기관차용 에이티피 제동 인터페이스 유니트 {ATP BRAKE I/F UNIT for LOCO.}
본 고안은 철도차량의 고속, 고밀도 운행시대를 대비하여 경부선, 호남선 에서 운행하고 있는 열차의 운전체계를 기존의 지상신호방식에서 차상신호 (ATP : Automatic Train Protection)방식으로 시스템 구축하는데 필요한 차상신호장치(ATP)와 기관차의 제동장치(유럽의 UIC 제동장치 및 일본의 CK1P 제동장치)를 결합시키는 기관차용 ATP 제동 인터페이스 장치로 국내외에서 처음으로 고안 되었다.
1. 기관차의 ATP 차상 제어장치에서 나오는 전기신호를 받아서 상용제동을 수행 하여야하나, 현재 설치되어 있는 기존의 공기제동장치로는 ATP 차상 제어장치에서 나오는 전기신호를 받을 수 없음으로 기관차용 ATP 제동 인터페이스 유니트를 설치하여, ATP 차상제어장치에서 나오는 전기신호를 받아 공기제동장치로 전달 되어야 한다. 2. ATP 차상 제어장치가 제동장치에 한하여 요구하는 제동기능을 유럽의 UIC규격 제동장치와 일본 규격인 CK1P 타입의 제동장치 모두를 만족 하는 Fail-Safe한 기관차 ATP 제동 인터페이스 유니트가 되어야 한다. 2.1) UIC 규격의 제동장치가 설치된 기관차가 객차나 화차가 연결되어 운행의 경우에는 상용최대제동시 제동관 압력을 5.0bar에서 3.8bar 로 감압 되어야하며, 감압되는 시간은 약4.5±0.5초 수준으로 되어야 한다. 2.2) CK1P 타입의 제동장치가 설치된 기관차가 객차와 연결되어 운행의 경우에는 상용최대제동시 제동관 압력을 6.2bar에서 약 4.7bar로 감압 되어야 하며, 감압되는 시간은 약4.5±0.5초 수준으로 되어야 한다. 3. ATP 차상제어장치 의한 상용제동이 체결되어 있는 상태에서 상용제동 레벨보다 높은 레벨의 상용제동이나 비상제동 체결이 요청되면, 높은 레벨의 상용제동이나 비상제동이 체결되도록 하여야 한다. 4. ATP 제동 인터페이스 유니트를 설계, 제작시 BLOCK화하여 기존장치와 연결이 용이하도록 구성하여 설치, 운영, 유지보수가 간편 하도록 하여야 한다.
5. UIC 규격의 제동장치가 설치된 기관차가 객차나 화차가 연결되어 운행의 경우에는 상용제동시 제동관 압력을 5.0bar에서 3.8bar로 감압되어야 하는 조건을 구성하기 위하여, 추가로 필요한 (6)제어용공기통 용량을 계산. 수학식 1 P1 X Q1 = P2 X Q2 P1 = 5.0bar P2 = 3.8bar Q1 = 4.75리터 (220 CU.IN(약 3.6리터) ＋ (6)제어용공기통에 연결될 위치까지의 관(PIPE)의 용량(약 1.15리터 수준)) ∴ Q2 = 6.25 리터 추가로 필요한 (6)제어용공기통 용량 Q3는 수학식 2 Q3 = Q2 - Q1 Q3 = 6.25 - 4.75 = 1.5리터로 용량을 결정하여, 기관차에 (6)제어용공기통을 1.5리터 용량으로 적용결과 ATP에 의한 상용 제동시 제동체결 압력 및 제동 완해에 문제가 없었다. 6. (6)제어용공기통(1.5리터)을 적용하여, CK1P 타입의 제동장치가 설치된 기관차가 객차와 연결되어 운행의 경우에 상용제동시 제동관 압력을 6.3bar에서 약 4.7bar로 감압되어야 조건에 대한 검증. 수학식 1 P1 X Q1 = P2 X Q2 P1 = 6.3bar Q1 = 4.75리터 (220 CU.IN(약 3.6리터) ＋ (6)제어용공기통에 연결될 위치 까지의 관(PIPE)의 용량(약 1.15리터 수준)) Q2 = 1.5리터 ∴ P2 = 4.788bar CK1P 타입의 제동장치 기관차에 (6)제어용공기통을 1.5리터 용량으로 적용결과 ATP에 의한 상용최대제동시 제동체결 압력이 0.088bar의 차이는 있으나, 제동체결 및 제동완해에 문제가 없다. 7. 