(72) 발명자 박정학 대전광역시유성구지족동열매마을아파트 안봉영 대전광역시유성구노은동열매마을 8 단지

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1 (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) G01M 17/013 ( ) G01M 17/007 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2010 년 06 월 10 일 심사청구일자 전체청구항수 : 총 15 항 (54) 롤러코스터휠시험장치 (57) 요약 2010 년 06 월 10 일 (11) 공개번호 (43) 공개일자 2011년12월16일 (71) 출원인 한국표준과학연구원 대전유성구도룡동 1 (72) 발명자 김수언 대전광역시유성구도룡동 452 한국표준과학연구원기술사신 -310 호 최만용 대전유성구도룡동 번지 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 한라특허법인 본발명은롤러코스터휠시험장치에관한것으로서, 롤러코스터차량의휠이레일을따라실제주행할때와흡사한하중, 회전속도, 슬립등휠에가해지는현상을그대로모사하는동시에시험동안휠에서나타나는변화를관찰할수있도록한롤러코스터휠시험장치에관한것이다. 이러한본발명의롤러코스터휠시험장치는롤러코스터차량의휠이레일을따라주행하는조건을실제와흡사하게모사하기위하여시험대상휠을전동모터에의해정해진회전속도로회전하는구동휠에압착시켜다양한주행조건을인가하도록구성되는것에주된특징이있다. 특히, 본발명의롤러코스터휠시험장치에서는실제의레일에해당하는구동휠에의해서시험대상휠을정해진회전속도로회전시키는동시에상기구동휠에압착되는하중및압력을변화시키면서실제주행조건과흡사한하중, 회전속도, 슬립등다양한조건을부여할수있도록구성된다. 결국, 본발명의롤러코스터휠시험장치는현장주행시험없이하중및회전속도, 슬립, 시간, 시험횟수등에따른관찰결과를토대로하여롤러코스터차량의휠을설계하고개발하는데유용하게활용될수있고, 운행간격에대한시험과각케이스에대한시뮬레이션을통해복합재료의분리현상, 우레탄재질의크랙발생등을방지하기위한방법을개발하는데적극활용될수있다. 또한본발명의롤러코스터휠시험장치를이용하는경우실제현장에서의반복적인시험없이도차량의휴식시간안전치기준등롤러코스터의안전운행을위한여러기준치를산정하는데유용하게활용될수있다. 대표도 - 도 1-1 -

2 (72) 발명자 박정학 대전광역시유성구지족동열매마을아파트 안봉영 대전광역시유성구노은동열매마을 8 단지

3 특허청구의범위청구항 1 시험대상휠 (1) 이회전가능하게장착되는휠장착대 (110) 와 ; 하부받침대 (101) 상에고정설치되고상기휠장착대 (110) 가이동가능하도록조립되는지지대 (120) 와 ; 상기휠장착대 (110) 에연결되어휠장착대를통해상기시험대상휠 (1) 을하기구동휠 (140) 로이동시켜시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의원주면간압착이이루어지도록하는이동기구 (130) 와 ; 축지지대 (142) 에회전가능하게장착되는회전축 (141) 과 ; 상기회전축 (141) 에일체로회전되도록장착되는구동휠 (140) 과 ; 상기회전축 (141) 을회전구동시켜상기구동휠 (140) 을정해진회전속도로회전시키기위한구동장치부 (160) 와 ; 상기이동기구 (130) 와구동장치부 (160) 의구동을제어하여시험대상휠 (1) 에가해지는하중과시험대상휠 (1) 의회전속도를제어하는제어장치부 (170); 를포함하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 2 청구항 1에있어서, 상기지지대 (120) 는, 상기하부받침대 (101) 에수직설치되고상기휠장착대 (110) 가상하로안내되도록결합되는안내로드 (121) 와 ; 상기안내로드 (121) 의상단에설치되는상부지지대 (122); 를포함하고, 상기이동기구 (130) 는상기상부지지대 (122) 에고정설치되어휠장착대 (110) 를상기안내로드 (121) 를따라상하이동시키는승강기구인것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 3 청구항 2에있어서, 상기승강기구는상하로전후진하는피스톤로드 (132) 를가지면서상기피스톤로드 (132) 의전후진동작이제어장치부 (170) 에의해제어되고상기피스톤로드 (132) 의선단부가상기휠장착대 (110) 에결합된공압또는유압실린더인것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 4 청구항 3에있어서상기구동휠 (140) 에압착된상태의시험대상휠 (1) 에가해지는하중이검출될수있도록, 상기피스톤로드 (132) 에는시험대상휠 (1) 이구동휠 (140) 에압착되면서받게되는하중을검출하여상기제어장치부 (170) 에입력하는하중계 (150) 가설치되는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 5 청구항 4 에있어서, 상기제어장치부 (170) 는상기하중계 (150) 에의해검출되는현재의검출값과상기구동휠 (140) 에의해회전되면 - 3 -

4 서제어되는시험대상휠 (1) 의현재회전속도값을디스플레이부 (172) 를통해표시하면서상기검출값및회전 속도값을시간에따른값으로데이터저장부에저장하거나외부로출력하도록된것을특징으로하는롤러코스터 휠시험장치. 청구항 6 청구항 1에있어서, 상기제어장치부 (170) 는상기구동휠 (140) 에압착된상태로제어되는시험대상휠 (1) 의현재하중값과상기구동휠 (140) 에의해회전되면서제어되는시험대상휠 (1) 의현재회전속도값을디스플레이부 (172) 를통해표시하면서상기하중값및회전속도값을시간에따른값으로데이터저장부에저장하거나외부로출력하도록된것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 7 청구항 5 또는청구항 6에있어서, 상기제어장치부 (170) 는시험대상휠 (1) 에가해지는하중과시험대상휠 (1) 의회전속도를제어하기위한제어데이터를입력하고상기데이터저장부에저장된데이터를외부로출력하기위한 USB 포트 (173) 를구비하는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 8 청구항 7에있어서, 상기제어데이터는시간에따라상기하중과상기회전속도의설정값이규정된데이터인것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 9 청구항 1 또는청구항 2에있어서, 상기이동기구 (130) 는시험대상휠 (1) 을구동휠 (140) 의반경방향으로이동시켜시험대상휠 (1) 과구동휠 (14 0) 의압착이이루어지도록하는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 10 청구항 1에있어서, 상기제어장치부 (170) 의구동제어하에상기축지지대 (142), 회전축 (141), 구동휠 (140), 및구동장치부 (160) 를상기회전축 (141) 의축방향으로전후이동시키기위한축방향이동기구 (180) 와 ; 상기하부받침대 (101) 에가이드수단 (191) 을매개로결합되어상기축방향이동기구 (180) 에의해상기회전축 (141) 의축방향으로전후이동가능하게설치되고상측으로상기축지지대 (142) 및구동장치부 (160) 가설치되어축지지대 (142) 와회전축 (141), 구동휠 (140), 및구동장치부 (160) 와일체로전후이동되는하부지지대 (190); 를더포함하는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 11 청구항 10 에있어서, - 4 -

