2012 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2012A123 제동공기압조정시험기개발연구에관한고찰 A study on Development for Adjusting Tester of Pnenmatic Brake 조관현 *, 김관수 *, 김우교 *, 김정수 *, 김대일 ** Kwan-Hyun Cho *, Kwan-Soo Kim *, Woo-Koy Kim *, Jung-Sn Kim *, Daeil Kim ** Abstract. Seoul Metro operates 696 new VVVF type s cars in line 2 and 3 now. Especially, brake system is very important in safety operation of EMU and is needed a lot of efforts to maintain so when errors are occurred by the discrepancy of set pressure of air and deterioration of sensor, they may bring about failure of safety operation of EMU and therefore brake system needs extra careful attention. When EMU is maintained, adjustment of braking pressure between PSU and ECU is imperative so development of test device is needed for inspection and adjustment of pressure of air by steps of brake. In this study, enhanced brake test system for people who work in the field is designed and developed for light weight and mobility when it can be easily used in inspection and overhaul. Keywords : Electric Control Unit, Pressure Sensor Unit, MCS11W Pressure Switch 초록서울메트로에서는현재 2,3 호선신형전동차 VVVF 696 량을운용하고있다. 특히, 열차안전운행에매우중요한제동장치는유지보수에많은노력을기울이고있는기기로공기압기준값의불일치와센서의노후화로인한불량발생시에전동차안전운행에많은지장을초래할수있어세심한주의와관리가필요하다. 열차유지보수시제동압력센서유니트 (PSU) 와제동전자제어유니트 (ECU) 간의제동압력조정이필수적인점검사항이므로제동스텝별공기압력점검및조정을하여야하는데이와관련한시험장치의개발이요구되고있다. 본논문은중정비및경정비시에도유용하게사용할수있도록경량화되고이동이가능한구조로설계하여유지보수에유용하게쓸수있는제동시험시스템을개발하여유지보수향상을위해노력하는현장의애로기술을해결하고자한다. 주요어 : 제동전자제어유니트 (ECU), 제동압력센서유니트 (PSU), MCS11W 압력스위치 1. 서론 현재운용중에있는서울메트로의전동차는 1개편성 10량을기준으로조성되어있다. 본선안전운행에매우중요한제동장치는량당 1셋트씩차체하부에장착되어있다. 제동장치는운행중지속적인작동으로사용빈도가많아전동차안전운행에매우중요한역할을할뿐만아니라승객서비스에도매우밀접한관계가있어비용과시간을들여유지보수에많은노력 교신저자 : 서울메트로기술연구원 (moom303@seulmetro.co.kr) * 서울메트로기술연구원, ** 서울메트로신정차량사업소
