KR100682520B1 - 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법 - Google Patents

철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100682520B1
KR100682520B1 KR1020040064175A KR20040064175A KR100682520B1 KR 100682520 B1 KR100682520 B1 KR 100682520B1 KR 1020040064175 A KR1020040064175 A KR 1020040064175A KR 20040064175 A KR20040064175 A KR 20040064175A KR 100682520 B1 KR100682520 B1 KR 100682520B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
specimen
wheel
rail
wear
rail specimen
Prior art date
Application number
KR1020040064175A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060015809A (ko
Inventor
허현무
권성태
Original Assignee
한국철도기술연구원
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 한국철도기술연구원 filed Critical 한국철도기술연구원
Priority to KR1020040064175A priority Critical patent/KR100682520B1/ko
Publication of KR20060015809A publication Critical patent/KR20060015809A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100682520B1 publication Critical patent/KR100682520B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/02—Investigating surface tension of liquids
    • G01N2013/0216—Investigating surface tension of liquids by measuring skin friction or shear force

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

본 발명은 철도차륜의 마모시험장치 및 마모시험방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 마모시험장치는, 차륜시편이 고정되는 차륜시편측 구동부와; 레일시편이 고정되는 레일시편측 구동부와; 상기 차륜시편과 레일시편에 수직하중을 작용하여 구름 마찰에 의한 각 시편의 답면에 슬립이 형성되게 하는 수직하중 가압장치와; 상기 차륜시편과 레일시편에 수평하중을 작용하여 상기 레일시편측 구동부의 횡방향 변위에 의해 차륜시편의 플랜지부가 마모되게 하는 수평하중 가압장치와; 상기 차륜시편과 레일시편에 작용되는 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등을 입출력하기 위한 콘트롤장치;로 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 마모시험장치를 이용한 마모시험방법은, 곡면형상의 플랜지부가 형성된 차륜시편과, 곡면형상의 게이지코너부가 형성된 레일시편을 실제 차륜 및 레일에서 추출하는 제 1 과정과; 상기 추출된 각 시편들의 무게와 답면형상을 측정하는 제 2 과정과; 상기 각 시편을 시험장치의 차륜시편 고정부와 레일시편 고정부에 결합시킨 후, 콘트롤장치를 통해 실험조건의 변수들을 입력 제어하는 제 3 과정과; 상기 입력된 실험조건에 의해 차륜시편과 레일시편에 수직 및 수평하중이 작용되도록 마모시험장치를 구동시키는 제 4 과정과; 상기 입력된 시험조건에 의해 차륜시편과 레일시편이 상호 접촉되어 구름 마찰에 의한 각 시편의 답면에 슬립이 발생되도록 수직하중이 작용되고, 상기 레일시편의 횡방향 변위를 통해 차륜시편의 플랜지부에 마모가 발생되도록 수평하중이 작용되는 제 5 과정과; 상기 수직하중 및 수평하중이 작용된 차륜시편과 레일시편의 마모량 계측을 위해 일정 회전수마다 마모시험을 중지시켜 차륜시편과 레일시편의 무게를 재 측정하는 제 6 과정과; 상기 제 6 과정을 통해 무게 측정이 종료된 차륜시편과 레일시편의 답면 형상 및 차륜시편의 플랜지부 마모상태를 형상측정기를 통해 계측하는 제 7 과정과; 상기 제 6, 7 과정을 통해 재 측정된 각 시편의 무게 및 답면형상과 초기 측정된 각 시편의 무게 및 답면형상을 비교하여 상기 차륜시편 및 레일시편의 마모량을 계산하는 제 8 과정;을 포함하여 이루어져 있다.
따라서, 본 발명의 마모시험장치 및 마모시험방법에 의하면, 상호 접촉된 각 차륜 및 레일 시편에 구름마찰이 이루어지도록 수평하중과 수직하중을 작용시켜 다양한 시험조건에 따른 차륜 및 레일의 마모특성을 분석함과 아울러, 특히 차륜에 있어 곡선레일 주행시 상기 레일의 게이지코너부와 마찰을 통해 발생되는 차륜 플랜지부 및 레일 게이지코너부의 마모특성을 분석하는 등, 실제 차륜 및 레일의 마모특성을 정확히 예측할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
마모시험장치, 차륜시편, 레일시편, 수직하중, 수평하중, 답면, 플랜지, 마모

Description

철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법{Wear tester and test method of thereof for railway wheel}
도 1은 종래 철도차륜 마모시험장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 종래 철도차륜 마모시험장치 중 차륜시편과 레일시편이 접촉되는 시편접촉부의 상세도.
도 3은 본 발명의 철도차륜 마모시험장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 마모시험장치에 차륜시편과 레일시편이 설치된 상태의 상부 상세도.
도 5는 본 발명에 따른 차륜시편 및 레일시편에 수직하중 및 수평하중이 작용된 상태도.
도 6은 본 발명의 마모시험장치에 의한 차륜시편과 레일시편의 마모시험과정을 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명에 의한 마모시험 후 차륜시편의 플랜지 형상을 나타낸 상태도.
도 8은 본 발명의 마모시험장치에 있어 회전수에 따른 차륜시편의 마모유형을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1a. 마모시험장치 50. 차륜시편측 구동부
51. 차륜시편 51a. 플랜지부
54. 차륜시편 고정부 56. 가이드 봉
57. 가동 프레임 60. 레일시편측 구동부
61. 레일시편 61a. 게이지코너부
65. 레일시편 고정부 68. 이송베드
70. 수직하중 가압장치 80. 수평하중 가압장치
52, 62, 71, 81. 구동모터 72, 82. 나사이송축
90. 콘트롤장치 91. 수직하중 입출력부
92. 수평하중 입출력부 93. 차륜시편 회전수 입출력부
94. 레일시편 회전수 입출력부 95. 자동/수동 전환스위치
96. 레일시편 횡변위 IN/OUT 스위치
97. 차륜시편 토오크 입출력부 98. 레일시편 스트로크 입출력부
S100. 시편추출과정(제 1 과정)
S200. 시편측정과정(제 2 과정)
S300. 시험조건 입력과정(제 3 과정)
S400. 시험장치 구동과정(제 4 과정)
S500. 수직 및 수평하중 작용과정(제 5 과정)
S600. 시편무게 측정과정(제 6 과정)
S700. 시편형상 계측과정(제 7 과정)
S800. 시편 마모량 계산과정(제 8 과정)
본 발명은 철도차륜 마모시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 차륜 및 레일시편에 상호 접촉에 의한 구름마찰이 이루어지도록 수평하중과 수직하중을 작용시켜 다양한 시험조건에 따른 차륜 및 레일의 마모특성을 분석함과 아울러, 특히 차륜에 있어 곡선레일 주행시 상기 레일의 게이지코너부와 마찰을 통해 발생되는 차륜 플랜지부분 및 레일 게이지코너부의 마모특성을 분석하는 등, 실제 차륜 및 레일의 마모특성을 정확히 예측할 수 있도록 한 철도차륜 마모시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 차륜 및 레일의 마모특성을 분석하기 위한 종래 철도차륜 마모시험장치는 원판형태로 이루어진 차륜시편 및 레일시편을 구름접촉시켜 각 시편의 마모량 및 치수 등을 측정하는 등, 상기 차륜 및 레일의 답면상태에 대한 마모특성을 분석하도록 이루어진 것으로서, 이에 대한 종래 철도차륜 마모시험장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.
