(200a, 200b, 200c)의 센서라인(미도시)을 데이터 수집부(300)와 연결하여, 센서(200a, 200b, 200c)의 신호를 측정할 수 있도록 구성한다.
열차의 운행에 따라 집전판(110) 또는 집전판(110)과 열차(1)에서 3축 방향으로 가속도와 각속도가 발생하게 되고 상기 센서(200a, 200b, 200c)의 전기적 신호를 데이터 수집장치(300)에서 수집하게 된다. 이 때, 데이터 수집장치(300)에서는 수신한 센서(200a, 200b, 200c)의 전기적 신호를 물리적인 3축 방향의 가속도와 변위 및 회전으로 변환한다. 각각의 가속도와 변위 및 회전은 실시간으로 또는 지속적으로 데이터 분석장치(400)로 송신되도록 구성할 수 있는데, 각각의 가속도와 변위 및 회전 중의 적어도 하나가 설정된 임계값을 초과하는 경우에는 알람을 발생하고, 알람 발생 시각 및 그 전후의 데이터를 데이터 분석장치(400)로 송신하도록 구성되어 있다.
이 때, 임계값과 송신하는 데이터의 분량 등은 미리 설정되어 있을 수도 있고, 관리자(500)가 휴대용 장치에 설정하거나 데이터 분석장치(400)에서 설정하여 데이터 수집장치(300)로 송신하는 것도 가능하다.
이 때, GPS 신호 등을 통해 열차의 위치정보 등도 함께 데이터 분석장치(400)에서 수신하게 된다. 위에서 살펴본 바와 같이 상기 데이터 수집장치(300)에 GPS 수신모듈(미도시)이 포함되어 있는 경우에는 데이터 수집장치(300)에서 상기 센서(200) 신호와 함께 위치정보를 나타내는 GPS 신호를 데이터 분석장치(400)로 송신할 수 있다. 한편, 데이터 분석장치(400)에서 열차(1)로부터 별도로 위치정보인 GPS 신호를 수신하는 경우에는 통신을 통해 GPS 신호를 데이터 수집장치(300)로 보내어 데이터 수집장치(300)에서 판토그래프(100)의 동적 거동의 정보를 열차의 위치정보와 함께 저장할 수 있도록 구성할 수 있을 것이다.
또한, 필요에 따라 관리자 등(500)이 판토그래프(100)의 동적 거동을 모니터링하기 위하여 알람이 발생하지 않더라도 판토그래프(100)의 동적 거동 및 현재 위치에 관한 정보를 요구할 수도 있고, 이 경우에는 데이터 수집장치(300)에서 판토그래프(100)의 가속도와 자세에 대한 정보 및 위치 정보 등을 데이터 분석장치(400)로 전송하게 된다.
데이터 수집장치(300)로부터 판토그래프(100) 또는 판토그래프(100)와 열차(1)의 위치 및 동적 거동에 관한 정보가 데이터 분석장치(400)로 송신되면, 상기 데이터 분석장치(400)에서는 판토그래프(100)의 3축 방향의 가속도 및 변위와 기울기에 의한 판토그래프(100)의 자세에 대한 그래프를 나타내고, 이로부터 판토그래프(100) 또는 판토그래프(100)와 열차(1)의 동적 거동을 가시화하여 나타낸다. 이 때, 상기 신호가 발생한 위치에 대한 정보도 함께 나타낸다. 그리고, 상기 데이터 분석장치(400)에 나타난 각 그래프 및 정보를 관리자 및/또는 작업자에게 PC 또는 스마트폰 등과 같은 휴대용 전자기기로 송신하여 판토그라프(100)의 안정적인 거동에 문제가 발생 또는 발생할 수 있는 위치에서의 빠른 조치를 가능하도록 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 열차 2 : 전차선
100 : 판토그래프 110 : 집전판
110a : 제1 집전판 110b : 제2 집전판
120 : 상부 링크 130 : 하부 링크
140 : 하부 프레임 150 : 애자
200 : 센서부 200a, b, c : 센서
250 : 영상카메라 300 : 데이터 수집장치
400, 450 : 데이터 분석장치 500 : 관리자 또는 작업자

Claims (9)