을기울이고있다. 현재서울메트로에서운용중인신조전동차 VVVF 72개편성중 2호선의 26개편성은무인자동운전 (ATO:Autotmatic Train Operation) 시스템으로변환하여운행하고있으며, 때문에신속한차량제동시스템의반응및안정적제동력의정위치정차율향상을위한유지보수의중요성이더욱대두되고있다. 하지만차량도입년수가증가함에따라제동시스템의노후화등으로인한고장발생빈도가점점증가하는추세에있고, 제동장치의유지보수는검수규정을기준으로점검보수를하고있으나, 시험장비가미흡하여차량검수에어려움이있고, 유지보수시간또한상당히소요됨에따라전동차본선투입운행에도어려움을겪고있다. 때문에전동차운용부서에서는이러한제동장치를효과적으로점검하여유지보수및관리에효율적인검수를할수있는시험장비개발의요구가제기되고있다. 이에본연구는운행중발생된제동장치결함및잠재된고장을신속히점검보수할수있는제동공기압조정시험기를개발하여제동장치유지보수업무에활용함으로써작업의편리성을도모하고, 신뢰성을향상시킬수있도록하며, 어려움을겪고있는현장차량검수자의애로기술을해결하도록하였다. 2. 본론 2.1 유지보수실태및문제점분석제동장치 (BOU) 의중요한기기인제동전자제어유니트 (ECU) 와 MCS11W 압력스위치를통한제동기기별공기압상태를통상적으로점검하는월상검사 ( 경정비 ) 시각량별로 BOU함 1셋트씩총 10셋트제동장치를점검하고있다. ECU의제동공기압확인은 YPET1압력센서에서공기압력을전기신호로변환하여제동전자제어유니트 (ECU) 로보내어현시된제동공기압상태가확인이되나각제동스텝별확인은운전실에서제동변을취급함으로써공기압을확인하여유지보수를하고있다. 제동기기는운행에따른지속적잦은동작과차량년식이늘어남에따라부품의노후화가진행되어결함이발생하고있는데제동스텝별공기압불일치가발생할때불량품판정및조정을하기어려워 ECU예비품및신품으로교환하여조치하고있다. 공기압불량으로 ECU조정이필요시취거하여중정비에수선을의뢰하고있는데경정비현장에서의신속한보수가이루어지고있지못함에따라예비품의보유량을늘려야하므로비용이필요이상많이소요되고유지보수의시간도지연되어그에따른전동차운용에많은지장을주고있다. MCS11W 압력스위치는주공기압축기 (CMG), 보조공기압추기 (ACMG), 판타그래프 (MEPS), 주차제동 (PBPS) 의정해진기준공기압을 ON/OFF하는기능으로공기압불량발생시예비품으로교환하고중정비에수리의뢰를하는걸고유지보수를하고있다. 또한 YPET1압력센서의불량시 ECU와연동되어불량확인이어려워검수에애로사항이많다. 따라서현자에서공기압조정이필요한지부품불량인지판정을할수있고또한공기압을스텝별로확인하고공기압을조정할수있는시험장치가있다면유지보수가매우용이하고신속성을기할수있어전동차운행의안정성, 비용절감에따른경제성에많은효과를기대할수있다.
Fig. 1 BOU 함 아래의 Table 1을보면서울메트로의최근 3년간의주요제동기기고장데이터의 ECU의고장이 2012년 8월까지 10건으로서전년대비 250% 로급격히증가하여있음을알수있다. 이는장기운행에따른부품의노후화가많이진행되었다고분석이되며유지보수의정확성과신속성을기하기위해서는경정비에서유지보수가매우중요하다고인식된다. 고장현황 2009 2010 2011 2012 ECU 0 3 4 10 MCS11W 6 5 5 0 15 10 5 0 2009 2010 2011 2012 ECU 고장현황 MCS11W 고장현황 Table 1 ECU 3 년간고장건수, MSC11W 압력스위치 서울메트로의전동차유지보수주기는 Table 2 와같다. Table 2 VVVF 전동차유지보수주기 구분 VVVF 전동차 유지보수부서 비고 월상 검사주기 3개월 5만Km 검수팀 중간 검사주기 3년 50만Km 정비팀 전반 검사주기 3년 100만Km 정비팀 2.2 연구개발 2.2.1 연구개발방향자료조사및검토를하여 BOU함에 DC100V 전원인가로차량에공기가없더라도유지보수할수있도록시험기에공기압력생성기능과 ECU공기압을확인할수있도록공기압체크용현시표시와조정이가능한기능별로 MCS11W기기를취거하여점검할수있는기능을확보하고, 경정비화하여이동이용이하도록하여월상검사및일상검사또한중정비에서도사용할수