종래의 철도차륜 마모시험장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 구동모터 (10)와, 상기 구동모터(10)의 회전력을 차륜시편(22)측에 전달하는 동력전달부와, 상기 동력전달부에 의해 전달된 회전력을 통해 구동될 수 있도록 원판형태의 차륜시편(22)이 결합되는 차륜시편 고정부(20)와, 상기 차륜시편 고정부(20)와 대향되게 설치됨과 아울러 상기 차륜시편(22)과 구름 접촉이 이루어질 수 있게 원통형의 레일시편(32)이 결합되는 레일시편 고정부(30)와, 상기 차륜시편(22)과 레일시편(32) 간에 구름 접촉이 이루어지도록 수직하중을 가해주는 하중작용부(40)로 구성되어 있다.
미 설명 부호 23, 33은 상기 차륜시편 고정부(20) 및 레일시편 고정부(30)에 차륜시편(22)과 레일시편(32)을 고정시키는 고정너트(23, 33)를 나타낸 것이다.
이 때, 상기 동력전달부는 상기 구동모터(10)의 회전축과 차륜시편 고정부(20)를 회동시키는 구동축을 연결시켜 상기 구동모터(10)의 회전력을 구동축에 전달하는 제 1 동력전달부재, 및 상기 제 1 동력전달부재를 통해 구동축으로 전달된 회전력을 상기 차륜시편 고정부(20)에 전달하는 제 2 동력전달부재와, 상기 제 1 동력전달부재를 통해 구동축으로 전달된 회전력을 상기 레일시편 고정부(30)에 전달하는 제 3 동력전달부재로 구성되되, 상기 제 1 동력전달부재는 상기 회전축 및 구동축의 일측단에 각각 설치된 풀리(11, 12)와 상기 풀리(11, 12)에 연결된 벨트(13)로 이루어져 있고, 상기 제 2 동력전달부재는 상기 구동축의 타측단 및 차륜시편 고정부(20)의 일측단에 상호 연접되도록 설치된 2차 구동기어(17)와 종동기어(21)로 이루어져 있으며, 상기 제 3 동력전달부재는 상기 구동축의 풀리(12) 후방측 및 레일시편 고정부(30)의 일측단에 상호 연접되도록 설치된 1차 구동기어(16) 와 종동기어(31)로 이루어져 있다.
또한, 상기 하중작용부(40)는 상기 차륜시편 고정부(20) 외주면에 일체로 형성된 작용레버(41)와, 하중작용레버(43) 조작시 가압되는 스프링(44)에 의해 가압부재(45)를 잡아당겨 상호 접촉된 차륜시편(22) 및 레일시편(32)에 수직하중이 작용되도록 상기 작용레버(41)와 대응되게 설치되는 하중가압장치(42)로 이루어져 있다. 미 설명 부호 46은 작용된 하중량을 표시하는 표시부(46)를 나타낸 것이다.
이와 같이 구성된 철도차륜 마모시험장치(1)의 마모시험과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 철도차륜 마모시험장치(1)를 구동하기에 앞서, 차륜과 레일에서 일정두께의 원판형태로 차륜시편(22)과 레일시편(32)을 추출한 후, 상기 추출된 시편들(22, 32)의 각 무게를 측정한 다음, 이를 철도차륜 마모시험장치(1)의 차륜시편 고정부(20)와 레일시편 고정부(30)에 각각 결합시키는 등 상기 마모시험장치(1)에 차륜시편(22)과 레일시편(32)을 고정시킨다.
상기와 같이 고정된 차륜시편(22)과 레일시편(32)의 마모시험을 위하여 스위치(미도시)를 온(on)시키면, 모터 구동에 의한 회전력이 상기 구동모터(10)의 회전축과 구동축을 연결하는 제 1 동력전달부재와, 상기 구동축과 차륜시편 고정부(20)를 연결하는 제 2 동력전달부재를 통해 상기 차륜시편(22)이 결합된 차륜시편 고정부(20)로 전달되어 상기 차륜시편(22)이 회전하게 된다.
또한, 상기 모터 구동에 의한 회전력이 상기 구동축과 레일시편 고정부(30)를 연결하는 제 3 동력전달부재를 통해 상기 레일시편(32)이 결합된 레일시편 고정 부(30)로 전달되어 상기 레일시편(32) 역시 회전하게 된다.
상기와 같이 회전하는 차륜시편(22)과 레일시편(32)을 구름 접촉시키기 위하여, 상기 차륜시편 고정부(20) 외주면에 일체로 형성된 작용레버(41)에 하중가압장치(42) 중 가압부재(45)를 대응시킨 후 상기 작용레버(41)를 가압하게 되면, 도 2에 도시한 바와 같이 상호 접촉된 차륜시편(22)과 레일시편(32)에 수직하중이 작용되면서 상기 차륜시편(22)과 레일시편(32) 간에 상호 대향되는 구름운동이 이루어지게 되고, 상기 구름운동에 의한 차륜시편(22)과 레일시편(32)의 답면에 슬립(slip)이 발생하게 된다.
이와 같이 답면에 슬립이 발생된 차륜시편(22)과 레일시편(32)의 무게를 측정하기 위하여 구동중인 마모시험장치(1)를 정지시킨 다음, 상기 차륜시편 고정부(20)와 레일시편 고정부(30)로부터 차륜시편(22) 및 레일시편(32)을 분리한 후, 분리된 차륜시편(22)과 레일시편(32)의 무게를 다시 측정한 다음, 시험 전(前) 차륜시편(22)과 시험 후(後) 차륜시편(22)의 무게를 이용해 차륜시편(22)의 마모량을 계산하게 되고, 상기 레일시편(32) 역시 시험 전(前) 레일시편(32)과 시험 후(後) 레일시편(32)의 무게를 이용해 마모량을 계산하게 된다.
하지만, 종래 철도차륜 마모시험장치(1)의 경우, 도 2에서와 같이 일정두께의 원판형태로 형성되어 상호 구름 접촉된 차륜시편(22)과 레일시편(32)에 수직하중만을 작용하여 마모시험을 실행하기 때문에, 단순한 차륜시편(22)과 레일시편(32)의 답면상태에 대한 마모특성만 재현할 수 있을 뿐, 곡선주행시 발생되는 실제 차륜 플랜지부(미도시)와 레일 게이지코너부(미도시)의 마모특성 즉, 곡면형상으로 이루어진 차륜의 플랜지부와 레일의 게이지코너부 마찰에 의한 실질적인 차륜 및 레일의 마모특성을 재현할 수 없게 되는 문제점과 아울러, 이로 인한 실제 차륜 및 레일의 마모량 역시 분석할 수 없게 되는 커다란 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 차륜의 플랜지부와 레일의 게이지코너부에 대한 마모특성을 재현하기 위해서는 실제 차륜형태와 레일형태 즉, 곡면형상의 플랜지부가 형성된 차륜형태 및 이와 대응되도록 게이지코너부가 형성된 레일형태와 동일한 형상으로 시편을 제작함과 아울러, 상호 구름 접촉된 차륜시편(22)과 레일시편(32) 상에 작용되는 수직하중과 함께, 상기 차륜의 플랜지부와 레일의 게이지코너부에 대한 마모특성을 재현하기 위한 별도의 수평하중용 가압장치(미도시)를 구비하여야 하는 문제점도 있었다.
