KR101252526B1 - 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좁은 공간에서도 안정적으로 차량의 주행환경을 조성할 수 있어 공간적 효율을 극대화할 수 있음은 물론 다양한 형태의 레일에 대한 시험을 간편한 조작으로 변경하여 시험할 수 있도록 한 쌍의 차륜(1)이 구비된 차축(2)이 회전가능하게 축 고정된 대차프레임(3)과, 상기 대차프레임(3)에 하중의 인가에 따른 탈선환경을 조성하도록 된 가압수단과, 상기 가압수단에 의해 인가된 하중에 의해 차륜(1)들이 탈선되는 형태를 측정하여 크리프력의 변화를 측정하고 이를 연산하여 데이터화 하도록 된 제어수단을 포함하는 철도차량의 탈선 시험시스템에서 상기 차륜(1)들이 안착되어 주행하도록 된 레일장치를 구성함에 있어; 상기한 차륜(1)이 안착되는 링(ring) 형태의 레일링(4)과, 상기 레일링(4)이 탈부착되는 고정플랜지(7)가 구비된 원통 형상의 회전드럼(6)과, 동력발생장치에서 발생된 회전력을 상기 회전드럼(6)에 전달하도록 된 동력전달수단으로 이루어진 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치를 제공한다.

Description

철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치{A rail device of a test-system for derailment}

본 발명은 철도차량의 주행 중 차륜/레일의 답면현상, 주행속도, 수직하중, 수평하중, 차륜/레일의 좌우접촉위치, 공격각 등에 따라 탈선을 야기하는 크리프력이 어떻게 변화하는지를 규명하도록 된 철도차량의 탈선 시험시스템에 사용되는 레일을 구성하는 레일장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좁은 공간에서도 안정적으로 차량의 주행환경을 조성할 수 있어 공간적 효율을 극대화할 수 있음은 물론 다양한 형태의 레일에 대한 시험을 간편한 조작으로 변경하여 시험할 수 있도록 된 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치에 관한 것이다,

일반적으로 레일을 주행하는 열차는 과속, 기계적 결함 등의 유발요소가 단독 혹은 복합적으로 작용하여 차륜이 궤도를 이탈하는 탈선(脫線)현상이 일어나며 이는 철도 사고의 큰 비중을 차지하고 있다.

특히 최근 들어 레일 위를 주행하는 열차의 속도가 증가함에 따라 철도차량의 주행안정성(Stability)과 안전성(Safety)의 확보가 더욱 요구되고 있는 실정으로, 철도차량의 주행안정성을 저해하는 가장 중요한 요인이 탈선은 대형사고로 이어져 막대한 인적 및 물적 손실을 입힌다.

이에 따라 근자에는 철도 차량의 탈선을 예방하기 위한 여러 가지 장치 및 복구장치들이 제안되고 있으며, 특히 철도차량의 탈선에 대한 탈선계수를 측정할 수 있도록 된 장치 및 방법들이 제안되고 있다.

즉 탈선요인에 대한 정확한 탈선현상을 데이터화 하여 철도차량운전시스템에 적용함으로써 안전성이 있는 운행을 도모할 수 있는 방안들이 제안되고 있다.

상기와 같은 탈선계수 측정장치로는 한국특허제946232호(명칭: 수직변위와 정상횡가속도를 이용한 탈선계수 측정장치 및 방법)등이 있으며, 상기 측정방법은 차량의 윤중과 수직변위의 관계 특성, 횡압과 차체 정상횡가속도의 관계 특성을 이용하여 차량의 축상과 대차 사이의 수직변위 및 차체의 정상횡가속도의 측정만으로도 윤중과 횡압을 구하여 탈선계수를 구할 수 있도록 된 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 측정장치는 주어진 선로와 차량의 조건하에서 단순히 윤중과 횡압을 구하여 탈선계수를 구할 수 있을 뿐 다양한 조건들을 바꾸어 가면서 여러 가지 경우의 환경조건은 시험하기 어려운 문제점이 있었다.

즉 얻어진 데이터는 단일조건에서의 결과로서 철도차량의 성능을 대표하기에는 신뢰성이 부족한 문제점이 있었다.

이에 본 원인은 철도차량의 주행 중 차륜/레일의 답면현상, 주행속도, 수직하중, 수평하중, 차륜/레일의 좌우접촉위치, 공격각 등에 따라 탈선을 야기하는 크리프력이 어떻게 변화하는지를 규명하여 신뢰성 있는 데이터를 얻을 수 있는 철도차량의 탈선 시험시스템을 제안하였다.

