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KR101971886B1 - 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치 및 시험 방법 - Google Patents

고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치 및 시험 방법 Download PDF

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KR101971886B1
KR101971886B1 KR1020180161579A KR20180161579A KR101971886B1 KR 101971886 B1 KR101971886 B1 KR 101971886B1 KR 1020180161579 A KR1020180161579 A KR 1020180161579A KR 20180161579 A KR20180161579 A KR 20180161579A KR 101971886 B1 KR101971886 B1 KR 101971886B1
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KR
South Korea
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fastening
rail
spring
base panel
load
Prior art date
Application number
KR1020180161579A
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English (en)
Inventor
한진규
박성수
Original Assignee
대원강업주식회사
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.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 고속철도용 레일을 지면의 기초 패널에 체결 및 고정시키는 레일 체결장치의 구성품인 체결스프링의 내구성 및 철도 레일 고정력을 측정하기 위한 시험 장치 및 시험 방법에 관한 것으로, 시험장치의 레일 접촉부 및 체결 나사에 각각 장착된 2개의 로드셀을 통해 체결 나사로 가해지는 하중과, 가해진 하중이 체결스프링을 통해 분산되어 레일 부재에 가해지는 분산하중을 개별적으로 측정하여 레일 체결장치에서 요구되는 각 부의 하중을 정확하게 측정함으로써, 레일 체결장치의 설계 신뢰도를 정확하게 검증하고, 체결스프링에 발생하는 응력값을 정확하게 측정함으로써, 체결스프링의 내구성 및 수명을 보다 정확하게 예측할 수 있도록 하는 고속철도용 레일 체결스프링의 특성 시험 장치 및 시험 방법에 관한 것이다.

Description

고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치 및 시험 방법{Property Inspection Devece and Inspection Method of Fastener Spring in Rail Fastening Apparatus for High-Speed Railroad}
본 발명은 고속철도용 레일을 지면의 기초 패널에 체결 및 고정시키는 레일 체결장치의 구성품인 체결스프링의 내구성 및 철도 레일 고정력을 측정하기 위한 시험 장치 및 시험 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 시험장치의 레일 접촉부 및 체결 나사에 각각 장착된 2개의 로드셀을 통해 체결 나사로 가해지는 하중과, 가해진 하중이 체결스프링을 통해 분산되어 레일 부재에 가해지는 분산하중을 개별적으로 측정하여 레일 체결장치에서 요구되는 각 부의 하중을 정확하게 측정함으로써, 레일 체결장치의 설계 신뢰도를 정확하게 검증하고, 체결스프링에 발생하는 응력값을 정확하게 측정함으로써, 체결스프링의 내구성 및 수명을 보다 정확하게 예측할 수 있도록 하는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치 및 시험 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도 1에서 도시하는 바와 같이 철도의 선로는 열차의 차륜을 안내하는 레일(1), 지면에 설치된 기초 패널(10) 위에 레일(1)을 안착시키는 레일풋(rail foot,F), 레일(1) 및 레일풋(F)을 연결하는 스테그(steg, S), 일측면이 레일풋(F)의 상부면과 접촉하도록 배치되는 체결스프링(30), 그리고 체결스프링(30) 상부를 지면 방향으로 가압하여 레일(1)을 고정하도록 기초 패널(10)에 연결되는 체결나사(40)로 이루어진다.
상기 체결스프링(30)와 체결나사(40)는 레일풋(F)의 양측을 고정하기 위하여 레일풋(F)을 중심으로 서로 대향하도록 한쌍씩 배치되고, 다수의 체결스프링(30)와 체결나사(40) 쌍이 레일(1)의 길이방향을 따라 일정 간격을 이루도록 배치되며, 체결스프링(30)가 밀려나면서 레일(1)이 이탈하는 것을 방지하기 위해 기초 패널(10)에는 각각의 체결스프링(30)가 배치되는 위치마다 지지대(20)가 형성된다.
위와 같은 체결스프링(30)는 도 2에서 도시하는 바와 같이 봉 형상 부재의 양측 말단이 부재 중심방향 및 중심방향과 어긋나는 방향으로 여러번 구부러져 바라보는 방향에 따라 W자 또는 B자 형상을 이루게 되며, 이러한 체결스프링(30)는 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0092132호 (2002.12.11. 공개), 대한민국 등록특허공보 제10-1561634호 (2015.10.13. 등록), 대한민국 등록특허공보 제10-1627778호 (2016.05.31. 등록), 대한민국 등록특허공보 제10-1653694호 (2016.08.29. 등록), 및 대한민국 등록특허공보 제10-1855194호 (2018.04.30. 등록)에 게시되어 있다.
