KR0169646B1

KR0169646B1 - 대차의 관성반경 측정장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR0169646B1
Application number: KR1019940026145A
Authority: KR
Inventors: 홍정표
Original assignee: 추호석; 대우중공업주식회사
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR960014898A

Abstract

본 발명은 철도차량의 대차에 작용하는 관성모우멘트를 측정하기 위한 장치와 그 방법에 관한 것으로, 대차의 폭방향을 따른 한쪽 차륜의 지지대 아래에는 지지빔을 설치하고, 다른 쪽 차륜의 지지대 아래에는 스프링을 설치하여 상기 지지빔이 설치된 쪽에 회전자유진동을 가하여 상기 스프링이 설치된 쪽의 진동수를 구하고 이 진동수를 이용하여 대차의 길이 방향을 따른 X방향의 관성모우멘트와 관성반경을 측정하며; 대차의 길이 방향에 대한 한쪽 축 아래에 스프링을 설치하고, 나머지 한쪽 축 아래에는 지지빔을 설치하여 지지빔이 설치된 축에 회전자유진동을 가하여 스프링이 설치된 쪽의 축에서 발생하는 진동을 측정하여 이 진동수를 근거로 하여 소정의 공식을 이용해서 대차의 폭방향을 따른 Y 방향의 관성모우멘트와 관성반경을 측정하고; 대차의 길이 방향을 따라 한쪽 차륜 축의 중앙에 트러스트 베어링을 설치하고 나머지 축에는 이 축의 양쪽 차륜지지대 아래에 부채꼴받침대를 설치하는 한편, 상기 양쪽 부채꼴지지대 사이에 복원용 코일스프링을 설치하여 수평회전운동을 가함으로써 수직방향의 관성모우멘트와 관성반경을 측정할 수 있도록 되어 있는 것이다.

Description

대차의 관성반경 측정장치 및 그 방법

제1도는 본 발명에 따른 장치와 방법에 따라 대차의 X 축 주위의 관성반경을 측정하는 상태의 예시도.

제2도는 본 발명에 따라 대차의 Y 축 주위의 관성반경을 측정하는 상태의 예시도.

제3a,b도는 본 발명에 따라 대차의 Z 축 주위의 관성반경을 측정하는 상태의 예시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 차륜 2 : 차륜

3 : 지지대 4 : 받침대

5 : 지지대 6 : 코일스프링

7 : 쐐기 8 : 차륜

9 : 지지대 10 : 받침대

11 : 차륜 12 : 지지대

13 : 코일스프링 및 쐐기 14 : 차축

15 : 트러스트 베어링 16 : 부채꼴 받침대

17 : 지지대 18 : 지지대

19 : 부채꼴 받침대 20 : 부채꼴 받침대

21 : 대차 22 : 코일스프링연결 브라켓트

23 : 복원용 스프링 24 : 지지지그

본 발명은 철도차량의 대차에 작용하는 관성모우멘트를 측정하기 위한 장치와 그 관성모우멘트의 측정방법에 관한 것으로, 특히 대차가 철도차량에 장착되어 운행 중에 발생할 수 있는 관성모우멘트를 입체적인 3방향으로 측정할 수 있도록 한 장치와 그 방법에 관한 것이다.

철도차량에서 대차란 차량의 전후방에 각각 설치되거나, 차량과 차량 사이에 설치되어 양쪽 차량의 선후단을 동시에 지지하는 장치로서, 이러한 대차는 철도차량에서 차체의 중량을 부담하고 이 중량을 각 차륜에 고르게 분포함과 동시에 차체에 대하여 자유롭게 방향을 전환하여 차량의 주행을 원활하게 하는 기능을 갖는 것이다. 따라서 대차는 무거운 하중을 지탱하면서 3차원적으로 진동하는 운동을 흡수 지지해 주기 위해서는 그 내구성이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 진동 흡수성도 좋아야 하는 필수적인 요건이 있다.

이러한 기능을 요하는 철도차량의 대차는 일반적인 차량에 비하여 무거운 하중을 지탱하는 차량 자체의 특수성이 있기 때문에 특히 충분한 강성이 발휘되어야 하는 것이다.