이와 같이 본 원인에 의해 제안된 철도차량의 탈선 시험시스템은 한 쌍의 차륜이 구비된 차축이 회전가능하게 축 고정된 대차프레임과, 상기 차륜들이 안착되는 레일과, 상기 대차프레임에 하중의 인가에 따른 탈선환경을 조성하도록 된 가압수단과, 상기 가압수단에 의해 인가된 하중에 의해 레일에서 차륜들이 탈선되는 형태를 측정하여 크리프력의 변화를 측정하고 이를 연산하여 데이터화 하도록 된 제어수단을 포함하여 이루어진다.

이에 따라 상기 차축의 주행속도에 따라, 상기 가압수단에 의해 차륜으로 인가되는 탈선조건(수직하중, 수평하중, 측방하중)에 대하여 다양하고 폭넓은 탈선에 대한 크리프의 변화를 측정하여 차량운행시스템에 탈선예방에 대한 데이터를 확보할 수 있었다.

그러나 상기와 같은 기존의 철도차량의 탈선 시험시스템은 레일을 주행하면서 시험을 해야만 하기 때문에 공간적 한계가 존재하는 문제점이 있었다.

즉 레일의 길이에 따라 시험범위가 확정되기 때문에 장시간의 시험데이터는 얻기 어려운 문제점이 있었다.

그리고 다양한 형태의 레일을 시험하기 힘든 문제점이 있었다.

즉 레일을 교체하기 힘든 구조로 이루어져 있어, 레일의 선택폭이 적은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하게 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 좁은 공간에서도 안정적으로 차량의 주행환경을 조성할 수 있어 공간적 효율을 극대화할 수 있음은 물론 다양한 형태의 레일에 대한 시험을 간편한 조작으로 변경하여 시험할 수 있도록 된 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치는 한 쌍의 차륜이 구비된 차축이 회전가능하게 축 고정된 대차프레임과, 상기 대차프레임에 하중의 인가에 따른 탈선환경을 조성하도록 된 가압수단과, 상기 가압수단에 의해 인가된 하중에 의해 차륜들이 탈선되는 형태를 측정하여 크리프력의 변화를 측정하고 이를 연산하여 데이터화 하도록 된 제어수단을 포함하는 철도차량의 탈선 시험시스템에서 상기 차륜들이 안착되어 주행하도록 된 레일장치를 구성함에 있어; 상기한 차륜이 안착되는 링(ring) 형태의 레일링과, 상기 레일링이 탈부착되는 고정플랜지가 구비된 원통 형상의 회전드럼과, 동력발생장치에서 발생된 회전력을 상기 회전드럼에 전달하도록 된 동력전달수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 레일링은 도우넛 형태를 가지며 상기 고정플랜지에 볼트결합되도록 볼트가 고정되는 고정공이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 레일링은 복수 개로 분활 조립되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 회전드럼은 상기 차륜이 고정되며 지면에 설치된 기체에 회전가능하게 회전축을 통해 결합되며, 일측 단부에는 상기 회전축과 나사결합되는 고정판이 분리가능하게 볼트결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 동력발생수단은 모터로 이루어지며 상기 동력전달수단은 일단은 상기 모터의 축에 회전가능하게 고정되며 타단은 상기 회전드럼의 측단에 분리가능하게 볼트결합되는 고정판이 나사결합하는 고정축으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치는 차륜이 주행하는 주행로가 회전드럼 상에서 이루어지기 때문에 좁은 공간에서도 안정적으로 차량의 주행환경을 조성할 수 있어 공간적 효율을 극대화할 수 있고, 특히 다양한 형태의 레일에 대한 단면 형상을 가진 레일링을 교체하는 것만으로도 다양한 형태의 레일에 대한 시험을 변경하여 시험할 수 있어, 시험을 폭넓고 다양하게 수행하여 데이터를 얻을 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 레일장치가 적용된 철도차량의 탈선 시험시스템을 보인 개략 정면 예시도.
도 2는 도 1에서 도시된 철도차량의 탈선 시험시스템을 보인 개략 평면 예시도.
도 3은 도 1에서 철도차량의 탈선 시험시스템의 시험형태를 개략적으로 보인 개략예시도.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치를 보인 단면 예시도.
도 5는 도 4에서 도시된 본 실시예에 의한 레일장치에서 일부를 확대하여 보인 일부 발췌 확대 단면 예시도.
도 6은 도 4에서 도시된 본 실시예에 의한 레일장치를 구성하는 레일링을 발췌하여 보인 정면 예시도.
도 7은 도 4에서 도시된 본 실시예에 의한 레일장치를 구성하는 레일링의 또 다른 형태를 발췌하여 보인 정면 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치가 적용된 탈선 시험시스템을 보인 도면으로, 본 실시예의 레일장치가 적용된 철도차량의 탈선 시험시스템은 한 쌍의 차륜(1)이 구비된 차축(2)이 회전가능하게 축 고정된 대차프레임(3)이 구비되어, 상기 차륜(1)을 외부의 동력을 전달하여 회전시켜 주행속도를 구현하고 상기 대차프레임(3)에 대하여 수직, 수평, 측방으로의 하중을 인가하여 탈선조건을 구현하여 인가되는 탈선조건들에 따른 각각의 탈선현상을 야기하는 크리프력의 변화를 측정하여 데이터화 하게 된다.