또한, 열차 운행시 작용하는 하중에 의해 체결스프링(30)의 탄성변형 및 복원이 발생하면서 체결스프링(30)의 체결력을 유지시키게 되는데, 열차 탈선 사고 등 안전사고를 방지하기 위해 체결스프링(30)의 사용 내구연한이 만료될 때까지 체결스프링(30)의 성능이 유지되어야 한다.
체결스프링(30)의 설계시 체결스프링(30) 형상 및 부위별 치수는 운행되는 열차의 하중, 열차의 운행회수 등 각종 사용 조건에 따라 결정되며, 체결스프링(30)의 설계가 완료되면 체결스프링(30)에 체결나사(40)의 체결 조건에 부합하는 하중과 열차 운행시 부가되는 조건에 부합하는 하중을 가한 뒤, 체결스프링(30)에 작용하는 응력을 검토 및 설정함으로써, 체결스프링(30) 사용 내구연한을 시험하고, 체결스프링(30) 설계의 타당성을 검토하게 된다.
이러한 체결스프링(30)의 최적화 설계를 수행하는 방법으로, 2017 한국철도학회 추계학술대회 논문집 KSR2017A119에서는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 기초 패널(10)과 지지대(20) 역할을 수행하는 기초 패널 부재(100)와 지지대 부재(120)에 체결스프링(30)를 배치하고, 체결나사(40)의 역할을 수행하는 체결나사 부재(140)를 통해 체결스프링를 기초 패널 부재(100)에 고정한 다음, 체결스프링(30)에 특정 크기의 하중을 가하여 체결스프링(30)의 변형량 및 스트레인(strain) 값을 측정함으로써, 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 통해 설정된 체결스프링(30)의 형상 및 치수 등의 설계 변수의 적합성 및 내구성능에 미치는 영향을 실험을 통해 검증하는 시험 방법이 제시되어 있다.
그러나 실제 체결스프링(30) 고정시 체결나사(40)로부터 체결스프링(30)에 작용하는 하중은 체결스프링(30)을 통해 레일(1)과 기초 패널(10)로 분산되는데, 상기 논문과 같은 시험 방법으로는 체결나사(40)에 작용하는 하중만을 측정할 수 있기 때문에 체결스프링(30)이 레일(1)에 작용하는 힘을 정확하게 측정할 수 없었다.
또한, 체결스프링(30)의 형상 및 치수에 따라 달라지는 다양한 하중의 분산 조건을 구현하지 못함으로 인하여 체결스프링(30)의 검증 시험시 분산되는 하중이 반영되지 않아 시험 결과가 정확하게 측정되지 못하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2002-0092132호 (2002.12.11. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1561634호 (2015.10.13. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1627778호 (2016.05.31. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1653694호 (2016.08.29. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1855194호 (2018.04.30. 등록)
2017 한국철도학회 추계학술대회 논문집 KSR2017A119 (KR형 레일 체결 스프링 최적화 사양 설계에 관한 연구)
본 발명의 실시 예에서는 체결스프링의 형상 설계시 형상 인자의 변수 값을 입력하면 자체 개발된 프로그램을 통해 작성되는 체결스프링의 3D 형상에 대하여 유한요소해석을 통해 검토하여 체결스프링의 최적화 설계된 형상을 결정하고, 체결스프링이 실제 철도에 장착된 조건을 구현하도록 시험 장치에 장착한 다음, 체결스프링의 설계 신뢰성 검증시험을 실시할 때, 체결스프링에 부하되는 하중과 체결스프링에 의해 형성된 레일 고정력을 정확하게 측정함으로써, 체결스프링의 응력 측정 실험의 신뢰성을 향상시키고, 고속철도용 레일 체결장치 및 체결스프링의 시험 장치 및 시험 방식을 표준화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에서는 다양한 형상 인자 변수 값을 가지는 체결스프링마다 서로 다르게 작용하는 하중 분산 크기를 반영하여 체결스프링의 응력 측정 실험결과의 신뢰성을 보다 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에서는 다양한 형상 인자 변수 값을 가지는 레일 및 체결스프링에 대응하여 체결스프링의 내구성 검증 시험이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 