더욱이, 종래 철도차륜 마모시험장치(1)에 상기 수평하중용 가압장치를 구비시키기 위해서는 전체적인 마모시험장치(1)의 구조변경이 불가피해지게 되는 문제점과 아울러, 구조변경에 따른 새로운 구조의 철도차륜 마모시험장치(1)로 구성될 수 밖에 없는 문제점 등도 발생하게 된다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 구름 접촉된 차륜시편과 레일시편에 수직하중 및 수평하중이 동시에 작용되도록 철도차륜 마모시험장치를 구성함으로써, 상호 접촉된 각 차륜 및 레일의 시편에 구름마찰이 이루어지도록 수평하중과 수직하중을 작용시켜 다양한 시험조건에 따른 차륜 및 레일 의 마모특성을 분석함과 아울러, 특히 차륜에 있어 곡선레일 주행시 상기 레일의 게이지코너부와 마찰을 통해 발생되는 차륜 플랜지부분 및 레일 게이지코너부의 마모특성을 분석하는 등, 실제 차륜 및 레일의 마모특성을 정확히 예측할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 철도차륜 마모시험장치를 통해 수평 및 수직하중, 회전속도, 토오크 등을 제어함과 동시에, 상기 수평 및 수직하중, 변위, 속도, 토오크, 회전수 등에 대한 모니터링을 행함으로써, 보다 정확하게 차륜시편과 레일시편에 대한 마모시험을 실제 차륜 및 레일의 마모특성에 가깝게 실행할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 철도차륜 마모시험장치는, 차륜시편이 고정되는 차륜시편측 구동부와;
레일시편이 고정되는 레일시편측 구동부와;
상기 차륜시편과 레일시편에 수직하중을 작용하여 구름 마찰에 의한 각 시편의 답면에 슬립이 형성되게 하는 수직하중 가압장치와;
상기 차륜시편과 레일시편에 수평하중을 작용하여 상기 레일시편측 구동부의 횡방향 변위에 의해 차륜시편의 플랜지부가 마모되게 하는 수평하중 가압장치와;
상기 차륜시편과 레일시편에 작용되는 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등을 입출력하기 위한 콘트롤장치;로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 콘트롤장치에 의해 입력된 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등에 맞게 차륜시편 및 레일시편측 구동부와, 수직/수평하중 가압장치를 제어하는 제어장치가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 차륜시편측 구동부는 구동모터, 및 모터 회전력을 차륜시편측에 전달하는 동력전달부와, 곡면형상의 플랜지부가 형성된 차륜시편이 결합되는 차륜시편 고정부로 구성되되, 상기 동력전달부를 통해 구동모터와 차륜시편 고정부가 직렬형태로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 차륜시편측 구동부는 하나 이상으로 구성된 가이드 봉의 안내에 따라 승강운동이 이루어지는 가동 프레임 내에 설치 고정된 것을 특징으로 한다.
상기 동력전달부는 구동모터와 차륜시편 고정부가 직렬형태로 연결될 수 있도록 커플링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 레일시편측 구동부는 구동모터, 및 모터 회전력을 레일시편측에 전달하는 동력전달부와, 곡면형상의 게이지코너부가 형성된 레일시편이 결합되는 레일시편 고정부로 구성되되, 상기 동력전달부를 통해 구동모터와 레일시편 고정부가 병렬형태로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 동력전달부는 구동모터와 레일시편 고정부가 병렬형태로 연결될 수 있도록 풀리 및 벨트로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 레일시편은 곡면형상의 게이지코너부가 차륜시편의 플랜지부분에 접촉되는 상태로 레일시편 고정부에 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 레일시편측 구동부에 고정된 레일시편의 횡방향 변위는 차륜시편의 답 면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 레일시편측 구동부 하단에는 수평하중 작용시 레일시편이 상기 차륜시편의 답면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 횡방향 변위가 가능하도록 레일이 고정된 이송베드가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 레일시편측 구동부 하단의 이송베드는 상기 레일시편 고정부에 결합된 레일시편의 답면 형태와 실제 레일의 답면 형태가 동일한 경사각도를 갖을 수 있도록 기울기 조정이 가능하게 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 마모시험장치를 이용한 차륜시편 및 레일시편의 마모시험방법은, 곡면형상의 플랜지부가 형성된 차륜시편과, 곡면형상의 게이지코너부가 형성된 레일시편을 실제 차륜 및 레일에서 추출하는 제 1 과정과;
상기 추출된 각 시편들의 무게와 답면형상을 측정하는 제 2 과정과;
상기 각 시편을 시험장치의 차륜시편 고정부와 레일시편 고정부에 결합시킨 후, 콘트롤장치를 통해 실험조건의 변수들을 입력 제어하는 제 3 과정과;
상기 입력된 실험조건에 의해 차륜시편과 레일시편에 수직 및 수평하중이 작용되도록 마모시험장치를 구동시키는 제 4 과정과;
상기 입력된 시험조건에 의해 차륜시편과 레일시편이 상호 접촉되어 구름 마찰에 의한 각 시편의 답면에 슬립이 발생되도록 수직하중이 작용되고, 상기 레일시편의 횡방향 변위를 통해 차륜시편의 플랜지부분에 마모가 발생되도록 수평하중이 작용되는 제 5 과정과;
상기 수직하중 및 수평하중이 작용된 차륜시편과 레일시편의 마모량 계측을 위해 일정 회전수마다 마모시험을 중지시켜 차륜시편과 레일시편의 무게를 재 측정하는 제 6 과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제 6 과정을 통해 무게 측정이 종료된 차륜시편과 레일시편의 답면 형상 및 차륜시편의 플랜지부 마모상태를 형상측정기를 통해 계측하는 제 7 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 6, 7 과정을 통해 재 측정된 각 시편의 무게 및 답면형상과 초기 측정된 각 시편의 무게 및 답면형상을 비교하여 상기 차륜시편 및 레일시편의 마모량을 계산하는 제 8 과정;이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 5 과정 중 수평하중 작용시 레일시편이 결합된 레일시편측 구동부의 횡방향 변위를 통해 레일시편이 상기 차륜시편의 답면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 반복 이송되면서 상기 레일시편의 게이지코너부에 의해 차륜시편의 플랜지부분이 마모되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 과정 중 콘트롤장치를 통해 입력되는 실험조건은 ①해당 레일 경좌조건에 따라 레일시편측 이송베드의 기울기 설정, ②차륜시편의 회전수 설정, ③차륜시편의 회전수와 근사치로 레일시편의 회전수 설정, ④차륜시편측 구동부 하강을 통해 레일시편과 차륜시편을 접촉시킴과 아울러 구름마찰에 의한 답면에 슬립이 발생하도록 수직하중 설정, ⑤제어하고자하는 토오크 목표치 설정, ⑥구름마찰중인 차륜시편에 수평하중이 작용되도록 레일시편의 횡방향 변위 설정, ⑦차륜시편의 총 회전수 및 레일시편의 횡방향 이송횟수를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 실험조건 중 토오크 목표치 설정시, 설정된 토오크 값이 발생되도록 차륜시편의 회전수는 고정되고, 레일시편은 차륜시편과의 구름 마찰에 의한 설정된 토오크에 부합되도록 그 회전수가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 실험조건 중 레일시편의 횡방향 변위 설정시, 초기엔 레일시편이 차륜시편의 답면 중앙부에 접촉하다가 차륜의 플랜지부로 이동하여 상기 레일시편의 게이지코너부와 차륜시편의 플랜지부가 일정시간 접촉한 후 처음위치로 복귀하는 것을 특징으로 한다.
