KR20220008673A - 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것으로, 본 발명은 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼의 작용력 및 속도를 주행 중 실시간으로 측정할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량에 구비되는 댐퍼의 이상여부를 진단하는 댐퍼 이상 자가진단 장치에 있어서, 상기 댐퍼의 외통과 조인트 사이 또는 내통과 조인트의 사이에 하중센서 및 속도센서가 구비되며, 상기 센서로부터 감지한 신호로부터 속도 및 하중을 계산하여 댐퍼의 상태를 진단하는 진단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조 {Measuring method and structure for force and velocity of damper}
본 발명은 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것으로, 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼의 작용력 및 속도를 주행 중 실시간으로 측정할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것이다.
댐퍼는 철도차량이나 자동차와 같은 교통수단의 주행장치, 또는 중장비 및 산업기계 등의 기계류에 설치되는 현가요소로서 전달되는 진동을 저감시키는 감쇠장치이다.
철도차량에는 도면 1에 도시한 바와 같이 윤축과 대차, 대차와 차체간에 좌우 및 상하방향, 요방향으로 댐퍼가 설치되어 있으며, 일반적인 형상은 도면 2에 도시한 바와 같이 내측에 인출가능하게 로드가 구비되는 외통과, 로드의 외측에 이물질 등으로부터 보호하기 위해 구비되는 덮개부를 포함하여 구성된다.
댐퍼는 차량의 주행안전성과 승차감과 직결된 현가요소로서 고장 발생 시 차량의 안전과 승차감에 악영향을 미쳐 항상 정상상태로 유지관리 되어야 한다.
그러나, 실제 운행 중엔 댐퍼의 고장이 빈번하고, 댐퍼의 고장 유무를 판별하기 위해서는 댐퍼를 교통수단에서 탈거하여 댐퍼시험기에 장착, 감쇠력을 시험하고 기준치와 비교하여 적정 여부를 판별하여야 한다.
이를 위해서는 차량에 장착되어 있는 다수의 댐퍼를 주기적으로 탈거하고 시험하여야 하는 데 시험 및 비용 상 큰 애로점이 발생한다.
현재는 중수선 주기별로 탈거하여 검수하거나 육안 검사를 통하여 발견되는 이상 댐퍼에 한하여 유지관리를 수행하고 있다.
따라서, 육안검사로 이상이 발견되지 않거나 검수 주기에 미도래한 시점에서 고장이 발생된 댐퍼에 대한 이상 진단은 어려우며, 차량 주행 안전과 직결된 댐퍼의 고장 유무를 실시간으로 진단할 수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다.
일본공개특허 제2011-213183호 등록특허 제10-0947288호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼의 작용력 및 속도를 주행 중 실시간으로 측정할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 댐퍼의 고장 유무를 실시간으로 스스로 인지하여 유지관리할 수 있는 상태기반 유지관리(Condition based Maintenance)가 가능하여 이상 자가진단 댐퍼가 장착된 시스템의 안전과 효율적 관리가 가능한 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 댐퍼의 실시간 고장 판별로 인한 차량 주행안전성 및 승차감을 확보할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 댐퍼 이상 자가진단으로 인한 댐퍼 유지보수비용 및 유지관리 소요시간 절감할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은; 철도차량에 구비되는 댐퍼의 이상여부를 진단하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조에 있어서, 상기 댐퍼는 로드가 구비되는 외통과, 상기 로드에 구비되어 로드 및 외통의 일측을 커버하는 커버로 이루어지고, 상기 로드는 상기 외통에 결합되는 타측 외주면에 작용력센서가 구비되고, 상기 커버는 외통의 이동방향으로 다수개의 속도센서가 구비되고, 상기 외통은 상기 커버에 의해 커버되는 단부에 상기 속도센서를 반응시키기 위한 속도센서반사판이 구비되고, 상기 작용력센서 및 속도센서로부터 감지한 신호로부터 작용력 및 속도를 계산하여 댐퍼의 상태를 진단하는 신호처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 로드는 상기 작용력센서가 구비된 전방에 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작용력센서는 스트레인게이지, 피에조센서 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 속도센서는 홀센서로 이루어지고, 상기 속도센서반사판은 상기 홀센서를 반응시키는 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 속도센서는 상기 커버에 형성된 설치공에 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 신호처리부는 상기 로드의 외통에 결합되는 타측 외주면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 신호처리부의 진단 결과에 따라 댐퍼의 상태를 표시하는 상태표시부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 댐퍼의 