레일이 배치되는 기초 패널과, 레일과 이격되어 기초 패널 표면에 돌출되어 형성된 지지대와, 봉 형상 부재의 양측 말단이 부재 중심방향 및 중심방향과 어긋나는 방향으로 여러번 구부러져 W자 또는 B자 형상으로 형성되고 일측과 타측이 각각 레일의 하부구조물 및 지지대와 접촉하도록 배치되는 체결스프링과, 기초 패널에 체결되어 체결스프링의 상부를 기초 패널방향으로 가압하여 레일을 기초 패널에 고정하는 체결나사로 이루어지는 레일 고정 시스템의 체결스프링 시험 방법에 있어서, 중앙부 상부면에 체결나사 부재 연결부가 형성되고, 기초 패널의 형상을 구현하는 기초 패널 부재, 체결나사 부재 연결부의 일측면 방향으로 기초 패널 부재 상부면에 배치되고, 레일의 단면 형상을 구현하는 레일 부재, 체결나사 부재 연결부의 타측면 방향으로 기초 패널 부재 상부면에 형성되고, 지지대 형상을 구현하는 지지대 부재, 체결나사 부재 연결부에 연결되고, 체결나사의 형상을 구현하는 체결나사 부재, 레일 부재에 장착되는 제1 로드셀 및 체결나사 부재에 장착되는 제2 로드셀로 구성되되, 가압장치의 작동에 의해 체결스프링과 레일 부재 사이에 발생하는 하중을 제1 로드셀로 측정하고, 체결스프링과 체결나사 부재 사이에 발생하는 분산 하중을 제2 로드셀로 측정한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 기초 패널 부재의 상부면 표면에는 레일 부재 장착부가 형성되고, 레일 부재가 레일 부재 장착부로부터 분리 및 교체 가능한 구조로 구성되어 서로 다른 형상의 레일 부재를 장착하여 다양한 형상으로 구현된 레일을 시험한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 기초 패널 부재의 상부면 표면에는 지지대 부재 장착부가 형성되고, 지지대 부재가 지지대 부재 장착부로부터 분리 가능한 구조로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 지지대 부재 장착부에는 지지대 부재 체결홀이 형성되고, 상기 지지대 부재 체결홀은 레일 부재의 길이방향으로 확장되어, 레일 부재와 평행한 방향으로 지지대 부재의 위치를 변경하여 장착할 수 있도록 함으로써, 다양한 체결스프링의 형상에 대응하여 체결스프링을 지지한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 지지대 부재와 접촉하는 부위의 체결스프링 곡면 표면에는 변형률 게이지가 연결된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 2개의 로드셀을 통해 체결스프링과 레일 부재 사이에 작용하는 하중 및 체결스프링 체결나사 부재에 작용하는 분산하중을 개별적으로 측정함으로써, 체결스프링에 의한 레일 고정력과 체결스프링에 부하되는 하중을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 실제 철도 레일의 부설 조건과 유사한 환경을 구현하여 체결스프링의 응력 측정 실험의 신뢰성을 향상시키 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 다양한 형상 인자 변수 값을 가지는 체결스프링에 대응하여 체결스프링의 내구성 검증 시험이 실시 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 다양한 형상 인자 변수 값을 가지는 체결스프링에 의해 서로 다르게 작용하는 하중의 분산 크기를 반영하여 체결스프링의 응력 측정 실험 결과의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 체결스프링 및 체결나사를 통해 레일을 기초 패널에 고정하는 철도의 일반적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 체결스프링의 일반적인 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 2017 한국철도학회 추계학술대회 논문집 KSR2017A119에 따른 체결스프링의 내구성 측정 시험 방법을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 고속철도용 레일 체결장치 및 체결스프링의 특성 시험 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 체결스프링의 유한요소해석 설계시 설계 변수가 발생시키는 요소를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다.