5 상기축방향이동기구 (180) 는상기하부받침대 (101) 에고정설치되고상기회전축 (141) 의축방향으로전후진하는 피스톤로드 (182) 를가지면서상기피스톤로드 (182) 의선단부가상기축지지대 (142) 또는하부지지대 (190) 에 결합된공압또는유압실린더인것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 12 청구항 1 또는청구항 10에있어서, 상기구동장치부 (160) 는, 상기제어장치부 (170) 에의해구동및회전속도가제어되는전동모터 (161) 와 ; 상기전동모터 (161) 의회전력을상기회전축 (141) 에전달하기위한동력전달수단 ; 을포함하여구성되는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 13 청구항 12에있어서, 상기동력전달수단은, 상기전동모터 (161) 의구동축에일체로장착된구동풀리 (162) 와 ; 상기회전축 (141) 에일체로장착된피동풀리 (164) 와 ; 상기구동풀리 (162) 와피동풀리 (164) 사이에연결되는동력전달벨트 (163); 를포함하여구성되는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 14 청구항 1에있어서, 상기하부받침대 (101) 상측으로상기각구성부를둘러싸도록설치되는외부케이스 (102) 를더포함하고, 상기외부케이스 (102) 의전면에는상기시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의압착상태를외부에서관찰할수있도록개구부 (104a) 가형성된것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 청구항 15 청구항 14에있어서, 상기외부케이스 (102) 는하부받침대 (101) 상측에설치되는프레임 (103) 과, 상기프레임 (103) 에조립및설치되어전면에상기개구부 (104a) 가형성되고상기휠장착대 (110) 와이동기구 (130), 회전축 (141), 구동휠 (140), 구동장치부 (160) 의작동상태가관찰될수있도록이들을둘러싸는투명재질로된패널 (104) 을포함하여구성되는것을특징으로하는롤러코스터휠시험장치. 명세서 [0001] 기술분야본발명은롤러코스터휠시험장치에관한것으로서, 더욱상세하게는롤러코스터차량의휠이레일을따라실제주행할때와흡사한하중, 회전속도, 슬립등휠에가해지는현상을그대로모사하여휠에서나타나는변화를관찰할수있도록한롤러코스터휠시험장치에관한것이다

6 [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] 배경기술주지된바와같이, 롤러코스터는차량을모터에의해지상으로부터일정한높이까지끌어올린뒤위치에너지를중력에의한운동에너지로전환시키는방법으로주행시키는놀이기구로서, 1885년에처음고안되었다. 롤러코스터는통상여러대의차량을연결한열차가지상보다높은곳의정해진궤도를따라설치된레일위를달리도록구성되며, 궤도열차라고도한다. 롤러코스터에서차량은나선형으로돌거나거꾸로몇바퀴씩돌기도하는데, 사람이거꾸로있으면서도아래로떨어지거나밖으로튀어나가지않는것은구심력과원심력이작용하기때문이다. 현재국내롤러코스터차량의대부분은도 1의 (a) ~ (c) 에나타낸바와같이 2 ~ 3축지지방식의바퀴타입을가지고있으며, 레일은원형파이프타입으로설치되고있다. 도 2는일반적인롤러코스터차량의바퀴, 즉휠의구성을도시한도면으로, 도 2의 (a) 에나타낸바와같이레일 ( 또는트랙 ) 을따라이동하는로드휠 (load wheel), 가이드휠 (guide wheel), 업스톱휠 (upstop wheel) 등으로구성되며, 로드휠은차량의하중을지지하고, 가이드휠은측부회전시이탈을방지하며, 업스톱휠은상하회전시이탈을방지하는역할을한다. 또한각휠은도 2의 (b) 에나타낸바와같이스틸재질의휠본체에레일과의접촉면을따라폴리우레탄을코팅한구조를가진다. 상기한휠의종류중열화가많이발생하는휠은주하중을직접적으로가장많이받으면서운동량이가장큰로드휠이며, 실제현장에서도이로드휠에서많은결함이발생하게된다. 한편, 롤러코스터차량은휠을통해높은곳의레일위를따라고속으로주행하기때문에안전성확보가무엇보다중요하며, 사고가발생할경우탑승자가사망하는심각한사고로이어질수있다. 롤러코스터의안전사고는해마다여러건씩일어나고있으며, 1980년부터현재까지 100건이넘는사고가집계되었다. 대표적인사례로캐나다에서롤러코스터의마지막차량이바퀴 ( 휠 ) 가완전히빠져버리면서 3명의사망자가발생하였고, 일본에서는 2007년롤러코스터열차의 2번째차량의차축이빠지면서 1명이사망하고 21명이부상하는사고가발생하였다. 과거의사고사례를보면롤러코스터에서바퀴와각차량을연결해주는차축의사고가상당수발생함을알수있고, 이에바퀴나차축부분이전체구조에서가장중요한요소임을알수있다. 롤러코스터의운행사항과안전점검및진단에대한사항을확인해보면롤러코스터에서빈번하게일어나는문제는바퀴의우레탄부분의분리와각볼트체결부의풀림임을알수있고, 점검방법으로는도 3의좌측도면에나타낸바와같이바퀴의스틸부위와우레탄부위에표기를한뒤수시로확인하거나, 도 3의우측도면에나타낸바와같이우레탄부위의크랙발생등을육안으로확인하는방법이이용되고있다. 또한통상연 1회에걸쳐안전진단을실시하며, 비파괴검사와더불어바퀴의우레탄을필요한경우또는주기적으로교체하는작업을시행하고있다. 롤러코스터의안전점검주요대상은열차의차량연결부샤프트안전성점검, 바퀴차축고정을위한우레탄압착부간극점검, 그리고롤러코스터바퀴의우레탄층박리현상및차량의안전바 (bar) 고정을위한유압피스톤의파괴현상, 체인연결핀의파손에의한체인붕괴현상등의점검이다. 이중에서롤러코스터의차량에서결함발생이가장빈번하게일어나고있는부분이면서안전상중요하다할수있는구조체는차량의바퀴, 즉휠이며, 볼트체결부의풀림진단등정적인부분을검사하는것과달리휠의동적문제를진단하는것은상대적으로어렵고복잡하다. 특히, 여러장소에설치된각롤러코스터마다차량이레일을돌면서휠에가해지는하중이나회전속도, 슬립등조건이모두상이하므로, 적용된차량의휠에대한적용성평가시험이현장에서실제운행중이루어져야하나, 문제는실제롤러코스터의차량을반복주행시키면서휠에대한피로시험등의적용성평가시험을수행하는것은경제적으로도불리할뿐만아니라매우위험하다