상기 레일시편의 횡방향 변위 설정시, 레일시편의 횡방향 이송속도 및 상기 차륜시편의 플랜지부와 레일시편의 게이지코너부와의 접촉시간 역시 설정되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 철도차륜 마모시험장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 철도차륜 마모시험장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 마모시험장치에 차륜시편과 레일시편이 설치된 상태의 상부 상세도를 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명에 따른 차륜시편 및 레일시편에 수직하중 및 수평하중이 작용된 상태도를 나타낸 것이다.
본 발명의 철도차륜 마모시험장치(1a)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 차륜시편(51)이 고정되는 차륜시편측 구동부(50)와; 레일시편(61)이 고정되는 레일시편측 구동부(60)와; 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수직하중을 작용하여 구름 마찰에 의한 각 시편(51, 61)의 답면에 슬립이 형성되게 하는 수직하중 가압 장치(70)와; 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수평하중을 작용하여 상기 레일시편측 구동부(60)의 횡방향 변위에 의해 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)가 마모되게 하는 수평하중 가압장치(80)와; 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 작용되는 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등을 입출력하기 위한 콘트롤장치(90);로 구성되어 있다.
또한, 상기 콘트롤장치(90)에 의해 입력된 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등에 맞게 차륜시편 및 레일시편측 구동부(50, 60)와, 수직/수평하중 가압장치(70, 80)를 제어하는 제어장치(미도시)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기한 철도차륜 마모시험장치(1a) 구성의 상세한 설명에 앞서, 마모시험 대상물인 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 차륜시편(51)은 실제 차륜에서 추출하여 일정치수로 가공하는 등 시편 형상이 곡면의 플랜지부(51a)가 형성된 원통으로 형성되어 있고, 표면경도는 KS R 9221 철도차량용 차륜의 규격에 부합되도록 열처리(표 1 참조) 하였다. 이와 더불어, 상기 차륜시편(51)의 답면 형상 역시 철도차량용 차륜 규격에 적용되고 있는 답면 형상으로 삭정하여 실제 차륜의 형상과 동일한 상태로 제작하였다.
호칭기호 용 도 (최고속도 150km/h 이하) 열처리 경도 (HB)
RSW1 객화차 담금질, 뜨임 248∼285
RSW2 전기기관차 및 전기동차 담금질, 뜨임 269∼311
RSW3 디젤기관차 및 디젤동차 담금질, 뜨임 294∼341
표 1. 차륜의 열처리 및 경도
또한, 상기 차륜시편(51)과 구름 마찰되는 레일시편(61)은, 실제 레일에서 추출하여 일정치수로 가공하는 등 시편 형상이 상기 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)에 대응되도록 곡면의 게이지코너부(61a)가 형성된 원통으로 형성되어 있고, 표면경도는 KS R 9106 보통 레일의 규격에 부합되도록 열처리(표 2 참조) 하였다. 이와 더불어, 상기 레일시편(61)의 답면 형상 역시 보통 레일 규격에 적용되고 있는 레일의 두부형상으로 삭정하여 실제 레일의 형상과 동일한 상태로 제작하였다.
레일종류 경도 (HB)
50kg 레일 248∼285
50kgN 레일 269∼311
60kg 레일 294∼341
표 2. 레일의 경도
이상과 같이 제작된 각 시편(51, 61) 중 차륜시편(51)이 결합 고정되는 상기 차륜시편측 구동부(50)는 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 구동모터(52), 및 모터 회전력을 차륜시편(51)측에 전달하는 동력전달부와, 곡면형상의 플랜지부(51a)가 형성된 차륜시편(51)이 결합되는 차륜시편 고정부(54)로 구성되어 있으며, 상기와 같이 구성된 차륜시편측 구동부(50)의 경우, 커플링(53) 전동으로 이루어진 동력전달부를 통해 구동모터(52)와 차륜시편 고정부(54)가 직렬형태로 연결되어 있다. 미 설명 부호 55는 상기 차륜시편 고정부(54)에 차륜시편(51)이 고정되도록 하는 고정너트(55)를 나타낸 것이다.
또한, 상기 차륜시편측 구동부(50)는 하나 이상으로 구성된 가이드 봉(56)의 안내에 따라 승강운동이 이루어지는 가동 프레임(57) 내에 고정되어 있다.
그리고, 레일시편(61)이 결합 고정되는 상기 레일시편측 구동부(60)는 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 구동모터(62), 및 모터 회전력을 레일시편(61)측에 전달하는 동력전달부와, 곡면형상의 게이지코너부(61a)가 형성된 레일시편(61)이 결합되는 레일시편 고정부(65)로 구성되어 있으며, 상기와 같이 구성된 레일시편측 구동부(60)의 경우, 풀리(63, 63a) 및 벨트(64) 전동으로 이루어진 동력전달부를 통해 구동모터(62)와 레일시편 고정부(65)가 병렬형태로 연결되어 있다. 미 설명 부호 66은 상기 레일시편 고정부(65)에 레일시편(61)이 고정되도록 하는 고정너트(66)를 나타낸 것이다.
특히 상기 레일시편(61)의 경우, 곡면형상의 게이지코너부(61a)가 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)에 접촉되는 상태로 레일시편 고정부(65)에 결합되며, 상기 레일시편측 구동부(60)에 고정된 레일시편(61)의 횡방향 변위는 차륜시편(51)의 답면부 중앙에서부터 플랜지(51a) 접촉면까지 이루어지게 된다.
그리고, 상기 레일시편측 구동부(60) 하단에는 수평하중 작용시 레일시편(61)이 상기 차륜시편(51)의 답면부 중앙에서부터 플랜지(51a) 접촉면까지 횡방향 변위가 가능하도록 레일(67)이 고정된 이송베드(68)가 설치되어 있는데, 상기 이송베드(68)는 상기 레일시편 고정부(65)에 결합된 레일시편(61)의 답면 형태와 실제 레일의 답면 형태가 동일한 경사각도를 갖을 수 있도록 기울기 조정이 가능한 구조로 이루어져 있다.
또한, 상기 수직하중 가압장치(70)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수직하중 작용시 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 접촉에 의한 구름 마찰이 발생하게 되면서 각 시편(51, 61)의 답면에 슬립이 형성되도록 하는 하중가압장치로서, 구동모터(71), 및 모터 회전력을 나사이송축(72)에 전달하 는 동력전달부와, 상기 동력전달부로부터 전달된 모터 회전력을 통해 회전하면서 차륜시편측 구동부(50)를 종방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 차륜시편측 구동부(50)가 설치된 가동 프레임(57) 상단에 연결된 나사이송축(72)으로 구성되어 있다.