작용력 및 속도 측정장치를 이용한 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법에 있어서, 상기 댐퍼의 작용력센서 및 속도센서로부터 측정된 측정값을 신호처리부로 전송하는 측정단계; 상기 측정단계에서 전송된 측정값으로부터 작용력 및 속도값으로 추출하는 추출단계; 상기 추출단계에서 추출된 작용력 및 속도값을 댐퍼의 속도별 작용력 허용기준범위와 비교하는 비교단계; 상기 비교단계 이후 작용력 및 속도값이 허용기준범위에 벗어난 경우 상기 상태표시부에 경고표시를 출력하도록 하는 상태표시단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상태표시단계에서는 경고표시출력범위를 단계별로 구분하여 나타내는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 측정단계에서는 속도센서에 속도센서반사판이 감지되는 시간에 대한 속도센서반사판의 길이의 비로 속도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것으로, 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼의 작용력 및 속도를 주행 중 실시간으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 댐퍼의 고장 유무를 실시간으로 스스로 인지하여 유지관리할 수 있는 상태기반 유지관리가 가능하여 이상 자가진단 댐퍼가 장착된 시스템의 안전과 효율적 관리가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 댐퍼의 실시간 고장 판별로 인한 차량 주행안전성 및 승차감 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 댐퍼 이상 자가진단으로 인한 댐퍼 유지보수비용 및 유지관리 소요시간 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 철도차량 대차에 설치된 댐퍼를 도시한 도면.
도 2는 종래의 댐퍼를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 댐퍼를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 댐퍼를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 다른 실시 예에 따른 댐퍼를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 속도-감쇠력에 따른 경고표시 출력수준 구분 예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법을 도시한 블럭도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야한다.
도 3은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 댐퍼를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 댐퍼를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 다른 실시 예에 따른 댐퍼를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조의 속도-감쇠력에 따른 경고표시 출력수준 구분 예를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법을 도시한 블럭도이다.
본 발명은 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼의 작용력 및 속도를 주행 중 실시간으로 측정할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것으로, 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조(100)의 구성은 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 크게 댐퍼(110)에 작용력센서(120) 및 속도센서(130)가 구비되고, 상기 작용력센서(120) 및 속도센서(130)로부터 감지한 신호로부터 작용력 및 속도를 계산하여 댐퍼(110)의 상태를 진단하는 신호처리부(150) 및 상기 신호처리부(150)의 진단 결과에 따라 댐퍼(110)의 상태를 표시하는 상태표시부(160)를 포함한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 댐퍼(110)는 철도차량의 윤축과 대차, 대차와 차체 간에 구비되어 주행 중 철도차량의 진동을 감쇠하기 위한 것으로, 로드(111)가 구비되는 외통(112)과, 상기 로드(111)에 구비되어 로드(111) 및 외통(112)의 일측을 커버하는 커버(114)와, 상기 외통(112)과 커버(114)의 외측 단부에 구비되어 대차, 차체 또는 윤축 등에 연결되는 조인트(116)로 이루어지는 것으로, 이러한 댐퍼(110)의 구성은 공지의 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 상기 작용력센서(120)는 상기 로드(111)의 외통(112)에 결합된 타측 외주면에 구비되어 댐퍼(110)에 가해지는 작용력을 측정하게 된다.
여기서, 상기 로드(111)의 작용력센서(120)가 구비된 전방에는 스토퍼(111a)가 구비되어 외통(112)의 운동범위를 제한하여 스토퍼(111a)의 후방에 구비되는 작용력센서(120)를 보호할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 작용력센서(120)는 스트레인게이지, 피에조센서 중 어느 하나로 이루어져 댐퍼(110)에 가해지는 하중을 측정하게 된다.