  1. 열차(1)의 상부면에 설치되는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 한 지점 이상에서 각 지점의 가속도와 각속도를 측정할 수 있도록 형성된 센서(200a, 200b); 상기 센서(200a, 200b)의 측정신호를 수집하고 변환하는 데이터 수집장치(300); 상기 데이터 수집장치(300)에서 수집한 판토그래프(100)의 가속도 및 자세 정보를 분석하는 데이터 분석장치(400, 450);를 포함하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서(200a, 200b)는 하나의 측정 지점에서 3축 방향 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 센서인 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열차(1)의 상부면 또는 상기 열차(1)의 상부면과 애자(150)를 매개로 결합되는 상기 판토그래프(100)의 하부 프레임(140)의 한 지점에 3축 방향 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 센서(200c)가 추가로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 데이터 분석장치(400, 450)에는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 가속도와 자세를 나타내는 그래프 및 집전판(110)의 동적 거동을 가시화하는 가시화 모듈이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 데이터 분석장치(400, 450)에는 판토그래프(100)에 구비된 집전판(110)의 가속도와 자세를 나타내는 그래프;와 상기 집전판(110)과 상기 열차(1)의 동적 거동을 가시화하는 가시화 모듈;이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 데이터 수집장치(300)는 집전판(110)의 가속도 및/또는 자세가 미리 설정된 값의 범위를 벗어나는 경우 알람을 발생하여 집전판(110)의 가속도 및 자세에 대한 데이터를 데이터 분석장치(400, 450)에 송신하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 판토그래프 동적 거동 검측시스템에는 상기 판토그래프(100)의 영상을 촬영할 수 있는 영상카메라(250) 및/또는 GPS 수신모듈(미도시)이 추가로 구비되어 있으며, 상기 데이터 수집장치(300)는 영상 및/또는 GPS 신호를 이용한 열차의 위치정보, 시간정보, 속도정보, 및/또는 경로정보를 데이터 분석장치(400, 450)로 송신할 수 있는 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 데이터 분석장치(400, 450)는 상기 알람 데이터를 분석하여 관리자(500)에게 송신하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 판토그래프 동적 거동 검측시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 데이터 수집장치(300)에는 자체 발전장치(미도시)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 판토그래프 검측시스템.
KR1020160174598A 2016-12-20 2016-12-20 판토그래프 동적 거동 검측시스템 KR20180071689A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160174598A KR20180071689A (ko) 2016-12-20 2016-12-20 판토그래프 동적 거동 검측시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160174598A KR20180071689A (ko) 2016-12-20 2016-12-20 판토그래프 동적 거동 검측시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180071689A true KR20180071689A (ko) 2018-06-28

Family

ID=62780187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160174598A KR20180071689A (ko) 2016-12-20 2016-12-20 판토그래프 동적 거동 검측시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180071689A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112129554A (zh) * 2020-09-03 2020-12-25 北京交通大学 一种高速铁路弓网动态离线实验平台
CN113295094A (zh) * 2021-06-29 2021-08-24 中国铁道科学研究院集团有限公司 一种受电弓动态包络线侵限检测方法、装置和系统
WO2022235926A1 (en) * 2021-05-07 2022-11-10 Mersen Usa Ep Corp. Arc detection and recording in electric trains, subways, streetcars and busses

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100948960B1 (ko) 2007-12-12 2010-03-23 박종국 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100948960B1 (ko) 2007-12-12 2010-03-23 박종국 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112129554A (zh) * 2020-09-03 2020-12-25 北京交通大学 一种高速铁路弓网动态离线实验平台
WO2022235926A1 (en) * 2021-05-07 2022-11-10 Mersen Usa Ep Corp. Arc detection and recording in electric trains, subways, streetcars and busses
CN113295094A (zh) * 2021-06-29 2021-08-24 中国铁道科学研究院集团有限公司 一种受电弓动态包络线侵限检测方法、装置和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2602168B1 (en) Method and system for detection and analysis of railway bogie operational problems
EP2436574B1 (en) State monitoring apparatus and state monitoring method of railway car, and railway car
JP5242538B2 (ja) パンタグラフの摺り板の段付摩耗検知方法及び装置
KR20180071689A (ko) 판토그래프 동적 거동 검측시스템
US20090076742A1 (en) Estimation of wheel rail interaction forces
CN102556122A (zh) 列车导航监控预警系统及其预警方法
CN109664797A (zh) 轨网检测系统及检测车
JP2019511183A (ja) 軌道車両蛇行動不安定性の抑制システムと方法
CN108332789A (zh) 一种火车受电弓的结构健康监测系统
KR101205964B1 (ko) 철도차량용 주행안정성 측정 시스템
Tsunashima et al. Condition monitoring of railway tracks using compact size on-board monitoring device
CN107655513A (zh) 一种铁路接触网动态监测装置
CN103528729A (zh) 光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统
CN104827929B (zh) 电动汽车的控制方法及装置
KR101495841B1 (ko) 전동 열차의 진동 측정 장치
CN107458423A (zh) 沿线作业人身安全预警系统
KR100948960B1 (ko) 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템
KR102161751B1 (ko) 교량 조인트부 원격 위험 감지 시스템
WO2018025329A1 (ja) 集電装置監視システム
JP2016014252A (ja) 軌道検査装置および軌道検査システム
JP2018054567A (ja) 鉄道車両の異常検知方法
CN216978387U (zh) 一种用于磁浮车悬浮状态监测的车载工装
CN216978388U (zh) 一种可回收振动能量的磁浮车悬浮状态监测工装
EP1593572A1 (en) Device for monitoring the longitudinal forces applied by a railway vehicle wheel on the rail
Chraim et al. Monitoring track health using rail vibration sensors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application