철도차량 차축베어링의 상태진단평가 = Conditioning Diagnosis and Assessment of Railway Axle Bearing

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The axle bearing of a railway vehicle supports a high load between an axle and a bogie frame and plays a role in smooth rotation of a wheelset. Currently, maintenance methods to prevent failure of axle bearings of railway vehicles are as follows. When a certain mileage is reached, there is a method of checking the condition with the naked eye and refueling the grease inside, and a maintenance method of replacing it with a new product when the complete disassembly maintenance cycle is reached. In addition, the axle temperature detection device installed on the outside of the track monitors the temperature of the axle during operation, and when the temperature rises above a certain level, an alarm is generated so that immediate accident prevention and condition-based maintenance can be performed.
In the past, many studies have been conducted on the condition-based maintenance of axle bearings accompanied by the introduction of new equipment and the reliability improvement of axle temperature detection devices. Since the main point of this is to introduce additional facilities to check the state of parts in real time, there is a lack of research on how to utilize the existing facilities, the axle temperature detection device, which is a ground detection device, as efficiently as possible.
In this study, a method for more accurately diagnosing the failure of an axle bearing by utilizing the currently used axle temperature detection device was studied.
First, preprocessing is performed to standardize the temperature data of the axle bearings collected by the axle temperature detection device into Z-scores. Then, an outlier score established based on past alarms and maintenance implementation history was established, and an algorithm generating an alarm was created. An appropriate cumulative cycle was set based on the maintenance details, and a critical point for the outlier score was set. As a result, it was evaluated that it could generate a more accurate alarm than the actual maintenance history.

국문 초록 (Abstract)

철도차량의 차축베어링은 차축과 대차 프레임 사이에서 높은 하중을 지지하며, 윤축의 회전을 원활하게 하는 역할을 한다. 현재 철도차량 차축베어링의 고장을 예방하기 위한 유지보수 방법으로는 다음과 같다. 일정 주행거리가 도달하면 육안으로 상태를 점검하고 내부에 그리스의 급유를 시행하는 방법과 완전분해정비주기에 도달하면 신품으로 교체하는 유지보수 방법이 있다. 아울러, 선로 외측에 설치되어 있는 차축온도검지장치로 운행 중 차축의 온도를 감시하며 일정 온도 이상 상승할 때, 알람을 발생해 즉각적인 사고예방 및 상태기반유지보수가 이뤄지도록 한다.
과거에 새로운 설비의 도입이 수반되는 차축베어링 상태기반유지보수와 차축온도검지장치의 신뢰성 향상에 대한 연구는 많이 수행되었다. 이는 실시간으로 부품의 상태를 확인하기 위해 추가적인 설비를 도입하는 것을 골자로 하고 있기 때문에, 기존의 설비인 지상 검측장치인 차축온도검지장치를 최대한 효율적으로 활용하는 방안의 연구는 부족한 실정이다.
본 연구에서는 현재 사용되고 있는 차축온도검지장치를 활용하여 차축베어링의 고장을 보다 정확하게 진단할 수 있는 방법에 대해 연구하였다.
먼저, 차축온도검지장치로 수집한 차축베어링의 온도 데이터를 Z-점수로 표준화하는 전처리를 수행한다. 그 후 과거 알람 및 유지보수시행 이력을 근거로 정립한 이상치 점수를 정립하고, 알람을 발생하는 알고리즘을 생성하였다. 정비내역을 근거로 적정한 누적 주기를 설정하고, 이상치 점수의 임계점을 설정하였다. 그 결과 실제 정비이력에 비해 더 정확한 알람을 발생시킬 수 있는 것으로 평가했다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 목적 및 방법 2
• 1.3 연구 구성 3
• 1.4 선행 연구 3
• Ⅱ. 이론적배경 6
• 2.1 철도차량의 정비활동 발전사 6
• 2.2 국내 고속철도차량 차축베어링 9
• 2.3 차축온도검지장치 12
• 2.4 Z-점수 17
• Ⅲ. 상태진단평가 알고리즘 설계 18
• 3.1 차축베어링 상태진단평가 알고리즘 설계 18
• 3.2 HBD 데이터의 수집 및 특징 추출 20
• 3.3 HBD 데이터의 전처리 및 가설의 정의 24
• 3.4 상태진단 알고리즘 제시 26
• 3.5 상태진단 알고리즘의 적용 30
• Ⅳ. 결 론 34
• 참고문헌 35
• Abstract 37