7 [0018] [0019] 또한해당롤러코스터에서사용할수있는더욱안전한휠을설계하고개발하기위한여러기초데이터를획득함에있어서실제주행을반복하여측정하는것은비용은물론안전성측면에서매우불리하다. 더욱이롤러코스터휠에대한복합재료의분리현상, 우레탄재질의크랙발생등을방지하기위한방법, 우레탄층의박리가발생할수있는조건이나안전기준치, 안전운행조건등을모두실제현장에서반복적인시험을통해터득하고획득하기는사실상거의불가능하다. [0020] 발명의내용 [0021] 해결하려는과제따라서, 본발명은상기와같은문제점을해결하기위하여발명한것으로서, 롤러코스터차량의휠이레일을따라실제주행할때와흡사한하중, 회전속도, 슬립등휠에가해지는현상을그대로모사하는동시에시험동안휠에서나타나는변화를관찰할수있도록한롤러코스터휠시험장치를제공하는데그목적이있다. [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030] 과제의해결수단상기한목적을달성하기위하여, 본발명은, 시험대상휠이회전가능하게장착되는휠장착대와 ; 하부받침대상에고정설치되고상기휠장착대가이동가능하도록조립되는지지대와 ; 상기휠장착대에연결되어휠장착대를통해상기시험대상휠을하기구동휠로이동시켜시험대상휠과구동휠의원주면간압착이이루어지도록하는이동기구와 ; 축지지대에회전가능하게장착되는회전축과 ; 상기회전축에일체로회전되도록장착되는구동휠과 ; 상기구동휠에압착된상태의시험대상휠에가해지는하중을검출하기위한하중계와 ; 상기회전축을회전구동시켜상기구동휠을정해진회전속도로회전시키기위한구동장치부와 ; 상기이동기구와구동장치부의구동을제어하여시험대상휠에가해지는하중과시험대상휠의회전속도를제어하는제어장치부 ; 를포함하는롤러코스터휠시험장치를제공한다. 여기서, 상기지지대는, 상기하부받침대에수직설치되고상기휠장착대가상하로안내되도록결합되는안내로드와 ; 상기안내로드의상단에설치되는상부지지대 ; 를포함하고, 상기이동기구는상기상부지지대에고정설치되어휠장착대를상기안내로드를따라상하이동시키는승강기구인것을특징으로한다. 또한상기승강기구는상하로전후진하는피스톤로드를가지면서상기피스톤로드의전후진동작이제어장치부에의해제어되고상기피스톤로드의선단부가상기휠장착대에결합된공압또는유압실린더인것을특징으로한다. 또한상기구동휠에압착된상태의시험대상휠에가해지는하중이검출될수있도록, 상기피스톤로드에는시험대상휠이구동휠에압착되면서받게되는하중을검출하여상기제어장치부에입력하는하중계가설치되는것을특징으로한다. 또한상기제어장치부는상기하중계에의해검출되는현재의검출값과상기구동휠에의해회전되면서제어되는시험대상휠의현재회전속도값을디스플레이부를통해표시하면서상기검출값및회전속도값을시간에따른값으로데이터저장부에저장하거나외부로출력하도록된것을특징으로한다. 또한상기제어장치부는상기구동휠에압착된상태로제어되는시험대상휠의현재하중값과상기구동휠에의해회전되면서제어되는시험대상휠의현재회전속도값을디스플레이부를통해표시하면서상기하중값및회전속도값을시간에따른값으로데이터저장부에저장하거나외부로출력하도록된것을특징으로한다. 또한상기제어장치부는시험대상휠에가해지는하중과시험대상휠의회전속도를제어하기위한제어데이터를입력하고상기데이터저장부에저장된데이터를외부로출력하기위한 USB 포트를구비하는것을특징으로한다. 또한상기제어데이터는시간에따라상기하중과상기회전속도의설정값이규정된데이터인것을특징으로한다. 또한상기이동기구는시험대상휠을구동휠의반경방향으로이동시켜시험대상휠과구동휠의압착이이루어지도록하는것을특징으로한다

8 [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] 또한상기제어장치부의구동제어하에상기축지지대, 회전축, 구동휠, 및구동장치부를상기회전축의축방향으로전후이동시키기위한축방향이동기구와 ; 상기하부받침대에가이드수단을매개로결합되어상기축방향이동기구에의해상기회전축의축방향으로전후이동가능하게설치되고상측으로상기축지지대및구동장치부가설치되어축지지대와회전축, 구동휠, 및구동장치부와일체로전후이동되는하부지지대 ; 를더포함하는것을특징으로한다. 또한상기축방향이동기구는상기하부받침대에고정설치되고상기회전축의축방향으로전후진하는피스톤로드를가지면서상기피스톤로드의선단부가상기축지지대또는하부지지대에결합된공압또는유압실린더인것을특징으로한다. 또한상기구동장치부는, 상기제어장치부에의해구동및회전속도가제어되는전동모터와 ; 상기전동모터의회전력을상기회전축에전달하기위한동력전달수단 ; 을포함하여구성되는것을특징으로한다. 또한상기동력전달수단은, 상기전동모터의구동축에일체로장착된구동풀리와 ; 상기회전축에일체로장착된피동풀리와 ; 상기구동풀리와피동풀리사이에연결되는동력전달벨트 ; 를포함하여구성되는것을특징으로한다. 또한상기하부받침대상측으로상기각구성부를둘러싸도록설치되는외부케이스를더포함하고, 상기외부케이스의전면에는상기시험대상휠과구동휠의압착상태를외부에서관찰할수있도록개구부가형성된것을특징으로한다. 또한상기외부케이스는하부받침대상측에설치되는프레임과, 상기프레임에조립및설치되어전면에상기개구부가형성되고상기휠장착대와이동기구, 회전축, 구동휠, 구동장치부의작동상태가관찰될수있도록이들을둘러싸는투명재질로된패널을포함하여구성되는것을특징으로한다. [0037] [0038] 발명의효과이에따라, 본발명에따른롤러코스터휠시험장치는, 실제의레일에해당하는구동휠에의해서시험대상휠을정해진회전속도로회전시키는동시에상기구동휠에압착되는하중및압력을변화시키면서실제주행조건과흡사한하중, 회전속도, 슬립등다양한조건을부여할수있도록구성됨으로써, 현장주행시험없이하중및회전속도, 슬립, 시간, 시험횟수등에따른관찰결과를토대로하여롤러코스터차량의휠을설계하고개발하는데유용하게활용될수있고, 운행간격에대한시험과각케이스에대한시뮬레이션을통해복합재료의분리현상, 우레탄재질의크랙발생등을방지하기위한방법을개발하는데적극활용될수있다. 또한본발명의롤러코스터휠시험장치를이용하는경우실제현장에서의반복적인시험없이도차량의휴식시간안전치기준등롤러코스터의안전운행을위한여러기준치를산정하는데유용하게활용될수있다. [0039] 도면의간단한설명 도 1 은롤러코스터차량의일반적인바퀴 ( 휠 ) 타입을나타내는도면이다. 도 2는롤러코스터차량의일반적인바퀴구성을나타내는도면이다. 도 3은롤러코스터차량의바퀴에대한점검방법을설명하는도면이다. 도 4는본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의정면도이다. 도 5는본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의배면도이다. 도 6은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의좌측면도이다. 도 7은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의우측면도이다. 도 8은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치에서주요구동부의사시도이다. 도 9는본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의작동상태도이다. 도 10은본발명의실시예에따른시험장치에서디스플레이부와조작부, USB 포트를구비한제어장치부의일례 - 8 -