상기와 같이 데이터화 된 크리프력의 변화를 차량운전시스템에 적용하여 차량의 안전운행을 도모함은 물론, 레일 및 차륜의 구조설계에 적용하여 더욱 안정된 구조의 레일 및 차륜을 생산하는 기반을 조성하게 된다.

그리고 상기와 같은 탈선 시험시스템에서 본 실시예의 레일장치는 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 차륜(1)들이 안착되는 링(ring) 형상의 레일링(4)과 상기 레일링(4)이 탈착되며 동력발생수단 중 하나인 모터(5)의 동력을 동력전달수단을 통해 전달받아 회전하도록 된 회전드럼(6)으로 이루어진다.

이에 따라 상기 회전드럼(6)에 조립된 레일링(4)에 상기 차축(2)의 차륜(1)이 안착된 후 모터(5)의 회전력을 전달받아 회전드럼(6)이 회전을 하면 레일링(4)이 회전을 하게 되고, 이로 인해 차륜(1)이 회전을 하여 주행속도를 충족하게 된다.

이때 상기 회전드럼(6)의 회전속도를 조절하여 차륜(1)의 회전속도(주행속도)를 조절함으로써 다양한 주행속도에 대한 데이터를 얻을 수 있다.

또한 상기와 같은 시험시스템은 상기 대차프레임(3)에 하중의 인가에 따른 탈선환경을 조성하도록 된 가압수단과, 상기 가압수단에 의해 인가된 하중에 의해 레일링(4)에서 차륜(1)들이 탈선되는 형태를 측정하여 크리프력의 변화를 측정하고 이를 연산하여 데이터화 하도록 된 제어수단을 가진다.

상기에서 탈선환경은 대차프레임(3)에 수직적으로 인가하는 수직하중과 전후방측으로 인가되는 요잉하중과 측방으로부터 인가되는 수평하중으로 이루어지며, 각각의 하중은 편위 및 가압력의 조절을 통해 다양하고 폭넓은 조건들을 구현한다.

그리고 상기와 같이 이루어진 본 실시예의 레일장치에서 상기한 레일링(4)은 도 6에서 도시된 바와 같이 도우넛 형태를 가지며 상기 고정플랜지(7)에 볼트(8)결합되도록 볼트(8)가 고정되는 고정공(9)이 구비된다.

따라서 간편하게 볼트(8) 체결하는 것으로 고정플랜지(7)에 다양한 형태의 레일링(4)을 필요에 따라 수시로 교체하여 시험하여 레일의 형태에 따른 폭넓은 탈선데이터를 얻을 수 있다.

또한 상기 레일링(4)은 도 7에서 도시된 바와 같이 복수 개로 분활 조립되도록 구성될 수 있는 것으로, 2개 혹은 3개 이상으로 분활 조립되어 구성될 수 있다.

그리고 상기한 회전드럼(6)은 상기 차축(2)이 고정되며 지면에 설치된 기체(10)에 회전가능하게 회전축(11)을 통해 결합되며, 일측 단부에는 상기 회전축(11)과 나사결합되는 고정판(12)이 분리가능하게 볼트결합되며, 타단은 모터(5)로 이루어진 동력발생수단과 축결합되어 동력을 전달받도록 된 동력전달수단인 고정축(13)의 단부와 나사결합되는 고정판(12)이 분리가능하게 볼트체결된다.

따라서 상기 고정판(12)들에서 상기 회전드럼(6)이 간단하게 분리되어 교체 및 수리를 할 수 있어 작업이 편리하고 신속하게 이루어진다.

이하 본 실시예에 의한 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 레일장치가 적용된 시험시스템을 이용하여 탈선을 야기하는 크리프력을 측정하기 위해서는 먼저 상기 대차프레임(3)에 시험하고자 하는 차륜(1)을 가진 차축(2)을 축 결합시키고, 상기 회전드럼(6)에 시험하고자 하는 레일형태를 가진 레일링(4)을 볼트 체결하여 결합시킨다.