그리고, 상기 속도센서(130)는 상기 커버(114)에 설치되되, 상기 외통(112)이 커버(114)의 내측에서 이동하는 부분에 외통(112)의 이동방향으로 다수개로 설치된다.
또한, 상기 외통(112)은 상기 커버(114)에 의해 커버되는 단부에 상기 속도센서(130)를 반응시키기 위해 속도센서(130)에 대응되어 속도센서(130)를 반응시키는 속도센서반사판(140)이 구비된다.
이때, 상기 속도센서(130)는 일 실시 예로서, 홀센서로 이루어지고, 상기 속도센서반사판(140)은 자성체로 이루어져 상기 속도센서(130)를 반응시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
그래서, 상기 속도센서(130)에 상기 속도센서반사판(140)이 감지되는 시간(△t)에 대한 속도센서반사판(140)의 길이(L)의 비, 즉 L/△t 를 속도로 측정하여 상기 댐퍼(110)에 가해지는 속도를 구할 수 있도록 한다.
또한, 상기 속도센서(130)는 상기 커버(110)에 관통형성된 설치공(114a)에 삽입 설치되어 상기 속도센서반사판(140)의 감지가 더 원활하게 이루어질 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 신호처리부(150)는 상기 로드(110)의 외통(112)에 결합되는 타측 외주면에 구비되어 스토퍼(111a)에 의해 외통(112)으로부터 보호되도록 설치될 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 신호처리부(150)는 상기 댐퍼(110)의 외부에 설치하여 작용력센서(120)와 속도센서(130)에 유선으로 연결하여 구성할 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해, 상기 신호처리부(150)는 상기 작용력센서(120) 및 속도센서(130)로부터 측정되는 댐퍼(110)의 작용력 및 속도를 도 7에 도시한 바와 같이 댐퍼의 제작사양에 따른 성능선도인 속도-작용력 선도의 허용기준치와 비교하여 이상여부를 판정하게 된다.
이때, 상기 속도-작용력 선도의 허용기준치를 벗어난 경우에는 댐퍼(110)나 철도차량의 차량제어장치(미도시)에 구비되는 상태표시부(160)로 신호를 송신하여 이상여부를 노출할 수 있게 된다.
즉, 상기 상태표시부(160)는 각각의 댐퍼(110)에 램프가 구비되어 이상신호 수신 시 발광하도록 구성할 수도 있고, 철도차량의 차량제어장치(미도시)에 구비되어 기관사가 댐퍼(110)의 이상유무를 파악할 수 있도록 구성될 수 있다.
그래서, 댐퍼(110)를 철도차량으로부터 분리하지 않고도 용이하게 이상여부를 파악할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 허용기준범위에 벗어난 범위를 주의, 경고, 위험 등 단계별로 세분화하여 보다 정확하게 댐퍼(110)의 이상 수준을 파악할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 댐퍼(110) 각각에 고유번호를 부여하여 상기 차량제어장치에서 이상여부가 파악된 댐퍼(110)의 고유번호 및 이상 수준을 노출하도록 함으로써 보다 신속하게 이상 댐퍼(110)를 인지하고 유지관리를 수행할 수 있도록 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조(100)를 이용한 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 댐퍼(110)에 구비되는 작용력센서(120) 및 속도센서(130)로부터 측정된 측정값을 실시간으로 상기 신호처리부(150)로 전송하는 측정단계(S10)가 이루어진다.
다음, 상기 측정단계(S10)에서 전송된 측정값을 작용력 및 속도로 계산하는 추출단계(S20)가 이루어진다.
다음, 상기 추출단계(S20)에서 추출된 댐퍼(110)의 작용력 및 속도를 댐퍼(110)의 제작사양에 따른 속도별 작용력 허용기준 범위와 비교하는 비교단계(S30)가 이루어진다.
다음, 상기 비교단계(S30)에서 댐퍼(110)의 작용력 및 속도가 해당 댐퍼(110)의 제작사양에 따른 속도별 작용력 허용기준범위에 벗어난 경우 상기 상태표시부(160)에 경고표시를 출력하도록 하는 상태표시단계(S40)로 이루어진다.