9 를나타낸것이다. 도 11은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치에서사용되는제어데이터 ( 시뮬레이션데이터 ) 를예시한도면이다. 도 12는본발명에서휠의시뮬레이션을수행하는동안측정되는하중계의검출값과시험대상휠의회전속도를시간에따라데이터화하여나타낸그래프이다. [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 첨부한도면을참조하여본발명의바람직한실시예에대해본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자가용이하게실시할수있도록상세히설명하기로한다. 본발명은롤러코스터휠시험장치에관한것으로서, 롤러코스터차량의휠이레일을따라실제주행할때와흡사한하중, 회전속도, 슬립등휠에가해지는현상을그대로모사하는동시에시험동안휠에서나타나는변화를관찰할수있도록한롤러코스터휠시험장치에관한것이다. 이러한본발명의롤러코스터휠시험장치는롤러코스터차량의휠이레일을따라주행하는조건을실제와흡사하게모사하기위하여시험대상휠을전동모터에의해정해진회전속도로회전하는구동휠에압착시켜다양한주행조건을인가하도록구성되는것에주된특징이있다. 특히, 본발명의롤러코스터휠시험장치에서는실제의레일에해당하는구동휠에의해서시험대상휠을정해진회전속도로회전시키는동시에상기구동휠에압착되는하중및압력을변화시키면서실제주행조건과흡사한하중, 회전속도, 슬립등다양한조건을부여할수있도록구성된다. 결국, 본발명의롤러코스터휠시험장치는하중및회전속도, 시간, 시험횟수등에따른관찰결과를토대로하여롤러코스터차량의휠을설계하고개발하는데유용하게활용될수있고, 운행간격에대한시험과각케이스에대한시뮬레이션을통해복합재료의분리현상, 우레탄재질의크랙발생등을방지하기위한방법을개발하는데적극활용될수있다. 또한본발명의롤러코스터휠시험장치를이용하는경우실제현장에서의반복적인시험없이도차량의휴식시간안전치기준등롤러코스터의안전운행을위한여러기준치를산정하는데유용하게활용될수있다. 우선, 도 4 ~ 도 9를참조하여본발명에따른롤러코스터휠시험장치의구성에대해상술하기로한다. 도 4는본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의정면도이고, 도 5는본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의배면도이다. 또한도 6은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의좌측면도이고, 도 7은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의우측면도이다. 또한도 8은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치에서주요구동부의사시도이고, 도 9는본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치의작동상태도이다. 도 8에서외부케이스와제어장치부는도시를생략하였다. 도시된바와같이, 본발명에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 는, 시험대상휠 (1) 이회전가능하게장착되는휠장착대 (110) 와 ; 하부받침대 (101) 상에고정설치되고상기휠장착대 (110) 가이동가능하도록조립되는지지대 (120) 와 ; 상기휠장착대 (110) 에연결되어휠장착대를통해상기시험대상휠 (1) 을하기구동휠 (140) 로이동시켜시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의원주면간압착이이루어지도록하는이동기구 (130) 와 ; 축지지대 (142) 에회전가능하게장착되는회전축 (141) 과 ; 상기회전축 (141) 에일체로회전되도록장착되는구동휠 (140) 과 ; 상기회전축 (141) 을회전구동시켜상기구동휠 (140) 을정해진회전속도로회전시키기위한구동장치부 (160) 와 ; 상기이동기구 (130) 와구동장치부 (160) 의구동을제어하여시험대상휠 (1) 에가해지는하중과시험대상휠 (1) 의회전속도를제어하는제어장치부 (170); 를포함하여구성된다. 여기서, 본발명에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 는상기구동휠 (140) 에압착된상태의시험대상휠 (1) 에가해지는하중을검출하기위한하중계 (150) 를더포함할수있으며, 이하중계 (150) 는후술하는바와같이이동기구 (130) 인공압또는유압실린더의피스톤로드 (132) 에설치될수있다. 또한본발명에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 는상기하부받침대 (101) 의상측으로설치되는외부케이스 (102) 를더포함하며, 상기외부케이스 (102) 는실험에있어서안전을위하여설치되는것으로, 상기각구성부 - 9 -

10 를포함하여후술하는축방향이동기구 (180) 및하부지지대 (190) 등장치 (100) 의구성부들을둘러싸도록설치된 다. [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] [0058] [0059] [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] 상기하부받침대 (101) 와그상측의외부케이스 (102) 는전체적으로소정용적의내부공간을가지면서장치 (10 0) 의외곽을이루는일체의직육면체형케이스를형성하게되며, 상기내부공간에장치 (100) 의각구성부가넣어져장착되게된다. 상기하부받침대 (101) 는지면상에서상기각구성부들의중량을지지하도록최하단에설치되는일종의프레임이며, 하부받침대 (101) 의하부면으로는이하부받침대 (101) 및외부케이스 (102) 를포함하여장치 (100) 전체를용이하게이동시킬수있도록이동바퀴 (105) 가장착될수있다. 또한지면상의이동된위치에서장치 (100) 전체가안정적으로고정될수있도록, 상기이동바퀴 (105) 와더불어, 상기하부받침대 (101) 의하부면에는이하부받침대 (101) 를포함한장치 (100) 전체를지면상에고정하기위한별도의고정기구 (106) 가설치될수있다. 도면상에나타내지는않았으나, 상기이동바퀴 (105) 와고정기구 (106), 예컨대이들의지지축내지하부받침대 (101) 를지지하는부분에는충격흡수를위한충격흡수기구나충격흡수부재가상기하부받침대 (101) 와의사이에개재되도록설치될수있으며, 이들을지지하는지면상에별도의충격흡수부재가설치될수도있다. 아울러, 바람직한실시예에서, 상기외부케이스 (102) 의전면에는개구부 (104a) 가형성될수있는데, 이는외부케이스 (102) 의전면에형성되어시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의압착상태를외부에서관찰할수있도록구비되는일종의내부관찰용창이다. 도면상으로나타내지는않았으나, 상기개구부 (104a) 에는열고닫을수있는도어가설치될수도있다. 또한바람직하게는, 상기외부케이스 (102) 는하부받침대 (101) 의상측에수직으로고정설치되는프레임 (103) 과, 상기프레임 (103) 에구성부들을둘러싸도록조립및설치되고전면에는상기개구부 (104a) 가형성되는패널 (104) 을포함하여구성될수있다. 이때, 상기패널 (104) 은, 휠장착대 (110) 와이동기구 (130), 회전축 (141), 구동휠 (140), 구동장치부 (160) 를포함하여후술하는축방향이동기구 (180) 및하부지지대 (190) 등의작동상태가관찰될수있도록, 이들구동부를둘러싸는투명재질로된소정두께의패널을포함하며, 예컨대투명재질의패널로는 30mm의두께로제작된아크릴패널이사용될수있다. 예시한실시예에서는전체패널 (104) 에서개구부 (104a) 가형성된전면, 그리고양측면, 배면의경우투명재질의패널로이루어져있으며, 상부면과전면의일부 ( 도 4에서도면부호 170으로나타낸제어장치부의전방을둘러싸고있는우측부분 ) 는금속재의패널 (104) 로이루어지고있다. 결국, 상기와같이구성되는하부받침대 (101) 와외부케이스 (102) 는고속으로회전하고고압으로상호압착되는시험대상휠 (1) 과구동휠 (140), 그리고이들을회전및이동시켜롤러코스터에서의실제주행조건과흡사한하중및속도, 슬립조건을시험대상휠 (1) 에인가하기위한각구동부의주변을둘러싸면서방음과방진기능을제공하게된다. 그리고, 본발명에서상기지지대 (120) 는상기하부받침대 (101) 에수직설치되고상기휠장착대 (110) 가상하로안내되도록결합되는안내로드 (121) 와, 상기안내로드 (121) 의상단에설치되는상부지지대 (122) 를포함하여구성된다. 여기서, 안내로드 (121) 는하부받침대 (101) 위에기둥형태로수직설치되는부재로서, 휠장착대 (110) 가관통조립되는적어도 2개이상의안내로드 (121) 가설치될수있으며, 바람직하게는예시된바와같이상부지지대 (12 2) 를포함하여이에설치되는이동기구 (130)( 하기공압또는유압실린더 ) 의안정적인지지를위하여 4개의안내로드 (121) 가하부받침대 (101) 위에기둥형태로수직설치될수있다. 이때, 상부지지대 (122) 는안내로드 (121) 의상단에횡설치되는플레이트구조물이될수있고, 또한상기이동기구 (130) 가상부지지대 (122) 에고정설치되어지지되면서휠장착대 (110) 를안내로드 (121) 를따라상하로이동시키는승강기구가될수있다. 바람직한실시예에서, 상기승강기구로는상하로전후진하는피스톤로드 (132) 를가지면서상기피스톤로드 (132) 의선단부가상기휠장착대 (110) 에결합되는공압또는유압실린더가될수있으며, 이중에서제어입력에대한반응속도 ( 제어입력에대한피스톤로드의동작속도 ) 가상대적으로빠른공압실린더의사용이더욱바