상기 7항 및 8항의 산출근거와 시험결과로 상기 3항의 유럽 규격인 UIC 타입의 제동장치와 일본 규격인 CK1P 타입의 제동장치 모두를 만족하는 기관차 ATP 제동 인터페이스 유니트를 구성하였으며, 상기 7항의 상용제동 요구압력인 P1 및 P2값의 변화에 따라 (6)제어용 공기통 용량을 변경으로 제동요구량을 수용할 수 있도록 하였다. 8. ATP 차상 제어장치에 의한 상용제동체결시 제동체결 시간은 (3)유량조절 밸브로 조정이 가능 하도록 하였다. 9. 유럽의 UIC규격 제동장치가 설치된 기관차가 객차나 화차가 연결되어 운행의 경우에는 상용제동시 (52)220CU.IN(3.6리터) 균형공기통에 충기 되어 있는 5.0bar의 압력을 (52)220CU.IN(3.6리터) 균형공기통과 대기압 상태인 (6)1.5리터 제어용 공기통을 3.8bar로 균압이 되는 시간은 (2)상용제동(ON-Type)전자변을 경유하여 (3)유량조절밸브의 조정으로 5.0 bar에서 3.8bar로 균압시간(상용제동체결시간)을 4.5±0.5초로 설정하여 시험 후, CK1P 타입의 제동장치가 설치된 기관차가 객차와 연결되어 운행의 조건 에서도 상용제동 압력이 6.3bar에서 약 4.7bar로 감압시간(상용제동체결 시간)을 측정결과 약 4.5±0.5초로 나타나, 유럽의 UIC규격 제동장치가 설치된 기관차 또는 CK1P 타입의 제동장치가 설치된 기관차는 모두 (3)유량조절밸브를 조절하여 상용 최대 체결시간인 4.5±0.5초 수준으로 셋팅하여 사용가능하다. 10. 기관차용 ATP 제동 인터페이스 유니트를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 기관차의 운행 중 제동은 크게 아래와 같이 세가지로 구분되어 짐으로 - 정상운전(운행)상태 - 상용제동상태 - 비상제동상태 세가지로 구분하여 설명된다. 11.1) 정상운전상태 정상운행 조건시 에는 ATP 제어장치의 신호지령이 차단 됨으로 압축 공기는 (51)P-2-A제동작용변의 관(#5-1) → (7)차단콕크를 경유 하여 전기가 차단되면 열리는 기관차용 ATP 제동인터페이스 유니트내 (1)균형공기차단(ERV, OFF)전자변의 P↔E간의 통로를 열어 (8)콕크 → (52)220cu.in(3.6리터) 균형공기통에 충기됨과 동시에 (54)26C 제동변에 조합되어 있는 (55)균형공기조정변의 관(#5-2)로 공급 및 (53)EP제동장치에도 공기가 공급되어 정상운행 조건의 에어회로가 구성 되도록 하고, 또한, 전기가 차단되면 닫히는 (2)상용제동(SBV, ON)전자변은 (6) 1.5리터 제어용 공기통에 충기되어 있는 공기를 (3)유량조절밸브를 경유하여 (2)상용제동(SBV, ON)전자변의 P↔E간의 통로를 열어 배기구로 대기로 방출함으로서 제동완해가 이루어지고 정상운행 조건을 충족시키며, (즉 다음 제동체결에 대한 준비가 되었음을 뜻함) (4)압력스위치는 1bar 이하 에서는 접점 1↔2와 구성되어 제동이 완해 되었음을 ATP 차상제어장치에 신호를 피드백 하도록 한다. 10.2) 상용제동상태 열차가 정상운행조건에서 ATP 제어장치가 상용제동이 지령되면 전기가 공급되면 차단되는 (1)균형공기차단(ERV,OFF)전자변의 P↔E간의 통로를 닫고, P↔A간 위치로 이동하여 통로를 열어, (51)P-2-A제동작용변 으로부터 (54)26C 제동변에 조합되어 있는 (55)균형공기조정변의 관(#5-2)로 공급되는 공기를 차단하고, 전기가 공급되면 열리는 (2)상용제동(SBV,ON)전자변은 P↔E간을 닫고, P↔ A간의 통로를 열어 (54)26C 제동변에 조합되어 있는 (55)균형공기조정변의 관(#5-2)로 공급된 공기와 (52)220CU.IN (3.6리터) 균형공기통에 충기되어 있는 압축공기가 (8)콕크 → (2)상용제동(SBV,ON)전자변 → (3)유량조절밸브를 경유하여 (6)1.5리터 제어용 공기통에 서서히 공급(충기) 시키도록 하여 압력을 6.3bar에서 4.7bar로 동일하게 함으로서 제동관의 압력을 저하시켜 상용제동을 체결토록 한다. 