이때, 상기 상태표시단계(S40)에서는 댐퍼(110)의 제작사양에 따른 속도별 작용력 허용기준범위에 벗어난 범위를 주의, 경고, 위험 등으로 단계를 세분화하여 보다 용이하게 댐퍼(110)의 이상 수준을 파악할 수 있도록 한다.
또한, 상기 상태표시단계(S40)에서는 각각의 댐퍼(110)에 구비되는 상태표시부(160)에 신호를 전달하여 상태를 표시할 수 있도록 하거나, 철도차량의 차량제어장치(미도시)에 이상여부가 파악된 댐퍼(110)의 고유번호 및 이상 수준을 노출하도록 함으로써 보다 신속하게 이상 댐퍼(110)를 인지하고 유지관리를 수행할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조(100) 및 방법에 의하면, 주행 중 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼(110)의 고장을 실시간으로 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 댐퍼(110)의 고장 유무를 실시간으로 스스로 인지하여 유지관리할 수 있는 상태기반 유지관리가 가능하여 이상 자가진단 댐퍼가 장착된 시스템의 안전과 효율적 관리가 가능하며, 댐퍼(110)의 실시간 고장 판별로 인한 차량 주행안전성 및 승차감 확보할 수 있고, 댐퍼 이상 자가진단으로 인한 댐퍼(110) 유지보수비용 및 유지관리 소요시간 절감할 수 있는장점을 갖는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것으로, 철도차량의 진동을 감쇠하기 위하여 설치된 댐퍼의 작용력 및 속도를 주행 중 실시간으로 측정할 수 있는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법 및 구조에 관한 것이다.
100: 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조
110: 댐퍼 111: 로드
111a: 스토퍼 112: 외통
114: 커버 114a: 설치공
116: 조인트 120: 작용력센서
130: 속도센서 140: 속도센서반사판
150: 신호처리부 160: 상태표시부

Claims (10)

  1. 철도차량에 구비되는 댐퍼의 이상여부를 진단하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조에 있어서,
    상기 댐퍼는 로드가 구비되는 외통과, 상기 로드에 구비되어 로드 및 외통의 일측을 커버하는 커버로 이루어지고,
    상기 로드는 상기 외통에 결합되는 타측 외주면에 작용력센서가 구비되고,
    상기 커버는 외통의 이동방향으로 다수개의 속도센서가 구비되고,
    상기 외통은 상기 커버에 의해 커버되는 단부에 상기 속도센서를 반응시키기 위한 속도센서반사판이 구비되고,
    상기 작용력센서 및 속도센서로부터 감지한 신호로부터 작용력 및 속도를 계산하여 댐퍼의 상태를 진단하는 신호처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로드는 상기 작용력센서가 구비된 전방에 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 작용력센서는 스트레인게이지, 피에조센서 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 속도센서는 홀센서로 이루어지고,
    상기 속도센서반사판은 상기 홀센서를 반응시키는 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 속도센서는 상기 커버에 형성된 설치공에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 로드의 외통에 결합되는 타측 외주면에 구비되는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리부의 진단 결과에 따라 댐퍼의 상태를 표시하는 상태표시부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정구조.
  8. 댐퍼의 작용력 및 속도 측정장치를 이용한 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법에 있어서,
    상기 댐퍼의 작용력센서 및 속도센서로부터 측정된 측정값을 신호처리부로 전송하는 측정단계;
    상기 측정단계에서 전송된 측정값으로부터 작용력 및 속도값으로 추출하는 추출단계;
    상기 추출단계에서 추출된 작용력 및 속도값을 댐퍼의 속도별 작용력 허용기준범위와 비교하는 비교단계;
    상기 비교단계 이후 작용력 및 속도값이 허용기준범위에 벗어난 경우 상기 상태표시부에 경고표시를 출력하도록 하는 상태표시단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상태표시단계에서는 경고표시출력범위를 단계별로 구분하여 나타내는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 측정단계에서는 속도센서에 속도센서반사판이 감지되는 시간에 대한 속도센서반사판의 길이의 비로 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼의 작용력 및 속도 측정방법.
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