이 때, 상기 동력전달부는 모터 회전력을 나사이송축(72)의 직선운동으로 변환시키는 워엄기어(미도시)전동으로 이루어져 있으며, 상기 나사이송축(72)은 볼스크류 타입으로 이루어져 있다.
그리고, 상기 수평하중 가압장치(80)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수평하중 작용시 레일시편(61)이 고정된 레일시편측 구동부(60) 전체가 차륜시편(51)의 횡방향으로 반복 이송되는 횡방향 변위에 의해 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)와 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)가 마찰되면서 상기 게이지코너부(61a)에 의한 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)가 마모되도록 하는 하중가압장치로서, 구동모터(81), 및 모터 회전력을 나사이송축(82)에 전달하는 동력전달부와, 상기 동력전달부로부터 전달된 모터 회전력을 통해 회전하면서 레일시편측 구동부(60)를 횡방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 레일시편측 구동부(60) 하단에 연결된 나사이송축(82)으로 구성되어 상기 이송베드(68) 하단에 설치되어 있다.
이 때, 상기 동력전달부는 모터 회전력을 나사이송축(82)의 직선운동으로 변환시키는 워엄기어(미도시)전동으로 이루어져 있으며, 상기 나사이송축(82)은 볼스크류 타입으로 이루어져 있다.
또한, 상기 콘트롤장치(90)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 작용되는 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등을 입출력하기 위 한 장치로서, 상기 차륜시편(51)에 작용되는 수직하중을 입출력하는 수직하중 입출력부(91)와, 상기 레일시편(61)에 작용되는 수평하중을 입출력하는 수평하중 입출력부(92)와, 상기 차륜시편(51)의 회전수 증감을 입출력하는 차륜시편 회전수 입출력부(93)와, 상기 레일시편(61)의 회전수 증감을 입출력하는 레일시편 회전수 입출력부(94)와, 상기 마모시험장치의 운전상태를 자동 또는 수동으로 전환하는 자동/수동 전환스위치(95)와, 상기 레일시편(61)이 횡방향으로 이동되거나 처음위치로 복귀되도록 하는 레일시편 횡변위 IN/OUT 스위치(96)와, 상기 차륜시편(51)의 토오크를 입출력하는 차륜시편 토오크 입출력부(97)와, 상기 횡방향으로 이동되는 레일시편(61)의 스트로크를 입출력하는 레일시편 스트로크 입출력부(98)로 구성되어 있다.
이 때, 상기 수직하중 입출력부(91), 및 상기 수평하중 입출력부(92), 상기 차륜시편 회전수 입출력부(93), 상기 레일시편 회전수 입출력부(94), 차륜시편 토오크 입출력부(97), 레일시편 스트로크 입출력부(98)에는 하중 및 회전수, 변위, 토오크 등을 입력하기 위한 입력버튼과 출력을 위한 표시패널이 구비되어 있다.
이상과 같이 구성된 마모시험장치(1a)의 주요 성능은 아래의 표 3과 같으며, 차륜시편측은 동축, 레일시편측은 종축이라 한다.
구분 주 요 성 능
철도차륜 마모시험장치 -동축 회전속도 : 1 - 2000rpm 조정가능 -동축 회전수 입력 후 정지 가능 -동축 수직하중(P) : 1 - 2000kgf조정가능 -종축 수평하중(Q) : 1 - 1000kgf조정가능 -종축 토오크 : 1 - 15Nm 조정가능 -종축 경사(베드 경사) : 0。, 1.43。, (1/20), (1/40) -종축 횡변위 : 0 - 30mm 조정가능, 주파수 조정가능 -주요인자(회전수, 변위, 토오크, 하중등) 모니터링 가능
표 3. 마모시험장치의 주요 성능
한편, 본 발명의 마모시험장치(1a)를 이용한 차륜시편(51) 및 레일시편(61)의 마모시험방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 마모시험장치에 의한 차륜시편과 레일시편의 마모시험과정을 나타낸 블록도이고, 도 7은 본 발명에 의한 마모시험 후 차륜시편의 플랜지 형상을 나타낸 상태도이며, 도 8은 본 발명의 마모시험장치에 있어 회전수에 따른 차륜시편의 마모유형을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 마모시험장치(1a)를 이용한 차륜시편(51) 및 레일시편(61)의 마모시험방법은, 도 6에 도시한 바와 같이, 곡면형상의 플랜지부(51a)가 형성된 차륜시편(51)과, 곡면형상의 게이지코너부(61a)가 형성된 레일시편(61)을 실제 차륜 및 레일에서 추출하는 제 1 과정(S100)과; 상기 추출된 각 시편들(51, 61)의 무게와 답면형상을 측정하는 제 2 과정(S200)과; 상기 각 시편(51, 61)을 시험장치의 차륜시편 고정부(54)와 레일시편 고정부(65)에 결합시킨 후, 콘트롤장치(90)를 통해 실험조건의 변수들을 입력 제어하는 제 3 과정(S300)과; 상기 입력된 실험조건에 의해 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수직 및 수평하중이 작용되도록 마모시험장치(1a)를 구동시키는 제 4 과정(S400)과; 상기 입력된 시험조건에 의해 차륜시편(51)과 레일시편(61)이 상호 접촉되어 구름 마찰에 의한 각 시편(51, 61)의 답면에 슬립이 발생되도록 수직하중이 작용되고, 상기 레일시편(61)의 횡방향 변위를 통해 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)에 마모가 발생되도록 수평하중이 작용되는 제 5 과 정(S500)과; 상기 수직하중 및 수평하중이 작용된 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 마모량 계측을 위해 일정 회전수마다 마모시험을 중지시켜 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 무게를 재 측정하는 제 6 과정(S600);을 포함하여 이루어져 있다.
이 때, 상기 제 6 과정(S600)을 통해 무게 측정이 종료된 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 답면 형상 및 차륜시편(51)의 플랜지부(51a) 마모상태를 형상측정기(미도시)를 통해 계측하는 제 7 과정(S700);이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 6, 7 과정(S600, S700)을 통해 재 측정된 각 시편(51, 61)의 무게 및 답면형상과 초기 측정된 각 시편(51, 61)의 무게 및 답면형상을 비교하여 상기 차륜시편(51) 및 레일시편(61)의 마모량을 계산하는 제 8 과정(S800);이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
이러한 마모시험의 제 3 과정(S300) 중 콘트롤장치(90)를 통해 입력되는 실험조건은, ①해당 레일 경좌조건에 따라 레일시편(61)측 이송베드(68)의 기울기 설정, ②차륜시편(51)의 회전수 설정, ③차륜시편(51)의 회전수와 근사치로 레일시편(61)의 회전수 설정, ④차륜시편측 구동부(50) 하강을 통해 레일시편(61)과 차륜시편(51)을 접촉시킴과 아울러 구름마찰에 의한 답면에 슬립이 발생하도록 수직하중 설정, ⑤제어하고자하는 토오크 목표치 설정, ⑥구름마찰중인 차륜시편(51)에 수평하중이 작용되도록 레일시편(61)의 횡방향 변위 설정, ⑦차륜시편(51)의 총 회전수 및 레일시편(61)의 횡방향 이송횟수를 설정하게 되는데, 특히 상기 실험조건 중 토오크 목표치 설정시, 설정된 토오크 값이 발생되도록 차륜시편(51)의 회전수는 고정되고, 레일시편(61)은 차륜시편(51)과의 구름 마찰에 의한 설정된 토오크에 부합 되도록 그 회전수가 조절되게 된다.
