철도차량 차륜의 찰상결함 검출 및 진단을 위한 진동 신호 처리 방법 연구 :A study on the vibration signal processing method for wheel flat detection and diagnosis in railway vehicles

김거영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김거영 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 구정서, 김재훈

발행연도: 2016

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

철도차량 차륜의 찰상결함 검출 및 진단을 위한 진동 신호 처리 방법 연구

김거영 철도차량시스템공학과 2016.01 학위논문

차륜의 찰상결함 진단을 위한 켑스트럼 분석 방법 연구

김거영 , 김현태 , 구정서 한국안전학회지 2016.01 학술저널

2014

철도차량 차륜의 찰상검지를 위한 진동 신호 분석 방법 연구

김거영 , 김현태 , 구정서 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2014.11 학술대회자료

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철도차량 차륜의 찰상결함은 레일과 마찰로 인하여 발생하며 주행장치에 심각한 손상을 발생시킬 수 있으므로 주행안전성 확보를 위해 상태기반유지보수측면에서 이상진단 모니터링시스템 개발이 요구되고 있다. 실제 열차의 감가속 주행상태에서는 찰상신호의 주기가 수시로 변하고 레일 및 대차의 기어, 베어링, 감속기 등의 장치로 인한 외란이 발생하기 때문에 차륜의 찰상신호를 효과적으로 검출하고 찰상의 크기를 진단하기가 어렵다.
본 연구에서는 차륜찰상 진단을 위해 두 가지 진동신호 분석법을 적용하였다. 첫째로, 차륜과 같은 회전체의 이상진단을 위한 진동신호분석법 중에서 스펙트럼의 주기성분 검출에 유용한 켑스트럼 분석법을 적용하여 찰상의 존재를 효과적으로 검출하는 방법에 대하여 연구하였고 두 번째로는 코릴레이션 기법을 적용하여 찰상의 크기상태를 진단하기 위한 방법을 연구하였다. 변속주행조건에서 효과적인 찰상진단을 하기 위하여 시간 도메인에서 차륜의회전각도 도메인으로 변경 후 켑스트럼 및 코릴레이션 분석을 수행하였다. 도메인 변경시 각도 간격을 균일하게 하기 위해 보간법을 사용하는 것이 중요하다. 마지막으로 대차의 주행장치와 레일의 불규칙도로 인한 외란이 존재하는 상황에서 켑스트럼과 코릴레이션 분석법을 통하여 찰상 결함을 진단할 수 있음을 검증하였다.

1. 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 방법 2
2. 이론 및 문헌고찰 3
2.1 진동신호 분석 방법의 종류 3
2.1.1 주파수 분석 4
2.1.2 차수(Order) 분석 6
2.1.3 시간-주파수 분석 8
2.1.4 켑스트럼(Cepstrum) 분석 10
2.1.5 웨이블릿(Wavelet) 분석 12
2.1.6 모델기반(Model-based) 분석 14
2.2 진동신호 분석 방법 요약 15
3. 임펄스 신호에 대한 켑스트럼 분석 18
3.1 켑스트럼 분석의 이해 18
3.2 임펄스 개수에 따른 켑스트럼 결과 비교 23
4. 시뮬레이션 결과를 이용한 진동신호 분석 30
4.1 차륜-레일 접촉 모델링 및 해석조건 30
4.2 등속조건에서의 진동신호 분석 37
4.2.1 분석데이터 신호 길이에 따른 켑스트럼 분석 41
4.2.2 샘플링 주파수에 따른 켑스트럼 분석 43
4.2.3 찰상 크기에 따른 켑스트럼 분석 45
4.2.4 찰상 개수에 따른 켑스트럼 분석 47
4.2.5 차량 무게에 따른 켑스트럼 분석 49
4.3 가속조건에서의 진동신호 분석 50
4.3.1 시간-주파수 분석 50
4.3.2 켑스트럼 분석 55
4.4. 기존 켑스트럼 분석법의 한계 56
5. 가속조건에서의 켑스트럼 분석 방법 58
5.1 가속조건에서의 켑스트럼 분석 절차 58
5.2 차수분석 절차를 추가한 켑스트럼 분석 결과 61
6. 현장시험 결과를 이용한 진동신호 분석 64
6.1 시험 준비 64
6.2 시험 결과 66
6.2.1 구간별 측정신호 분석 67
6.3 외란이 포함된 진동신호에서 찰상신호의 주기성분 검출 73
6.3.1 주파수 분석 74
6.3.2 시간-주파수 분석 75
6.3.3 켑스트럼 분석 77
6.4 찰상크기의 상태진단을 위한 코릴레이션 분석 적용 78
6.4.1 찰상크기별 코릴레이션 결과 비교 78
6.4.2 외란이 포함된 신호에서 찰상크기 진단 82
7. 결 론 85
참고문헌 87
영문초록(Abstract) 89

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