따라서, 철도차량의 제작 시에 대차의 성능해석을 하여야 하고, 이 성능해석은 대차개발의 기본 자료가 되는 것이다. 그리고 새로운 대차를 개발한 경우에는 그 대차의 내구성을 시험하는 것이 필수적인 요건인 바, 기존에는 대차를 제작한 후에 직접 차량에 설치하여 시험을 하지 않고는 차량에 가하여지는 여러 가지 조건을 현실과 동일하게 측정할 수 없었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 제 문제점들을 고려하여 대차를 제작한 다음 이 대차의 3차원적인 모우멘트를 이 대차가 실제 철도차량에 장착되어 사용될 때 가해지는 힘의 방향을 그대로 고려하여 각 부분에 가해지는 상태를 측정할 수 있도록 한 대차의 관성측정 장치와 그 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 대차의 폭방향에 따라 한쪽 차륜의 지지대 아래에 받침대를 설치하고 다른 쪽 차륜을 지지하는 지지대 아래에는 스프링을 설치하여 상기 받침대가 설치된 쪽을 중심으로 회전자유진동을 가하여 상기 스프링이 설치된 쪽의 진동수를 구하고 이 진동수를 이용하여 X 방향의 관성모우멘트와 관성반경을 측정하며; 대차의 길이 방향에 대한 한쪽 축 아래에 스프링을 설치하고, 나머지 한쪽 축 아래에는 받침대를 설치하여, 이 받침대가 설치된 쪽을 중심으로 회전자유진동을 가하여 스프링이 설치된 쪽의 축에서 발생하는 진동을 측정하여 이 진동수를 근거로 하여 소정의 공식을 이용해서 Y 방향의 관성모우멘트와 관성반경을 각각 측정하고; 대차의 길이 방향을 따라 한쪽 차륜 축의 중앙에 트러스트 베어링을 설치하고 나머지 축에는 이 축의 양쪽 차축 지지대 아래에 부채꼴 받침대를 설치하는 한편, 상기 양쪽 부채꼴 받침대 사이에 복원용 코일스프링을 설치하여 이 복원용 스프링에 수평회전운동을 가함으로써 대차에 대한 상하수직방향(Z 방향)의 관성모우멘트와 관성반경을 측정할 수 있도록 하도록 되어 있는 것이다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따라 관성모우멘트의 수평성분 중에서 X 방향의 모우멘트를 측정하는데 사용하는 장치와 그 방법을 개략적으로 도시한 도면으로서, 여기서 X 방향이란 대차의 길이 방향, 즉 차량의 진행방향을 칭하는 것으로서, X 축 주위의 관성반경을 구하기 위한 장치로서는 대차의 폭방향(Y 방향)을 기준으로 하여 한쪽 차륜(1)의 지지대(3) 아래에는 받침대(4)를 설치하고, 다른 쪽 차륜(2)의 지지대(5) 아래에는 코일스프링(6)을 설치한다. 그 다음 상기 각 차륜(1,2)의 지지대(3,5)와 받침대(4) 및 코일스프링(6) 사이에 필요에 따라 쐐기(7)를 삽입 설치하여 상기 대차가 완전한 수평을 유지하도록 한다.

이러한 상태에서 상기 받침대(4)가 설치된 시점을 축으로, 충격을 가하여 대차를 회전자유 진동시킴으로써 X 축 주위의 진동주기 T_X를 측정한다.

이때 상기 받침대(4)가 설치된 A 점을 통과하는 X 축에 평행한 축회전 관성모우멘트 I_XA는 소폭 범위에서 다음 식으로 계산되어 진다.

여기서 K=코일스프링의 스프링 상수이다.

한편, 대차의 지지지그를 제외한 대차만의 관성반경 I_X ²는 다음 식으로 구해진다.

여기서 a; 대차 중심과 A점과의 수평거리

b; 대차 중심과 B점과의 수평거리

Z; 축 중심에서 대차 중심까지의 수직거리

h_b; A점에서 축 중심까지의 수직거리

W'; 대차+지지대 무게

W; 대차 무게

W_O; 지지대 무게

이다.

