열기를 느끼다: 철도 결함 감지

Jan 22, 2024

기술 스펙트럼에서 철도는 확실히 잔인할 정도로 단순한 측면으로 치우쳐 있는 것처럼 보입니다. 강철 조각 몇 개, 모든 것을 제자리에 고정하기 위한 나무 끈과 자갈 밸러스트, 고정 축에 플랜지 바퀴가 달린 철도 차량, 그리고 최소한 18세기부터 화물과 승객을 이동시켜 온 기본 장치가 있습니다.

그러나 그 기본적인 단순함은 철도의 진정한 복잡성을 믿게 만듭니다. 열차를 계속 선로에 유지하는 것조차 어려운 작업이 될 수 있습니다. 가득 실린 열차가 선로뿐만 아니라 열차 자체에 가할 수 있는 힘은 이해하기 힘들며, 재난의 가능성은 고장난 부품에 불과한 경우가 많습니다. 이는 최근 오하이오 주 동부 팔레스타인에서 발생한 노퍽 남부 탈선 사건에서 뼈아픈 사실로 드러났습니다. 이로 인해 어떤 지역 사회도 처리할 준비가 되어 있지 않은 위험한 물질 사고가 발생했습니다.

관련된 힘을 고려할 때 열차를 직선적이고 좁은 방향으로 유지하는 것은 결코 쉬운 일이 아니며, 철도 설계자는 철도 차량에서 무슨 일이 일어나고 있는지 감시하는 작업에 도움이 되는 센서 및 시스템 웹을 고안했습니다. 기차. 이러한 노변 결함 감지기 뒤에 숨겨진 몇 가지 흥미로운 엔지니어링을 살펴보겠습니다.

뻔한 말을 하기는 하지만, 열차에는 모니터링 시스템이 필요한 두 가지 필수 특성이 있습니다. 무겁고 길다는 것입니다. 기차의 무게가 문제가 되는 이유는 철도의 기본 구조가 바퀴와 지면 사이의 구름 마찰을 줄여주더라도 철도 차량의 차축과 이를 운반하는 트럭 사이의 마찰을 줄이는 데는 전혀 도움이 되지 않기 때문입니다. 이것이 바로 휠 베어링의 역할입니다. 다른 기계 부품과 마찬가지로 마모, 손상 및 최종 고장이 발생하여 치명적인 결과를 초래할 가능성이 있는 베어링입니다.

열차의 길이에 관해서는, 열차를 운행하는 사람들의 직접적인 가시 범위에서 대부분의 차량을 배치할 때 문제가 됩니다. 과거에는 기관차 출력에 대한 제한으로 인해 열차가 비교적 짧게 유지되는 경향이 있었기 때문에 차장과 엔지니어가 모든 차량을 감시할 수 있었습니다. 이것은 승무원실의 발명으로 인해 더 쉬워졌습니다. 창문이 달린 큐폴라가 객차 지붕 위로 튀어나와 있는 고전적인 구성과 기차 끝 부분의 위치에서 차장은 열차의 전체 길이, 특히 곡선에서 열차의 전체 길이를 관찰할 수 있었습니다. 당시의 휠 베어링이 기름에 적신 섬유로 채워진 저널 상자에 들어 있는 일반 부싱인 경우가 많았다는 점을 감안할 때, 일반적으로 "뜨거운 상자" 베어링 고장은 베어링에서 방출되는 연기와 불꽃으로 쉽게 발견할 수 있었습니다. 있었던 적이 있습니다.

일반 베어링을 롤러 베어링으로 ​​교체하는 등의 공학적 발전으로 더욱 큰 철도 차량을 제작할 수 있게 되었습니다. 요즘 북미 철도에서 운행되는 화물차의 총 중량은 315,000파운드(143톤)에 달하며, 이는 불과 8개의 롤러 베어링으로도 감당할 수 없을 정도로 엄청난 중량입니다. 기관차 설계의 개선으로 인해 이러한 초대형 차량으로 제작된 열차의 길이가 더욱 길어졌습니다. 2017년 평균 화물 열차의 길이는 1.9~2.7km(1.2~1.7마일)였으며, 일부 철도에서는 정기적으로 4.8km(3마일) 길이의 열차를 운행했습니다. 그런 열차에서는 헤드엔드 기관차에서 돌아오는 12대 이상의 차량이 기관사와 차장의 직접적인 가시 범위를 벗어나 사실상 전혀 관찰되지 않은 채 작동하고 있습니다.

노변 모니터링은 열차를 이렇게 거대한 규모로 확장함으로써 발생하는 문제에 대한 해답입니다. 철도 업계에서는 '결함 감지'라고 통칭하는 이 센서와 시스템은 철로를 따라 주기적으로 설치되어 사고로 이어질 수 있는 열차 차량의 문제를 자동으로 검색합니다.

따라서 결함 탐지의 대부분은 열차 내 각 차량의 바퀴와 베어링 상태에 초점을 맞추고 있습니다. 그리고 마찰은 적이기 때문에 대부분의 감지기는 상태를 평가하기 위해 이러한 중요한 구성 요소의 열에 중점을 둡니다. 일반적인 노변 센서 설치에는 양쪽 레일에 핫박스 감지기(HBD)와 핫휠 감지기(HWD)가 모두 포함됩니다. 두 센서 모두 일반적으로 열화상 카메라와 같은 마이크로볼로미터 어레이를 기반으로 합니다. HBD의 경우 센서는 일반적으로 레일 외부에 장착되어 위를 향하므로 각 축 끝에 있는 베어링 박스를 잘 볼 수 있습니다. HWD는 일반적으로 각 레일 외부에 장착되지만 바퀴가 지나갈 때 바퀴의 측면을 직접 보는 것을 목표로 합니다. 휠과 베어링의 열 특성은 매우 다릅니다. 휠은 결함으로 간주되기 전에 베어링보다 훨씬 더 뜨거워질 수 있으므로 HBD와 HWD는 다르게 보정됩니다.