또한, 상기 실험조건 중 레일시편(61)의 횡방향 변위 설정시, 초기엔 레일시편(61)이 차륜시편(51)의 답면 중앙부에 접촉하다가 플랜지부(51a)로 이동하여 상기 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)와 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)가 일정시간 접촉한 후 처음위치로 복귀하게 되는데, 이 때 상기 레일시편(61)의 횡방향 변위 설정시, 레일시편(61)의 횡방향 이송속도 및 상기 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)와 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)와의 접촉시간 역시 설정되게 된다.
이상의 실험조건을 설정한 상태에서 상기 제 5 과정(S500) 중 수평하중 작용시 레일시편(61)이 결합된 레일시편측 구동부(60)의 횡방향 변위를 통해 레일시편(61)이 상기 차륜시편(51)의 답면부 중앙에서부터 플랜지(51a) 접촉면까지 반복 이송되면서 상기 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)에 의해 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)가 마모되게 된다.
상기한 마모시험장치(1a)를 통해 실시되는 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 마모시험을 실시예로 설명하면 다음과 같다.
실시예
먼저, 실제 차륜과 레일에서 마모시험에 필요한 차륜시편(51)과 레일시편(61)을 추출한 후, KS R 9221 철도차량용 차륜 규격 및 KS R 9106 보통 레일 규격에 부합되는 표면경도를 갖을 수 있도록 열처리와 함께, 실제 차륜 및 레일의 형상과 동일한 상태로 삭정하여 차륜시편(51) 및 레일시편(61)을 제작(S100)하게 된다.
상기와 같이 제작된 차륜시편(51) 및 레일시편(61)의 무게와 답면형상을 측정(S200)한 후, 측정이 완료된 각 시편들(51, 61)을 마모시험장치(1a)의 차륜시편 고정부(54)와 레일시편 고정부(65)에 각각 결합시킨 다음, 상기 마모시험장치(1a)의 콘트롤장치(90)를 통해 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 마모시험을 위한 각 조건의 변수들을 입력(S300)시키게 되는데, 이 때 마모시험에 대한 실험조건은 ①해당 레일 경좌조건에 따라 레일시편(61)측 이송베드(68)의 기울기 설정, ②차륜시편(51)의 회전수 설정, ③차륜시편(51)의 회전수와 근사치로 레일시편(61)의 회전수 설정, ④차륜시편측 구동부(50) 하강을 통해 레일시편(61)과 차륜시편(51)을 접촉시킴과 아울러 구름마찰에 의한 답면에 슬립이 발생하도록 수직하중 설정, ⑤제어하고자하는 토오크 목표치 설정, ⑥구름마찰중인 차륜시편(51)에 수평하중이 작용되도록 레일시편(61)의 횡방향 변위 설정, ⑦차륜시편(51)의 총 회전수 및 레일시편(61)의 횡방향 이송횟수를 설정하게 된다.
이 때, 상기 실험조건 중 토오크 목표치를 설정할 경우, 설정된 토오크 값이 발생되도록 차륜시편(51)의 회전수는 고정되고, 레일시편(61)은 차륜시편(51)과의 구름 마찰에 의한 설정된 토오크에 부합되도록 그 회전수가 조절되게 된다.
또한, 상기 실험조건 중 레일시편(61)의 횡방향 변위를 설정할 경우, 초기엔 레일시편(61)이 차륜시편(51)의 답면 중앙부에 접촉하다가 플랜지부(51a)로 이동하여 상기 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)와 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)가 일정시간 접촉한 후 처음위치로 복귀하게 되며, 상기한 레일시편(61)의 횡방향 변위 설정 때, 상기 레일시편(61)의 횡방향 이송과 관련된 속도 및 상기 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)가 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)에 접촉하는 시간 역시 설정되게 된다.
이와 같이, 콘트롤장치(90)를 통해 입력된 실험조건에 의해 차륜시편(51)과 레일시편(61)이 회전함과 동시에, 상기 회전되는 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수직 및 수평하중이 작용되도록 마모시험장치(1a)를 구동(S400)시키게 되고, 상기와 같이 입력된 시험조건에 의해 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 수직하중 및 수평하중이 작용(S500)하게 되는데, 이 때 상기 수직하중 작용시에는 상호 접촉된 차륜시편(51)과 레일시편(61)간의 구름 마찰에 의해 상기 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 답면에 슬립이 발생하게되는 마모가 이루어지게 되고, 상기 레일시편(61)의 횡방향 이송에 의해 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)와 접촉되는 수평하중 작용시에는 레일시편(61)이 상기 차륜시편(51)의 답면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 이송 접촉되면서 상기 레일시편(61)의 게이지코너부(61a)에 의해 차륜시편(51)의 플랜지부(51a)가 도 7에 도시한 바와 같이 마모되게 된다. 이와 같은 수직/수평하중의 작용은 상호 접촉된 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 각각 작용하지 않고 동시에 작용하게 된다.
그리고, 상기 수직하중 및 수평하중이 작용된 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 마모량 계측을 위하여, 상기 차륜시편(51)의 일정 회전수마다 마모시험을 중지시킨 후 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 무게를 재 측정(S600)함과 아울러, 상기와 같이 무게 측정이 종료된 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 답면 형상 및 차륜시편(51)의 플랜지부(51a) 마모상태를 형상측정기(미도시)를 통해 계측(S700)하게 된 다.
그 다음으로, 상기와 같이 재 측정된 차륜시편(51) 및 레일시편(61)의 무게와, 시험 전(前) 측정된 차륜시편(51) 및 레일시편(61)의 무게를 미표기된 마모량 계산식에 적용하여 계산(S800)하고, 또한 재 측정된 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 답면 및 플랜지부(51a) 형상과, 시험 전(前) 측정된 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 답면 및 플랜지부(51a) 형상 역시 대비하여 차륜시편(51)과 레일시편(61)에 대한 마모량 및 형상마모상태의 결과 데이터를 도 8과 같이 출력하게 된다.
이상과 같은 차륜시편(51)과 레일시편(61)의 마모시험을 여러차례 실행한 후 그 결과 데이터들을 가지고 평균낼 경우, 실제 차륜과 레일 상에서 발생되는 마모량 및 형상마모상태를 정확히 예측할 수 있게 된다.