한편, 대차의 폭방향을 따른 Y 축 주위의 관성반경을 구하는 방법은, 전후방향의 한쪽 차륜(8)을 지지하는 지지대(9) 아래에 받침대(10)를 설치하고, 다른 쪽 차륜(11)을 지지하는 지지대(12) 아래에는 코일스프링(13)을 설치하여 상기 양쪽 지지대(9,12)가 정확한 수평을 유지하도록 쐐기 등을 이용해서 세팅시킨다.

이러한 상태에서 상기 받침대(10)가 설치된 지점(C)을 중심으로 Y 축에 평행한 회전자유진동을 부여한다. 이때의 진동주기 T_Y를 측정하면 C점을 통과하는 Y 축 주위의 관성모우멘트는 상기한 X 축 주위에서와 마찬가지로 다음 식으로 정의된다.

그리고, 대차의 Y 축에 평행한 축 주위의 관성반경 I_Y ²는 다음 식으로 표시된다.

여기서, C; 대차중심과 C점과의 수평거리

d; 대차중심과 D점과의 수평거리

h_b; C점에서 축 중심까지의 수직거리

마지막으로, Z 축 주위의 관성반경은 제3a,b도에 도시된 바와 같이, 대차의 전후방향을 따라 한쪽 차축(14)의 중심에 트러스트 베어링(15)을 설치하고, 다른 쪽 차축(16)의 차륜지지대(17,18) 아래에 부채꼴받침대(19,20)를 설치하며, 상기 부채꼴받침대(19,20) 사이에 대차(21)의 중심부에서 뻗어 내려온 코일스프링 연결브라켓트(22)에 복원용 스프링(23)을 설치하여, 상기 트러스트 베어링(15)이 설치된 지점 E와 상기 부채꼴받침대(19,20)가 설치된 지점에 의해 3점 지지되게 하면서 대차(21)가 완전한 수평을 이루도록 세팅시킨다.

상기한 바의 장치에서 차륜지지대(17,18) 아래에 부채꼴받침대(19,20)를 설치할 때, 필요에 따라서는 제3b도에 도시된 바와 같이 상기 차륜지지대(17,18) 아래에 별도의 지그기구(24)를 설치하여, 상기 부채꼴받침대(19,20)를 용이하게 설치해 줄 수 있도록 할 수가 있고, 또한 이 지지기그(24)를 통해서 대차(21)의 평면에 대한 상하 수직방향을 따른 Z 방향의 진동이 방해 없이 상기 스프링(23)으로 전달되어질 수 있게 할 수가 있다. 그리고, 이와 같이 지지기그(24)를 설치하는 경우에는 상기 스프링(23)을 설치해 주기 위한 브라켓트(22)을 이 지지기그(24) 아래에 설치하여 대차(21)의 진동이 스프링(23)으로 확실하게 전달되어질 수 있도록 한다.

상기와 같이 설치를 완료한 다음에는 상기 복원스프링(23)을 이용해 수평회전운동을 가하여 진동주기 T_Z를 측정하면 상기 Z 축 주위의 관성모우멘트 I_ZA는 다음의 식으로 구해진다. 즉,

의 식에 의해 구해질 수가 있다.

여기서 I_S는 부채꼴받침대의 중심부위에 대한 부채꼴받침대의 관성모우멘트이다.

그리고 지지지그(24)를 제외한 대차(21)의 관성반경 모우멘트 I_Z는 다음 식으로 정의된다.

여기서 W_o1; 지지 beam의 중량(스프링측)

W_o2; 지지 beam의 중량(회전축측)

I₁; 지지 beam의 beam 중심주위의 관성반경(스프링측)

I₂; 지지 beam의 beam 중심주위의 관성반경(스프링측)

y; E점과 대차 중심간 수평거리

ℓ_S; E점과 부채꼴지지대 중심까지의 수평거리

r; 부채꼴지지대 회전축에서 부채꼴지지대 상면까지의 거리

이상에서 설명한 바와 같이 철도차량의 대차에 대한 관성반경을 구하는데 별다른 복잡한 장치를 사용하지 않고 간단한 기구를 사용하여, 3축에 대한 관성반경을 쉽고 간단하게 구할 수가 있으며, 관성모우멘트만을 측정하여서 필요한 관성반경을 구할 수가 있어 대차의 제작에 필요한 데이터를 얻을 수가 있는 것이다.