그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하 본 발명의 실시 예에 따른 레일 체결 체결스프링의 응력 시험 장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
철도의 선로는 도 1에서 도시하는 바와 같이 열차의 차륜을 안내하는 레일(1)과, 지면에 설치된 기초 패널(10) 위에 레일(1)을 안착시키는 레일풋(F) 및 레일(1)과 레일풋(F)을 서로 연결하는 스테그(S)로 구성되고, 레일풋(F)은 서로 대향하는 한쌍의 체결스프링(30)와 체결나사(40)가 레일(1)의 길이방향을 따라 일정 간격으로 다수 배치되어 기초 패널(10) 위에 단단히 고정되는 레일 고정 시스템이 적용되는데, 이하 레일(1)과 스테그(S) 및 레일풋(F)으로 이루어지는 선로를 레일(1)로 칭하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다.
도 4 내지 도 6에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 레일 체결 체결스프링의 응력 시험 장치에서는 기초 패널 부재(100), 레일 부재(110), 지지대 부재(120) 및 체결나사 부재(140)가 각각 기초 패널(10), 레일(1), 지지대(20) 및 체결나사(40)의 역할을 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레일 체결 체결스프링의 응력 시험 장치는 기초 패널 부재(100)의 일측에 레일 부재(110)가 배치되고, 타측에는 지지대 부재(120)가 형성된다.
또한, 레일 부재(110)와 지지대 부재(120) 사이의 기초 패널 부재(100)의 중앙부 상부면에는 체결나사 부재 연결부(104)가 형성되고, 체결나사 부재 연결부(104)에는 체결나사 부재(140)의 하부 끝단이 연결되며, 체결나사 부재(140)의 상부 끝단에는 체결스프링 가압부(141)가 형성된다.
또한, 레일 부재(110)에는 제1 로드셀(150)이 장착되고, 체결나사 부재(140)에는 제2 로드셀(142)이 장착된다.
본 발명의 다른 실시 예에서는 상기 기초 패널 부재(100)의 상부면 표면에 레일 부재 장착부(101)가 형성되고, 레일 부재(110)가 레일 부재 장착부(101)에 끼워짐으로써, 레일 부재(110)의 분리 및 교체가 가능한 구조로 이루어질 수 있으며, 레일 부재(110)의 교체를 통해 다양한 형상 인자 변수, 즉 다양한 규격의 레일(1) 치수 및 형상에 대응하여 체결스프링(30)의 특성 시험을 실시할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 실시 예에서는 상기 기초 패널 부재(100)의 상부면 표면에 지지대 부재 장착부(102)가 형성되고, 지지대 부재(120)가 지지대 부재 장착부(102)에 끼워짐으로써, 지지대 부재(120)의 분리가 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 지지대 부재 장착부(102)에는 지지대 부재 체결홀(121)이 형성되고, 지지대 부재 체결홀(121)은 레일 부재(110)의 길이방향으로 확장되는데, 지지대 부재 체결홀(121)의 확장 방향을 따라 지지대 부재(120)의 위치를 조절한 뒤 고정나사(122)에 의해 지지대 부재(120)가 고정되도록 이루어져, 다양한 체결스프링(30)의 치수 및 형상에 대응하여 체결스프링(30)의 특성 시험을 실시할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 레일(1) 체결 체결스프링(30)의 특성 시험 장치의 지지대 부재(120)와 접촉하는 부위 주변의 체결스프링(30) 곡면 표면에 변형률 게이지(160)가 연결되어, 가압장치(200)의 작동에 의한 하중 작용시 체결스프링(30)에 발생하는 변형률을 측정할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예들에 따른 레일 체결 체결스프링의 응력 시험 장치 및 시험 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에 따른 레일 체결 체결스프링의 응력 시험 방법은 크게 체결나사 부재(140)를 통해 체결스프링(30)를 기초 패널 부재(100) 및 레일 부재(110) 위에 고정하는 부재 고정 과정(S1), 가압장치(200)로 체결스프링(30)에 하중을 인가하는 하중 작용 과정(S2), 제1,2 로드셀(150,142)을 통해 체결나사 부재(140)로 가해지는 하중과 레일 부재(110)에 가해지는 분산하중을 측정하는 데이터 측정 과정(S3)으로 이루어진다.
레일 고정 시스템의 체결스프링(30)은 도 2에서 도시하는 바와 같이 봉 형상 부재의 양측 말단을 부재 중심방향 및 중심방향과 어긋나는 방향으로 여러번 구부림으로써 바라보는 방향에 따라 W자 또는 B자 형상을 이루게 되고, 이에 따라 체결스프링(30)에는 체결나사(40)와 접하는 체결나사 고정부(30A), 기초 패널(10)의 지지대(20)와 접하는 지지대 고정부(30B), 그리고 레일(1)을 고정하는 레일 고정부(30C)가 형성된다.
부재 고정 과정(S1)에서는 상기 체결나사 고정부(30A) 사이의 틈에 체결나사 부재(140)가 끼워지고, 지지대 고정부(30B)와 레일 고정부(30C)가 각각 지지대 부재(120) 및 레일 부재(110)와 접촉하도록 배치된다.
이때, 상기 기초 패널 부재(100)의 상부면 표면에 지지대 부재 장착부(102)가 형성되고, 지지대 부재 장착부(102)에는 지지대 부재 체결홀(121)이 형성될 수 있는데, 지지대 부재 체결홀(121)에 끼워지는 고정나사(122)에 의해 지지대 부재(120)와 기초 패널 부재(100)간 고정이 이루어질 수 있다.
또한, 지지대 부재 체결홀(121)이 레일 부재(110)의 길이방향으로 확장되어 이루어질 수 있는데, 지지대 부재 체결홀(121)의 확장 방향을 따라 지지대 부재(120)의 위치를 변경하여 지지대 부재(120)간 간격을 조절할 수 있다.
특히, 체결스프링(30)에 작용하는 하중에 대한 거동 특성은 도 7에서 도시하는 바와 같이 체결스프링(30)의 형상 인자 변수 값에 따라 변화하게 되며, 형상 인자 변수 값을 변화시켜 체결스프링(30)의 철도 장착 조건에 부합하는 최적화 설계를 진행하게 되는데, 이러한 체결스프링(30)의 형상 인자 변수로는 체결스프링(30)의 길이와 높이 등이 포함된 치수(L1,L2,L3,L4), 체결스프링(30)이 구부러진 부위의 곡률반경(R1,R2,R3,R4), 체결스프링(30)의 구부러진 부위가 이루는 각도(A1,A2), 체결스프링(30)의 소재경(D) 등이 있다.
지지대 부재(120)간 간격 조절을 통해 다양한 형상 인자 변수 값으로 이루어진 설계 대상 체결스프링(30)에 대응하여 체결스프링(30) 특성 측정 실험을 수행함으로써, 다양한 체결스프링(30)의 형상에 대응하여 체결스프링(30)을 지지할 수 있도록 하여 체결스프링(30)의 특성 측정 실험의 정확도를 보다 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 부재 고정 과정(S1)에서는 지지대 부재(120)와 접촉하는 부위의 체결스프링(30) 곡면 표면에는 변형률 게이지(160)를 연결하는 과정이 추가적으로 수행될 수 있으며, 가압장치(200)로부터 가해지는 하중에 의한 체결스프링(30)의 변형량을 변형률 게이지(160)로부터 측정할 수 있도록 한다.
부재 고정 과정(S1)이 완료되면 가압장치(200)를 작동시켜 체결나사 부재(140) 상부를 가압하여 체결스프링(30)에 하중을 인가하는 하중 작용 과정(S2)이 진행되는데, 체결나사 부재(140) 상부에 형성된 체결스프링 가압부(141)가 체결나사 고정부(30A)를 가압하여 체결스프링(30)에 하중이 전달된다.
이후 데이터 측정 과정(S3)을 수행하게 되며, 이때 가압장치(200)로부터 체결스프링(30)으로 작용하는 하중이 체결스프링(30) 내에서 분산되면서 분산하중이 발생하게 되는데, 체결스프링(30)과 레일 부재(110) 사이에 발생하는 하중은 제1 로드셀(150)로 측정하고, 체결스프링(30)과 체결나사 부재(140) 사이에 발생하는 분산하중은 제2 로드셀(142)로 측정하며, 변형률 게이지(160)에서 체결스프링(30)의 최대 응력 작용부에 발생하는 변형량을 측정하게 된다.
이와 같이 제1,2 로드셀(150,142)을 통해 체결스프링(30)의 레일(1) 고정력 및 체결스프링(30)에 부하되는 하중을 정확하게 측정하고, 변형률 게이지(160)를 통해 체결스프링(30)의 변형량 및 스트레인 값을 측정하여 유한요소해석을 통해 설계된 체결스프링(30)의 설계 타당성을 검증하게 되는데, 체결스프링(30)이 실제 철도에 장착된 조건을 구현한 상태로 체결스프링의 특성 시험을 진행함으로써, 체결스프링(30)의 응력 측정 실험의 신뢰성을 향상시키고, 체결스프링(30)의 설계 최적화를 이루도록 한다.