11 람직하다. [0067] [0068] [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] [0074] [0075] [0076] [0077] [0078] [0079] 상기공압또는유압실린더는실린더본체와피스톤로드, 그리고실린더본체에제어된작동유체 ( 공기또는오일 ) 를공급하여피스톤로드의동작및작동하중이제어되도록하는부속부품을포함하여구성되며, 상기부속부품으로는통상의구성과마찬가지로피스톤로드의동작및작동하중이제어될수있도록유체공급수단으로부터공급되는작동유체의양또는압력을조절하는레귤레이터, 상기레귤레이터에의해조절된작동유체를실린더본체에제공하는솔레노이드밸브, 작동유체라인등을포함하여구성될수있다. 상기이동기구인공압또는유압실린더 (130) 의실린더본체 (131) 는상부지지대 (122) 위에고정설치되고, 상하로전후진동작하게되는피스톤로드 (132) 는상부지지대 (122) 의하측으로관통조립되어휠장착대 (110) 와일체로결합된다. 결국, 피스톤로드 (132) 의전후진동작에의해휠장착대 (110) 와이에장착된시험대상휠 (1) 의상하이동이이루어지며, 피스톤로드 (132) 가전진하여휠장착대 (110) 와시험대상휠 (1) 이하강하면, 시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의원주면간에압착이이루어지고, 이때피스톤로드 (132) 에의해가해지는하중에따라서시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의압착하중이결정되게된다. 즉, 피스톤로드 (132) 가전진시에가하는하중 ( 피스톤로드의작동하중 ) 에따라시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의원주면간압착하중이결정되고, 이압착하중에따라시험대상휠 (1) 이구동휠 (140) 에압착되면서받게되는하중이결정되게된다. 상기공압또는유압실린더 (130) 는제어장치부 (170) 의제어신호에따라구동이제어되는데, 특히제어장치부 (170) 의제어신호에따라피스톤로드 (132) 의전후진동작및전진시피스톤로드 (132) 가가하는하중이제어되게된다. 즉, 공압실린더의예를들면, 상기제어장치부 (170) 의제어신호에따라레귤레이터 ( 미도시됨 ) 가제어되면서외부의공기공급수단 ( 미도시됨 ) 으로부터공급되는공기의양또는압력이제어되고, 이에솔레노이드밸브를경유하여실린더본체 (131) 로공급되는공기의양또는압력이제어되면서피스톤로드 (132) 의작동하중이제어되는것이다. 결국, 제어장치부 (170) 는이동기구의구동, 예컨대공압또는유압실린더 (130) 의구동, 특히이의피스톤로드 (132) 의동작을제어하여시험대상휠 (1) 이구동휠 (140) 에압착되면서받게되는하중을제어하게된다. 그리고, 도시된실시예와같이상기이동기구 ( 승강기구 ), 즉공압또는유압실린더 (130) 는, 피스톤로드 (132) 를전후진동작시켜휠장착대 (110) 및이에장착된시험대상휠 (1) 을상승또는하강시킴에있어서, 휠장착대 (110) 와시험대상휠 (1) 을수직설치된안내로드 (121) 의길이방향을따라구동휠 (140) 의반경방향으로이동시키도록구비되며, 이에시험대상휠 (1) 을구동휠 (140) 의반경방향으로이동시켜, 시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의원주면간압착이이루어지도록한다. 그리고, 상기피스톤로드 (132) 에는시험대상휠 (1) 이구동휠 (140) 에압착되면서받게되는하중을검출하기위한상기의하중계 (150) 가설치될수있다. 상기하중계 (150) 는피스톤로드 (132) 를통해가해지는하중을검출하기위한것으로, 통상의만능시험기나인장압축시험기에설치되는것과같은로드셀 (load cell) 로구현될수있다. 상기하중계 (150) 는피스톤로드 (132) 를통해가해지는하중, 즉시험대상휠 (1) 이구동휠 (140) 에압착되면서받게되는하중을검출하여그검출값에따른전기적인신호를출력하게되는데, 이전기적인신호, 즉검출값의입력이가능하도록미도시된신호입력라인을통해상기제어장치부 (170) 에연결된다. 상기제어장치부 (170) 는시험대상휠 (1) 이받게되는하중을원하는하중조건, 즉미리설정된하중으로제어하기위하여하중계 (150) 의검출값을입력받아이를피드백신호로사용하게되는바, 시험대상휠 (1) 의현재하중조건, 즉구동휠 (140) 과의압착으로시험대상휠 (1) 이받게되는하중값을상기하중계 (150) 로부터입력받게되고, 또한입력된하중값을정확한하중이시험대상휠 (1) 에인가되도록이동기구인공압또는유압실린더 (130) 의구동 ( 피스톤로드의전후진구동 ) 을제어하는데사용하게된다. 상기의설명에서시험대상휠 (1) 이받게되는하중을검출하기위한별도의하중계 (150) 를설치하고이의검출값을피드백신호로사용하여시험대상휠에정확한하중값이인가되도록피스톤로드 (132) 의작동하중 ( 시험대상휠에인가되는하중 ) 을피드백제어함을설명하였으나, 제어장치부 (170) 가하중값에맞추어캘리브레이션