상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명의 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법은, 구름 접촉된 차륜시편과 레일시편에 수직하중 및 수평하중이 동시에 작용되도록 철도차륜 마모시험장치를 구성함으로써, 상호 접촉된 각 차륜 및 레일 시편에 구름마찰이 이루어지도록 수평하중과 수직하중을 작용시켜 다양한 시험조건에 따른 차륜 및 레일의 마모특성 을 분석함과 아울러, 특히 차륜에 있어 곡선레일 주행시 상기 레일의 게이지코너부와 마찰을 통해 발생되는 차륜 플랜지부 및 레일 게이지코너부의 마모특성을 분석하는 등, 실제 차륜 및 레일의 마모특성을 정확히 예측할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 철도차륜 마모시험장치를 통해 수평 및 수직하중, 회전속도, 토오크 등을 제어함과 동시에, 상기 수평 및 수직하중, 변위, 속도, 토오크, 회전수 등에 대한 모니터링을 행함으로써, 보다 정확하게 차륜시편과 레일시편에 대한 마모시험을 실제 차륜 및 레일의 마모특성에 가깝게 실행할 수 있는 효과도 있다.

Claims (24)

  1. 차륜시편이 고정되는 차륜시편측 구동부와;
    레일시편이 고정되는 레일시편측 구동부와;
    상기 차륜시편과 레일시편에 수직하중을 작용하여 구름 마찰에 의한 각 시편의 답면에 슬립이 형성되게 하는 수직하중 가압장치와;
    상기 차륜시편과 레일시편에 수평하중을 작용하여 상기 레일시편측 구동부의 횡방향 변위에 의해 차륜시편의 플랜지부가 마모되게 하는 수평하중 가압장치와;
    상기 차륜시편과 레일시편에 작용되는 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등을 입출력하기 위한 콘트롤장치와;
    상기 콘트롤장치에 의해 입력된 하중 및 회전속도, 변위, 토오크 등에 맞게 차륜/레일시편측 구동부와, 수직/수평하중 가압장치를 제어하는 제어장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차륜시편측 구동부는 구동모터, 및 모터 회전력을 차륜시편측에 전달하는 동력전달부와, 곡면형상의 플랜지부가 형성된 차륜시편이 결합되는 차륜시편 고정부로 구성되되, 상기 동력전달부를 통해 구동모터와 차륜시편 고정부가 직렬형태로 연결된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 차륜시편측 구동부는 하나 이상으로 구성된 가이드 봉의 안내에 따라 승강운동이 이루어지는 가동 프레임 내에 설치 고정된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 동력전달부는 구동모터와 차륜시편 고정부가 직렬형태로 연결될 수 있도록 커플링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 레일시편측 구동부는 구동모터, 및 모터 회전력을 레일시편측에 전달하는 동력전달부와, 곡면형상의 게이지코너부가 형성된 레일시편이 결합되는 레일시편 고정부로 구성되되, 상기 동력전달부를 통해 구동모터와 레일시편 고정부가 병렬형태로 연결된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 동력전달부는 구동모터와 레일시편 고정부가 병렬형태로 연결될 수 있도록 풀리 및 벨트로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 레일시편은 곡면형상의 게이지코너부가 차륜시편의 플랜지부에 접촉되는 상태로 레일시편 고정부에 결합된 것을 특징으로 하는 철도차 륜 마모시험장치.
  9. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 레일시편측 구동부에 고정된 레일시편의 횡방향 변위는 차륜시편의 답면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 레일시편측 구동부 하단에는 수평하중 작용시 레일시편이 상기 차륜시편의 답면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 횡방향 변위가 가능하도록 레일이 고정된 이송베드가 설치된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 레일시편측 구동부 하단의 이송베드는 상기 레일시편 고정부에 결합된 레일시편의 답면 형태와 실제 레일의 답면 형태가 동일한 경사각도를 갖을 수 있도록 기울기 조정이 가능하게 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 수직하중 가압장치는 구동모터, 및 모터 회전력을 나사이송축에 전달하는 동력전달부와, 상기 동력전달부로부터 전달된 모터 회전력을 통해 회전하면서 차륜시편측 구동부를 종방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 차륜시편측 구동부가 설치된 가동 프레임 상단에 연결된 나사이송축으로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 동력전달부는 모터 회전력을 나사이송축의 직선운동으로 변환시키는 워엄기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 수평하중 가압장치는 구동모터, 및 모터 회전력을 나사이송축에 전달하는 동력전달부와, 상기 동력전달부로부터 전달된 모터 회전력을 통해 회전하면서 레일시편측 구동부를 횡방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 레일시편측 구동부 하단에 연결된 나사이송축으로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 동력전달부는 모터 회전력을 나사이송축의 직선운동으로 변환시키는 워엄기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 콘트롤장치는 상기 차륜시편에 작용되는 수직하중을 입출력하는 수직하중 입출력부와;
    상기 레일시편에 작용되는 수평하중을 입출력하는 수평하중 입출력부와;
    상기 차륜시편의 회전수 증감을 입출력하는 차륜시편 회전수 입출력부와;
    상기 레일시편의 회전수 증감을 입출력하는 레일시편 회전수 입출력부와;
    상기 마모시험장치의 운전상태를 자동 또는 수동으로 전환하는 자동/수동 전환스위치와;
    상기 레일시편이 횡방향으로 이동되거나 처음위치로 복귀되도록 하는 레일시편 횡변위 IN/OUT 스위치와;
    상기 차륜시편의 토오크를 입출력하는 차륜시편 토오크 입출력부와;
    상기 횡방향으로 이동되는 레일시편의 스트로크를 입출력하는 레일시편 스트로크 입출력부;로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차륜 마모시험장치.
  17. 곡면형상의 플랜지부가 형성된 차륜시편과, 곡면형상의 게이지코너부가 형성된 레일시편을 실제 차륜 및 레일에서 추출하는 제 1 과정과;
    상기 추출된 각 시편들의 무게와 답면형상을 측정하는 제 2 과정과;
    상기 각 시편을 시험장치의 차륜시편 고정부와 레일시편 고정부에 결합시킨 후, 콘트롤장치를 통해 실험조건의 변수들을 입력 제어하는 제 3 과정과;
    상기 입력된 실험조건에 의해 차륜시편과 레일시편에 수직 및 수평하중이 작용되도록 마모시험장치를 구동시키는 제 4 과정과;
    상기 입력된 시험조건에 의해 차륜시편과 레일시편이 상호 접촉되어 구름 마찰에 의한 각 시편의 답면에 슬립이 발생되도록 수직하중이 작용되고, 상기 레일시편의 횡방향 변위를 통해 차륜시편의 플랜지부에 마모가 발생되도록 수평하중이 작용되는 제 5 과정과;
    상기 수직하중 및 수평하중이 작용된 차륜시편과 레일시편의 마모량 계측을 위해 일정 회전수마다 마모시험을 중지시켜 차륜시편과 레일시편의 무게를 재 측정하는 제 6 과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 6 과정을 통해 무게 측정이 종료된 차륜시편과 레일시편의 답면 형상 및 차륜시편의 플랜지부 마모상태를 형상측정기를 통해 계측하는 제 7 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 6, 7 과정을 통해 재 측정된 각 시편의 무게 및 답면형상과 초기 측정된 각 시편의 무게 및 답면형상을 비교하여 상기 차륜시편 및 레일시편의 마모량을 계산하는 제 8 과정;이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 제 5 과정 중 수평하중 작용시 레일시편이 결합된 레일시편측 구동부의 횡방향 변위를 통해 레일시편이 상기 차륜시편의 답면부 중앙에서부터 플랜지 접촉면까지 반복 이송되면서 상기 레일시편의 게이지코너부에 의해 차륜시편의 플랜지부가 마모되도록 하는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 제 3 과정 중 콘트롤장치를 통해 입력되는 실험조건은 ①해당 레일 경좌조건에 따라 레일시편측 이송베드의 기울기 설정, ②차륜시편의 회전수 설정, ③차륜시편의 회전수와 근사치로 레일시편의 회전수 설정, ④차륜시편측 구동부 하강을 통해 레일시편과 차륜시편을 접촉시킴과 아울러 구름마찰에 의한 답면에 슬립이 발생하도록 수직하중 설정, ⑤제어하고자하는 토오크 목표치 설정, ⑥구름마찰중인 차륜시편에 수평하중이 작용되도록 레일시편의 횡방향 변위 설정, ⑦차륜시편의 총 회전수 및 레일시편의 횡방향 이송횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 실험조건 중 토오크 목표치 설정시, 설정된 토오크 값이 발생되도록 차륜시편의 회전수는 고정되고, 레일시편은 차륜시편과의 구름 마찰에 의한 설정된 토오크에 부합되도록 그 회전수가 조절되는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 실험조건 중 레일시편의 횡방향 변위 설정시, 초기엔 레일시편이 차륜시편의 답면 중앙부에 접촉하다가 차륜의 플랜지부로 이동하여 상기 레일시편의 게이지코너부와 차륜시편의 플랜지부가 일정시간 접촉한 후 처음위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 레일시편의 횡방향 변위 설정시, 레일시편의 횡방 향 이송속도 및 상기 차륜시편의 플랜지부와 레일시편의 게이지코너부와의 접촉시간 역시 설정되는 것을 특징으로 하는 철도차륜의 마모시험방법.