있도록하였다. 2.2.3 공기압축기및레귤레이터 MCS11W압력스위치와 YPET1 압력센서시험을위하여공기압축장치와레귤레이터를시험기에장착하여현차에서와같은성능을유지할수있는시험기를설계하였다. 공기압축기의모터용량은 0.33hp(0,25kw) 의용량을낼수있으며, 공기압력은 8kg/ cm2 (7bar/100psi) 의압력을유지하였다. 전격전압 220V/60HZ와 40 의온도에서도시험가능하도록설계하고, 주위소음에도영향이없도록 70db(A) 유지하도록설계하였다. 또한레귤레이터를장착하기에앞서레귤레이터의기술적검토를통한시험기에가장적정한압력셋팅값을설정하였다. 레귤레이터의특성상압력강하가발생하므로설정하고자하는압력을공기압조정밸브로셋팅하고, 2~3분후에다시셋팅하면원하는출력압력을얻을수있다. Table 3 레귤레이터의특성 2.2.4 공기압현시용디지털표시기및압력센서차량의 BOU함내 YPET1 압력센서의이상유무확인할수있도록시험기의압력센서를통과한공기는시험기의공기압현시용디지털표시기에시험기에서공급된공기압을표시해줌으로시험기에서공급하는공기와차량내의 ECU에서표시된공기압력값이서로일치하는지확인하여, 센서의이상유무를확인가능토록하였다. 2.2.5 전원공급기및차단기전원공급기는 AC220V의일반전원을 DV24V 변환시켜시험기의디지털표시기에전원을공급하고 MCS11W 압력스위치가적정한압력에서구동되는지알수있도록 DC100V로변환시킨다. 또한 10(A) 용차단기를설치하여이상전류로부터시험기를보호할수있도록하였고, 2단구조로운반구 (L700*W500*900mm) 를자체제작하고, 바퀴 1개의허용하중 200~350kg을견딜수있게제작하여제동공기압조정시험기전체무게인약36kg의무게의시험기를현장에서이동이용이하게 8inch의통고무바퀴를장착하여레일사이를불편하지않게이동가능하도록설계제작하였다.
2.3 시험기완성시험기술사양서를토대로시험기를자제제작하여현장에보급하므로현장의애로기술을개선하였다. Fig. 2 시험기완성품 2.3.1 MCS11W 압력스위치시험 MCS11W 압력스위치는전동차 1편성 (10량) 에 14개의압력스위치가있으며, 이처럼많은압력스위치를기존에는중정비시에분리하여점검을하였으나, 시험기개발로운행중발생된제동장치이상에대해검수고입고후점검이가능하게되었다. 압력스위치는막판형식으로되었으며, 제어압력의절환범위에의해전기회로의투입및차단을자동으로하여준다. 압력스위치를차량에서분리하여시험기에조립후스냅스위치를작동하여, 압력스위치의적정압력을가했을때압력스위치가적정압력에서 ON에서 OFF 또는 OFF에서 ON으로바뀌는지확인한다. 압력스위치 Fig. 3 압력스위치및압력센서시험 2.3.2 YPET1압력센서시험 YPET1 압력센서는공기압력을전기신호 (DC15V±10%) 로변환하여제동전자제어유니트 (ECU) 로보내진전기신호를각 CC (Car Computer) 신호로보내주는기능으로특수지그를제작하여차량내의제동작용장치함 (BOU) 에있는압력센서에고정한후시험기를통해적정압력 (5kg/ cm2 ) 을제공함으로압력센서의압력값이 BOU함내있는ECU의값 (5kg/ cm2 ) 과일치하는지확인함으로센서의이상유무를파악하도록하였다.
Fig. 4 YPET1 압력스위치 / 특수지그및압력센서시험 3. 결론서울메트로에서운용되는 2.3호선 VVVF 신형전동차가 2005년도최초로도입되어현재72개편성이운행되고있다. 전동차제동장치는운행중지속적인작동으로사용빈도가많아안전운행에매우중요한역할을할뿐만아니라승객서비스에도매우밀접한관계가있다. 이번제동공기압조정시험기개발은불편한작업공정개선과중정비및경정비시에도유용하게사용할수있도록경량화되고이동이가능한구조로연구개발되었다. 운행중발생된제동장치결함및잠재된고장을경정비시신속히점검보수할수있는제동공기압조정시험기는작업자의편리성을도모하고, 전동차운행의안전성및신뢰성확보와승객서비스향상에상당한기여를할수있을것으로본다. 참고문헌 [1] 서울메트로 2.3 호선 VVVF 신조전동차정비지침서