12 (calibration) 된제어값으로레귤레이터를제어하여실린더본체 (131) 에공급되는작동유체 ( 공기또는오일 ) 의양또는압력을제어함으로써피스톤로드의작동하중을제어할수있므로, 별도의하중계설치없이제어데이터에설정된하중값에따라레귤레이터를제어하여피스톤로드의작동하중을제어하도록하는것도가능하다. [0080] [0081] [0082] [0083] [0084] [0085] [0086] [0087] [0088] [0089] [0090] [0091] 그리고, 본발명에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 는축방향이동기구 (180) 와하부지지대 (190) 를더포함하여구성될수있는데, 먼저상기축방향이동기구 (180) 는제어장치부 (170) 의구동제어하에축지지대 (142), 회전축 (141), 구동휠 (140), 및구동장치부 (160) 를상기회전축 (141) 의축방향으로전후이동시키기위한구동부이다. 또한상기하부지지대 (190) 는하부받침대 (101) 에가이드수단 (191) 을매개로결합되어상기축방향이동기구 (18 0) 에의해상기회전축 (141) 의축방향으로전후이동가능하게설치되는것으로, 상측으로상기축지지대 (142) 및구동장치부 (160) 가설치되어축지지대 (142) 와더불어이에장착된회전축 (141), 상기회전축에장착된구동휠 (140), 및상기구동장치부 (160) 와일체로전후이동되는구성부이다. 본발명에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 에서, 상기구동휠 (140) 은축지지대 (142) 에회전가능하게지지된회전축 (141) 에장착되어, 상기구동휠 (140) 과회전축 (141) 이일체로회전구동되도록되어있다. 이때, 상기축방향이동기구 (180) 는, 시험대상휠 (1) 이이동기구 (130) 에의해하강하여구동휠 (140) 과압착된상태에서, 상기구동휠 (140) 을상기회전축 (141) 의축방향으로전후이동시켜, 구동휠 (140) 과이에압착된시험대상휠 (1) 간에축방향으로의슬립을발생시키게된다. 이에본발명의시험장치 (100) 에서는, 제어장치부 (170) 에의해, 이동기구인실린더 (130) 의피스톤로드 (132) 를통한시험대상휠 (1) 의하중제어와더불어, 구동휠 (140) 을통한시험대상휠 (1) 의회전속도제어, 축방향이동기구 (180) 를통한시험대상휠 (1) 의슬립제어가모두가능하도록되어있다. 상기구동휠 (140) 과시험대상휠 (1) 간의슬립은이들두휠 (1,140) 의압착및회전동안주기적으로또는소정시점에서이루어지도록하는바, 이는제어장치부 (170) 가, 시험대상휠 (1) 과구동휠 (140) 의회전및두휠 (1,140) 간의압착이이루어진상태에서, 축방향이동기구 (180) 의구동을제어하여, 주기적으로또는소정시점에서구동휠 (140) 을상기회전축 (141) 의축방향으로전후이동시킴으로써이루어지게된다. 바람직한실시예에서, 상기구동휠 (140) 의축방향전후이동이가능하도록하기위하여, 상기구동휠 (140) 이장착된회전축 (141), 상기회전축 (141) 이장착된축지지대 (142), 상기회전축 (141) 의회전구동을위한구동장치부 (160) 전체가일체로회전축 (141) 의축방향으로전후이동되도록제어된다. 이때, 슬립을위해전후로이동되는구성부인구동휠 (140), 회전축 (141), 축지지대 (142), 구동장치부 (160) 는, 상기휠장착대 (110) 및시험대상휠 (1), 이동기구 (130)( 공압또는실린더 ) 를지지하는상기지지대 (120) 와는독립되게별도구비된하부지지대 (190) 위에설치되고, 상기하부지지대 (190) 는하부받침대 (101) 위에서회전축 (141) 의축방향을따라전후로이동가능하게설치된다. 이에축방향이동기구 (180) 는하부지지대 (190) 를전후로이동시킴으로써하부지지대 (190) 위에지지되는구동휠 (140), 회전축 (141), 축지지대 (142), 및구동장치부 (160) 를회전축 (141) 의축방향으로전후이동시키게되는데, 바람직하게는하부지지대를전후로이동시키는공압또는유압실린더가될수있으며, 이중에서제어입력에대한반응속도 ( 제어입력에대한피스톤로드의동작속도 ) 가상대적으로빠른공압실린더의사용이더욱바람직하다. 상기공압또는유압실린더는실린더본체와피스톤로드, 그리고실린더본체에제어된작동유체 ( 공기또는오일 ) 를공급하여피스톤로드의동작및작동하중이제어되도록하는부속부품을포함하여구성되며, 상기부속부품으로는통상의구성과마찬가지로피스톤로드의동작및작동하중이제어될수있도록유체공급수단으로부터공급되는작동유체의양또는압력을조절하는레귤레이터, 상기레귤레이터에의해조절된작동유체를실린더본체에제공하는솔레노이드밸브, 작동유체라인등을포함하여구성될수있다. 상기축방향이동기구인공압또는유압실린더 (180) 는하부받침대 (101) 위에고정설치되고, 상기회전축 (141) 의축방향으로전후진하는피스톤로드 (182) 를가지는데, 상기피스톤로드 (182) 의선단부는상기축지지대 (142) 또는하부지지대 (190) 에결합되며, 또한상기피스톤로드 (182) 의전후진동작은상기제어장치부 (170) 에의해제어되도록되어있다. 즉, 제어장치부 (170) 에의해공압또는유압실린더 (180) 의피스톤로드 (182) 의전후진동작이제어됨으로써하부지지대 (190) 가전후로이동되고, 이에구동휠 (140), 회전축 (141), 축지지대 (142), 및구동장치부 (160) 전체가