상기 내용을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 레일 S: 스테그(steg)
F: 레일풋 10: 기초 패널
20: 지지대 30: 체결스프링
30A: 체결나사 고정부 30B: 지지대 고정부
30C: 레일 고정부 40: 체결나사
100: 기초 패널 부재 101: 레일 부재 장착부
102: 지지대 부재 장착부 104: 체결나사 부재 연결부
110: 레일 부재 120: 지지대 부재
121: 지지대 부재 체결홀 122: 고정나사
140: 체결나사 부재 141: 체결스프링 가압부
142: 제2 로드셀 150: 제1 로드셀
160: 변형률 게이지 200: 가압장치

Claims (9)

  1. 레일(1)이 배치되는 기초 패널(10)과, 레일(1)과 이격되어 기초 패널(10) 표면에 돌출되어 형성된 지지대(20)와, 봉 형상 부재의 양측 말단이 부재 중심방향 및 중심방향과 어긋나는 방향으로 여러번 구부러져 W자 또는 B자 형상으로 형성되고 일측과 타측이 각각 레일(1)의 하부구조물 및 지지대(20)와 접촉하도록 배치되는 체결스프링(30)과, 기초 패널(10)에 체결되어 체결스프링(30)의 상부를 기초 패널(10)방향으로 가압하여 레일(1)을 기초 패널(10)에 고정하는 체결나사(40)로 이루어지는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치에 있어서,
    중앙부 상부면에 체결나사 부재 연결부(104)가 형성되고, 기초 패널(10)의 형상을 구현하는 기초 패널 부재(100);
    체결나사 부재 연결부(104)의 일측면 방향으로 기초 패널 부재(100) 상부면에 배치되고, 레일(1)의 단면 형상을 구현하는 레일 부재(110);
    체결나사 부재 연결부(104)의 타측면 방향으로 기초 패널 부재(100) 상부면에 형성되고, 지지대(20)의 형상을 구현하는 지지대 부재(120);
    체결나사 부재 연결부(104)에 연결되고, 체결나사(40)의 형상을 구현하는 체결나사 부재(140);
    레일 부재(110)에 장착되는 제1 로드셀(150); 및
    체결나사 부재(140)에 장착되는 제2 로드셀(142);
    로 구성되되, 가압장치(200)의 작동에 의해 체결스프링(30)과 레일 부재(110) 사이에 발생하는 하중을 제1 로드셀(150)로 측정하고, 체결스프링(30)과 체결나사 부재(140) 사이에 발생하는 분산 하중을 제2 로드셀(142)로 측정하고,
    상기 기초 패널 부재(100)의 상부면 표면에는 지지대 부재 장착부(102)가 형성되고, 지지대 부재(120)가 지지대 부재 장착부(102)로부터 분리 가능한 구조로 구성되고,
    상기 지지대 부재 장착부(102)에는 지지대 부재 체결홀(121)이 형성되고, 상기 지지대 부재 체결홀(121)은 레일 부재(110)의 길이방향으로 확장되어, 레일 부재(110)와 평행한 방향으로 지지대 부재(120)의 위치를 변경하여 장착할 수 있도록 함으로써, 다양한 체결스프링(30)의 형상에 대응하여 체결스프링(30)을 지지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기초 패널 부재(100)의 상부면 표면에 서로 다른 형상의 레일 부재(110)를 장착하여 다양한 형상으로 구현된 레일(1)을 시험할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지대 부재(120)와 접촉하는 부위의 체결스프링(30) 곡면 표면에는 변형률 게이지(160)가 연결되는 것을 특징으로 하는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 장치.