이때 (4)압력스위치는 1.5bar 이상 에서는 접점 1↔4와 구성되어 상용제동이 체결 되었음을 ATP 차상제어장치에 신호를 피드백 하도록 하였다. ※ (3)유량조절밸브는 (52)220CU.IN(3.6리터) 균형공기통에 충기 되어 있는 압축공기가 제어용 공기통(1.5리터)으로 5.0bar→ 3.8bar로 균압이 되는 시간을 4.5Sec±0.5Sec로 조절을 하기 위하여 설치. 10.3) 비상제동상태 ATP 차상 제어장치가 상용제동을 지령하여 열차가 ATP에 의한 상용제동이 체결된 상태에서 기관사 또는 열차의 안전장치에 의해 현재 체결되어 있는 상용제동 레벨보다 높은 레벨의 상용제동이나 비상제동 체결이 요청되면 (54)26C 제동변에 조합되어 있는 (55)균형 공기조정변의 관(#5-2)로 공급된 공기와 (52)220cu.in (3.6리터) 균형공기통에 충기되어 있는 압축공기 및 (6)1.5리터 제어용 공기통에 충기되어 있는 압축공기가 (5)역지변과 (7)콕크, 관(#5-1)을경유 하여 (51)P-2-A 제동작용변에서 대기로 토출시킴 으로서 높은 레벨 의 상용제동이나 비상제동을 체결토록 하였다. 10.4) 또한 ATP 차상제어장치 또는 본 기관차용 ATP 제동 인터페이스 유니트가 고장 시에 기존 제동장치를 안전하게 사용할수 있도록, (9)바이패스콕크의 통로를 열고, (7)콕크와 (8)콕크를 차단함 으로서, (51)P-2-A제동 작용변과 (54)26C 제동변 및 (52)220 cu.in(3.6리터) 균형공기통간 기존 공기회로와 동일하게 구성 되도록 하였다. 정상운행상태에서는 (9)바이패스콕크는 차단위치 이며 (7)콕크 및 (8)콕크는 열림 위치에 있어, 기관차 ATP 제동 인터페이스 유니트 를 사용할 수 있도록 구성하였다.
11. 표준화 및 호완성. 유럽의 UIC규격(26L 제동장치) 제동장치가 설치된 기관차 또는 CK1P 타입의 제동장치가 설치된 기관차 모두 안전하고 상호 호환 가능한 철도교통을 위한 표준화된 기관차 ATP 제동 인터페이스 유니트 장치. 12. 시스템의 안정화. 기존의 장치의 수정 없이 신설하는 ATP 차상 제어 시스템과 기존의 제동장치 간 INTERFACE를 함으로서, 설치, 운영, 정비성은 물론 기관차의 제동시스템을 안정화를 도모 하였다. 13. 장치의 모듈화. MANIFOLD를 적용 하였으며, 부속부품 또한 BLOCK화 하여 기존장치와 연결이 용이 하도록 구성 하였으며, 소형화하여 협소한 공간에서도 설치가 가능하다. 14. ATP 전기신호에 의한 기존 제동장치를 제어. ATP 차상제어장치에서 출력되는 전기신호를 받아 ON, OFF전자변 및 체크밸브, 유량조절밸브, 압력스위치 및 공기통으로 구성하여 기존의 26L형 제동장치가 탑재되어 있는 기관차는 모두 제어할 수 있도록 하였다.
도 1은 본 고안에 의한 기관차용 ATP 제동 인터페이스 공기 흐름도 도 2는 본 고안에 의한 기관차용 ATP 제동 인터페이스 공기 흐름도 (정상운전상태). 도 3은 본 고안에 의한 기관차용 ATP 제동 인터페이스 공기 흐름도 (상용제동상태). 도 4는 본 고안에 의한 기관차용 ATP 제동 인터페이스 공기 흐름도 (비상제동상태). 도 5는 본 고안에 의한 기관차용 ATP 제동 인터페이스 유니트 외형도 (평면도), (정면도), (우측면도). ※ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명. 1 : 균형 공기차단 전자변 8 : 바이패스 콕크 2 : 상용제동 전자변 51 : P-2-A 제동작용변 3 : 유량조절 밸브 52 : 균형 공기통 4 : 압력 스위치 53 : EP 제동장치 5 : 역지변 54 : 26C 제동변 6 : 제어용 공기통 55 : 균형공기 조정변 7 : 차단콕크 |