13 전후로이동되면서구동휠 (140) 과압착된상태의시험대상휠 (1) 에슬립조건을인가하게되는것이다. [0092] [0093] [0094] [0095] [0096] [0097] [0098] [0099] [0100] [0101] [0102] [0103] [0104] 상기하부지지대 (190) 는하부받침대 (101) 와의사이에개재되는가이드수단 (191) 에의해전후이동이가능하도록되어있는데, 상기가이드수단 (191) 은전후로설치되는 LM 가이드가될수있다. 이때, LM 가이드 (191) 는하부받침대 (101) 의상면에전후로길게형성된가이드레일 (192) 과, 상기하부지지대 (190) 의하면에설치되어상기가이드레일 (192) 에결합된상태로안내되는레일결합부 (193) 로구성된다. 한편, 상기구동장치부 (160) 는제어장치부 (170) 에의해구동및회전속도가제어되는전동모터 (161) 와, 상기전동모터 (161) 의회전력을상기회전축 (141) 에전달하기위한동력전달수단을포함하여구성될수있다. 여기서, 상기동력전달수단은상기전동모터 (161) 의구동축에일체로장착된구동풀리 (162) 와, 상기회전축 (141) 에일체로장착된피동풀리 (164) 와, 상기구동풀리 (162) 와피동풀리 (164) 사이에연결되는동력전달벨트 (163) 를포함하여구성될수있다. 상기전동모터 (161) 는하부지지대 (190) 의상측으로고정설치되며, 전동모터 (161) 가제어장치부 (170) 의제어하에정해진속도로회전되면, 구동축의구동풀리 (162) 가회전되면서동력전달벨트 (163) 가구동축및구동풀리 (162) 의회전력을피동풀리 (164) 에전달하게되고, 이에피동풀리 (164) 와더불어이에일체로장착된회전축 (141) 이회전되면서, 상기회전축 (141) 에장착된구동휠 (140) 과이에압착된상태의시험대상휠 (1) 이상기제어장치부 (170) 가제어하는속도로회전될수있게된다. 한편, 상기제어장치부 (170) 는전술한바와같이이동기구인공압또는유압실린더 (130) 의구동, 축방향이동기구인공압또는유압실린더 (180) 의구동, 구동장치부 (160) 를구성하는전동모터 (161) 의구동을제어하게되며, 또한상기하중계 (150) 의검출값을입력받도록구비된다. 또한상기제어장치부 (170) 는내장된마이콤 (CPU) 과전면에설치된디스플레이부 (172) 를가지며, 하중계 (150) 에의해검출되는현재의하중값 ( 구동휠에압착된상태로시험대상휠이받게되는하중값임 ) 과, 상기구동휠 (140) 에의해회전되면서제어되는시험대상휠 (1) 의현재의회전속도값을상기디스플레이부 (172) 를통해디스플레이하면서, 상기하중값과회전속도값을시간에따른값으로데이터화하여내장된데이터저장부에저장하도록구비된다. 여기서, 시험대상휠 (1) 의회전속도값은제어되는구동휠 (140) 의회전속도값에따라결정되므로, 별도의센서없이시험대상휠 (1) 의현재회전속도값이제어되는구동휠 (140) 의현재회전속도값으로부터환산되어디스플레이되고저장된다. 또한상기제어장치부 (170) 는시험대상휠 (1) 에가해지는하중과시험대상휠 (1) 의회전속도를제어하기위한제어데이터를입력하고상기데이터저장부에저장된데이터를외부로출력하기위한입출력부를구비하는데, 이때입출력부로는외부기기와연결이가능하도록하기위한 USB 포트 (173) 가될수있다. 상기데이터저장부는마이콤과연결된메모리로구현될수있으며, USB 포트 (173) 등상기입출력부를통해입력되는제어데이터를저장하고, 또한상기제어데이터에따라이동기구인실린더 (130) 의구동, 축방향이동기구인실린더 (180) 의구동, 구동장치부 (160) 를구성하는전동모터 (161) 의구동을제어하도록실행되는구동프로그램이저장된다. 또한상기제어장치부 (170) 는디스플레이부 (172) 와더불어마이콤에연결된조작부 (171) 를구비하는데, 이때조작부 (171) 는조작을위해사용되는다수개의입력버튼으로구현될수있으며, 디스플레이부 (172) 와입력버튼이일체의구성으로된터치스크린의설치도가능하다. 상기구동프로그램은, USB 포트 (173) 를통해제어데이터가데이터저장부에입력되고난뒤조작부 (171) 를통해장치의구동이개시되고나면, 제어데이터의설정값, 즉하중값과속도값에따라이동기구 (130) 인실린더를제어하여, 구동휠 (140) 에압착된시험대상휠 (1) 이받게되는하중을설정된하중값이되도록제어하고, 또한전동모터 (161) 의회전속도를제어하여구동휠 (140) 및시험대상휠 (1) 의회전속도를제어하며, 설정된주기또는시점에서축방향이동기구 (180) 의실린더를제어하여정해진시간또는주기마다구동휠 (140) 과시험대상휠 (1) 간의슬립을발생시키게된다. 또한상기구동프로그램은시험동안하중계 (150) 에의해검출되는하중값과, 구동휠 (140) 에의해회전되는시험대상휠 (1) 의회전속도값을시간에따라데이터저장부인메모리에저장하며, 동시에디스플레이부 (172) 를통해현재의하중값과회전속도값을표시하게된다

14 [0105] [0106] [0107] [0108] [0109] [0110] [0111] [0112] [0113] [0114] [0115] [0116] [0117] 상기와같이데이터저장부인메모리에새로이저장되는측정데이터는미리설정된파일형태로저장된뒤 USB 포트 (173) 등의입출력부를통해외부기기로이동될수있도록되어있다. 물론, 상기와같은제어과정에서마이콤은구동프로그램에의해제어데이터의설정값에따라장치의각구동부를제어하기위한제어신호를출력하게되고, 상기디스플레이부 (172) 는조작부 (171) 를통해조작되는조작상태와장치의전반적인작동상태, 그리고상기하중값과회전속도값을표시하여사용자에게알려주게된다. 즉, 마이콤은구동프로그램에의해데이터저장부인메모리에저장되는제어데이터를읽어들인뒤제어데이터의설정값에따라제어신호를출력하여각구동부의구동을제어하게되고, 이에시험대상휠에설정된하중, 속도, 슬립조건이인가되도록한다. 상기제어장치부 (170) 의디스플레이부 (172) 에표시되는하중값은시험대상휠 (1) 이받게되는하중값으로서, 하중계 (150) 가설치된경우라면하중계 (150) 의검출값이된다. 다만, 별도의하중계가설치되지않은경우라면, 시험시간동안이동기구인실린더 (130) 의레귤레이터의제어를통하여제어데이터의시간에따른설정값으로피스톤로드 (132) 의작동하중및시험대상휠 (1) 의하중이실시간제어될수있으므로, 시험대상휠 (1) 이받게되는하중으로서하중계에의한실측값이아닌제어데이터의설정값, 즉구동휠 (140) 에압착된상태로제어되는시험대상휠 (1) 의현재하중값이그대로디스플레이부 (172) 에표시되도록한다. 상기데이터저장부인메모리는장치의전반적인동작을제어하기위한구동프로그램, 장치및구동프로그램의동작중에발생하는일시적인데이터, 시스템파라미터및제어데이터, 측정데이터 ( 하중계의검출값 ) 를저장하며, 이를위해프로그램메모리와데이터메모리로구성될수있고, 여기서프로그램메모리에장치의동작을제어하는상기의구동프로그램이저장된다. 도 10은본발명의실시예에따른시험장치에서디스플레이부와조작부, USB 포트를구비한제어장치부의일례를나타낸것이다. 이와같이하여, 본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 의구성에대해상술하였으며, 이를이용한시험과정및시험장치 (100) 의작동상태에대해설명하면다음과같다. 우선, 본발명에따른롤러코스터휠시험장치 (100) 는실제롤러코스터가레일을따라움직일때휠이받는하중과휠의회전속도, 슬립조건을휠장착대 (110) 에장착된시험대상휠 (1) 에그대로인가하도록구비되는시뮬레이션장치로서, 시험자가시험대상휠 (1) 을휠장착대 (110) 에장착한뒤 USB 포트 (173) 등의입출력부를통해제어데이터를입력하고조작부 (171) 를조작하여장치의구동을개시하게되면, 제어장치부 (170) 가입력및저장된제어데이터의각설정된값으로이동기구 (130) 및구동장치부 (160), 축방향이동기구 (180) 의구동을제어하여시험대상휠 (1) 에하중, 속도, 슬립을인가하게된다. 이때, 시험자는제어데이터의입력을통해하중, 회전속도의설정값과더불어연속반복시험횟수, 시험시간등을입력하게되고, 이에제어장치부 (170) 가규정된설정값및연속반복시험횟수, 시험시간으로장치의각구동부를제어하여시뮬레이션이이루어지게된다. 즉, 구동장치부 (160) 의전동모터 (161) 를구동하여구동휠 (140) 및시험대상휠 (1) 을제어데이터에설정된회전속도로회전시키고, 이동기구의실린더 (130) 를동작시켜시험대상휠 (1) 을구동휠 (140) 에압착되도록하강시킨뒤이동기구의실린더 (130) 를통해인가되는하중을제어하여, 시험대상휠 (1) 에설정값의하중과회전속도를인가하고, 이와더불어축방향이동기구 (180) 를정해진주기또는시점에서동작시켜구동휠 (140) 을전후로이동시킴으로써슬립을인가하게된다. 한편, 도 11은본발명의실시예에따른롤러코스터휠시험장치에서사용되는제어데이터 ( 시뮬레이션데이터 ) 를예시한도면으로, 외부의 PC( 미도시 ) 에서좌측의 (a) 에나타낸바와같이마이크로소프트엑셀의미리만들어진양식에맞춰서데이터값, 즉시간에따라하중과회전속도를설정한설정값을입력하여제어데이터를만들게된다. 이렇게제작된제어데이터를 USB 포트 (173) 를통해외부의 PC로부터제어장치부 (170) 의데이터저장부로이동시켜저장한뒤, 도 11의 (b) 에나타낸바와같이구동프로그램을실행시켜제어데이터의설정값을읽어들이는방식으로구동프로그램에입력하거나, 구동프로그램에서 USB 포트 (173) 에연결된외부 PC의제어데이터를직접읽어들이는방식으로설정값을구동프로그램에입력한다