  6. 레일(1)이 배치되는 기초 패널(10)과, 레일(1)과 이격되도록 기초 패널(10) 표면에 돌출되어 형성된 지지대(20)와, 봉 형상 부재의 양측 말단이 부재 중심방향 및 중심방향과 어긋나는 방향으로 여러번 구부러져 W자 또는 B자 형상으로 형성되고 일측과 타측이 각각 레일(1)의 하부구조물 및 지지대(20)와 접촉하도록 배치되는 체결스프링(30)와, 기초 패널(10)에 체결되어 체결스프링(30)의 상부를 기초 패널(10)방향으로 가압하여 레일(1)을 기초 패널(10)에 고정하는 체결나사(40)로 이루어지는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 방법에 있어서,
    기초 패널 부재(100)의 상부면 중앙부에 형성된 체결나사 부재 연결부(104)의 일측 방향으로 제1 로드셀(150)이 장착된 레일 부재(110)를 배치하고, 체결스프링(30)의 일측과 타측을 레일 부재(110)의 상부면 및 기초 패널 부재(100)의 타측 표면에 형성된 지지대 부재(120)와 각각 접촉하도록 배치하며, 체결나사 부재 연결부(104)에 제2 로드셀(142)이 장착된 체결나사 부재(140)를 연결하여 체결스프링(30) 상부를 고정하는 부재 고정 과정(S1);
    가압장치(200)를 작동시켜 체결스프링(30)에 하중을 인가하는 하중 작용 과정(S2); 및
    제1 로드셀(150)로 체결스프링(30)과 레일 부재(110) 사이에 발생하는 하중을 측정하고, 제2 로드셀(142)로 체결스프링(30)과 체결나사 부재(140) 사이에 발생하는 분산 하중을 측정하는 데이터 측정 과정(S3);으로 이루어지고,
    상기 기초 패널 부재(100)의 상부면 표면에는 지지대 부재 장착부(102)가 형성되고, 지지대 부재(120)가 지지대 부재 장착부(102)로부터 분리 가능한 구조로 구성되며, 상기 지지대 부재 장착부(102)에는 지지대 부재 체결홀(121)이 형성되고, 상기 지지대 부재 체결홀(121)은 레일 부재(110)의 길이방향으로 확장되어, 레일 부재(110)와 평행한 방향으로 지지대 부재(120)의 위치를 변경하여 장착할 수 있도록 함으로써, 다양한 체결스프링(30)의 형상에 대응하여 체결스프링(30)을 지지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 레일(1)이 배치되는 기초 패널(10)과, 레일(1)과 이격되도록 기초 패널(10) 표면에 돌출되어 형성된 지지대(20)와, 봉 형상 부재의 양측 말단이 부재 중심방향 및 중심방향과 어긋나는 방향으로 여러번 구부러져 W자 또는 B자 형상으로 형성되고 일측과 타측이 각각 레일(1)의 하부구조물 및 지지대(20)와 접촉하도록 배치되는 체결스프링(30)와, 기초 패널(10)에 체결되어 체결스프링(30)의 상부를 기초 패널(10)방향으로 가압하여 레일(1)을 기초 패널(10)에 고정하는 체결나사(40)로 이루어지는 고속철도용 레일 체결 장치의 체결스프링 특성 시험 방법에 있어서,
    기초 패널 부재(100)의 상부면 중앙부에 형성된 체결나사 부재 연결부(104)의 일측 방향으로 제1 로드셀(150)이 장착된 레일 부재(110)를 배치하고, 체결스프링(30)의 일측과 타측을 레일 부재(110)의 상부면 및 기초 패널 부재(100)의 타측 표면에 형성된 지지대 부재(120)와 각각 접촉하도록 배치하며, 체결나사 부재 연결부(104)에 제2 로드셀(142)이 장착된 체결나사 부재(140)를 연결하여 체결스프링(30) 상부를 고정하는 부재 고정 과정(S1);
    가압장치(200)를 작동시켜 체결스프링(30)에 하중을 인가하는 하중 작용 과정(S2); 및
    제1 로드셀(150)로 체결스프링(30)과 레일 부재(110) 사이에 발생하는 하중을 측정하고, 제2 로드셀(142)로 체결스프링(30)과 체결나사 부재(140) 사이에 발생하는 분산 하중을 측정하는 데이터 측정 과정(S3);으로 이루어지고,
    상기 부재 고정 과정(S1)에서는 지지대 부재(120)와 접촉하는 부위의 체결스프링(30) 곡면 표면에 변형률 게이지(160)를 연결하고, 데이터 측정 과정(S3)에서는 변형률 게이지(160)로부터 하중에 의해 변형되는 체결스프링(30)의 변형량을 추가적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 고속철도용 레일 체결장치의 체결스프링 특성 시험 방법.
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