상기와 같이 대차프레임(3)과 드럼(6)에 시험하고자 하는 차축(2) 및 레일링(4)의 조립이 완료되면 상기한 바와 같이 기체(10)에 각각 결합시킨다.

이때 상기 회전드럼(6)은 기체(10)에 회동가능하게 축 결합된 회전축(11)과 고정축(13)에 나사결합된 고정판(12)들과 볼트로 고정되어 기체(10)에 회전가능하게 설치된다.

상기 대차프레임(3)은 상기 드럼(6)측 방향으로 근접 및 이격되도록 승강되게 결합된다.

이와 같이 대차프레임(3)과 회전드럼(6)이 기체(10)에 결합되면, 상기 대차프레임(3)을 기체 상에서 하강시키어 회전드럼(6)측으로 근접시켜 차륜(1)이 레일링(4)에 안착되게 접촉시키고, 상기 모터(5)를 구동하여 모터(5)의 회전력을 동력전달수단인 고정축(13)을 통해 전달받은 회전드럼(6)이 회전되게 한다.

이때 회전드럼(6)의 회전속도는 시험하고자 하는 주행속도로 조절하여 인가하는 것이 바람직하며, 회전드럼(6)의 회전에 따라 레일링(4)에 안착된 차륜(1)이 대차프레임(3)의 축에서 공회전하여 시험하고자 하는 주행속도를 구현하게 된다.

상기와 같이 차축(2)이 공회전하면 상기 가압수단을 이용하여 시험하고자 하는 수직하중, 수평하중, 측방하중을 조절하여 대차프레임(3)로 인가시킴과 동시에 탈선형태를 측정하고 탈선을 야기하는 크리프력의 변화를 측정하여 제어수단을 통해 데이터화 하면 된다.

그리고 상기한 방법은 순차적으로 재적용하면 다양한 형태의 탈선조건에 대한 크리프력의 변화를 검출할 수 있다.

이와 같이 측정된 데이터를 차량운행시스템에 탈선예방에 대한 데이터를 확보하여 적용함과 아울러 차륜과 레일의 형태에 따른 탈선데이터를 확보하여 설계를 반영하게 된다.

상술된 바와 같이 본 발명의 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치는 좁은 공간에서도 차축의 주행속도를 구현하고 다양한 레일을 시험할 수 있어 폭넓은 탈선에 대한 크리프의 변화를 측정할 수 있도록 레일링이 탈부착되는 회전드럼의 구성으로 이루어진 것을 기술적 구성을 발명의 특징으로 한다.

1 : 차륜, 2 : 차축,
3 : 대차프레임, 4 : 레일링,
5 : 모터, 6 : 회전드럼,
7 : 고정플랜지, 8 : 볼트,
9 : 고정공, 10 : 기체,
11 : 회전축, 12 : 고정판,
13 : 고정축.

Claims (5)

1. 한 쌍의 차륜이 구비된 차축이 회전가능하게 축 고정된 대차프레임과, 상기 대차프레임에 하중의 인가에 따른 탈선환경을 조성하도록 된 가압수단과, 상기 가압수단에 의해 인가된 하중에 의해 차륜들이 탈선되는 형태를 측정하여 크리프력의 변화를 측정하고 이를 연산하여 데이터화 하도록 된 제어수단을 포함하는 철도차량의 탈선 시험시스템에서 상기 차륜들이 안착되어 주행하도록 된 레일장치를 구성함에 있어;
   상기한 차륜이 안착되는 링(ring) 형태의 레일링과,
   상기 레일링이 탈부착되는 고정플랜지가 구비된 원통 형상의 회전드럼과,
   동력발생장치에서 발생된 회전력을 상기 회전드럼에 전달하도록 된 동력전달수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치
   
2. 제 1항에 있어서;
   상기한 레일링은 도우넛 형태를 가지며 상기 고정플랜지에 볼트결합되도록 볼트가 고정되는 고정공이 구비된 것을 특징으로 하는 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치
   
3. 제 1항에 있어서;
   상기한 레일링은 복수 개로 분활 조립되도록 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치
   
4. 제 1항에 있어서;
   상기한 회전드럼은 상기 차축이 고정되며 지면에 설치된 기체에 회전가능하게 회전축을 통해 결합되며, 일측 단부에는 상기 회전축과 나사결합되는 고정판이 분리가능하게 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치
   
5. 제 1항에 있어서;
   상기한 동력발생수단은 모터로 이루어지며 상기 동력전달수단은 일단은 상기 모터의 축에 회전가능하게 고정되며 타단은 상기 회전드럼의 측단에 분리가능하게 볼트결합되는 고정판이 나사결합하는 고정축으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량의 탈선 시험시스템용 레일장치
   

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