Claims

대차의 폭방향에 따라 한쪽 차륜의 지지대 아래에는 지지빔을 설치하고 다른 쪽 차륜을 지지하는 지지대 아래에는 스프링을 설치하여 상기 지지빔이 설치된 쪽을 중심으로 회전자유진동을 가하여 상기 스프링이 설치된 쪽의 진동수를 구하고 이 진동수를 이용하여 대차의 길이 방향을 따른 X 방향의 관성모우멘트와 관성반경을 측정하며; 대차의 길이 방향에 대한 한쪽 축 아래에 스프링을 설치하고, 나머지 한쪽 축 아래에는 지지빔을 설치하여, 지지빔이 설치된 축을 중심으로 회전자유진동을 가하여 스프링이 설치된 쪽의 축에서 발생하는 진동을 측정하여 이 진동수를 근거로 하여 대차의 폭방향을 따른 Y 방향의 관성모우멘트와 관성반경을 각각 측정하고; 대차의 길이 방향을 따라 한쪽 차륜 축의 중앙에 트러스트 베어링을 설치하고 나머지 축에는 이 축의 양쪽 차륜지지대 아래에 부채꼴받침대를 설치하는 한편, 상기 양쪽 부채꼴지지대 사이에 복원용 코일스프링을 설치하여 이 복원용 스프링에 수평회전운동을 가함으로써 대차에 대한 상하 수직방향인 Z 방향의 관성모우멘트와 관성반경을 측정하는 철도차량 대차의 관성반경 측정방법.
제1항에 있어서, X 축 주위의 관성반경을 측정하는 방법으로서 상기 스프링을 이용해서 진동주기 T_X를 측정하고, 이 X 축의 진동주기를 이용한 공식

을 이용해서 회전관성모우멘트를 구하고, 이 회전관성모우멘트와 공식

을 이용해서 X 축 주위의 회전반경을 구하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차의 관성반경 측정방법.
제1항에 있어서, Y 축 주위의 회전반경을 구하는 방법으로서 상기 스프링을 이용해서 진동주기 T_Y를 측정한 다음, 이 Y 축의 진동주기를 이용한,

공식을 이용해서 회전관성모우멘트를 구하고, 이 회전관성모우멘트와 공식

을 이용해서 Y 축 주위의 회전반경을 구하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차의 관성반경 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 Z 축 주위의 관성반경을 구하는 방법으로서 상기 스프링을 이용해서 진동주기 T_Z를 측정한 다음, 이 Z축의 진동주기를 이용한

공식을 이용해서 회전관성모우멘트를 구하고, 이 회전관성모우멘트와 공식

을 이용해서 Z 축 주위의 회전반경을 구하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차의 관성반경 측정방법.
대차의 폭방향을 기준으로 하여 한쪽 차륜(1)의 지지대(3) 아래에는 지지빔(4)이 설치되고, 다른 쪽 차륜(2)의 지지대(5) 아래에는 코일스프링(6)이 설치되어, 상기 각 차륜(1,2)의 지지대(3,5)와 지지빔(4) 및 코일스프링(6) 사이에 필요에 따라 쐐기(7)를 삽입 설치하여 상기 대차가 완전한 수평을 유지한 X 방향의 관성반경 측정방법.
전후방향의 한쪽 차륜(8)을 지지하는 지지대(9) 아래에 지지빔(10)이 설치되고, 다른 쪽 차륜(11)을 지지하는 지지대(12) 아래에는 코일스프링(13)이 설치되어 상기 양쪽 지지대(9,12)가 정확한 수평을 유지하도록 하여 쐐기 등을 이용해서 세팅시킨 Y 방향의 관성반경 측정방법.
대차의 전후방향을 따라 한쪽 차축(14)의 중심에 트러스트 베어링(15)이 설치되고, 다른 쪽 차축(16)의 차륜지지대(17,18) 아래에 부채꼴받침대(19,20)가 설치되며, 상기 부채꼴받침대(19,20) 사이에 복원용 스프링(23)이 설치되어 있는 한편, 상기 트러스트 베어링(15)이 설치된 점 E와 상기 부채꼴받침대(19,20)가 설치된 지점에 의해 3점 지지되게 하면서 대차(21)가 완전한 수평을 이루도록 세팅된 Z 방향의 관성반경 측정방법.