15 [0118] [0119] [0120] [0121] [0122] [0123] [0124] [0125] [0126] [0127] [0128] [0129] [0130] [0131] [0132] [0133] [0134] [0135] [0136] [0137] 이와같이본발명의시험장치에서는제어데이터의설정값을구동프로그램에입력하기위하여 USB 포트가사용될수있다. 아울러, 도 12는휠의시뮬레이션을수행하는동안측정되는하중계 (150) 의검출값과시험대상휠 (1) 의회전속도를시간에따라데이터화하여나타낸그래프로서, 시험동안얻어지는하중값과회전속도값이시간에따른값으로데이터화가되고나면, 이데이터는 USB 포트 (173) 를통해다시외부의 PC로이동시킬수있게된다. 또한시뮬레이션시험시하중값과회전속도값을얻으면서우레탄코팅층의파괴가예상되는극한단계까지파괴실험을수행하여시험대상휠 (1) 에서우레탄코팅층의파괴가실제일어나는하중값과회전속도값을확인하게된다. 즉, 시험자가디스플레이부 (172) 에나타나는하중값과회전속도값을관찰하는동시에시험대상휠 (1) 에서우레탄코팅층의파괴가일어나는것을관찰하여, 우레탄코팅층의파괴가일어나는하중값과회전속도값을확인하게되는것이다. 물론, 시험동안의하중값과회전속도값이도 12에나타내는그래프형태로데이터화되어데이터저장부에저장되며, 이때저장된데이터를 USB 포트 (173) 를통해외부의 PC로이동시킬수있다. 그리고, 롤러코스터의휠에서실제열화가많이발생하는휠은주하중을직접적으로가장많이받고운동량이가장큰로드휠이며, 실제현장에서도이휠에서많은결함이발생하게되는바, 로드휠에대해포커스를맞추어시뮬레이션이수행될수있다. 로드휠의시뮬레이션을위한제어데이터를작성하기위해서는, 실제시뮬레이션대상이되는롤러코스터가레일을돌면서주행할때로드휠에가해지는하중을알아야하므로, 실제롤러코스터에서가속도를측정해야한다. 롤러코스터열차의하중은차종에따라서상이하지만, 본발명자에의해조사된바에의하면, 1량에대략 300kg ~ 997kg 정도이며, 가속도측정결과차량운전시최대하중구간에서 2g ~ 4g까지측정되었다. 따라서, 차량의하중에중력가속도의배율을적용하면다음과같이구할수있다. ( 수학식 1) 1개의로드휠에작용하는하중 = [{ 최소차량하중 (kg) + { 몸무게 (kg) 4( 인 )}} 4(g)]/4 여기서, 최소차량하중 300kg과성인몸무게 70kg으로가정하면, 1개로드휠에작용하는최소하중값은 580kg 이되며, 이값을시험장치 (100) 의설계와더불어로드휠시뮬레이션에반영한다. 결국, 본발명에따른시험장치 (100) 에서는실제롤러코스터에서휠에가해지는현상을최대한흡사하게모사하기위하여전술한바와같이시험대상휠 (1) 에가해지는하중, 시험대상휠 (1) 의회전속도, 시험대상휠 (1) 과레일에해당하는구동휠 (140) 간의슬립현상을모두구현하되, 이때실제롤러코스터에서 3축가속도값을측정하여이를반영하면실제와흡사한현상을그대로구현할수있다. 또한다양한종류의시험대상휠 (1) 을휠장착대 (110) 에장착할수있고, 이동기구인실린더 (130), 보다바람직하게는공압실린더를이용하여공기압으로 100kg ~ 1000kg까지다양하게하중을인가하도록구성될수있다. 또한시간에따라제어되는하중과회전속도를설정한제어데이터를사용하여전체시험시간동안실제롤러코스터의정해진코스주행시에인가되는하중과회전속도를시뮬레이션할수있는바, 이러한시뮬레이션코스기능에의해실제롤러코스터괘도지점의하중과회전속도를시간대별로설정할수있어서전체코스에대한시뮬레이션을보다실제상황과흡사하게수행할수있다. 상술한최적의설계조건을최대한실제제작에반영하여시험장치 (100) 를설계하고완성할수있는바, 본발명에따른시험장치의세부사양및기능의일례는다음과같다. - 최대하중 : 1000kg - 최대속도 : 100km/h - 최대반복시험횟수 : 999회 - 제어데이터지원형식 : Microsoft Excel

16 [0138] [0139] [0140] [0141] - 제어데이터전송형식 : USB 시험가능휠 : 모든로드휠, 가이드휠지원가능 - 특징 : 실제롤러코스터차량이주행할때와흡사한시뮬레이션가능이상으로본발명의실시예에대해상세히설명하였는바, 본발명의권리범위는상술한실시예에한정되지않으며, 다음의특허청구범위에서정의하고있는본발명의기본개념을이용한당업자의여러변형및개량형태또한본발명의권리범위에포함된다. [0142] 부호의설명 1 : 시험대상휠 100 : 시험장치 101 : 하부받침대 102 : 외부케이스 103 : 프레임 104 : 패널 104a : 개구부 105 : 이동바퀴 106 : 고정기구 110 : 휠장착대 120 : 지지대 121 : 안내로드 122 : 상부지지대 130 : 이동기구 ( 공압또는유압실린더 ) 131 : 실린더본체 132 : 피스톤로드 140 : 구동휠 141 : 회전축 142 : 축지지대 150 : 하중계 160 : 구동장치부 161 : 전동모터 162 : 구동풀리 163 : 동력전달벨트 164 : 피동풀리 170 : 제어장치부 171 : 조작부 172 : 디스플레이부 173 : USB 포트 180 : 축방향이동기구 ( 공압또는유압실린더 ) 182 : 피스톤로드 190 : 하부지지대 191 : LM 가이드 192 : 가이드레일 193 : 레일결합부

17 도면 도면 1 도면 2 도면

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