철도연, 철도차량 대차프레임 자동평면 포지셔닝 기술 교통신기술 획득 NST New Technology



철도차량 주행장치인 대차 골격의 높낮이 조절 기술 자동화

한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 한석윤)이 중소기업지원사업으로 개발한 ’철도차량 대차프레임 자동 평면 포지셔닝 기술‘이 교통신기술(제61호, 국토교통부)로 지정됐다.

이 기술은 대차의 골격에 해당하는 대차프레임을 가공이나 조립, 치수 검사를 하기 전에 정확하게 수평면을 이루도록 자동으로 높낮이를 조절하는 기술이다.

대차는 철도차량의 주행장치로 차체를 지지해서 끄는 힘이나 제동력을 앞뒤 차량에 전달하는 핵심장치다.

대차프레임이 수평면을 정확하게 이루지 못한 상태에서 치수 검사, 기계 가공, 각종 부품 조립 작업을 진행하면 주행장치에 품질 불량이 발생하여 철도차량의 주행 성능이 저하된다.

또한, 대차프레임에 무리가 가해져 균열 등의 손상으로 안전사고가 발생할 수 있기 때문에 수평면을 만드는 것은 매우 중요하다.

기존에는 대차프레임을 수평면에 놓이게 하기 위해 수동 장치를 이용하여 높이 조절 작업을 반복적으로 실시했다. 숙련된 인력이 진행했지만 작업 효율성 저하, 작업자의 피로감 증가, 작업 중 낙상 사고 발생 등 다양한 문제가 계속 일어났다.

개발 기술의 핵심인 자동 평면 포지셔닝 시스템은 레이저 센서 등 첨단 정밀 기술을 이용한 맞춤형 공장 자동화 시스템으로서, 작업자의 시작 명령에 따라 대차프레임을 정확히 수평면에 자동으로 놓이게 한다.

대차프레임의 높이 측정 장치, 수평면 자동 높이 조절 장치, 각 장치를 연계하여 통합 제어하는 제어 및 통신 장치, 작업 단계를 확인하고 명령을 내릴 수 있는 모니터링 장치로 이루어졌다.

※ 관련 연구과제

- 과제명 : 정반 및 자동 높이 조절 시스템을 활용한 철도차량 대차프레임의 평면성 확보 및 유지 기술 개발(주요사업 중소기업지원과제)

· 연구기간 및 연구비 : 2023.1. ~ 2023.12. / 133백만원

· 연구책임자: 서승일 철도연 수석연구원

개발 기술을 이용하면 모니터에서 화면 터치 한 번으로 대차프레임을 빠르고 안전하게, 정확히 수평면에 놓을 수 있다.

평면 정밀도를 기존 2mm에서 0.5mm로 대폭 향상했고, 대차프레임 1개당 소요되는 평면 포지셔닝 작업 시간을 기존 120분에서 20분으로 대폭 단축했다. 또한, 자동화 및 기계화에 따라 작업자의 안전사고 위험을 제거했다.

국제 공인인증기관인 티유브이슈드(TÜV-SUD)로부터 평면정밀도 성능을 인정받았고, 한국철도학회 2023년 철도 10대 기술로 선정되는 등 기술의 우수성이 검증됐다.

이 기술은 철도연 중소기업지원사업으로 형제금속산업(주)과 협력 개발했다. 기존에 수동으로 했던 대차프레임 평면 포지셔닝 작업을 개발 기술로 대체하여 생산성 향상과 비용 절감 효과를 거두고 있다. 철도차량 및 부품 제조사와 구매계약을 체결하고 양산 제작을 진행 중이다.

철도차량 제작 단계뿐만 아니라, 유지보수 단계에도 적용하기 위해 철도 운영기관을 대상으로 기술 설명회를 계획하고 있다.

서승일 철도연 수석연구원은 “대차프레임 자동 평면 포지셔닝 기술은 주행장치의 안전 확보를 위한 기본 기술로 자동차, 에너지 발전기, 공작기계, 반도체, 항공우주 등 평면 레벨링이 필요한 타 산업 분야 등으로 적용 범위를 확대하는 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.

기존 기술과의 비교

한석윤 철도연 원장은 “철도연은 철도 안전 향상을 위해 연구 역량을 집중하고, 철도 중소기업의 생산성 향상과 경쟁력 강화를 위한 현장 중심의 기술지원을 확대하겠다”고 전했다.

철도연  홍보협력실

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