KR1020040064175A 2004-08-16 2004-08-16 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법 KR100682520B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040064175A KR100682520B1 (ko) 2004-08-16 2004-08-16 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040064175A KR100682520B1 (ko) 2004-08-16 2004-08-16 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060015809A KR20060015809A (ko) 2006-02-21
KR100682520B1 true KR100682520B1 (ko) 2007-02-15

Family

ID=37124239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040064175A KR100682520B1 (ko) 2004-08-16 2004-08-16 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100682520B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865785A (zh) * 2010-06-08 2010-10-20 江苏中辆科技有限公司 轨道车辆车轮耐磨性能综合试验台
CN104359692A (zh) * 2014-12-09 2015-02-18 安徽工业大学 铁道车辆拖车轮对检测试验装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101248586B1 (ko) * 2011-03-04 2013-03-28 주식회사 대철이엔지 차륜용 자동조정장치
CN102854025A (zh) * 2012-09-11 2013-01-02 北京铁道工程机电技术研究所有限公司 一种模拟机车重载启动的飞轮装置
KR101319556B1 (ko) * 2012-12-31 2013-10-21 한국기계연구원 무한궤도 트랙롤러 시험장치
KR101499087B1 (ko) * 2013-09-23 2015-03-06 한국철도기술연구원 레일 피로손상 시험장치
CN104977174B (zh) * 2015-07-10 2017-06-16 吉林大学 一种用于轨道车辆车端关系试验的万变式车端墙
CN105203336B (zh) * 2015-10-09 2017-09-26 浙江工业大学 立柱门架式驱动轮测试***
KR101863909B1 (ko) * 2016-06-09 2018-06-04 한국철도기술연구원 철도차량의 축접지브러쉬 내마모 성능시험용 제어 장치 및 제어 방법
CN106090188A (zh) * 2016-08-22 2016-11-09 康力电梯股份有限公司 一种双排链轮磨损测试装置
KR20230164195A (ko) * 2017-02-28 2023-12-01 고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤 시험 장치
KR102117682B1 (ko) * 2018-10-31 2020-06-09 한국철도기술연구원 휠-레일접촉구동시험장치
CN112881043B (zh) * 2021-02-04 2022-09-06 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种第三介质作用下车轮磨耗规律试验装置及方法
CN113063608A (zh) * 2021-03-11 2021-07-02 徐工集团工程机械有限公司 履带式车辆的支重轮磨损试验装置及试验方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5853736A (ja) 1981-09-25 1983-03-30 Nippon Kokan Kk <Nkk> 転動疲労試験機
JPH10260114A (ja) 1997-03-17 1998-09-29 Railway Technical Res Inst 転動疲労試験装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5853736A (ja) 1981-09-25 1983-03-30 Nippon Kokan Kk <Nkk> 転動疲労試験機
JPH10260114A (ja) 1997-03-17 1998-09-29 Railway Technical Res Inst 転動疲労試験装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865785A (zh) * 2010-06-08 2010-10-20 江苏中辆科技有限公司 轨道车辆车轮耐磨性能综合试验台
CN101865785B (zh) * 2010-06-08 2011-12-21 江苏中辆科技有限公司 轨道车辆车轮耐磨性能综合试验台
CN104359692A (zh) * 2014-12-09 2015-02-18 安徽工业大学 铁道车辆拖车轮对检测试验装置
CN104359692B (zh) * 2014-12-09 2017-01-18 安徽工业大学 铁道车辆拖车轮对检测试验装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060015809A (ko) 2006-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100682520B1 (ko) 철도차륜 마모시험장치 및 마모시험방법
CN105067234B (zh) 高速电主轴综合实验平台与实验方法
CN102607869A (zh) 一种高速轮轨模拟实验装置
CN109406172A (zh) 一种适用于车轮行驶性能测试的土槽试验装置
CN107917817B (zh) 轮轨滚动行为模拟试验台
CN105203336A (zh) 立柱门架式驱动轮测试***
CN101750208A (zh) 一种膜片弹簧测试机
US7784335B2 (en) Brake system test device and brake system test method of two-wheeled motor vehicle
CN101059411B (zh) 地板滚动负荷功能实验检测仪
CN107389242A (zh) 一种扶梯主驱动轴刹车力矩测试机及测试方法
CN115683671A (zh) 一种用于舵轮***的多功能测试台的测试方法
CN103884595A (zh) 铸造型砂五强度立式测试装置及基于该装置的型砂强度获取方法
CN208420354U (zh) 基于旋转弯曲的过盈配合部件疲劳试验装置
CN218865522U (zh) 一种室内轮胎制动性能测试装置
CN109596372B (zh) 一种单打磨头钢轨打磨实验装置
KR100682514B1 (ko) 철도차륜 균열시험장치 및 균열시험방법
CN113049270B (zh) 一种加装在惯性式滚筒制动检验台上的底盘测功模块
CN212497731U (zh) 一种基于六轴机器人的轮对探伤设备
CN101476957B (zh) 电机驱动的机动车平板式制动力测量装置
CN209513283U (zh) 一种适用于车轮行驶性能测试的土槽试验装置
CN210626065U (zh) 一种变轨距轮对变轨功能检测及疲劳可靠性试验台
CN217878729U (zh) 沥青混合料疲劳测试装置
JPS63198848A (ja) レ−ル・車輪疲労試験装置
CN110849641A (zh) 一种转向架空载试验方法
CN114414272B (zh) 一种列车车轮踏面制动模拟试验装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120202

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130201

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee